Разработка технологии сооружения поселковых газопроводов из полиэтиленовых труб (стр. 4 из 7)
где ргр - плотность грунта, [кг/м3]; h - расстояние от верха трубы до поверхности земли, [м].
Выталкивающая сила воды, действующая на единицу длины газопровода (Н/м), находящегося ниже уровня грунтовых вод, рассчитывается по формуле:
(3)где ρ – плотность воды при возможности перехода обводненного грунта в жидко-пластичное состояние, [кг/м3].
При возможности перехода обводненного грунта в жидко-пластичное состояние при вычислении выталкивающей силы следует вместо плотности воды принимать плотность разжиженного грунта. Рабочее (нормативное) давление транспортируемой среды устанавливается проектом.
Нормативная нагрузка на единицу длины газопровода (Н/м) от веса транспортируемой среды должна определяться по формуле:
(4)где di - внутренний диаметр газопровода, м; рср - плотность транспортируемой среды при рабочем давлении, кг/м3.
Температурный перепад в материале стенок труб следует принимать равным разности между максимально (или минимально) возможной температурой стенок в процессе эксплуатации и наименьшей (или наибольшей) температурой газопровода непосредственно после его засыпки грунтом (температурой фиксирования расчетной схемы).
Принятые в расчете максимальное и минимальное значения температуры, при которых допускается фиксирование расчетной схемы, должны указываться в проекте или необходимо предусматривать специальные мероприятия по укладке газопровода, предотвращающие возникновение недопустимых продольных напряжений, обусловленных температурным перепадом.
Расчет
Произведем расчет газопровода Ø 25 мм на нагрузки и воздействия, которым он подвержен в процессе его укладки и дальнейшей эксплуатации.
Определим нагрузку от собственного веса единицы длины газопровода (Н/м) по формуле (1):
где
g = 9,81 [м/с2];dе = 0,025 [м];
t = 0,003 [м].
Тогда:
Определим нагрузку от давления грунта на единицу длины газопровода (Н/м) из выражения (2):
где ргр = 2740 [кг/м3], (см. табл. 3, ниже);
g = 9,81 [м/с2];
dе = 0,025 [м];
h = 1.5-0,025 = 1,475 [м].
Определим выталкивающую силу воды, действующую на единицу длины газопровода (Н/м), находящегося ниже уровня грунтовых вод, по формуле (3):
где ρ = ρст = 2740, [кг/м3].
g = 9,81 [м/с2];
dе = 0,025 [м].
Определим нормативную нагрузку на единицу длины газопровода (Н/м) от веса транспортируемой среды по формуле (4):
где di = 0,019 [м];
рср = 0,013 [кг/м3].
g = 9,81 [м/с2].
Обеспечение кольцевой формы поперечных сечений газопровода и проверка условий местной устойчивости стенок
Проверка обеспечения кольцевой формы сечения подземного газопровода должна выполняться с учетом полной линейной нагрузки (Н/м), приведенной к вертикальной плоскости, проходящей через ось трубы:
(1)где β - коэффициенты приведения нагрузок; Q - равнодействующие вертикальных нагрузок на газопровод (от давления грунта, равномерно распределенной нагрузки на поверхности засыпки, нагрузки от веса трубопровода и транспортируемой среды, нагрузки от гидростатического давления грунтовых вод), [Н/м].
Нагрузка на газопровод от давления грунта (Н/м) рассчитывается по следующим формулам:
(2)где В - ширина траншеи по уровню верха газопровода, [м]; Кгр - коэффициент вертикального давления грунта определяется по табл. 2, зависящий от глубины заложения трубопровода и вида грунта; de – наружный диаметр трубы; qm - нагрузка от давления грунта на единицу длины газопровода [Н/м], определяемая по формуле:
(3)где ρm – объемный вес грунта, [кг/м3], определяемый по табл. 3 в зависимости от вида грунта; g – ускорение свободного падения, g = 9,81 [м/с2]; h – расстояние от верхней кромки трубы до поверхности земли.
Таблица 2.
Коэффициент вертикального давления грунта Кгр
| Глубина заложения газопровода, м. | Пески, супеси, суглинок твердый. | Суглинок пластинчатый, глина твердой консистенции. |
| 2 | 0,67 | 0,70 |
Таблица 3.
Объемный вес грунта ρm
| Вид грунта. | Объемный вес грунта ρm, г/см3 |
| глины | 2,74 |
Нагрузка на основание траншеи [Н/м] от собственного веса газопровода и транспортируемой среды вычисляют следующим образом:
(4)где qq – собственный вес единицы длины газопровода, [Н/м], определяемая по формуле:
(5)где mq – расчетная масса 1-го метра трубы газопровода, принимаемая согласно ГОСТ Р 50838 – 95.
Нагрузка от выталкивающей силы воды на обводненных участках:
(6)где qw – нагрузка от выталкивающей силы воды, действующая на единицу длины газопровода, [Н/м], определяемая по формуле:
(7)где ρw - объемный вес обводненного грунта, [кг/м3].
Нагрузка от движения транспортных средств:
(8)где γТ – коэффициент нагрузки, зависящий от вида транспорта:
· для нагрузки от автомобильного транспорта – 1,4;
· для нагрузки от гусеничного транспорта – 1,1;
qТ – нагрузка на единицу длины трубопровода, при движении через место его заложения транспортного средства, принимаемое в зависимости от глубины заложения газопровода.
Значения коэффициентов приведения нагрузок принимаются следующими: коэффициенты β1, β2 – по таблице 4:
Таблица 4.
| Укладка на: | Β1 | Β2 |
| Спрофилированное основание под углом охвата: 700 | 0,55 | 0,35 |
коэффициенты β3, β4 – принимаются равными единице: β3 = β4 = 1.
Параметр жесткости сечения газопровода определяется по формуле:
(9)где SDR - стандартное размерное отношение:
E(te) – модуль ползучести материала трубы при растяжении в зависимости от проектного срока эксплуатации газопровода;
µ - коэффициент Пуассона, µ = 0,43.
Для обеспечения прочности и устойчивости круглой формы поперечного сечения газопровода должно соблюдаться условие:
(10)где Pr – внешнее радиальное давление, принимаемое равным:
· для необводненных участков, Pr = 0;
· для обводненных участков,
Pкр – критическое давление, в качестве которого принимается меньшее значение, определяемое по формулам:
Егр – модуль деформации грунта засыпки, [МПа], определяемый из таблицы 5:
Таблица 5
| Грунты. | Егр, МПа |
| Глина | 1,5 |
Расчет
Произведем расчет газопровода Ø 25 мм на прочность и устойчивость.
Определим полную эквивалентную нагрузку и её составляющие.
Определим нагрузку на газопровод от давления грунта [Н/м],по формуле (1):
Принимаем:
1. укладка трубопровода производится в траншею с вертикальными стенками, тогда ширина траншеи по уровню верха газопровода В считаем равной:
2.
3. Кгр = 0,7 (см. табл. 2);
4. de = 25 [мм] = 0,025 [м];
5. ρm = 2,74 [г/см3] = 2740 [кг/м3] (см. табл. 3);
6. g = 9,81 [м/с2];
7.
Тогда:
