Анализ влияния насыпи трубопровода на его осадку в условиях болот

Анализ влияния насыпи трубопровода на его осадку в условиях болот

При расчете осадки наземных трубопроводов в насыпи необходимо принимать во внимание то, что элементы комбинированной конструкции (трубопровод + насыпь) в виде трубопровода и насыпи, где каждый в отдельности взаимодействуют с основанием по-разному в силу своих специфических особенностей.

Авторы публикации

Рубрика

Технические науки

Журнал

Журнал «Научный лидер» выпуск # 3 (48), Январь ‘22

Дата публицакии 12.01.2022

Поделиться

Трубопровод является стальной конструкцией с довольно высокой жесткостью на изгиб IE. и его прогибы в значительной мере зависят от величины этой жесткости. Насыпь в механике грунтов считают абсолютно гибким штампом, то есть ее жесткость на изгиб равна нулю [3, с.11].

Таким образом, в любом i-том сечении трубопровода на болоте осадка (прогиб) собственно трубы S*труб не будет равна осадке собственно насыпи Sнас, то есть [4, с.265]:

 

equation.pdf

(1)

Под весом насыпи торфяное основание уплотняется, за счет чего и появляется осадка насыпи Sнас (рисунок 1, а). Трубопровод, имеющий собственный прогиб S*труб (рисунок 1, б), дополнительно переместится вниз на величину осадки насыпи Sнас или на величину уплотнения торфяного основания под насыпью. Таким образом, по принципу суммирования воздействий от взаимно влияющих друг на друга факторов, полная осадка в i-том сечении трубопровода в насыпи S*труб (у) будет равна (рисунок 1, в) [4, с. 272]:

equation_1.pdf

(2)

Следовательно, для определения осадки трубопровода в насыпи следует отдельно рассчитывать уплотнение основания от той части насыпи, которая не оказывает напрямую силового воздействия на трубу.

pastedGraphic.png

Рисунок 1.  Осадка наземного в насыпи трубопровода (штриховая линия после осадки): а) осадка трубы, S*труб; б) уплотнение основания под весом насыпи, Sнас; в) осадка трубопровода в насыпи, Sтруб (y)

 

Для определения нагрузки на основание и осадкуS*труб и Sнас согласно формуле 2 конструкцию «трубопровод + насыпь» целесообразно разбить на составляющие элементы I и II, где элемент I состоит из трубопровода и части насыпи над трубой с шириной, равной диаметру трубы. Элемент II составляет та часть насыпи, которая находится от трубы справа и слева.

Просуммировать нагрузку от элементов I и II или принять какую-либо одну эквивалентную нагрузку (qэкв = f (qI, qII)) на основание нельзя, по той причине, что осадка S*труб элемента I зависит от жесткости трубы, а осадка Sнас элемента II определяется лишь деформационными характеристиками основания, то есть торфа.

При проектировании трубопроводов на болотах следует принимать, что уровень подземных вод совпадает с поверхностью грунта, то есть dw = 0. По крайней мере, два раза в год, весной и осенью, высокое положение воды отмечается постоянно [5, с. 317].

Для подземных трубопроводов согласно [1, с. 14] должно выполняться условие:

equation_2.pdf

(3)

Для болот по [1, с. 14] equation_3.pdf =1,05.

Из равенства (3) можно определить нагрузку от подземного трубопровода на основание qтруб, Н/м с учетом веса продукта, балластировки по формуле 4:

equation_4.pdf

(4)

В таблице 1 приведены значения qтруб для трубопроводов диаметром

Dн = 530-1220 мм. Отметим, что qтруб для подземных трубопроводов является величиной постоянной.

 

Таблица 1.

Нагрузка на основание от трубопроводов

Типоразмер трубопровода

Погонная нагрузка на основание qтруб, Н/м, от трубопроводов с продуктом

Подземных

Наземных в насыпи

Трубопроводов, забалластированных утяжелителями УБО, УБКм

Трубопроводы без балластировки

Трубопроводов с учетом веса насыпи над трубой высотой 0,8 м

530х8

1856

304

6921

630х9

2615

371

8773

720х10

3427

533

10684

820х11

4451

624

12880

1020х14

6895

929

17902

1220х16

9869

1258

23626

 

Для наземных в насыпи трубопроводов нагрузка на основание от трубы с продуктом qтруб с учетом части насыпи над трубой (от элемента I), но также без учета осадки трубы, приведена в той же таблице 1. Однако по мере осадки трубы нагрузка на основание qтруб понижается за счет выталкивающей силы воды. При S*труб = 1Dн величина qтруб является самой минимальной и при S*труб>Dн остается постоянной. Вычисленные значения qтруб для трубопроводов приведены в таблице 2 и на графике 1.

 

Таблица 2 .

Нагрузка на основание от наземных в насыпи магистральных трубопроводов с учетом их осадки на переходах через болота, qтруб

