Определение параметров труб (к СНиП 2.04.02-84, 2.04.03-85), часть 10

• часть 1
• часть 2
• часть 3
• часть 4
• часть 5
• часть 6
• часть 7
• часть 8
• часть 9
• часть 10

Таблица 7

НОРМАТИВНЫЕ И РАСЧЕТНЫЕ НАГРУЗКИ ОТ СОБСТВЕННОГО ВЕСА ТРУБ И ВЕСА ТРАНСПОРТИРУЕМОЙ ЖИДКОСТИ

Равнодействующая нормативной вертикальной нагрузки , кН/м, от собственного веса трубопровода определяется по формуле

, (21)

где - соответственно внутренний и наружный диаметры трубопровода и толщина стенки, м; - нормативное значение удельного веса материала трубопровода, кН/м.

Для получения расчетной нагрузки нормативная нагрузка умножается на коэффициент надежности по нагрузке .

Равнодействующая нормативной вертикальной нагрузки , кН/м, от веса транспортируемой жидкости определяется по формуле

, (22)

где - нормативное значение удельного веса жидкости, принимаемое равным, кН/м: для пресной воды - 9,8; для морской воды - 10,1; для сточной жидкости- 10,4; для пульпы - 14,7.

ОПОРНЫЕ РЕАКЦИИ И ЭКВИВАЛЕНТНЫЕ ПРИВЕДЕННЫЕ НАГРУЗКИ

Направление опорных реакций трубопровода, укладываемого на грунтовое основание, принимается вертикальным, а распределение - равномерным по всей ширине опорной поверхности, определяемой углом охвата трубопровода.

Нормативная интенсивность опорной реакции основания трубопровода определяется по формуле

. (23)

(При укладке трубопровода на плоское грунтовое основание принимается ).

Направление опорных реакций трубопровода, укладываемого на бетонный фундамент, принимается нормальным к поверхности трубопровода, а распределение - равномерным по всей поверхности касания.

Расчет трубопроводов следует вести по приведенным нагрузкам, определяемым по формуле

, (24)

где - расчетная приведенная внешняя нагрузка и соответственно равнодействующая расчетной вертикальной нагрузки, определенная для всех учитываемых в расчете видов нагрузки, кН/м; - коэффициент приведения, см. табл. 8; - коэффициент бокового давления, принимаемый по табл. 5.

Приведенная внешняя нагрузка - это линейные, вертикальные нагрузки, приложенные вдоль верхней и нижней образующих цилиндра трубы по направлению к ее оси и эквивалентные по максимальному изгибающему моменту действию фактических нагрузок.

Таблица 8

ПРИЛОЖЕНИЕ 4

ПРИМЕР РАСЧЕТА

1. Исходные условия

Выбрать марку, группу и категорию стали и определить толщину стенки стального водовода 900 мм (=0,92 м) для следующих условий строительства и эксплуатации: расчетное внутреннее давление - МПа; глубина заложения (до верха труб) - м; по степени ответственности водовод относится к 1 классу; прокладка в траншее с откосами 1:1,5 с шириной по дну 1,4 м, на плоском грунтовом основании с нормальной степенью уплотнения грунтов засыпки; грунты - пески гравелистые средней крупности (Гз-I) с нормативным удельным весом кН/м и модулем деформации МПа; расчетная транспортная нагрузка - НГ-60; расчетная температура наружного воздуха в районе строительства - минус 18°С; на водоводе установлена противовакуумная арматура.

2. Расчет по формулам

Определение внешних нагрузок (расчет по прил. 3)

Расчетная приведенная внешняя нагрузка от давления грунта в траншее определяется меньшим значением из двух формул:

,

.

Выбор формулы производим сравнением значений

и ,

где

м;

(по табл. 3 для ;

;

МПа;

;

.

Подсчитываем значения и затем для различных толщин стенок:

для	мм (0,01 м)	-	МПа,
	мм	-	МПа,
	мм	-	МПа,
	мм	-	МПа,
	мм (0,006 м)	-	МПа.

Так как все значения меньше принимаем , так как , то .

Определяем

Так как , то расчет ведем по первой формуле, для которой: МПа; (табл. 5 для Гз-I); (табл. 8 для плоского основания).

кН/м.

Расчетную приведенную нагрузку от временной нагрузки НГ-60 определяем по формуле

,

где

кН/м (по табл. 6 для м); .

кН/м.

Нагрузка от веса транспортируемой жидкости

Расчетную приведенную нагрузку от веса жидкости определяем по формуле:

,

где

кН/м.

Нагрузку от собственного веса стальных труб можно не учитывать. Суммарная приведенная внешняя нагрузка (с учетом коэффициентов сочетания)

кН/м.

