Розрахунок тягового зусилля

Розрахунок тягового зусилля визначається з умови

, (7.1)

де т − коефіцієнт умов роботи тягових засобів, що приймається при протягування лебідкою – 1, 1, при протягуванні тягачами – 1, 2; Т_п − граничний опір трубопроводу на зсув.

Значення Т_п залежить від умов протягування та стану поверхні, по якій протягують трубопровід.

При протягуванні трубопроводу по поверхні ґрунту, коли рух сталий і рівномірний, Т_п визначається за формулою:

, (7.2)

де Q − вага трубопроводу; f_Тр − коефіцієнт тертя поверхні труби по ґрунту. Найбільше значення f_Тр рівне

, (7.3)

де − розрахунковий кут тертя, що приймається рівним , тут − коефіцієнт неоднорідності ґрунту; − кут внутрішнього тертя ґрунту.

При зрушенні трубопроводу з місця зусилля зрушення Т_п∙.зр трубопроводу при русі по ґрунті завжди буде більшим, ніж зусилля рівномірного руху, і визначається для загального випадку за умовою:

, (7.4)

де q_i − вага одиниці довжини спорядженого трубопроводу; С_р − розрахункове зчеплення поверхні труб з ґрунтом, рівне п∙ с, тут п − коефіцієнт неоднорідності ґрунту; і − довжина частини кола труби, що врізається у ґрунт; − довжина трубопроводу; Е_ПАС − паливний опір ґрунту, переміщенню трубопроводу. Якщо поверхня трубопроводу, що протягається гладка, то Е_ПАС =0.

Для шорсткої поверхні Е_ПАС визначається за формулою

, (7.5)

де N − число елементів, що виступають на поверхні; − об’ємна вага ґрунту; t − товщина елементів, що виступають.

Так, якщо елементами, що виступають, є привантажувачі, то N − число привантажувачів, а t − їх товщина.

Якщо елементи, що виступають, є футерувальні рейки, то N слід приймати рівними їх числу на всій довжині трубопровода, а t – рівним їх товщині. При наявності обвантажувачів, футерування не враховують.

У табл. 7.5 наведені значення і для обвантажувачів; для футерованого трубопроводу без обвантажувачів і приймається рівним 0, 3 Д_зов, де Д_зов − зовнішній діаметр спорудженої труби. Величину с краще визначати експериментальним шляхом; Якщо таких даних немає, то для дерев’яного футерування можна приймати с=0, 1 від величини структурного щеплення ґрунту; для гладкого трубопроводу – с=0, 05.

Таблиця 7.5 – Значення і для вантажів

За вимушених зупинок при протягуванні, зусилля зрушення інколи є вищим від початкового. Це пояснюється тим, що трубопровід прилипає до ґрунту. Силу прилипання g_п необхідно враховувати при зупинках протягування не менше 1год. У щільних глинах і суглинках Тс/м², а у в’язких – Тс/м²

Таким чином, при повторному зрушенні з місця

, (7.6)

де F – площа впирання трубопроводу на водонасичений глинистий ґрунт.

За найбільшим із значень Т_п, знайдених за формулами (7.2), (7.4), і 7.6. і умовою (7.1), визначають розрахункове тягове зусилля Т_р, на яке розраховують діаметр тягового троса та підбирають тягові засоби.

Якщо трубопровід протягується з одночасним заповненням його водою через отвір, залишений у головній частині, необхідно зрівноважити швидкість протягування зі швидкістю заповнення водою. Для забезпечення стійкості трубопроводу необхідно, щоб рівень води в ньому не опускався нижче рівня води у водоймі ніж на 1м. Рахуючи отвір для заливу круглим і визначивши поступлення води в отвір за секунду при напорі 1м (різниця рівнів води в річці і трубопроводі), швидкість протягування трубопроводу можна визначити за формулою:

, (7.7)

де d − діаметр отвору; − внутрішній діаметр трубопроводу.

Діаметр основної линви визначають за табл. 7.6 в залежності від розривного зусилля троса R_н, отриманого за формулою

, (7.8)

де – розрахункове тягове зусилля; – коефіцієнт перевантаження, що приймається для випадку протягування по ґрунту рівняння 2 і по спеціальних доріжках (крім ґрунтових) – 1.3; m − коефіцієнт умов роботи, що приймається рівним 1.1); − коефіцієнт однорідності для троса, що приймається для нових тросів рівним 1, а для линв, що мають обривки дротів – 0, 8; t – коефіцієнт з’єднання линв, значення якого рівне (табл. 7.7).

Таблиця 7.6 – Значення діаметрів тягової линви

Закінчення таблиці 7.6

Таблиця 7.7 – Значення коефіцієнта тросового з’єднання

При визначенні R_н за формулою (7.8) необхідно приймати найменше з можливих значень коефіцієнта t при розгляді фактичних умов закріплення та згину троса.

