ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПО СТРОИТЕЛЬСТВУ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

МИНИСТЕРСТВО ГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ И ПРОЕКТНО-КОНСТРУКТОРСКИЙ ИНСТИТУТ ЮЖНИИГИПРОГАЗ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ И СПЕЦИАЛЬНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА ГИПРОСПЕЦГАЗ

РУКОВОДСТВО

ПО АВТОМАТИЗИРОВАННОМУ РАСЧЕТУ НА ПРОЧНОСТЬ ЛИНЕЙНОЙ ЧАСТИ ТРУБОПРОВОДОВ

Р 499-83

Москва 1984

ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПО СТРОИТЕЛЬСТВУ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

МИНИСТЕРСТВО ГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ И ПРОЕКТНО-КОНСТРУКТОРСКИЙ ИНСТИТУТ ЮЖНИИГИПРОГАЗ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ И СПЕЦИАЛЬНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА ГИПРОСПЕЦГ-АЗ

РУКОВОДСТВО

ПО АВТОМАТИЗИРОВАННОМУ РАСЧЕТУ НА ПРОЧНОСТЬ ЛИНЕЙНОЙ ЧАСТИ ТРУБОПРОВОДОВ

Р 499-83

Москва 1984

ЗЛО. Границами рассчитываемого участка могут быть примыкающие к подземному трубоцроводу конструкции, податливость которых известна или может быть вычислена (например, надземный переход с компенсатором).

Если по длине трубопровода имеется так называемый "прямолинейный участок" (радиус оси изгиба более 5000 м) дайной не менее 500 Ду, то рассчитываемый участок может начинаться или заканчиваться на расстоянии 250 Ду от начала или конца кривой.

В таком случае податливости в этих сечениях (начала или конца) принимаются равными нулю.

Если таких протяженных прямолинейных участков не имеется, то начало или конец рассчитываемого участка необходимо принимать посередине между углами поворота, выполненного с применением отводов, при этом общая дайна рассчитываемого участка определяется согласно п.3.9.

В этом случае податливости в крайни сечениях также условно принимаются равными нулю, однако результаты расчета отражают фактическую работу трубопровода только на расстоянии- 50-100 диаметров трубы от сечений, где приняты условные значения податливостей.

3.11. B приложении I приведены бланк исходных данных (лист I) и пример расчета (листы 2-48). Некоторые особенности подготовки исходных данных приведены в тексте на бланке.

Бланк состоит из 6 типов карт, причем количество перфокарт (строк) в I, П и Ш типах -I, в 1У и У - не более 9, в У1- не более 100.

3.12.    I тип карт (одна перфокарта) содержит информацию общего плана: наименование отдела, заказа, варианта, дату, наименование объекта. Текстовая информация записывается любыми знаками (до 80 символов).

3.13.    П тип карт (одна перфокарта) содержит информацию _? постоянную по дайне рассчитываемого участка:

PR11_} PRZZ - признаки наличия или отсутствия по концам рассчитываемого участка трубопровода прямолинейных участков трубопровода длиной не менее 250 диаметров трубы. При наличии таких участков в начале или в конце соответственно в графу PRZI или PRZZ записывается I, при отсутствии - 0;

<Х - коэффициент линейного расширения материала трубы,.для

стальных труб эта графа может не заполняться* При этом ЭВМ (по умолчанию) автоматически принимает ос равным 0,000012 1/град;

Е - модуль упругости материала трубы, МПа (по умолчанию Е в 210000 МПа);

р - коэффициент поперечной деформации материала трубы (по умолчанию р - 0,3);

tip- коэффициент перегрузки внутреннего давления (по умолчанию Ир = 1,1);

/2;//^- коэффициенты перегрузки грунта, характеризующие его сопротивление "соответственно поперечным и продольным перемещениям трубы (по соответствующему умолчанию    П.^    = 0,8; #^=0,8);

flph- признак обработки глубины заложения трубы. Если в эту графу вводится I, то при фактической высоте засыпки грунта над трубой, вычисленной по черным и красным отметкам, менее минимальной, указанной в последней графе У1 типа карт,производится автоматическое увеличение высоты засыпки до величины h_min (по умолчанию расчет выполняется в соответствии с фактической высотой засыпки).

3.14. Ш тип карт (одна перфокарта) содержит значения по -датливости упругих связей в начальной ( N ) и конечной (Н ) точках. Под податливостью упругой связи понимается перемещение, вызванное единичным усилием.

С] - податливость угловой связи, 1/Пм;

С_г- податливость поперечной связи, м/К;

C_s- податливость продольной связи, м/Н.

Ориентация связей принята относительно первого и последнего участка трубопровода.