Относительная осадка трубы

Диаметр трубопровода

530х8

630х9

720х10

qнас

qакт

qтруб

qнас

qакт

qтруб

qнас

qакт

qтруб

0

6921

0

6921

8773

0

8773

10864

0

10864

0,1

6921

116

6805

8773

164

8609

10864

214

10470

0,2

6921

320

6601

8773

452

8321

10864

582

10102

0,3

6921

562

6359

8773

795

7978

10864

1038

9646

0,4

6921

832

6089

8773

1176

7597

10864

1535

9149

0,5

6921

1114

5807

8773

1573

7200

10864

2054

8630

0,6

6921

1394

5527

8773

1970

6803

10864

2573

8111

0,7

6921

1671

5250

8773

2361

6412

10864

3080

7604

0,8

6921

1906

5015

8773

2694

6079

10864

3526

7158

0,9

6921

2109

4812

8773

2980

5793

10864

3894

6790

1,0

6921

2227

4694

8773

3147

5626

10864

4108

6576

Относительная осадка трубы

Диаметр трубопровода

820х11

1020х14

1220х16

qнас

qакт

qтруб

qнас

qакт

qтруб

qнас

qакт

qтруб

0

12880

0

12880

17902

0

17902

23626

0

23626

0,1

12880

278

12602

17902

431

17471

23626

616

23010

0,2

12880

766

12114

17902

1185

16717

23626

1695

21931

0,3

12880

1346

11534

17902

2083

15819

23626

2980

20646

0,4

12880

1991

10889

17902

3081

14821

23626

4480

19218

0,5

12880

2666

10214

17902

4124

13778

23626

5900

17726

0,6

12880

3338

9542

17902

5165

12737

23626

7389

16237

0,7

12880

4000

8880

17902

6189

11713

23626

8854

14772

0,8

12880

4564

8316

17902

7061

10841

23626

10102

13524

0,9

12880

5049

7831

17902

7812

10090

23626

11177

12449

1,0

12880

5331

7549

17902

8249

9653

23626

11801

11825

pastedGraphic_1.png

График 1.  Зависимость нагрузки на основание qтруб, кН/м, от наземных в насыпи трубопроводов (от элемента I) с учетом их относительной осадки S0в условиях болота: 1 - 530x8 мм; 2 - 630x9 мм; 3 - 720x10 мм; 4 - 820x11мм; 5 - 1020x14 мм; 6-1220x16 мм

 

Для расчета осадки болота от элементов II насыпи поступаем следующим образом. Размеры насыпи (hт, b, ВI, В) в зависимости от диаметра трубопровода и требований СП [1, с. 14] приведены на рисунке 2 (а) и в таблице 3.

 

Таблица 3.

Геометрические размеры приведенных элементов II насыпи и эквивалентная нагрузка от них на основание

Dн, м

hm, м

b, м

ВI, м

В, м

FII, м2

ВII, м

Вэкв, м

hэкв, м

hэкв/hm

qнас, кН/м

0,53

1,33

0,48

2,14

4,81

1,74

1,31

3,15

1,11

0,83

11,1

0,63

1,43

0,44

2,23

5,09

1,91

1,34

3,31

1,16

0,81

11,6

0,72

1,52

0,39

2,29

5,30

2,04

1,34

3,4

1,20

0,79

12,0

0,82

1,62

0,34

2,36

5,54

2,18

1,35

3,52

1,24

0,76

12,4

1,02

1,82

0,26

2,54

6,10

2,55

1,40

3,82

1,33

0,73

13,3

1,22

2,02

0,31

2,84

6,90

3,18

1,75

4,36

1,45

0,72

14,5

 

Трапецеидальная эпюра нагрузки по рисунку 2 (а) заменяется на прямоугольную эпюру с той же высотой hт (рисунок 2, б). Такую замену вполне можно осуществить, так как фактический профиль насыпей на трассах трубопроводов (показан штриховой линией на рисунке 2, а) ближе к прямоугольнику, чем к трапеции. Необходимые размеры при этом определяются так [2, с. 209]:

equation_5.pdf

(5)

equation_6.pdf

(6)

где FII - площадь элементов II на рисунке 2 (а) FII =(В + bн - 2Dн) · 0,25hт.

 

pastedGraphic_2.png

Рисунок 2. Приведение трапецеидальной эпюры нагрузки от насыпи к эквивалентной прямоугольной

 

Поскольку ВII>Dн, то c допустимой для практики точностью эпюру из двух частей по рисунку 2 (б) можно заменить одной эквивалентной прямоугольной с той же шириной Вэкв и новой высотой hэкв (рисунок 2, в):

equation_7.pdf

(7)

Величина hэкв всегда будет меньше hт, но их отношение для    

Dн= 530-1220 мм изменяется незначительно, от 0,83 до 0,71 (таблица 3).

При известном диаметре трубопровода эквивалентные размеры насыпи Вэкв и hэкв можно сразу определить по таблице 3.

Насыпь на болотах выполняют, как правило, из местного торфа нарушенной структуры, образуя при этом заполненные водой канавы-резервы [5, с. 67]. Плотность насыпи из торфа после уплотнения без большой погрешности можно принимать равной γв=10 кН/м3. Таким образом, погонная нагрузка на основание от насыпи qнас, кН/м, будет равна:

equation_8.pdf

(8)

Значения qнас также приведены в таблице 3.

Из сравнения значений qтруб и qнас по таблицам 1 и 3 можно сделать вывод, что они практически сопоставимы по абсолютной величине.

Список литературы

  1. СП 86.13330.2012 Магистральные трубопроводы.
  2. Айнбиндер А. Б. Расчет магистральных и промысловых трубопроводов на прочность и устойчивость: Справочное пособие / А.Б. Айнбиндер - М.: Недра, 1991.-287 с.
  3. Инструкция по проектированию трубопроводов, укладываемых в насыпи и с малым заглублением в грунт. - М.: ОНТИВНИИСТ. - 25 с.
  4. Дерцакян А.К. Справочник по проектированию магистральных трубопроводов / А.К. Дерцакян - Л.: Недра, 1977. - 518 с.
  5. Горбунов - Посадов М.И., Маликова Т.А., Соломин В.И. Расчет конструкций на упругом основании / М.И. Горбунов – Посадов, Т.А. Маликова, В.И. Соломин. - М.: Стройиздат, 1984. - 678 с.

Предоставляем бесплатную справку о публикации,  препринт статьи — сразу после оплаты.

Прием материалов
c по
Осталось 4 дня до окончания
Размещение электронной версии
Загрузка материалов в elibrary