Приложение В. Методика прочностного расчета трубопроводов

Приложение В

Методика прочностного расчета трубопроводов

В.1 Прочностной расчет трубопроводов из полимерных материалов сводится к выполнению неравенства:

- для напорных трубопроводов

; (В.1)

- для безнапорных трубопроводов

; (В.2)

- для дренажных трубопроводов

, (В.3)

где - деформация материала стенки трубы от внутреннего давления в трубопроводе и воздействия внешних нагрузок на трубопровод;

- максимальная деформация растяжения материала в стенке трубы из-за овальности поперечного сечения трубы под действием грунтов и транспортных нагрузок;

- предельно допустимая деформация растяжения материала в стенке трубы, происходящей в условиях релаксации напряжений;

- предельно допустимая деформация растяжения материала в стенке трубы в условиях ползучести.

В.2 Значение может быть определено по формуле

, (В.4)

где - относительное укорочение вертикального диаметра трубы в грунте, устанавливается как предельно допустимое значение

, (В.5)

где - относительное укорочение вертикального диаметра трубы под действием грунтовой нагрузки;

- то же, под действием транспортных нагрузок;

- относительное укорочение вертикального диаметра трубы, образовавшееся в процессе складирования, транспортирования и монтажа, приближенно принимаемое по таблице В.1.

Таблица В.1 - Определение относительного укорочения диаметра трубы

оболочек трубы, Па	при степени уплотнения грунта
	до 0,85	0,85-0,95	более 0,95
До 276 000	0,06	0,04	0,03
276 000 - 290 000	0,04	0,03	0,02
Больше 290 000	0,02	0,02	0,01

, (В.6)

где - модуль деформации грунта в пазухах траншеи, МПа;

, (В.7)

здесь - удельный вес грунта, ;

- глубина засыпки трубопровода, считая от поверхности земли до уровня горизонтального диаметра, м;

- кратковременная кольцевая жесткость оболочки трубы, МПа, определяемая по формуле

, (В.8)

здесь - кратковременный модуль упругости при растяжении материала трубы, МПа;

- коэффициент Пуассона материала трубы (приведен в нормативных документах);

I - момент инерции сечения гладкой трубы на единицу длины, определяемый по формуле

, (В.9)

здесь s - толщина стенки трубы, для профилированных труб определяется эквивалентная толщина стенки трубы

. (В.10)

Момент инерции сечения профилированной трубы по теоретической формуле кольцевой жесткости

, (В.11)

где SN - кольцевая жесткость трубы, ;

- внутренний диаметр трубы, мм.

, (В.12)

где - транспортная нагрузка, принимаемая по справочным данным для гусеничного, колесного и другого транспорта, МПа;

n - коэффициент, учитывающий глубину заложения трубопровода, при H < 1 n = 0,5, при H > 1 n = 1;

- коэффициент, учитывающий процесс округления овализированной трубы под действием внутреннего давления воды в водопроводе, Р, МПа:

, (В.13)

где - суммарная внешняя нагрузка на трубопровод, МПа:

. (В.14)

Для гладких труб деформацию стенки от действия внутреннего и внешнего давления определяют по соотношениям

, (B.15)

где - кратковременное значения модуля упругости при растяжении материала трубы, МПа.

Для безнапорных труб со структурированной стенкой значение наибольшей деформации внутреннего гладкого слоя трубы определяют по формуле

, (В.16)

где N и М - интенсивности нормального усилия, Н/мм, и момента, Н/мм, в стенке трубы соответственно;

- толщина внутреннего гладкого слоя трубы;

- коэффициент Пуассона.

Вычисление внутренних силовых факторов N, М проводят по формулам

, (В.17)

, (В.18)

где параметр ; , - постоянные, определяемые по формулам:

, (В.19)

, (В.20)

, (В.21)

где - шаг гофра, мм;

- площадь поперечного сечения гофра, ;

- кратковременный модуль упругости материала внешнего структурированного слоя трубы, МПа;

- ширина выступа гофра, мм;

, - функции Крылова, имеющие вид

, (В.22)

, (B.23)

, (B.24)

. (B.25)

Предельные деформации стенки трубы определяют по формулам:

, (В.26)

, (В.27)

где - кратковременная расчетная прочность при растяжении материала трубы, МПа;

- долговременное значения модуля упругости при растяжении материала трубы на конец срока службы эксплуатации, МПа.

