Расчет наземного балочного перехода трубопровода

• Название: Расчет наземного балочного перехода трубопровода
• Дата: 24.06.2022
• Размер: 260.08 Kb.
• Имя файла: bibliofond.ru_890942.rtf
• Тип: Реферат; #613184
• страница: 2 из 3

; (16)

q_q^н= qс^н ∙ оg ∙ оn(Z) ∙ х(ln); (17)
Rе = 0,88 ∙10⁵ ∙ 1.02 = 21,2∙10⁵

q_q^н= 93 ∙ 0,85 ∙ 0.61975 ∙2.2 = 107,781 H/м

оg­ коэффициент динамичности, равный 2,2;

оn(Z) - коэффициент учитывающий изменение пульсации давления ветром на высоте Z расположения трубопровода от уровня земли согласно местности; СНиП 2.01.07-85* таблица 7

х(ln) - коэффициент пространственной корреляции, пульсации давления ветром, принимаемый для существующих диаметров в зависимости от длины проектируемого перехода;

Расчетная поверхность включает в себя те части поверхности наветренных, подветренных, боковых стен, кровли и подобных конструкций, с которых давление ветра передается на рассчитываемый элемент сооружения.

Если расчетная поверхность близка к прямоугольнику, ориентированному так, что его стороны параллельны основным осям (черт.), то коэффициент v следует определять по табл. 9 СНиП 2.01.07-85* в зависимости от параметров r и c

Рис. 1
- 0,67

- х

х(ln) = 148 ∙ 0.67 / 160 = 0,61975 = 0,62
. Расчет балочных переходов без компенсации продольных деформаций
При пересечении трубопроводами мелких рек, балок, оврагов и других естественных препятствий используются надземные балочные переходы, которые в конструктивном отношении могут выполняться одно- или многопролётными, с компенсирующими устройствами и без установки компенсаторов.

Наиболее экономичными конструктивными схемами являются одно- и многопролётные. (числом пролётов не более 4 надземные балочные переходы без компенсации продольных деформаций).

Самокомпенсация продольных деформаций от изменения температуры, внутреннего давления, просадок опор и т.д. в таких системах прокладки за счёт дополнительных прогибов трубопровода в вертикальной плоскости и сжатия материала труб.

Определение длины перекрываемого пролёта: [18]

_тр = q_м+ q_пр + q_сн +q_лед+q_изол; (18)

L_мax= ; (19)

_тр = 3480,88 + 5776,52 + 265,4 + 270,5 + 348,08 = 10141,38 = 10141,4 H/м

L_мax = м

R₂ - расчётное сопротивление;

у_пр.р - расчётные продольные напряжения от действия внутреннего давления, определяемые для защимлённого трубопровода по формуле:[20]
у_пр.р = n_р∙ у_пр.р^н = nр ∙ о ∙ д_кц^н = n_р ∙ о ∙ ( ); (20)
у_пр.р = 1,1 ∙ 0,3 ∙ ( ) = 95,35 MРа

о = 0,3

д - толщина стенки;

Определение количества опор: [21]
n = ; (21)

= = 3,38 пролётов, следовательно 4 пролёта, 3 опоры;

Lм= =37 м

Соответствующая стрела прогиба, вызванная расчётной нагрузкой: [22]
fq = ; (22)
fq = = = 0,0462046 = 46,2 мм

E - модуль упругости, данный 2,06 ∙ 10⁵ МПа; J - осевой момент инерции, J = ∙ (D_н⁴ - D_вн⁴) = 0,05∙(1,082 - 0,976) = 0,0052

Продольное усилие, действующее в трубопроводе: [23], [24]

∆t = ±47^оС
N₁ = м ∙ у_кц ∙ ( D_нар²-D_вн² ); (23)

N₂ = б_t ∙ E ∙ ( D_нар²-D_вн² ) ∙ ∆t; (24)

у_кц=М_р ∙ у_кц^н = n_р ∙ ; (25)
N₁ =0,3∙256,27∙0,785∙ (1,0404-0,988) = 3,13 MH

N₂ =1,2 ∙ 10^-5 ∙ 2,06 ∙ 10⁵ ∙ 0,785 ∙ 0.0643 ∙ 47 = 4,78 MH

у_кц = 1,1 ∙ = 256,27 МПа

n_р - коэффициент надёжности по нагрузке определяемый по внутреннему рабочему давлению, по диаметру;

б_t - коэффициент линейного расширения металла трубы, имеющий единицы измерения [ град ^-1 ] а также [1 / С^о ];

При ∆t≤0 усилие N положительное (растягивающее), а при ∆t ≥0 оно может быть как положительное, так и отрицательное (сжимающее).

