Водотоки. Исходные данные 3 Расчет устойчивости подводного трубопровода. 5

• Название: Исходные данные 3 Расчет устойчивости подводного трубопровода. 5
• Дата: 10.12.2022
• Размер: 55.85 Kb.
• Имя файла: Водотоки.docx
• Тип: Документы; #838048

Содержание:

Исходные данные 3

1.Расчет устойчивости подводного трубопровода. 5

2. Определение параметров балластировки подводных трубопроводов. 9

3. Расчеты параметров укладки подводных трубопроводов на дно траншеи. 11

4. Параметры укладки подводных трубопроводов с поверхности воды 14

Исходные данные

Наружный диаметр 𝐷_н = 1020 мм

Толщина стенки минимальная 𝛿_н = 15,2 мм

Диаметр с учетом изоляции 𝐷_н.и. = 1024 мм

Диаметр с учетом футеровки 𝐷_н.ф.= 𝐷_тр = 1100 мм

Наружный диаметр груза 𝐷_н.г1500 мм

Внутренний диаметр 𝐷_вн = 989,6 мм

Угол поворота оси трубопровода 𝛽 = 0,174 рад

Угол внутреннего трения угла 𝜑_гр = 22 град

Интенсивность присоса q_пс = 0,3 кН/м²

Коэффициенте надежности 𝑛_с.в = 1,1

Удельный вес воды 𝛾_в = 1,15 · 10⁴ Н/м³

Удельный вес пригруза 𝛾_б = 2,3 · 10⁴ Н/м³

Удельный вес грунта в воздухе 𝛾_гр = 1,7 · 10⁴ Н/м³

Средняя скорость 𝜐 = 𝜐₂ = 0,50 м/с

Кинематическая вязкость воды 𝜈 = 1 · 10^-6 м² /с

Длина трубопровода 𝐿 = 350 м

Глубина водоема ℎ_в= 7,4 м

Глубина заложения трубопровода ℎ_о= 1,0 м

Расчетное сопротивление металла трубы 𝑅₂ = 270 МПа

Сцепление грунта 𝑐_гр = 4 кПа

Толщина грунта 𝑡 = 0,20 м

Марка груза УТК 1020-24-2

Масса груза на воздухе 4048 кг

Объем груза 1,76 м³

Толщина груза 0,200 м

Ширина груза 2,4 м

Наружный диаметр груза 1,50 м.

1. Расчет устойчивости подводного трубопровода.

Задание: Рассчитать устойчивость против всплытия подводного трубопровода с учетом гидродинамического воздействия потока воды на трубу. Необходимые данные брать по варианту в приложении А.
1. Вес балластировки в воде по формуле:



где – коэффициент надежности по нагрузке, принимаемый равным: 0,9 – для ж/б грузов, 1,0 – для чугунных грузов; – коэффициент надежности устойчивости положения трубопровода против всплытия, принимаемый равным для участков перехода через болота, поймы, водоемы при отсутствии течения, обводненные и заливаемые участки в пределах ГВВ 1%-й обеспеченности – 1,05; – расчетная выталкивающая сила воды, действующая на трубопровод, равная:

где 𝑔 – ускорение свободного падения, 𝑔 = 9,8 м/с²; 𝐷н.ф. – наружный диаметр с учетом изоляции и футеровки, смотреть по варианту; 𝛾в – удельный вес воды, с учетом растворенных в ней молей, принимаемый равным (1,1-1,15)*10⁴ Н/м³.

– расчетная нагрузка, обеспечивающая упругий изгиб трубопровода соответственно рельефу дна траншеи и определяемая:

- для вогнутых участков:



где 𝐸₀ - модуль упругости, 𝐸₀ = 2,1 ∗ 10⁵ МПа; 𝐼 - момент инерции тру- бы, м⁴ , смотреть в приложении Б (выбрать по варианту, либо определить с по- мощью интерполяции); 𝛽 – угол поворота оси трубопровода в вертикальной плоскости на выпуклом и вогнутом рельефе (в радианах), выбирается по вари- анту; 𝜌 - радиус кривизны рельефа дна траншеи, который должен быть меньшим или равным минимальному радиусу упругого изгиба оси трубопровода из условия прочности, определяется по формуле для ориентировочного и быстрого определения допустимого упругого изгиба:



𝑃𝑥 – горизонтальная составляющая гидравлического воздействия потока определяется по формуле:

где – гидродинамический коэффициент обтекании трубы водным потоком, ; – удельный вес воды, с учетом растворенных в ней молей, принимаемый равным (1,1-1,15)*10⁴ Н/м³; –ускорение свободного падения, м/с²; 𝜐 – средняя скорость течения воды в слое на уровне уложенного на дно подводной траншеи трубопровода, м/с.

