Кратковременные нагрузки.

· Гололедные нагрузки. Если возможно обледенение трубопровода, то нормативное значение гололедного давления на поверхность определяется по формуле 14 СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия»

(8.20) где – толщина стенки гололеда, превышаемая раз в пять лет;

– коэффициент, учитывающий изменение толщины стенки гололеда по высоте, для трубопроводов принимается равным единице = 1,0;

– коэффициент, учитывающий отношение площади элемента, подверженного обледенению, к полной площади элемента, для трубопровода = 0,6;

- плотность льда;

.

Нормативные нагрузки от обледенения на один метр трубы вычисляются по формуле

, (8.21)

которая после подстановок может быть представлена так, как в СНиП 2.05.06-85

(8.22)

где – толщина льда в ;

– диаметр наружный трубы или изоляции в .

Коэффициент надежности по нагрузке для гололеда =1,3.

· Нормативная снеговая нагрузка на горизонтальную проекцию надземного трубопровода

(8.23)

где – коэффициент перехода от веса снегового покрытия горизонтальной поверхности земли к снеговой нагрузке на трубопровод ( =0,4);

– нормативное значение веса снегового покрова на 1 м² горизонтальной поверхности земли, которое выбирается по таблице 4 для соответствующего снегового района Российской Федерации;

– диаметр изоляции или наружный диаметр трубы.

Таблица 4. Нормативные значение веса снегового покрова (таблица 4 СНиП 2.01.07-85)

· Ветровая нагрузка действует перпендикулярно осевой вертикальной плоскости одиночно проложенного трубопровода

(8.24)

где – наружный диаметр с учетом изоляции;

, – нормативное значение статической и динамической составляющих ветровой нагрузки, Н/м² (СНиП 2.01.07-85 “ Нагрузки и воздействия”).

Статическую составляющую ветровой нагрузки определяют по величине скоростного напора

(8.25)

где – нормативное значение ветрового давления;

- коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте;

– аэродинамический коэффициент лобового сопротивления надземного трубопровода.

Величина скоростного напора определяется в зависимости от района расположения трубопровода (таблица 5).

Таблица 5. Нормативные значения ветровой нагрузки (таблица 5 СНиП 2.01.07-85)

В некоторых случаях нормативное значение ветрового давления допускается устанавливать на основе данных метеостанций Госкомгидромета, а также результатов обследования районов строительства с учетом опыта эксплуатации сооружений. При этом нормативное значение ветрового давления , Па, следует определять по формуле

(8.26)

где - численно равно скорости ветра, м/с, на уровне 10 м над поверхностью земли наибольший за пять лет.

Аэродинамический коэффициент определяется в зависимости от числа Рейнольдса (критерий подобия в гидроаэродинамике) по диаграмме на рисунке 23.

Число Рейнольдса определяется по законам гидроаэродинамики

(8.27)

где – скорость ветра, м/с;

– характерный линейный размер, м;

– кинематическая вязкость воздуха (при t=15^oC и Pатм=1000 гПа принимают =0,146^.10^-4 м²/с).

Если число Рейнольдса Re>35^.10⁵, принимают аэродинамический коэффициент =0,7.

Рисунок 23. Диаграмма для определения аэродинамического коэффициента.

Динамическую составляющую ветровой нагрузки определяют по формуле

(8.28)

где – коэффициент пульсации скоростного напора (СНиП 2.01.07-85);

ξ – коэффициент динамичности, зависящий от периода колебаний участка трубопровода , соответствующего второй форме свободных горизонтальных колебаний и от логарифмического декремента колебаний надземного трубопровода ∂ (рисунок 24).

Рисунок 24. Диаграмма для определения коэффициента динамичности.

Если период колебаний <0,25с, то динамическая составляющая не учитывается, т.е. =0.

Логарифмический декремент колебаний трубопровода зависит от конструктивной схемы надземного перехода и может определяться по записям виброграмм свободных затухающих колебаний (рисунок 25).

Рисунок 25. Диаграмма свободных затухающих колебаний.

Амплитуды последовательных периодов затухающих колебаний образуют геометрическую прогрессию

(8.29)

где – неизвестная постоянная определяемая опытным путем так же, как период колебаний .

Тогда логарифмический декремент колебаний будет определяться

. (8.30)

Для предварительных расчетов (пока не известны все необходимые размеры) логарифмический декремент колебаний принимается для горизонтальных колебаний =0,05, а для вертикальных колебаний =0,03-0,05.

Для определения периода собственных колебаний находят частоту собственных изгибных колебаний . Тогда .

Коэффициент надежности для ветровой нагрузки =1,2.

· Нагрузка, вызываемая морозным растрескиванием грунта. Коэффициент надежности по нагрузке = 1,2.

· Нагрузки и воздействия, возникающие при пропуске очистных устройств. Коэффициент надежности по нагрузке = 1,2.

· Нагрузки и воздействия, возникающие при испытании трубопроводов. Коэффициент надежности по нагрузке = 1,0.

· Воздействие селевых потоков и оползней. Коэффициент надежности по нагрузке = 1,0.

Особые нагрузки.

К особым нагрузкам относятся, прежде всего, такие, которые связаны с перемещениями и деформацией грунта. Воздействие селевых потоков и оползней. Силовые воздействия оползающих грунтов особенно опасны, когда направление их движения перпендикулярно оси трубопровода. В этом случае происходит изгиб трубы и значительное увеличение напряжений в поперечных сечениях.

Воздействие деформаций грунта, сопровождающихся изменением его структуры (например, деформация просадочных грунтов при замачивании или вечномерзлых грунтов при оттаивании).

В результате сейсмических толчков в грунте создаются и распространяются сейсмические волны. Трубопровод оказывается также вовлеченным в колебательный процесс. Поэтому при строительстве трубопроводов в районах с высокой сейсмической активностью необходимо проводить расчет на прочность с учетом мощности (балльности) возможных землетрясений и выбирать конструктивные решения, обеспечивающие надежную работу трубопровода.

8.2. Определение толщины стенки трубы магистрального трубопровода.

Методика, определения толщины стенки трубы магистрального трубопровода, основана на расчетах по предельным состояниям. Для трубопровода предельным состоянием является разрушение стенки трубы. Поэтому за расчетное сопротивление принимается предел прочности материала трубы .

Расчетное сопротивление материала трубы определяется с учетом условий работы магистрального трубопровода, качества используемых для строительства труб и назначения трубопровода по формуле (7.3).

Предельное состояние магистрального трубопровода характеризуется неравенством

, (8.31)

где – наибольшее возможное напряжение в трубопроводе от расчетных нагрузок и воздействий.

Для определения напряжений необходимо исследовать напряженное состояние в стенке трубопровода.