ПРОВЕРКА ПРОЧНОСТИ И УСТОЙЧИВОСТИ ПОДЗЕМНЫХ И НАЗЕМНЫХ (В НАСЫПИ) ТРУБОПРОВОДОВ

8.23. Подземные и наземные (в насыпи) трубопроводы следует проверять на прочность, деформативность и общую устойчивость в продольном направлении и против всплытия.

8.24. Проверку на прочность подземных и наземных (в насыпи) трубопроводов в продольном направлении следует производить из условия

, (15)

где s_пр.N - продольное осевое напряжение от расчетных нагрузок и воздействий, МПа, определяемое согласно п. 8.25;

y₂ - коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние металла труб, при растягивающих осевых продольных напряжениях (s_пр.N ³ 0) принимаемый равным единице, при сжимающих (s_пр.N < 0) определяемый по формуле

; (16)

R₁- обозначение то же, что в формуле (4);

s_кц- кольцевые напряжения от расчетного внутреннего давления, МПа, определяемые по формуле

, (17)

где n - обозначение то же, что в формуле (12);

р - обозначение то же, что в формуле (7);

D _вн - обозначение то же, что в формуле (6);

d_н - номинальная толщина стенки трубы, см.

8.25. Продольные осевые напряжения s_пр.N МПа, определяются от расчетных нагрузок и воздействий с учетом упругопластической работы металла. Расчетная схема должна отражать условия работы трубопровода и взаимодействие его с грунтом.

В частности, для прямолинейных и упруго-изогнутых участков подземных и наземных (в насыпи) трубопроводов при отсутствии продольных и поперечных перемещений, просадок и пучения грунта продольные осевые напряжения определяются по формуле

(18)

где ; (19)

, (20)

- коэффициент линейного расширения металла трубы, град^-1;

Е- переменный параметр упругости (модуль Юнга), МПа;

Dt - расчетный температурный перепад, принимаемый положительным при нагревании, °С;

m- переменный коэффициент поперечной деформации стали (коэффициент Пуассона);

n - обозначение то же, что в формуле (12);

р - обозначение то же, что в формуле (7);

D_вн - обозначение то же, что в формуле (6);

d_н - обозначение то же, что в формуле (17);

s_i- интенсивность напряжений, определяемая через главные напряжения;

для данного частного случая по формуле

; (21)

e_i - интенсивность деформаций, определяемая по интенсивности напряжений в соответствии с диаграммой деформирования, рассчитываемой по нормированной диаграмме растяжения s - e по формулам

; (22)

; (23)

m₀ - коэффициент поперечной деформации в упругой области;

E₀- модуль упругости, МПа.

Абсолютное значение максимального положительного Dt₍₊₎ или отрицательного Dt_(-) температурного перепада, при котором толщина стенки определяется только из условия восприятия внутреннего давления по формуле (12), определяются для рассматриваемого частного случая соответственно по формулам

; . (24)

Для трубопроводов, прокладываемых в районах горных выработок, дополнительные продольные осевые растягивающие напряжения , МПа, вызываемые горизонтальными деформациями грунта от горных выработок, определяются по формуле

(25)

где Е₀- обозначение то же, что в формуле (19);

l₀ - максимальные перемещения трубопровода на участке, вызываемые сдвижением грунта, см, определяются по формуле

; (26)

l_m- длина участка деформации трубопровода с учетом его работы за пределами мульды сдвижения, см;

, (27)

t_пр.гр - предельное сопротивление грунта продольным перемещениям трубопровода, МПа;

l - длина участка однозначных деформаций земной поверхности в полумульде сдвижения, пересекаемого трубопроводом, см;

, (28)

x₀ - максимальное сдвижение земной поверхности в полумульде, пересекаемой трубопроводом, см;

d_н - обозначение то же, что в формуле (17);

u_макс - перемещение, соответствующее наступлению предельного значения t_пр.гр, см

8.26. Для предотвращения недопустимых пластических деформаций подземных и наземных (в насыпи) трубопроводов проверку необходимо производить по условиям

; (29)

; (30)

где - максимальные (фибровые) суммарные продольные напряжения в трубопроводе от нормативных нагрузок и воздействий, определяемые согласно п. 8.27, МПа;

y₃ -коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние металла труб; при растягивающих продольных напряжениях ( ³0 ) принимаемый равным единице, при сжимающих ( <; 0) - определяемый по формуле

, (31)

m, , k_н - обозначения те же, что в формуле (5);

- кольцевые напряжения от нормативного (рабочего) давления, МПа, определяемые по формуле

(32)

р - обозначение то же, что в формуле (7);

D_вн - обозначение то же, что в формуле (6);

d_н - обозначение то же, что в формуле (17).

8.27. 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

, (33)

где m, a, Е, Dt - обозначения те же, что в формуле (18);

- обозначение то же, что в формуле (30);

D_н - обозначение то же, что в формуле (12);

р - минимальный радиус упругого изгиба оси трубопровода, см.