∆t = +47 ^оС
N = N₁ - N₂;
N = 3,13 - 4,78 = - 1,65 MH

∆t = -47 ^оС
N = N₁ + N₂;
N = 3,13 + 5,86 = 7,91 MH

Критическая сила Эйлера:[
Nкр = - ; (26)
Nкр = - = - = - 15,74 MH.

Ŋ - свободная длина рассматриваемого перехода: при одном пролёте ŋ= 0,6; при двух и более ŋ= 0,7.

Проверка:
│N│ ≤│Nкр│

∆t=+47^оС │1,65 │ ≤│ 15,74│- верно;

∆t=+47^оС

│7,91 │ ≤│ 15,74│- верно

Расчёт коэффициента о осуществляется по формуле: [27]
о=N / Nкр; (27)
∆t=+47^оС о₁= = 0,1048 ∆t=-47^оС о₂= = - 0,503

Фактическая стрела прогиба: [28] При о > 0, когда усилие N отрицательное (сжимающее), фактическая стрела прогиба под действием этого усилия увеличивается по отношению к fq.

При о< 0 , когда усилие N положительное (растягивающее), фактическая стрела прогиба под действием этого усилия уменьшается по отношению к fq.
f_ф= ; (28)

∆t=+47^оС f_ф= = 51,6 мм

∆t= - 47^оС f_ф= = 30,74 мм
Изгибающий момент в наиболее напряжённом опорном сечении от действия расчётной нагрузки: [29]
М₁= ; (29)
М₁= = - 1,157 MH∙м.

Изгибающий момент от действия продольной силы: [30]

М₂= N ∙ f_ф; (30)
∆t=+47^оС М₂=(-1,65)∙0,0462=- 0,07623 = 0,076 МH∙м

∆t=-47^оС М₂=(7,91)∙0,0307 = 0,242 = 0,242 МH∙м.

Суммарный изгибающий момент: [31]
M = М₁+ М₂; (31)
∆t=+47^оС M=- 0,245 -0,076 = -0,321 MH∙м ∆t=-47^оС M=- 0,245 + 0,009 = -0,003 MH∙м

Продольные напряжения рассчитываются: [32]
у_пр= + ; (32)
∆t=+47^оС у_пр= + =-3,51-31,47=-34,98 МПа

∆t=-47^оС у_пр= + = 16,82-0,29=16,53 МПа

Надземные (открытые) трубопроводы следует проверять на прочность, продольную устойчивость и выносливость (колебания в ветровом потоке), а так же деформативность и общую устойчивость в продольном направлении.

Максимальные суммарные продольные напряжения , МПа, определяются от всех (с учетом их сочетания) нормативных нагрузок и воздействий с учетом поперечных и продольных перемещений трубопровода в соответствии с правилами строительной механики. При определении жесткости и напряженного состояния отвода следует учитывать условия его сопряжения с трубой и влияние внутреннего давления.

В частности, для прямолинейных и упруго-изогнутых участков трубопроводов при отсутствии продольных и поперечных перемещений трубопровода, просадок и пучения грунта максимальные суммарные продольные напряжения от нормативных нагрузок и воздействий - внутреннего давления, температурного перепада и упругого изгиба , МПа, определяются по формуле: ; [34]

При определении коэффициента y₄ по формуле: [33]
; (33)
0,2

Вместо y₄ допускается коэффициент Ш_3.

Ш₃ - коэффициент, учитывающий двухостное напряжённое состояния металла труб;
, [34]

s_пр^н= о₁ ∙ д _кц^н = о₁ ∙ ; (34)
s_пр=0,1048 ∙ ∙0,1048=30,28 МПа

В соответствии со СНиП 2.05.06-85* допускается в выражении вместо коэффициента y₄ принимать коэффициент Ш₃, при растягивающих продольных напряжениях (дпр^н ≥0 ) принимается равным единице.

∆t=+47^оС N = - 1,65< 0
│s_пр │ ≤ Ш₃ ∙ R2;

│34,98│ ≤ 1 ∙ 290,68 │s_пр │ ≤ Ш₄ ∙ R2;

│34,98│ ≤ 0,2 ∙ 290,68

∆t=-47^оС

N = 7,91

N > 0
│s_пр │ ≤ Ш₃ ∙ R2;
│16,53 │ ≤ 1 ∙ 290,68
│s_пр │ ≤ Ш₄ ∙ R2;
│16,53 │ ≤ 0,2 ∙ 290,68
. Расчёт нагрузок на опоры балочных переходов без компенсации продольных деформаций

Рис. 2 Однопролётный балочный переход без компенсации продольных деформаций: а - конструкция перехода; б - расчетная схема; 1 - трубопровод; 2 - овраг; 3 - опорная плита
Плита воспринимает нагрузку: [35]верт = R