Податливость примыкающих к рассчитываемому участку конструкций определяется по правилам строительной механики. Если рассчитываемый участок трубопровода соединяется с магистралью с помощью тройника, то соответствующие податливости можно определять по формулам (3).

При примыкании к рассчитываемому участку надземного перехода с компенсаторами, имеющими малую жесткость, можно ею пренебречь и принять податливости равными    По

датливости П у 2 и Г-образных компенсаторов можно вычислять по расчетным зависимостям для этих компенсаторов, приведенным в главе СНиП П-45-75.

3.15.    17 тип карт (до 9 перфокарт) содержат информацию о физико-ыэханических характеристиках грунта, в котором уложен трубопровод. Вначале по всей .длине рассчитываемого трубопровода выделяются участки по типам грунтов, имеющих одинаковые характеристики. Первый столбец - тип грунта - помер, присвоенный типу грунта на данном участке, соответствует типу, указанному в 13 графе шестой группы карт. Диапазон изменения - от I до 9. Необходимо обязательное соблюдение возрастания номеров. При числе типов менее 9 в последнюю строку записывается ноль. Далее по столбцам:

PRGR- признак грунта, вводится I для песчаных и 0 для глинистых грунтов ;

JCгр - удельный вес грунта засыпки, Н/см³;

frp - угол внутреннего трения грунта засынки, град;

С_гр - удельное сцепление грунта засыпки, МПа;

Еф.з- модуль деформации грунта засыпки, МПа;

Е^- модуль деформации грунта основания, МПа;

/</, - коэффициент поперечной деформации (Пуассона) грунта,

^{р гр} как указано в таблице;

С.. — обобщенный коэффициент касательного сопротивления грунта, МПа/см (см.таблицу);

R - несущая способность грунта основания, МПа (при ^р отсутствии данных изысканий принимается по данным табл.4 главы СНиП П-15-75);

)уЭ - удельный вес частиц грунта засыпки, кН/м³;

£ - коэффициент пористости грунта;

Г. - удельный вес воды с учетом растворенных в ней со-⁰ лей или разжиженного грунта, если он может перейти в жидко-пластическое состояние; кй/м .

3.16,    У тип карт (до 9 перфокарт) содержит информацию о физико-механических характеристиках трубы и соединительных деталей, из которых выполнен трубопровод.

Тип м - номер, присвоенный типу материала трубы на участках, указываемых в 70-й позиции У1 группы карт. Диапазон изменения от I до 9. Необходимо обязательное соблюдение возрастания номеров. При числе типов менее 9 в последнюю строку записывается ноль.

Далее по столбцам:

R * - нормативное значение временного сопротивления материала труб и деталей, МПа;

1?2 - нормативное значение цредела текучести, МПа;

22 к ~ коэффициент безопасности по материалу.

ж mx	Вид грунта Пределы Харак норматив терно- ных зна тика чений кон грунта систенции ДЫНЮ______

I	Пески граве	. -	Мгр	0,25	0,22	0,19	0,16 -
	листые крупные и средние		Сх.о	0,033	0,030	0,027	0,025 -
2	Пески мелкие		Мгр	0,15	0,15	0,15	0,15 -
	и пылеватые		Сх.о	0,025	0,021	0,021	0,019 -
3	Супеси	0^1$ 0,25 Мгр		0,20	0,18	0,15	0,15 0,15
			Сх.о	0,035	0,033	0,030	0,030 0,030
		0,25<1$	Мгр	0,30	0,28	0,20	0,20 0,20
		i 0,75 и	Сх.о	0,035	0,032	0,030	0,025 0,025
ч	Суглинки	04Н 0,3	Мгр	0,30	0,28	0,25	0,20 0,20
			Сх.о	0,038	0,035	0,035	0,032 0,030
		0.3<1<0.'	75 Мгр	0,45	0,40	0,35	0,30 0,30
			Сх.о	0,035	0,033	0,030	0,025 0,020
5	Глины	0 414 0,30 Мгр		0,15	0,12	0,12	0,10 0,10
			Сх.о	0,040	0,038	0,035	0,033 0,030
		0,3<1$0,75 Мгр		0,20	0,12	0,10	0,10 0,10
			Сх.о	0,045	0,040	0,035	и,030 0,030

3.17. У1 тип карт (до 100 перфокарт) содержит информацию о геометрических параметрах и конструктивном решении рассчитываемого участка трубопровода.

Узловые точки обязательно назначаются в местах изменения типов грунтов, типов материала трубы, з вершинах углов поворота в вертикальной плоскости трассы, в местах изменения уровня вода, величины или типа балластировки, величины внутреннего давления, температурного перепада* диаметра и толщины стенки трубы, изменения размеров насыпи и нормированной величины минимальной высоты засыпки над трубой.