𝑃𝑦 – вертикальная составляющая гидравлического воздействия потока по формуле:

где – гидродинамический коэффициент обтекания трубы водным потоком, = 0,66.

𝑘 – коэффициент трения трубы о грунт при поперечных перемещениях, который можно определить с помощью:



𝑞_тр – расчетная нагрузка от массы трубы, принимать из приложения Б (столбец 5).

𝑞_доп – нагрузка от веса перекачиваемого продукта:


где 𝛾_пр – плотность перекачиваемого продукта, измеряется в пределах 730 -1040 кг/м³ (плотность нефти).



2. Вес балластировки в воздухе по формуле:



где 𝛾б – нормативная объемная масса материала пригрузки, 𝛾_б = 2,3 ∗ 10⁴ Н/м³

3. Проверка устойчивости против смятия трубы по формуле:

где D_ср – средний диаметр трубы, D_ср = D_н - δ_н; – глубина водоема,

– глубина заложения трубопровода до верха образующей.
D_ср = 1,02 – 0,0152 = 1004,8 м.



.
Вывод: Трубопровод устойчив против смятия.

2. Определение параметров балластировки подводных трубопроводов.

Задание: Определить параметры балластировки трубопровода. Необходимые данные брать по варианту в приложениях А и Б, в задаче №1 и в таблице 3.1.

1. При балластировке одиночными кольцевыми железобетонными грузами УТК расстояние между грузами рассчитаем по формуле:

где – средняя масса одного груза; – средний объем груза; марка груза – УТК 1020-24-2.

2. Потребное число грузов по формуле:

где – длина трубопровода. Дробное число округляется в большую сторону да до ближайшего целого числа.

Принимаем число пригрузов равное 2143 комплектов.

3. При балластировке сплошнымобетонированием диаметр обетонированной трубы определяется по формуле:




4. Толщина слоя бетона определяется по формуле:


Вывод: основные параметры балластировки подводных трубопроводов удовлетворительно согласуются нормативными значениями (ВСН 010-88).

3. Расчеты параметров укладки подводных трубопроводов на дно траншеи.

Задание: Рассчитать параметры укладки подводного трубопровода на дно траншеи протаскиванием на первой стадии. Необходимые данные брать по варианту в приложениях А, Б и в таблице 3.1.

Расчет:

1. 
   Расчетная нагрузка от веса футеровки по формуле:
   

где –коэффициент надежности по нагрузке от действия собственного веса; – удельный вес деревянной футеровки, = 7600 Н/м³.

2. Вес офутерованного трубопровода в воздухе по формуле:



3. Сопротивление трубопровода сдвигу по формуле:

где – сцепление грунта; – длина части окружности трубы, врезавшейся в грунт, ориентировочно принимаемая равно 0,3D_н.

4. Длина хорды пригруза по формуле:

где - наружный диаметр груза, принимать по таблице 3.1, учитывая свой вариант.

5. Пассивный отпор грунта по формуле:

где – длина хорды пригруза, которая погружена в грунт; – толщина пригруза; – удельный вес грунта в воздухе; - угол внутреннего трения грунта.

6. Усилиепротаскиванияпоформуле:

где – коэффициент трения трубопровода о грунт при продольном перемещении, который можно в первом приближении принять равным тангенсу угла внутреннего трения грунта ( ); 𝑘 - коэффициент трогания с места (на практике принимается 𝑘 = 1,5 ÷ 2).

Вывод: рассчитаны параметры укладки подводного трубопровода на дно траншеи протаскиванием на первой стадии. Расчетов усилия протаскивания показали, что на первой стадии протаскивания значение превышает технические возможности самой мощной лебедки. Значительного уменьшения можно добиться, используя рельсовую спусковую дорожку.
4. Параметры укладки подводных трубопроводов с поверхности воды
Задание: Определить допустимую глубину погружения трубопровода на трех этапах: начальном, промежуточном и конечном. Необходимые данные брать по варианту в приложениях А и Б.

