Блоках (опорних подушок)

Рекомендовані радіальні тиски канатів на блоки з різних матеріалів можна визначити за табл. 8.7.

Таблиця 8.7 – Рекомендується радіальний тиск на блоки (опорні

подушки) із різних матеріалів

Матеріал блоку (подушки) або його поверхні	Питомий опір (в кгс/см2) при конструкції линви
6× 7+1 о.с ЛК-0	6× 19+1 о.с ЛК-0	6× 19+1 о.с ТК: ЛК-Р ЛК-3	6× 37+1 о.с ТК	3× 19+1 о.с ЛК-0
Дерево
Чавун
Лита сталь
Відбілений чавун або відлитий в кокіль
Марганцева сталь

Наведені дані для різних видів зливків: в чисельнику – хрестової, а в знаменнику – односторонньої.

8.10.3 Розрахунок талрепів

Розрахунок натяжних пристроїв – талрепів починають з визначення поперечного перерізу гвинта.

Попередньо середній діаметр різьби визначають за формулою

, (8.191)

де – максимальне зусилля у линві.

Гвинт працює одночасно на розтяг і скручування, і тому зведені напруження повинні задовольняти умові

, (8.192)

де – напруження розтягу, що дорівнює

, (8.193)

де d₁ – внутрішній діаметр різьби гвинта; – площа перерізу внутрішнього діаметру різі гвинта; – напруження зсуву, зумовлене дією крутного моменту

, (8.194)

де – поперечний момент опору різьби гвинта.

Крутний момент визначається за формулою

, (8.195)

де – середній діаметр різі; S – крок різі; –приведений коефіцієнт тертя в різьбі, що визначається за формулою

, (8.196)

де – коефіцієнт тертя в різі: при роботі сталі по чавуну або бронзі з мастикою може бути прийнятий 0, 08-0, 1; – кут нахилу грані різьби до вісі гвинта; – розрахунковий опір матеріалу гвинта.

У стандартних трапецієвидних різях

.

Самотормозіння гвинта буде при , ( – кут підйому гвинтової лінії ); – приведений кут тертя в різьбі , тобто самотормозіння буде при умові

. (8.197)

Висоту гайки визначають з умови міцності витка різі на зріз, згинання і зминання і приймають найбільше з трьох умов:

1) з умови міцності витків різі на зріз висоту чайки (рис.8.25) визначають за формулою

, (8.198)

де – коефіцієнт заповнення висоти (для трапецієвидних різьб ); – розрахунковий опір зрізанню матеріалу гайки;

а – конструкція гвинтового стягування; б – розрахункова схема;

Рисунок 8.25 – Талрепи

2) з умови міцності витків різі на згин висота чайки визначається за формулою

, (8.199)

де – робоча висота витка; R розрахунковий опір металу чайки; b – товщина основного витка різі

, (8.200)

де – кут нахилу грані витка різьби до прямої, перпендикулярної до вісі гвинта (для трапецієвидних різьб );

3) з умови зминання різьби висоту чайки визначають за формулою:

, (8.201)

де – розрахунковий опір при місцевому зминанні; –діаметр гвинта.

Зварні шви, що з’єднують гайки талрепів з планками (коли талреп зварний), працюють на зріз від дії зусилля Z_мах і на розтяг від сил, що дорівнюють повній його довжині за вирахуванням 10 мм, визначають за формулою

, (8.202)

де п – кількість швів; h_ш – товщина кутового шва, що приймається рівною катету вписаного рівнобедреного трикутника; – розрахунковий опір кутового шва.

Болти у вузлах з’єднання гвинта талрепів з муфтою канату або з анкером берегового устою працюють на зріз під дією сили Z_мах.

Болти на зріз розраховують за формулою

, (8.203)

де – діаметр болта.

звідки необхідний діаметр болта

, (8.204)

де – число робочих зрізів; п – число болтів; - розрахунковий опір зрізанню матеріалу болта.