Узловые точки характеризуются координатами: пикетами (совместно с величиной отклонения пикета и плюсовкой) или расстоянием и отметками.

Исходные- данные расположены на бланке листа I приложения I в следующем порядке по графам:

13

ГК - номера пикетов, должны заполняться в возрастающем порядке от 0 до 99999 (целые числа);

плюсовка или расстояние, м. При наличии* номера пикета в этой строке вводимая величина означает расстояние между данным узлом и пикетом, при отсутствии номера пикета - расстояние от данного узла до предыдущего; диапазон изменения от +999 до -99 м;

отклонение пикета со своим знаком, м.вводится. если указанный в данной строке номер пикета расположен на расстоянии менее (знак минус) или более (знак плюс), чем на 100 м от предыдущего пикета;

черные отметки, м - высота поверхности земли в данном узле над условным уровнем, постоянным для всего рассчитываемого участка. Диапазон изменения от 999 до 5000 м. Незаполненные (нулевые) отметки определяются программно путем линейного интерполирования между соседними черными отметками. При необходимости задания нулевой отметки вводится величина 0,01 м;

красные отметки, м - высота верха трубы в данном узле над тем же условным уровнем, что принят для назначения черных отметок земли для прямолинейного участка или высота вершины угла поворота (а не трубы) для криволинейного участка. Диапазон изменения от -1000 до 5000 м. Незаполненные (нулевые) отметки определяются программно путем линейного интерполирования между соседними красными отметками. При необходимости задания нулевой отметки вводится величина 0,01 м;

угол поворота. град и мин. Углы в узлах поворота оси трассы задаются только для контроля. Фактические углы поворота вычисляются по- заданным координатам (длинам и красным отметкам) . В случае расхождения между фактическими углами и заданными расчет производится по фактическим углам, но выдается сигнальная информация;

р - минимальный радиус поворота оси трубы в пределах участка, непосредственно примыкающего к данному углу, м. Диапазон изменения от 0 до 9999 м. Если поворота оси трассы нет,т.е. участки слева и справа являются продолжением друг друга (т.е. угол поворота равен нулю), то в графу заносится I. Если поворот выполняется упругим изгибом трубопровода, то в графу может заноситься принятый в проекте минимальный ра-

14

диус упругого изгиба. По умолчанию црограшно вычисляется минимально допустимый радиус упругого изгиба исходя из условий СКиП П-45-75;

Т - тип разбивки, графа содержит три позиции. Первая позиция характеризует область информации граф 10-22. Вторая и третья - тип кривой, вершина которой находится в рассматриваемом узле.

Знак минус графы Т означает, что информация, содержащаяся в данной карте (графы 10-22, т.е.    ),относится то

лько к участку поворота. Следует учитывать, что в общем случае каждая карта, относящаяся к повороту, описывает два участка: прямолинейный и следующий за ним криволинейный. В ряде случаев, например при применении кривой вставки из труб .другого материала или другой толщины стенки, информация .для обоих участков различна. В этом случае перед значащими цифрами заносится знак минус; если графа Т не заполнена, то во вторую и третью позиции заносится минус 9.

Если поворот выполняется с применением з-градусных отводов холодного гаутья по ГОСТ 24950-81, то вносится число 3 (в третью позицию); с применением 3-градусных отводов с прямыми вставками между ними, равными дайне одной трубы, - число 33 (во вторую и третью позиции); с применением 6- ^адус-ных отводов - аналогично 6 и 66; с применением кривых, вставок вида Б - I в 3-ю позицию;    с    применением    вставок    вида

Б - 2; для упругоизогнутых кривых и вставок вида А - О, tl₀ - расстояние от верха засыпки до уровня воды, см. Диапазон изменения от 0 до 990 см. Если уровень вода совпадает или выше уровня засыпки грунта над трубой, т*е. h_ff =0, то это условие записывается в эту графу в виде 999.

Первая и последняя строки в данной графе заполняются обязательно, пропущенные значения интерполируются;

^ доп “ расчетная Сс коэффициентом безопасности по материалу) распределенная линейная нагрузка(вес балласта под водой задается со знаком плюс) или расчетное усилие анкерного устройства на единицу дайны (задается со знаком минус), Н/см;

К _к8 - коэффициент надежности при расчете трубопроводов против всплытия, назначается в соответствии со СПиП П-45-75;

PRV - признак учета при расчете трубопровода против всплытия обводненного грунта, вводится О, если грунт не учитывается,

I - если учитывается (см.СНиП П-45-75);

15

тип грунта - номер типа грунта на данном участке, соответствует 1У группе карт;

Рр - рабочее (нормативное) давление, МПа;

At - температурный перепад, положительный при нагревании,°С;

0// - наружный диаметр трубы, см. При применении кривых па гнутых отводов в соответствии с ГОСТ 24950-81 допустимые значения: 53, 63, 72, 82, 102, 122, 142 см. При применении кривых из трех- и шестиградусных гнутых отводов, в том числе с прямыми вставками, допустимые значения 102, 122, 142 см;

^ - толщина стенки трубы, см;

категория участка устанавливается согласно СНиП П-45-75, допустимые значения I, 2, 3, 4 и В.