7.4 Стійкість підводних трубопроводів

Під стійким станом підводного трубопроводу розуміють такий стан, при якому він буде знаходитись у стані спокою при найбільш невигідній комбінації силових виливів, які намагаються вивести його зі стану рівноваги.

Такими силами та виливами є: виштовхувальна сила, що визначається за законом Архімеда; вертикальна і горизонтальна складова гідродинамічного впливу потоку, змінний гідродинамічний вплив, сила пружності трубопроводу, стискальне чи розтягувальне поздовжнє зусилля, що виникає при протягуванні трубопроводу, або внаслідок зміни його температурного режиму та внутрішнього тиску.

Умова стійкості підводних трубопроводів на переходах через водні перешкоди має вигляд

, (7.9)

де Б − необхідне привантаження; − коефіцієнт надійності при розрахунку стійкості положення трубопроводу проти всплиття, приймається рівним для водних перешкод з шириною дзеркала води в межень до 200 м, умовним діаметром менше 1000 мм – 1, 1; для інших водних перешкод (ріки) – 1, 15; − розрахункова виштовхувальна сила води, що діє на трубопровід (з врахуванням ізоляції та футерування); Б_г – додаткове привантаження для компенсації горизонтальної складової гідродинамічного впливу потоку Р_х; Б_в – додаткове привантаження для компенсації вертикальної складової гідродинамічного впливу потоку Р_у; Б_згн – додаткове навантаження, необхідне для згину трубопроводу за допомогою кривого дна траншеї; Б_пр.с – додаткове навантаження, необхідне для запобігання піднімання трубопроводу на криволінійній дільниці у вертикальній площині під дією поздовжніх сил; – вага одиниці довжини трубопроводу; – розрахункова вага продукту, ізоляції і футерування.

Виштовхувальну силу води визначають за формулою

, (7.10)

де Д_mр − зовнішній діаметр спорудженого трубопровода; – об’ємна вага води.

Додаткове привантаження, необхідне для компенсації горизонтальної складової гідродинамічного впливу потоку Р_х розраховують за формулою

, (7.11)

де − коефіцієнт тертя трубопроводу об ґрунт; для трубопроводу з суцільним футеруванням, приймається в залежності від характеристик ґрунту у наступних межах:

- зруйнована скала, скальні ґрунти – 0, 65;

- піски крупні і гравійні – 0, 55;

- піски дрібні і супісі – 0, 45;

- глинисті ґрунти та суглинки – 0, 4;

С_х − коефіцієнт фронтального опору, що залежить від параметра

, (7.12)

Тут − середня швидкість потоку, що набігає на трубу; − зовнішній діаметр трубопроводу з врахуванням ізоляції і футерування; , − відповідно товщина ізоляції і футерування; v − кінематичний коефіцієнт в’язкості, при 20 º С для води ; − прискорення вільного падіння; при < 10⁵ С_х=1, 2, при R_с=10⁵÷ 10⁷ С_х=1, 0; Б_В − додаткове привантаження, необхідне для додаткової компенсації вертикальної складової гідродинамічного впливу потоку.

Значення Б_В визначають за формулою

, (7.13)

де − коефіцієнт піднімальної сили при несиметричному обтіканні труби, С_у =0, 55;

Сумарну величину Б_згн + Б_пр.с знаходять за наступною залежністю [2]:

, (7.14)

де Т_р − розрахункове тягове зусилля при протягуванні трубопроводу; ЕІ − жорсткість трубопроводу при згині; l_кр,, f − відповідно довжина і стрілка прогину криволінійної ділянки, що відповідають фактичним даним профілю переходу.

7.5 Укладання підводних трубопроводів з поверхні води

Укладання підводних трубопроводів з поверхні води полягає у наступному: повністю підготовлений до укладання трубопровід встановлюють на плаву над підготовленою наперед траншеєю, а потім занурюють на її дно затопленням при додатній плавучості, або від’єднанням спеціальних пристроїв, що утворюють трубопровід на поверхні води.

7.5.1 Підготовка трубопроводу до укладання

Трубопровід зварюють у нитку, довжина якої на декілька метрів (або десятків) більше ширини дзеркала води між урізами.

Потім його випробовують на міцність і щільність, ізолюють, футерують, оснащують (за необхідністю) понтонами, закріплюють троси, за допомогою яких трубопровід будуть утримувати у створі переходу.

Якщо спуск буде проводитися по створу, то трубопровід укладають на спускову доріжку, а по дну водяної перешкоди укладають буксирувальний трос. Для збільшення плавучості трубопровід споряджають понтонами.

Якщо трубопровід у створ переходу будуть встановлювати розворотом на плаву, то облаштовувати спускову доріжку непотрібно. У цьому випадку трубопровід розміщують у безпосередній близькості від рівня води.