Если в результате расчетов значение левой части выражения (В.1) для напорных труб или (В.2) для безнапорных труб, или (В.3) для дренажных труб будет больше 1, то следует повторить расчеты при других характеристиках материала труб или укладки трубопровода.

Далее проверяют устойчивость оболочки трубы против действия сочетания нагрузок - грунтовые , транспортные и от грунтовых вод , а также от возможного возникновения вакуума в трубопроводе (вакуум может образоваться только в напорном режиме).

Для дренажных сетей применяют выражения:

, (В.28)

, (В.29)

где - уровень грунтовых вод над верхом трубы, м;

- плотность грунтовых вод, ;

- длительная кольцевая жесткость оболочки трубы, МПа, определяемая по формуле

, (В.30)

Таблица В.2 - Определение коэффициентов для прочностного расчета

Наименование коэффициента	Обозначение	Значение коэффициента
Коэффициент запаса, учитывающий вид перфорации в стенках трубы		При круговом отверстии в гладкостенной трубе - 2,3; щелевом отверстии со скругленными углами (соотношение сторон 8:1, например 25 на 3) - 1,3; для гофрированных труб при перфорации по впадинам допускается принимать коэффициент запаса 1,1; для других условий принимают по нормативным документам
Коэффициент, учитывающий качество уплотнения постели грунта		При тщательном контроле - 0,75, при периодическом контроле - 1, при отсутствии контроля - 1,5
Коэффициент запаса на овальность поперечного сечения трубы		1,0 - для напорных и самотечных трубопроводов и 2 - для дренажных трубопроводов
Коэффициент, учитывающий запаздывание овализании сечения трубы во времени		Допускается принимать значения от 1 до 1,5. Рекомендуемое значение для расчетов - 1,25
Коэффициент прогиба, учитывающий качество подготовки ложа и уплотнения		При тщательном контроле - 0,09, при периодическом контроле - 0,11, при отсутствии контроля - 0,13
Коэффициент, учитывающий влияние грунта засыпки на овализацию трубы		Допускается принимать равным 0,06
Коэффициент, учитывающий влияние кольцевой жесткости на овализацию трубы		Допускается принимать равным 0,15
Коэффициент уплотнения грунта		Рекомендуется принимать не менее 0,92. При значении в расчетах допускается принимать 1
Коэффициент, учитывающий процесс округления овализованной трубы под действием внутреннего давления в трубопроводе		Для безнапорных трубопроводов равен 1
Коэффициент запаса		Приведен в нормативных документах
Коэффициент, учитывающий влияние засыпки грунта на устойчивость оболочки		Допускается принимать 0,5, а для соотношения - равным 0,07
Коэффициент, учитывающий овальность поперечного сечения трубопровода		При
Коэффициент запаса на устойчивость оболочки к действию внешних нагрузок		Допускается принимать равным 3
Коэффициент, учитывающий глубину заложения трубопровода до верха трубы	n	При Н < 1 n = 0,5, при Н > 1 м n = 1

Таблица В.3 - Характеристика грунтов засыпки пазух траншеи

Категория грунта	Наименование грунта	Удельный вес грунта ,	Модуль деформации грунта засыпки , МПа при степени уплотнения
			0,85	0,92	0,95	0,98
Г-I	Гравелистые пески, крупные и средней крупности	17	5	8	16	26
Г-II	Мелкие пески	17,5	3,5	6	12	18
Г-III	Пылеватые пески, супеси	18	2,5	5	7,5	10
Г-IV	Полутвердые, тугомягкие и текучепластичные суглинки	18	2	3,5	5,5	8
Г-V	Твердые супеси и суглинки	18,5	1,5	2,5	5	7,5
Г-VI	Глины	19	0,9	1,2	2,5	3,5