Определение марки, группы и категории стали

(по разд. 2 Пособия)

Согласно п. 2.2 и табл. 1 Пособия при расчетной температуре до минус 20°С при толщине стенки не более 10 мм следует применять трубы из полуспокойной стали (ВСт2пс2, ВСт3пс2) и из низколегированной стали. Стали группы с нормированными механическими свойствами и химическим составом, как указано в п. 2.2. Пособия, как раз и рекомендуются преимущественно для трубопроводов 1-го класса по степени ответственности.

Трубы из стали группы изготовляются как по ГОСТ 8696-74, так и по ГОСТ 10706-76. Категории сталей 2 или 3 для труб по ГОСТ 8696-74 и 1-4 для труб по ГОСТ 10706-76.

Для дальнейших расчетов принимаем стали ВСт3пс2 и 17ГС.

Определение расчетных сопротивлений сталей

(по разд. 3 Пособия)

Так как приняты стали с нормируемыми механическими свойствами, то величину расчетного сопротивления материала труб определяем по формуле

Нормативные сопротивления для стали ВСт3пс2 - МПа, для низколегированной стали типа 17ГС при толщине стенок до 9 мм - МПа.

Расчетные сопротивления для стали ВСт3пс2 - МПа, для стали типа 17ГС - МПа.

Определение толщины стенки (по разд. 4 Пособия)

Расчет на прочность от воздействия внешних нагрузок. Толщина стенки, в мм, определяется по формуле

где кН/м; м; (для 1-го класса по степени ответственности).

Таким образом

Так как значение толщины стенки входит как в левую, так и в правую части формулы, то определение расчетной толщины стенки может быть произведено только методом подбора. Необходимо, задаваясь различными значениями для определения , вычислять значение до его совпадения с .

(значения и подсчитаны в п. 2.1).

Для стали ВСт3пс2

;

,

.

Удовлетворяет мм.

Для стали типа 17ГС

,

,

.

Удовлетворяет мм.

Расчет на деформацию от воздействия внешних нагрузок. Определяем минимально допустимую толщину стенки (независимо от марки стали) по формуле

при

При расчете на деформацию мм.

Расчет на внутреннее давление при отсутствии внешней нагрузки производим по формуле

где

МПа,

Для стали ВСт3пс2

мм.

Для стали типа 17ГС

мм.

Полученные значения меньше, чем по предыдущим расчетам.

Дополнительно проверяем трубу с минимальной толщиной стенки мм на устойчивость по формуле

= 47,15/1000·0,92·0,75 = 0,069,

Условие устойчивости удовлетворяется.

Окончательно принимаем трубы 920х8 мм из стали ВСт3пс2 (по расчету на прочность) или 920х7 мм из стали типа 17ГС (по расчету на деформацию).

3. Расчет по таблицам и графикам

Расчет внешних нагрузок не производится. Определение марок, групп и категорий сталей и их расчетных сопротивлений производится так же, как и при расчете по формулам с тем же результатом ВСт3пс2 с МПа или 17ГС с МПа.

Определение толщин стенок при расчете на прочность, деформацию и устойчивость под воздействием внешних нагрузок производим по таблицам разд. 6 Пособия.

Для заданных условий: мм; грунт засыпки - Гз-I; 1 класс по степени ответственности; укладка труб на плоское основание с нормальной степенью уплотнения грунтов засыпки; соотношения между принимаем по табл. 6 ( ; Гз-I).

По этой таблице находим, что при м: мм для стали с МПа (по интерполяции), мм для стали с МПа (этой толщине удовлетворяют трубы с МПа; это показывает, что подбор производится по расчету на деформацию).

Определение толщин стенок при расчете на внутреннее давление производим по графику разд. 5 Пособия.

На графике проводим горизонталь до пересечения с прямой и эту точку сносим вниз на шкалу , где и определяем (с округлением в большую сторону до 0,5 мм): для стали с МПа - мм, для стали с МПа - мм.

Таким образом, без проведения расчета получены те же результаты, что и в п. 2 920х8 мм из стали ВСт3пс2 или 920х7 мм из стали типа 17ГС.

4. Выводы

Для рассмотренного примера очевидно, что применение низколегированной стали не дает большого эффекта, поэтому в проекте целесообразно принять трубу 920х8 мм из стали ВСт3пс2.

Расчеты толщин стенок по формулам и их подбор по таблицам и графикам дал одинаковые результаты, так как в рассмотренном случае заданные условия (включая укладку труб в траншею с откосами) совпали с принятыми при разработке таблиц (см. п. 1.5 Пособия).

Если трубопровод укладывается в узкую траншею, то расчет по таблицам может дать завышенные результаты. В этом случае обязателен индивидуальный расчет по формулам.

5. Расчет по формулам для узкой траншеи

Расчет по формулам для исходных условий, оговоренных в п. 1, за исключением прокладки в траншее с креплениями (с вертикальными стенками) шириной м.