Розрахунок на зминання проводять за формулою

, (8.205)

звідки , (8.206)

де – найменша сумарна товщина елементів, що зминаються в одному напрямку; – розрахунковий опір зминанню матеріалу з’єднувальних болтів.

Поздовжні з’єднувальні планки талрепів навантажені розтягуючими зусиллями від натягу канатів і, крім того, повинні бути розраховані на поперечні сили, що виникають при загвинчуванні талрепа під час регулювання довжини каната.

Поздовжнє зусилля у планці талрепа дорівнює

, (8.207)

а поперечна сила

, (8.208)

де М_кр – крутний момент, що необхідний при загвинчуванні талрепа; – віддаль між точками при складанні сил до талрепа при його загвинчуванні.

Віддаль приймається конструктивно і повинна бути мінімальною, оскільки чим менше , тим менше зусилля, потрібне для загвинчування талрепа.

Крутний момент визначається за формулою

. (8.209)

Поперечна сила Р₃ не співпадає ні з одною з двох головних площин, що проходять через вісь планки. Значить, планка буде визначатись з умови:

.(8.210)

звідки товщина планки

. (8.211)

При регулюванні довжини линви шляхом загвинчування або розгвинчування талрепів, між з’єднувальними планками талрепа вставляють рукоятку. Величину сили, яку необхідно прикласти до рукоятки, можна визначити за формулою

при загвинчуванні

. (8.212)

при розгвинчуванні

, (8.213)

де Z – зусилля, що діє вздовж вісі талрепа в момент загвинчування; L – довжина рукоятки; – хід різьби гвинта; – середній діаметр різі; f – приведений коефіцієнт тертя в різі.

8.10.4 Основні положення розрахунку пілонів

В залежності від конструктивної схеми переходу, пілони можуть бути жорстко зароблені в опори або шарнірно оперті. Шарнірне обпирання пілонів дозволяє зробити мінімальний переріз, оскільки пілон сприймає тільки стискальне зусилля (без згинального моменту). При жорсткому закріпленні пілонів в опорах, вони сприймають згинальні моменти, що зростають до місця закріплення і тому переріз їх роблять змінним.

Аналогічно до пілонів проектують і консолі вітрових канатів. Пілони розраховують у відповідності з прийнятою конструкцією як рами або ферми (плоскі або просторові).

На пілон діють наступні вертикальні навантаження

а) тиск несучих канатів

, (8.214)

де m – кількість несучих канатів; Z_max – максимальне розрахункове зусилля в канаті; – кут нахилу відтяжки до горизонту, або несучого канату в місці примикання його до пілона.

б) власна вага пілона з опорними подушками несучих канатів, а приймається по фактичній вазі пілона. Крім того, на пілон діє горизонтальне вітрове навантаження.

У площині пілона враховується тиск вітру на пілон і на несучі канати. На пілон діє вітрове навантаження.

, (8.215)

де п – коефіцієнт перевантаження; – аеродинамічний коефіцієнт; – швидкісний напір вітру; ­– площа елементів перпендикулярна до напрямку вітру в межах 1 м по висоті пілона. На несучі канати вітрове навантаження дорівнює:

, (8.216)

де – діаметр несучого каната; – довжина відтяжки; – довжина несучого каната між пілонами; – кількість вітрових канатів.

У площині, перпендикулярній до площини пілона, на нього діє вітрове навантаження

, (8.217)

де − площа елементів пілона, на які діє вітрове навантаження в межах 1 м висоти.

Якщо пілон жорстко зароблений в опорі, а несучі линви вільно опираються на вершину пілона, то при зміні довжини відтяжки від зміни температури або від додаткового навантаження, линва буде вільно ковзати по вершині пілона. При цьому виникає сила тертя, направлена горизонтально у площині переходу.

Якщо линва ковзає по вершині пілона, величину сили тертя визначають за формулою

, (8.218)

де − коефіцієнт тертя ковзання (при ковзанні метала по металу (); − нормальний тиск каната на пілон.