Тип материала - номер типа материала на данном участке,соответствует У группе карт;

соответственно ширина насыпи по верху и по низу,см. При подземной прокладке эти графы не заполняются;

hfntn- минимально допустимая высота засыпки грунта под трубопроводом, устанавливается согласно СНиП П-45-75 или назначается проектировщиком.

Б графах 10-22 i(fga_n^h_mi„) повторяющиеся значения можно не заполнять, нулевое значение воспринимается программой, как повторение предыдущего. Если же необходимо задать нулевое значение в какой-либо из этих граф, то данная строка соответствующей графы должна вся заполняться девятками.

Выходная информация

3.18.    Для контроля исходных данных и их перфорации производится распечатка бланка входной информации в том виде, в котором он записан (листы 2-3 приложения I).

3.19.    Далее печатаются скорректированные программой исходные данные расстояний между узловыми точками, величин углов и радиусов упругого изгиба, а также заполненные пробелы в бланке исходных данных, которые повторяются либо линейно интерполируются. Производится также .диагностика исходных данных. Если нет замечаний по исходным данным, то информация отсутствует,

3.20.    На листах 3-10 приложения I приводятся исходные данные расчетной схемы. Под расчетной схемой понимается рассинты-

16

ваемый участок трубопровода, разбитый на отдельные конечные элементы. Б графе "участок" вначале печатаются номера крупных участков, соответствующих данным листа 3, а между ними (отмеченные звездочками), начиная с номера два, номера элементов.

Листы 2-10 содержат подробные комментарии к исходным данным. В последнем столбце- листов 4-7 приведены наименования типов участка:

ПБ - полубесконечный;

КЛ - конкретный линейный;

Ей - участок упругого изгиба;

ГН - участок, выполненный с применением отводов, холодного гнутья;

Г - криволинейный отрезок участка ГН;

Л - прямолинейный отрезок участка ГН.

3.21.    Для каждого элемента (трех его сечений - начала,середины и конца) печатаются значения изгибающего момента от воздействия температуры и внутреннего давления, момента от упругого изгиба, суммарного изгибающего момента, продольного осевого усилия поперечной силы, поперечного и продольного перемещений, и равнодействующая перемещений (истинное).

Знак плюс при величине изгибающего момента означает, что при изгибе трубопровода в вертикальной плоскости растянуты нижние волокна, знак минус - верхние волокна трубы. Знак плюс при величине поперечной силы указывает, что на левом конце элемента поперечная сила сдвигает этот конец относительно предыдущего участка вверх, а на правом конце - относительно последующего элемента вниз. Знак плюс при величине продольного осевого усилия означает, что осевое усилие - растягивающее, знак минус - снимающее. Знак плюс при значении поперечного перемещения означает, что данное сечение перемещается вниз, минус вверх относительно элемента. Знак плюс при значении продольного перемещения означает, что перемещение направлено слева направо вдоль элемента, знак минус соответствует противополож -ному направлению.

3.22.    Еа листах 34-47 приложения I приведены результаты прочностного расчета для тех же сечений трубопровода; в третьей, пятой и седьмой графах печатаются значения осевых продольных напряжений, продольных напряжений в растянутой а сжатой зонах. Во втором, четвертом и шестом столбцах печатаются соответ-

17

ствутацие предельные значения этих величин, определенные по СНиД П-45-75.

Контрольный пример расчета

На рис.1 представлен участок трубопровода, к левому концу которого примыкает прямолинейный участок длиной 500 и (по-лубесконечный), правый конец выходит на поверхность к компенсатору-

Рассматривается трубопровод диаметром 1420 мм с толщиной стенки 15,7 мм (Ш категория) и 19,5 ш (П категория). Углы поворота выполнены изгибом радиусом 2500 и, с применением отводов - 16° по ТУ, из 3 и 6° отводов, в том числе и с прямолиней ной вставкой между ними. Трубопровод выполнен из труб двух типов, отличающихся пределом текучести.

Нагрузки и воздействия: рабочее (нормативное) давление 7,5 МПа, температурный перепад 60°С.

