Статический расчет трубопровода

Определения расстояния между опорами на участках Предварительное размещение анкерных опор решается при разбивке трассы на участки, а более точное расположение должно согласовываться с положением промежуточных опор.

Расстояние между промежуточными опорами определяется по зависимости для каждого участка:

где: — поперечная распределенная нагрузка от веса трубопровода и заключенной в нем воды:

где: — угол наклона трассы i-го участка;

— распределенная нагрузка от веса воды;

— распределенная нагрузка от веса трубопровода;

— коэффициент перегрузки стали;

— удельная масса стали;

Определим расстояние между опорами по участкам:

Участок № 1:

Участок № 2:

Расстояние промежуточными опорами должно быть согласовано с расстояниями между кольцами жесткости, которые обеспечивают устойчивость трубопровода, а также предохраняют оболочку от возможного сплющивания при транспортировке отдельных участков и монтаже арматуры.

Определение необходимости введения колец жесткости в конструкцию труб учитывает соотношение:

следовательно, необходимо ввести кольца жесткости между опорами.

Максимально допустимое расстояние между ними определяется по зависимости:

= 2*2,7 = 5,4 м;

Из конструктивных соображений принимаем:

участок № 1:

12 м; 6 м участок № 2:

18 м; 6 м Определение приведенных напряжений в оболочке трубопровода Для проведения статического расчета трубопровода составляется расчетная схема с линиями расчетных напоров.

Оболочка трубопровода имеет толщину, что более 0,01 м, поэтому трубопровод рассчитывается как тонкостенный сосуд, в котором не учитывается неравномерность распределения напряжения по толщине оболочки.

Теоретический расчет оболочки стальных трубопроводов по предельным состояниям основан на рассмотрении двухосного напряженного состояния, при этом предполагается, что материал оболочки изотропный, и напряжения в нем описываются по закону Гука.

При двухосном напряженном состоянии оболочки критерием несущей способности при сравнении расчетного напряжения с расчетным сопротивлением материала принимаем приведенное напряжение.

Расчеты статической прочности по не разрушению для листовых элементов трубопровода, когда предполагается упругая область работы материала конструкции и линейная зависимость между усилиями и перемещениями, дают возможность проводить расчеты по приведенным напряжениям.

Порядок расчета:

• 1) Расчет ведется по методу предельных состояний с расчленением коэффициента запаса.
• 2) Нулевой пролет от закрытой анкерной опоры отсчитывается:
  • -при отсутствии колец жесткости в пределах анкерной опоры — от условной заделки на расстояние равном от наружной поверхности бетона;
  • -при наличие колец от крайнего кольца на расстоянии:

.

3) Пролеты с компенсаторами делаются короче и принимаются равными:

.

.

Расстояние между опорами согласовано с расположением колец жесткости для обеспечения устойчивости формы оболочки.

• 4) Расчет ведется для наинизшей точки каждого участка трубопровода с заданной толщиной оболочки. В данном проекте рассматривается только последний участок трубопровода у здания ГЭС, который находится под max напором.
• 5) За положительное направление для горизонтальных и осевых сил принимаем направление от вышележащих участков к нижележащим, а для вертикальных и нормальных сил сверху вниз.
• 6) Определение осевых сил
• 6.1) Составляющие веса металлической конструкции трубопровода

где: — распределенная поперечная нагрузка от собственного веса трубопровода;

— длина, отсчитываемая от компенсатора до сечения I — I;

• — угол наклона оси трубопровода к горизонту на рассматриваемом участке.
• 6.2.) Давление воды на торец температурного компенсатора

При мощном изменении температуры воды и воздуха трубопроводы в следствии линейного расширения стальной оболочки изменяют свою длину на величину:

?L=б*L*?t=0м Где: б=0,12.

При разрезном трубопроводе б*?t*F=0, поэтому давление на торец:

• 6.3.) Сила трения в температурном компенсаторе
• 6.4) Сила трения трубопровода в промежуточных опорах

где — расстояние от компенсатора до середины нулевого пролета;

— вес воды, заключенный в одном погонном метре трубопровода;

— коэффициент перегрузки;

— коэффициент трения катковой опоры, определяемая по зависимости:

.

6.5.) Сила трения воды о стенки трубопровода (сила влечения воды) где: — потери напора на трение:

6.6.)Определение суммы осевых сил В данном варианте учитывается наихудший вариант, т. е. подходит вариант всех значений сил при учете удлинения трубопровода в связи с изменением температуры.

• 0,1946 МН
• 7) Определение поперечной силы, состоящей из веса трубопровода с заключенным в нем объемом воды (на участке между промежуточными опорами)

Сила которая изгибает трубопровод где .

8) Определение радиальной силы Радиальные силы — это силы, которые возникают от внутреннего давления воды и действуют на разрыв трубопровода.

Считаем, что внутренне давление постоянное и действует равномерно по всей поверхности, тогда:

Определение расчетных напряжений.

• 1) Осевые силы вызывают осевые сжимающие напряжения:
• 2) Поперечная сила вызывает изгибающие напряжения в трубопроводе:

где: — изгибающий момент многопролетной неразрезной балки от сечения I — I до компенсатора, который для расчетного пролета определяется по зависимости:

— момент сопротивления сечения трубопровода:

• 3) Поперечная сила вызывает касательное напряжение:
• 4) Радиальная сила от давления воды вызывает растягивающие напряжения в оболочке трубопровода:
• 5) Определение приведенного напряжения
• 95,69Мпа

где: .

По условию статической прочности по не разрушению приведенные напряжения не должны превышать расчетное сопротивление стали на разрыв:

где: — коэффициент условий работы, .

Так как, то прочность оболочки обеспечена.

Запас прочности составляет:

Значительное расхождение между указывает недогрузку на материала и соответственно нерациональное его использование;

Как показывают расчеты, можно увеличить расстояния между опорами на данном участке;

Расчет устойчивости формы оболочки производят:

• -на действие внешнего давления на смятие;
• -на продольный изгиб, как стержня, при действии внутреннего давления от осевых сил.

В проекте предусматриваем установку колец жесткости на всех участках трассы, которые обеспечивают устойчивость оболочки трубопровода как в условиях эксплуатации, так и при транспортировании при сборке.