Начальный этап

1. Нагрузка от собственного веса трубопровода, изоляции и футеровки:

где ; – нагрузка от собственного веса изоляции для подземных трубопроводов.




где 𝛾_из. – удельный вес изоляции, 𝛾_из. = (0,91 ÷ 0,976) ∗ 10⁴ Н/м³ .



2. Распределенные нагрузки 𝑞₁, 𝑞₂ для трубопроводов по формулам:



где - нагрузка от собственного веса понтонов, поддерживающихтрубопровод.




где 𝐺_𝑝.𝑛 – грузоподъемность понтонов (15, 30, 50 и 100 кН); 𝑙_𝑝.𝑛 – рас- стояние между понтонами, определяется по формуле:



где 𝑛_𝑝.𝑛 – число разгружающих понтонов, определяется по формуле:



где 𝐺_𝑏 – общий вес протаскиваемого трубопровода в воде, определяется по формуле:



𝑆 ′ – площадь поверхности контакта трубопровода и пригрузов с грун- том:




где 𝑆_тр – площадь поверхности контакта трубопровода с грунтом:



где 𝛼_н.ф. – длина дуги трубопровода соприкасающаяся с грунтом, при-ближенно определяется по формуле:

где 𝑅_н.ф. – радиус трубопровода с учетом изоляции и футеровки;

𝑆_кол. – площадь поверхности контакта пригрузов с грунтом:

где 𝑏 – ширина кольца, принимается из таблицы 3.1, с учетом варианта;

𝛼_кол. – длина дуги кольца пригруза соприкасающаяся с грунтом, приближенно определяется по формуле:


где 𝑡 - толщина стенки пригруза; 𝑛 - количество пригрузов, 𝑛 = 𝑁.

2. 
   Суммарная нагрузка 𝜔 для трубопроводов по формулам:
   

4. Параметр m по формуле:

5. По графику (рис. 5.1) определяем y₀: у₀/D_н = 0,3.

у₀ = 0,3 · 1,02 = 0,306.

6. Параметр β₂ по формуле:

7. Безразмерные максимальные напряжения на участке 𝑏 определяем по формуле::



где 𝑅2 – расчетное сопротивление металла трубы; W – момент сопро- тивления поперечного сечения металла трубопровода, определяется по прило- жению Б в соответствии с вариантом.

8. Безразмерная длина участка 𝑎̅ определяется по формуле:




9. Безразмерная длина участка с по формуле:





10. Безразмерная величина поперечной силы по формуле:

11. Так как должно быть , то и по следующей формуле можем определить безразмерную допустимую глубину укладки трубопровода:


где 𝜎̅̅𝑛̅ – безразмерное максимальное напряжение изгиба.






Осуществляем переход безразмерных линейных параметров в линейные.

12. Длина участка a по формуле:

13. Длина участка c по формуле:

14. Допустимая глубина погружения по формуле:

Промежуточный этап

15.По отношению q₁/q₂ = 1,31 находим на графиках (рис 4.2) ψ_a = 0,25 и ψ_b = 0,24.

16. Изгибающий момент на участке a по формуле:


где ℎ – глубина погружения трубопровода, при известной глубине водоема ℎ_в, определяется по формуле:



17. Изгибающий момент на участке b по формуле:

18. Максимальные изгибающие напряжения на участках a и b по формуле:



В том и другом случае должно быть

19. По графику (рис. 4.3) для отношения q₁/q₂ находим коэффициент n = 2,2.

20. Длина участка a по формуле:


21. Длина участка c по формуле:

22. Длина участка b по формуле:

23. Максимально возможная глубина погружения трубопровода по формуле:


где – коэффициент, принимаемый равным при q₁/q₂> 1 и приq₁/q₂< 1.

24. Соответственно, максимальная глубина водоема по формуле:

Конечный этап

24. Реакция грунта в точке касания трубопроводом дна водоема определяется по формуле:

Где – максимальные напряжения изгиба на участке a.Принимаем вкачестве расчетное сопротивление стали R₂.
25. Длина участка c по формуле:

26. Длина участка b по формуле:

27. Используя уравнения прогибов определим h:


h = 11,6 м.

28. По следующей формуле определяется максимальная глубина водоема:

Вывод: Определили допустимую глубину погружения трубопровода на трех этапах: начальном, промежуточном и конечном. Полученные значения составили соответственно 1,022; 11,2 и 12,62 м.