По длине участка имеются три типа грунта, уровень обводнения - переменный по длине, на двух участках предусмотрена балластировка грузами УБО-I с шагом 1,8 м.

В приложении I приводятся бланк исходных данных и распечатка контрольного примера.

4. РАСЧЕТ ПОДЗЕМНОГО ТРУБОПРОВОДА С ПРОИЗВОЛЬНЫМ ОЧЕРТАНИЕМ ОСИ В Г0ЭД30НТАЛШ0Й ПЛОСКОСТИ

Область применения программы ШАГ-82-АБГ0

4.1.    Программа предназначена для расчета линейного (нераз-ветвленного) подземного трубопровода, имеющего произвольные очертания различных углов поворота в плане. Углы поворота могут быть выполнены упругим изгибом и с применением отводов (колен) различного типа, в том числе крутозагнутых.

4.2.    Программа позволяет рассчитывать различные конструктивные решения, в том числе компенсаторы - упоры, подземную систему с частичной компенсацией осевых продольных напряжений от температурного перепада, прокладку типа "волна", прокладку

Т8

Рис.I. Схема профиля рассчитываемого участка трубопровода

В Руководстве рассмотрен комплекс программ расчета на прочность с использованием ЕС ЭВМ напряженно-деформированного состояния линейной части трубоцрово-да_# предназначенный для оценки выполнения предельных состояний, установленных СЙиП П-45-75.

Программы на машинных носителях хранятся в отделе инженерных и сметных расчетов с применением ЭВМ (ОИР) института Екниигицрогаз (г,Донецк).

Руководство разработано лабораторией методов расчета трубопроводов и соединительных деталей ШИИСТа, отделом комплексного проектирования № 4 и ОИР Юянии-гипрогаза, газопроводным отделом и информационно-вычислительным центром Гипроспецгаза и предназначено для инженерно-технических работников проектных и строительных организаций.

Руководство составили: канд.техн.наук А.Б.Айн-биндер (научный руководитель), инженеры В.С.Шевчук,

А.С.Аптекарь, Л.Н.Олейник, Е.В.Ермолаев, В.С.Сумароков, Э.А.Синявский, С.А.Андрианов (разд.З), С.К.Гиль-зин (разд.3-5), Т.С.Гончарова(раздД), Ю.Н.Иванов (разд.З.4), Т.К.Киченко (разд.В), О.М.Колманович (разд.9), Н.А.Кухтерин (разд.2,8,9). ВЛ1.Мирошниченко (разд.5), О.И.Рогаткин (разд.З,4), Л.Н.Суворов (разд.З,4), Э.В.Тютюнникова (разд.З,4). Л.Н.Усс (разд.2,7), О.М.Шилинговская Тразд.4,6), А.Л.Шнееров (разд.З,4).

Замечания и предложения просьба направлять по адресу: Москва, 105058, Окружной пр., IS, ВНИИСТ,отдел прочности и надежности конструкций магистральных трубопроводов.

Всесоюзный научно-исследовательский институт по строительству магистральных трубопроводов (ВНИИСТ) ,1984

слабс^зогнутыми участками, параллельную прокладку, шлейфы, подходы к КС, НС и к скважинам, прямолинейную систему с различными воздействиями (температуры, давления) по длине, например, участок трубопровода со стабилизатором у узла приема-пуска очистных устройств, концевой участок трубопровода с анкером-трубой и др.

4.3.    Рассчитываемый участок трубопровода гложет быть как на обводненных, так и на необводненных участках трассы, забалластирован грузами, сплошным обетонированием или закреплен анкерными устройствами. Физако-механические характеристики грунта могут быть различными по длине рассчитываемого участка.Различными по длине могут также быть диаметр и толщина стенки трубы или отвода, давление и температурный перепад* Кроме того, в любой точке сечения могут быть приложены сосредоточен -ные усилия в горизонтальной плоскости (момент, продольная и поперечная силы).

4.4.    Граничные условия по концам рассчитываемой системы могут быть произвольными и описываться податливостью примыкающей конструкции. Если рассчитываемый участок трубопровода соединяется с помощью тройникового соединения с прямолинейным полубесконечнкм в обе стороны от подсоединения трубопроводом, то соответствующие податливости вычисляются программно.

4.5.    Особенностью данной версии программы является автоматизация подготовки исходных данных для расчета с использованием непосредственно рабочих чертежей. Номенклатура применяемых при строительстве магистральных трубопроводов отбодов записана в памяти ЭВМ. В связи с этим при использовании отводов машинного гнутья область программы распространяется только на .диаметры 53, 63, 72, 82, 102, 122 и 142 см (п.3.17).