Расчет производим с использованием результатов по п. 2.

Нагрузка от давления грунта

Для выбора расчетной формулы сравниваем произведения:

и ,

где

м; для и Гз-I,

Так как

а значения для мм меньше , принимаем

Расчет ведем по формуле

кН/м.

Нагрузки от НГ-60 и веса транспортируемой жидкости принимаем по п. 2 кН/м, кН/м.

Суммарная приведенная внешняя нагрузка (с учетом коэффициентов сочетания)

кН/м.

Выбор марки, группы и категории стали и их расчетных сопротивлений произведен в п. 2.

Для расчета принимаем сталь ВСт3пс2 при МПа.

Определение толщины стенки

Расчет на прочность от воздействия внешних нагрузок:

Удовлетворяет мм.

Расчет на деформацию от воздействия внешних нагрузок:

Удовлетворяет мм.

Расчет на внутреннее давление дает меньшую толщину стенки, а условие устойчивости заведомо удовлетворяется (см. п. 2).

Для заданных условий принимаем трубу 920х7 мм из стали ВСт3пс2 (по расчету на деформацию).

6. Вывод

Укладка труб в узкой траншее привела к снижению толщины стенки на 1 мм, что дает экономию стали 22,4 т на 1 км трубопровода.

СОДЕРЖАНИЕ

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Рис. 1. Способы опирания труб на основание

2. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫБОРУ МАРОК, ГРУПП И КАТЕГОРИЙ СТАЛЕЙ ТРУБ

3. ПРОЧНОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СТАЛЕЙ И ТРУБ

4. РАСЧЕТ ТРУБ НА ПРОЧНОСТЬ, ДЕФОРМАЦИЮ И УСТОЙЧИВОСТЬ

5. ГРАФИКИ ВЫБОРА ТОЛЩИНЫ СТЕНКИ ТРУБ ПО РАСЧЕТНОМУ ВНУТРЕННЕМУ ДАВЛЕНИЮ

Рис. 2. Графики выбора толщины стенки труб в зависимости от расчетного внутреннего давления и расчетного сопротивления стали для трубопроводов 1-го класса по степени ответственности

Рис. 3. Графики выбора толщины стенки труб в зависимости от расчетного внутреннего давления и расчетного сопротивления стали для трубопроводов 2-го класса по степени ответственности

Рис. 4. Графики выбора толщины стенки труб в зависимости от расчетного внутреннего давления и расчетного сопротивления стали для трубопроводов 3-го класса по степени ответственности

6. ТАБЛИЦЫ ДОПУСТИМЫХ ГЛУБИН ЗАЛОЖЕНИЯ ТРУБ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ УСЛОВИЙ УКЛАДКИ

Приложение 1. СОРТАМЕНТ СТАЛЬНЫХ СВАРНЫХ ТРУБ, РЕКОМЕНДУЕМЫХ ДЛЯ ТРУБОПРОВОДОВ ВОДОСНАБЖЕНИЯ И КАНАЛИЗАЦИИ

Приложение 2. СТАЛЬНЫЕ СВАРНЫЕ ТРУБЫ, ВЫПУСКАЕМЫЕ ПО НОМЕНКЛАТУРНОМУ КАТАЛОГУ ПРОДУКЦИИ МИНЧЕРМЕТА СССР, РЕКОМЕНДУЕМЫЕ ДЛЯ ТРУБОПРОВОДОВ ВОДОСНАБЖЕНИЯ И КАНАЛИЗАЦИИ

Приложение 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАГРУЗОК НА ПОДЗЕМНЫЕ ТРУБОПРОВОДЫ

Рис. 1. Укладка труб в узкую прорезь

Рис. 2. Способы опирания трубопроводов

Рис. 3. Схема нагрузок на трубопровод от давления грунта и нагрузок, передающихся через грунт

Рис. 4. Схема нагрузок на трубопровод от давления грунтовой воды

НОРМАТИВНЫЕ И РАСЧЕТНЫЕ НАГРУЗКИ ОТ ВОЗДЕЙСТВИЯ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ И РАВНОМЕРНО РАСПРЕДЕЛЕННОЙ НАГРУЗКИ НА ПОВЕРХНОСТИ ЗАСЫПКИ

НОРМАТИВНЫЕ И РАСЧЕТНЫЕ НАГРУЗКИ ОТ СОБСТВЕННОГО ВЕСА ТРУБ И ВЕСА ТРАНСПОРТИРУЕМОЙ ЖИДКОСТИ

Приложение 4. ПРИМЕР РАСЧЕТА

• часть 1
• часть 2
• часть 3
• часть 4
• часть 5
• часть 6
• часть 7
• часть 8
• часть 9
• часть 10