= ; (35)

= =187615,9 Н = 187,6159 = 187,62 кН

Многопролетный балочный переход без компенсации продольных деформаций: а - конструкция перехода; б - расчетная схема; 1 - трубопровод; 2 - овраг; 3 - опорная плита; 4 - продольно-подвижные опоры;

Рис. 3 Конструктивная схема

Рис. 4 Расчетная схема


Рис. 5 Эпюра изгибающих моментов
Нагрузка на опорную плиту:верт1 = R1 ;= =187615,9 Н = 187,6159 = 187,62 кН

Нагрузка на продольно-подвижные опоры: [36], [37]

_верт2 = R₂ = q_тр ∙ l_м; (36)_{горизонт} = N_в ∙ N_rf = q_вl + 0,01∙ (N_t + N_p); (37)

_верт2 = R₂ = 10141,4 ∙ 37 = 375231,8 Н=375,2318 = 375,2 кН

N_{горизонт} =240,94∙ 37 + 0,01∙ (54,6∙10⁵+60,75 )= 115350+8914,78=124,3 кН N_в - усилие от ветровой нагрузки действующее на опору перпендикулярно оси трубопровода._rf - усилие возникающее перпендикулярно оси трубопровода вследствии его отклонения в плане от прямой линии.(принимается равным 0,01 от величины продольного усилия);- длина перекрываемого пролёта;_t - продольные усилия в трубопроводе, возникающие от изменения температуры;_p - продольные усилия в трубопроводе,возникающие от изменения внутреннего давления;

Расчётные значения сжимающих или растягивающих напряжений у_t и усилия N_t вдоль оси трубы от воздействия изменения температуры без компенсации температурных деформаций в продольном направлении определяется по формулам: [38], [39]

_t = у_t ∙F; (38)

s_t = E∙у_t∙∆t; (39)
∆t=+47^оС у_t=1,2 ∙10^-5 (град^-1);

s_t = 2,06 ∙10⁵ ∙1,2 ∙10^-5 ∙47=116,2 МПа_t =116,2∙0,47 = 54,6 MH

∆t=+47^оС s_t = 2,06 ∙10⁵ ∙1,2 ∙10^-5 ∙(-47)= -116,2 МПа_t = (-116,2) ∙0,47 = -54,6 MH

Расчётные значения продольных растягивающих напряжений s_p и усилия N_p от расчётного внутреннего давления газа, нефти или нефтепродуктов находят по формулам: [40], [41]

_p = у_p ∙F; (40)

s_p = о∙ у _кц; (41)
s_p =0,5 ∙ 256,27 = 128,14 МПа

N_p =128,14 ∙ 0,47414 = 60,75 MH

о = 0,5 для прямолинейных балочных и висячих систем при наличии самокомпенсации продольных деформаций, а также для арочных систем.
. Расчёт балочных переходов с компенсаторами
Однопролётный балочный переход:

Конструкция и расчётная схема переходов

Оптимальной является конструкция,в которой максимальный изгибающий момент в середине пролёта (М_{х мах}) и момент на опоре (М_оп) равны по абсолютной величине (по модулю).

Рис. 6 Однопролетный двухконсольный балочный переход с компенсаторами: а - конструкция перехода; б - расчетная схема; 1 - опора; 2 - компенсатор
Это достигается в случае, когда длина консоли а=0,354ℓ. Максимально допустимый пролёт из условия прочности определяется по формуле: [42]
ℓ_м= ; (42)
ℓ_м= м

[М] - допустимый изгибающий момент, рассчитывается: [43]
[М] = W_s ∙ [у_пр.и.]; (43)

[М] =М _{х мах} = М _оп = ; (44)
[М] =0.0102∙131,78 = 1,344156 = 1,34 MH∙м

Допустимые напряжения изгиба определим используя условия прочности для надземных трубопроводов, приведённое в СНиП 2.05.06-85*
|у_пр|=|у_пр.t +у_пр.р+ у_пр.и. | ≤ ш₄∙R₂; (45)
Учитывая, что продольные деформации практически свободно реализуются за счёт компенсаторов трением на опорах пренебрегаем. у_пр.t=0, [46]
у_пр.р+ у_пр.и. ≤ ш₄∙R₂=|у_пр|; (46)
продольные напряжения от действия внутреннего давления являются растягивающими,следовательно продольные усилия в трубопроводе определяются по формуле: [47], [48]
[у_пр.и.] =R₂-у_пр.р; (47)

у_пр.р=n_p∙ у_пр.р^н= n_p∙ о∙ у _кц^н= n_p∙ о∙