4.6.    Целью расчета является определение компонентов усилий, действующих в сечении трубопровода, компонентов перемещений различных сечений трубопровода, определение напряжений в различных сечениях трубопровода и проверка по деформациям в соответствии со СНиП П-45-75 принятого конструктивного реше -ния трубопровода.

В результате расчета также определяются усилия, действующие на примыкающие к концам рассчитываемого участка конструкции.

19

I. ОБЩЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1.    Настоящее Руководство разработано в развитие глава СНиП П-45-75.

1.2.    Конструктивные решения и способы прокладки трубопроводов должны отвечать требованиям главы СНиП П-45-75.

1.3.    Нагрузки и воздействия, а также их сочетания определяются в соответствии с главами СНиП П-45-75 и СНиП П-6-74.

1.4.    Определение физико-механических характеристик* грунта и уровня грунтовых вод производится на основе инженерных изысканий трассы трубопровода с учетом прогнозирования их изменения в процессе строительства и эксплуатации, а также в зависимости от способа производства работ.

1.5.    При проектировании и расчете трубопроводов, сооружаемых на оползневых и селевых участках, на участках, где воз -можны деформации грунта, связанные с изменением его структуры (просадки, пучение и т.п.), необходимо учитывать связанные с этим дополнительные воздействия.

1.6.    Методом вариантного проектирования определяется рациональное конструктивное решение, удовлетворяющее предельным состояниям, установленным СНиП П-45-75.

2. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ АЛГОРИТМОВ РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ ЛИНЕЙНОЙ ЧАСТИ ТРУБОПРОВОДОВ

2.1. В качестве расчетной модели трубопровода принимается стержень (балка) трубчатого сечения. Для криволинейных участков трубопровода учитывается уменьшение их жесткости по срав-

Внесено Утверждено ВНИИСТом 15/1У 1983 г. ВНИИСТом Южниигипрогазом 20/1У 1983 г., Гипроспецгазом 26/1У 1983 г.

нетто с прямолинейными. При определении деформаций трубопровода принимается во внимание двухосное напряженное состояние металла труб напорного трубопровода на основе обобщенного закона 1^гка.

2.2.    Расчетная модель грунта и анкеров описывается зависимостью их сопротивления от компонент линейных перемещений трубопровода. Сопротивление среды угловым перемещениям (кручению трубопровода) не учитывается. Анкера рассматриваются как равномерно распределенные связи по длине отдельного участка трубо -провода, в связи с этим область применения программ распространяется только при шаге анкеров, не превышающих 10 диаметров трубы.

2.3.    Сопротивление грунта поперечным вертикальным перемещениям трубы вверх вначале с увеличением перемещений увеличивается до величины, равной предельной удерживающей способности грунта. На этом участке эта зависимость принимается линейной и характеризуется обобщенным коэффициентом нормального сопротивления грунта, зависящим от модуля деформации и коэффициента поперечной деформации грунта засыпки, диаметра и глубины заложения трубы.

Предельная удерживающая способность грунта определяется в зависимости от физико-механических характеристик грунта и уровня воды относительно трубопровода и его глубины заложения.

С дальнейшим ростом перемещений сопротивление грунта уменьшается по линейному закону, зависимость сопротивления грунта от перемещения характеризуется коэффициентом разгрузки.

2.4.    Сопротивление грунта поперечным вертикальным перемещениям трубы вниз описывается билинейной диаграммой упруго-пластического тела, характеризуемой также обобщенным коэффициентом нормального сопротивления грунта, зависящим уже от модуля деформации грунта основания, и его несущей способностью.

2.5.    Сопротивление грунта поперечным горизонтальным перемещениям трубы описывается также диаграммой упруго-плабтичес-кого тела, характеризуемой обобщенным коэффициентом нормального сопротивления грунта, являющимся функцией расстояния от стенки траншеи до трубы, и минимальным значением несущей способности грунта и его пассивного сопротивления.

2.6.    Сопротивление грунта продольным перемещениям трубы

4

не зависит от направления перемещения и описывается диаграммой упруго-пластического тела, характеризуемой обобщенным коэффициентом касательного сопротивления грунта и предельным сопротивлением грунта сдвигу.

Обобщенный коэффициент касательного сопротивления грунта определяется в зависимости от вида, консистенции, крупности и пористости грунта. Предельное сопротивление грунта сдвигу определяется его физико-механическими характеристиками и относительной глубиной заложения трубопровода.

2.7.    Зависимость сопротивления анкеров от поперечного перемещения трубы вверх описывается такой же диаграммой, как и грунта, предельное сопротивление определяется критической нагрузкой на анкер. Сопротивление анкера поперечному горизонтальному, вертикальному перемещению трубы вниз и продольным перемещениям трубы принимается равным нулю.