8.28. Проверку общей устойчивости трубопровода в продольном направлении в плоскости наименьшей жесткости системы следует производить из условия

, (34)

где S - эквивалентное продольное осевое усилие в сечении трубопровода, Н, определяемое согласно п. 8.29;

m - обозначение то же, что в формуле (4);

N _кр - продольное критическое усилие, Н, при котором наступает потеря продольной устойчивости трубопровода. N _кр следует определять согласно правилам строительной механики с учетом принятого конструктивного решения и начального искривления трубопровода в зависимости от глубины его заложения, физико-механических характеристик грунта, наличия балласта, закрепляющих устройств с учетом их податливости. На обводненных участках следует учитывать гидростатическое воздействие воды.

Продольную устойчивость следует проверять для криволинейных участков в плоскости изгиба трубопровода. Продольную устойчивость на прямолинейных участках подземных участков следует проверять в вертикальной плоскости с радиусом начальной кривизны 5000 м.

8.29. Эквивалентное продольное осевое усилие в сечении трубопровода S следует определять от расчетных нагрузок и воздействий с учетом продольных и поперечных перемещений трубопровода в соответствии с правилами строительной механики.

В частности, для прямолинейных участков трубопроводов и участков, выполненных упругим изгибом, при отсутствии компенсации продольных перемещений, просадок и пучения грунта эквивалентное продольное осевое усилие в сечении трубопровода S, Н, определяется по формуле

, (35)

где m, a,Е, Dt - обозначения те же, что в формуле (18);

s_кц - обозначение то же, что в формуле (17);

F - площадь поперечного сечения трубы, см².

8.30*. Устойчивость положения (против всплытия) трубопроводов, прокладываемых на обводненных участках трассы, следует проверять для отдельных (в зависимости от условий строительства) участков по условию

, (36)

где Q_акт - суммарная расчетная нагрузка на трубопровод, действующая вверх, включая упругий отпор при прокладке свободным изгибом, Н;

Q_пас - суммарная расчетная нагрузка, действующая вниз (включая массу - собственный вес), Н;

k_н.в - коэффициент надежности устойчивости положения трубопровода против всплытия, принимаемый равным для участков перехода:

через болота, пойма, водоемы при отсутствия течения, обводненные и заливаемые участки в пределах ГГВ 1-% обеспеченности	- 1,05
русловых через реки шириной до 200 м по среднему меженному уровню, включая прибрежные участки в границах производства подводно-технических работ	- 1,10
через реки и водохранилища шириной свыше200 м, а также горные реки	- 1,15
нефтепроводов и нефтепродуктопроводов, для которых возможно их опорожнение и замещение продукта воздухом	- 1,03

В частном случае при укладке трубопровода свободным изгибом при равномерной балластировке по длине величина нормативной интенсивности балластировки - вес на воздухе , Н/м, определяется из условия

, (37)*

где n_б - коэффициент надежности по нагрузке, принимаемый равным:

0,9 - для железобетонных грузов;

1,0 - для чугунных грузов;

k_н.в- обозначение то же, что в формуле (36);

q_в - расчетная выталкивающая сила воды, действующая на трубопровод, Н/м;

q_изг- расчетная интенсивность нагрузки от упругого отпора при свободном изгибе трубопровода, Н/м, определяемая по формулам:

(для выпуклых кривых); (38)

(для вогнутых кривых); (39)

q_тр- расчетная нагрузка от массы трубы. Н/м;

q_доп - расчетная нагрузка от веса продукта, Н/м, которая учитывается при расчете газопроводов и при расчете нефтепроводов и нефтепродуктопроводов, если в процессе их эксплуатации невозможно их опорожнение и замещение продукта воздухом.

g_б - нормативная объемная масса материала пригрузки, кг/м³;

g_в - плотность воды, принимаемая по данным изыскания (см. п. 8.14), кг/м³;

В формулах (38) - (39):

Е₀ - обозначение то же, что в формуле (19);

I - момент инерции сечения трубопровода на рассматриваемом участке, см⁴;

b - угол поворота оси трубопровода рад;

r - обозначение то же, что в формуле (33).

8.31*. Вес засыпки трубопроводов на русловых участках переходов через реки и водохранилища не учитывается. При расчете на устойчивость положения нефтепровода и нефтепродуктопроводов, прокладываемых на обводненных участках, удерживающая способность грунта учитывается. При проверке продольной устойчивости трубопровода как сжатого стержня допускается учитывать вес грунта засыпки толщиной 1,0 м при обязательном соблюдении требований п. 6.6 в части заглубления трубопровода в дно не менее 1 м.

8.32. Расчетная несущая способность анкерного устройства, Б_анк, Н, определяется по формуле

, (40)

где z - количество анкеров в одном анкерном устройстве;

m_анк - коэффициент условий работы анкерного устройства, принимаемый равным 1,0 при z = 1 или при z ³ 2 и D_н / D_анк ³ 3; а при z ³ 2 и 1 £ D_н / D_анк £ 3

;

P_анк - расчетная несущая способность анкера, Н, из условия несущей способности грунта основания, определяемая из условия

, (41)

D_н - обозначение то же, что в формуле (12);

D_анк - максимальный линейный размер габарита проекции одного анкера на горизонтальную плоскость, см;

Ф_анк - несущая способность анкера, Н, определяемая расчетом или по результатам полевых испытаний согласно СНиП 2.02.03-85;

k_н - коэффициент надежности анкера, принимаемый равным 1,4 (если несущая способность анкера определена расчетом) или 1,25 (если несущая способность анкера определена по результатам полевых испытаний статической нагрузкой).