2.8.    Балластировочвые грузы рассматриваются как пассивная нагрузка, учитываемая только при описании моделей взаимодействия трубы со средой при поперечных вертикальных перемещениях трубы вверх и продольных перемещениях, причем коэффициент трения их по грунту принимается равным тангенсу угла внутреннего трения грунта.

2.9.    Граничные условия по концам рассчитываемого участка задаются в виде значений податливостей или жесткостей линейных упругих связей, характеризующих примыкающую конструкцию. Ориентация связей принята относительно крайних элементов трубопровода.

2.10.    Расчетные модели опор надземных трубопроводов представляют собой линейно-упругие связи, препятствующие угловым, поперечным и продольным (относительно оси трубопровода) перемещениям.

2.11.    Б алгоритмах по расчету укладки трубопровода (программа РУТ-82) и определению красных отметок (программа ПИКЕТ-82) основание под трубопроводом принимается абсолютно жестким, а нагрузка считается приложенной перпендикулярно недеформиро-ванной оси трубопровода.

2.12.    Б алгоритме программы НЕПД-82 модель трения трубопровода на опорах принята по закону Кулона, сила трения не зависит от величины и направления перемещения и направлена в сторону» противоположную перемещению.

2.13.    Выталкивающая сила воды принимается направленной перпендикулярно недеформированной оси трубопровода, температурный перепад считается постоянным по высоте сечения и рассматривается как воздействие, силы инерции при .движении продукта и трубы не учитываются.

2.14.    Для определения напряженно-деформированного состояния трубопровода используется численный метод, являющийся одной из разновидностей метода конечных элементов. Он основан на замене рассчитываемой конструкции некоторым числом дискретных элементов. В качестве конечного элемента принимается одномерный элемент с двусторонними (продольными и поперечными) связями.Криволинейный участок трубопровода заменяется совокупностью прямых.

2.15.    В алгоритмах программ Д0ГА-82-АВТ0, ШАГ-82-АВТ0, ВЬЮГА-82 использован метод конечных элементов в усилиях, в программах УЗЛЫ-82, РУТ-82 - метод конечных элементов в перемещениях, в программе НЩЦ-82 - смешанный метод, в программе ПИКЕТ-82 - метод, использующий дифференциальное уравнение равновесия элемента.

2.16.    В программах Д0ГА-82-АЕТ0 и ШАГ-82-АКГ0 разбивка рассчитываемой системы на конечные элементы производится автоматически, в остальных - при подготовке исходных данных для расчета на ЭМ. Разбивка на конечные элементы связана с необходимостью учета изменения входных параметров (геометрии системы, нагрузок и воздействий, характеристики среды, взаимодействующей с трубопроводом) и геометрической и физической нелинейностей. Рекомендации по разбивке на конечные элементы приведены в соответствующих каждой программе параграфах по подготовке исходных данных.

2.17.    Алгоритмы всех программ, За исключением программы ПИКЕТ-82, учитывают геометрическую нелинейность система за счет продольно-поперечного изгиба (деформированную расчетную схему), физическую нелинейность среды, в которой расположен трубопровод (нелинейную зависимость сопротивления среды в зависимости от величины и направления перемещения трубы), нелинейную связь между деформацией и перемещением, т.е. зависимость продольного усилия от воздействия (температуры и давления) с учетом пере -мещений (самокомпенсации).

Алгоритм программы РУТ-82 по расчету укладки трубопровода

к

учитывает нелинейную связь меаду кривизной и второй производной перемещения по длине, которая существенна при больших перемещениях.

Алгоритм программы ПИКЕТ-82 по определению красных отметок основан на непосредственном решении .дифференциальных уравнений равновесия, при граничных условиях, отражающих взаимодействие упругой кривой с прямолинейным участком, и нелинейного уравнения относительно длины волны изгиба,

2.18.    Для реализации вышеуказанных нелинейностей используется итерационный метод. На каждом этапе расчета решается линейная задача, при которой используются результаты, яолученкые на предыдущем этапе.

Геометрическая нелинейность системы учитывается введением известных (по предацущему этапу расчета) значений осевых усилий в матрицу податливости или жесткости.

Физическая нелинейность среды, взаимодействующей с трубопроводом, учитывается с помощью метода переменных параметров, являющихся функцией перемещений, нелинейная связь между продольным усилием и воздействиями - с помощью метода последовательных приближений, а нелинейная связь между кривизной и перемещением - за счет использования "шагового" метода.

2.19.    Матрицы жесткости, податливости, вектор грузовых перемещений и усилий получены из решения дифференциальных уравнений равновесия, составленных для элемента с распределенными линейными связями. Уравнение равновесия учитывает продольнопоперечный изгиб. При этом в пределах одного элемента продольное усилие принимается постоянным по его .длине.

Уравнения равновесия в перемещениях или усилиях составляются для всех узлов, где стыкуются отдельные конечные элементы. При этом используется местная система координат, начало которой расположено в узле. В системе линейных уравнений неизвестными являются компоненты узловых усилий или перемещений.

2.20.    По определенным из решения системы уравнений узловым усилиям или перемещениям по уравнениям, описывающим их изменение по длине элемента, определяются все компоненты напряженно-деформированного состояния элемента.

По найденным перемещениям опуоделштсн переменные параметры - коэффициенты нормального и касательного сопротивлений

7

грунта, используя принятие зависимости сопротивления грунта от перемещения, и величина продольного усилия с применением численного интегрирования уравнений перемещений.

2.21.    По вновь найденным параметрам вычисляется матрица жесткости или податливости и вновь выполняется весь расчет.Fa-счет производится до выполнения условий сходимости итерационного процесса для всех элементов системы. Критерии сходимости установлены на основании экспериментальных исследований на ЭВМ.

2.22.    Алгоритм: программы РУТ-82 предусматривает подбор методом последовательных приближений нагрузки, необходимой для обеспечения проектного положения трубопровода при его укладке и при воздействиях температуры и внутреннего давления, а программы ПИКЕТ-82 - определение нагрузки и ее распределение по длине волны изгиба при естественном (упругом) изгибе трубопровода.

2.23.    В программах производится проверка выполнения ограничений по нацряженно-деформируемому состоянию трубопровода, установленных СНиП П-45-75: проверка прочности и деформаций подземных и наземных (в насыпи) трубопроводов, общей устойчивости трубопровода в продольном направлении и проверка против всплытия подводных трубопроводов, прокладываемых на переходах через водные преграды и на обводненных участках, проверка прочности надземных бескомпеисаторных переходов трубопроводов. Из соединительных деталей проверка прочности и деформаций производится только для отводов в соответствии с методикой, принятой в СНиП П-45 для определения их толщины и коэффициентов концентрации напряжений.

3. РАСЧЕТ ПОДЗЕМНОГО ТРУБОПРОВОДА С ПРОИЗВОЛЬНЫМ

ОЧЕРТАНИЕМ ОСИ В ВЕРТИКАЛЬНОЙ ПЛОСКОСТИ

Область применения программы Д0ГА-82-АВТ0

3.1. Рассматривается подземный и (или) наземный в насыпи трубопроводы,состоящие из прямолинейных участков и углов поворота в вертикальной плоскости, выполненных упругим изгибом или с применением отводов. Граничные условия по концам рассчитыва-

емого участка - произвольные п задаются значениями податливости примыкающей конструкции.

3.2.    Физико-механические характеристики грунта по длине рассчитываемого участка в общем случае дискретно переменны, количество типов грунтов в данной версии программы не долено превышать девяти.

3.3.    Физико-механические характеристики материала трубы п отводов тенге дискретно переменны, количество типов не долгно превышать девяти.

3.4.    Особенность!) данной версии программы является автоматизация подготовки данных для поверочного прочностного рас-чвта с использованием непосредственно исходных данных с рабочих чертежей трубопровода. В памяти ЭЕЛ записана вся номенклатура унифицированных кривых вставок из отводов холодного гнутья, применяемых на углах поворота магистральных трубопроводов.

3.5.    Для балластировки трубопровода могут применяться грузы или винтовые анкеры, саг грузов или расстояние между анкерами по длине молот быть дискретно-переменным.

3.6.    Диаметр и толщина стенки труб и отводов и длина могут быть дискретно-переменными (расчет производится по номинальному диаметру и. толщине стенки').

3.7.    Рабочее (нормативное) давление продукта и температурный передал (положительный при нагревании) назначаются в соответствии со СНиП П-45-75 и могут быть дискретно-переменными по длине.

3.8.    Целью расчета являются определение компонентов усилий, действующих в сечении трубопровода, компонентов перемещений различных сечений трубопровода, определение напряжений в различных сечениях трубопровода н проверка по прочности, по деформациям, продольной устойчивости и против всплытия в соответствии со СНиП П-45-75.

Подготовка исходных данных для расчета на ЭЮ

3.9. Рассчитывается участок подземного или наземного (в насыпи) трубопровода, для которого известны граничные условия по концам. Общая протяженность участка зависит от конфягура -ции ЭВМ, количества углов поворота и составляет до 5000 ы.