Якщо на вершині пілона встановлений блок, тоді силу тертя визначають за формулою

, (8.219)

де – радіус блока у мм; – коефіцієнт кочення між канатом і блоком (при катанні сталі по стелі = 0, 5).

При шарнірно опертих від линв передається тільки вертикальне навантаження. Розраховувати пілон потрібно за двома комбінаціями навантаження.

Перша комбінація навантаження: дія вертикальних навантажень і горизонтальних у площині переходу.

Друга комбінація навантажень: дія вертикальних навантажень і горизонтальних у площині, перпендикулярній до площини переходу. Приймається найбільший переріз елементів пілона, отриманий за розрахунком.

Опори під пілони розраховують на навантаження, що передаються пілоном і елементами прогону, що опираються на опору, і на власну вагу частини опори, розташованої вище розрахункового перерізу, а також горизонтальне навантаження від тиску потоку води у паводок, дію льоду і вітру.

При хитких пілонах через їх опорні частини передаються вертикальний тиск від вертикального і вітрового навантаження, що діє у площині пілона, і горизонтальне зусилля від вітрового навантаження, що діє перпендикулярно до площини переходу або вздовж його вісі.

При жорстко зароблених пілонах добавляються ще згинальні моменти, що виникають у місцях защемлення пілона.

Льодове навантаження на опори визначають за «Указаниями по определению ледовых нагрузок на речные сооружения» СН46-66.

Навантаження на опору з кутом нахилу ріжучого ребра від 75º до 90º вздовж її поздовжньої вісі при прорізанні опорою льодового поля, визначають за формулою:

, (8.220)

де − коефіцієнт форми опори, що приймається в залежності від форми опори і її ріжучої поверхні в плані рівним 0, 9, при трикутній формі (незалежно від радіуса заокруглення носової частини) – в залежності від кута загострення опори у плані при кутах: 45º - 0, 54; 60º - 0, 59; 75º - 0, 64; 90º - 0, 69; 120º - 0, 77; 180º - 1, 0; А – кліматичний коефіцієнт, що приймається в залежності від умов вскриття ріки в межах від 0, 75 до 2, 25; для південних рік – 0, 75; для середньої смуги – ; для північних рік, що вскриваються при від’ємних температурах – ; –тимчасовий опір льоду при роздробленні, що приймається рівним 0, 75 тс/м²; при найвищому рівні льодоходу приймається 0, 45 тс/м²; в – ширина опори на рівні льодоходу, м; – розрахункова товщина льоду в м, приймається рівною 0, 8 від найбільшої товщини льоду зимою з ймовірністю перевищення 1 %.

При кутах нахилу менше 75º навантаження на опору визначають:

- горизонтальну складову за формулою

; (8.221)

- вертикальну складову за формулою

, (8.222)

де – тимчасовий опір льоду при згині в тс/м², приймається рівним 0, 5 ; – кут нахилу ріжучого ребра до горизонту в градусах.

Розрахунок опор полягає в перевірці розмірів, попередньо назначених з конструктивних міркувань. Міцність перевіряють у всіх перерізах з різною зміною профілю (обріз і уступи фундаменту).

Розрахункові перевірки опор необхідно виконувати на наступні поєднання навантажень: а) максимальний вертикальний тиск і максимальний горизонтальний тиск у площині, перпендикулярній до площини переходу; б) максимальний вертикальний тиск і максимальний горизонтальний тиск у площині переходу.

8.10.5 Основні положення розрахунку анкерних опор і

анкерів

Розтягуючі зусилля у несучих і вітрових канатах висячих переходів трубопроводів сприймаються масивними анкерними опорами або заглибленими в ґрунт анкерами.

Розрахунок анкерних опор і анкерів проводиться за найбільшими розрахунковими значеннями зусиль в канатах з врахуванням коефіцієнта поєднання навантажень.

Розміри і вагу масивних анкерних опор підбирають таким чином, щоб була забезпечена стійкість опори проти зсуву і перекидання і щоб тиск в основі не перевищував розрахункового опору.

Опір опори зсуву складається з пасивного опору ґрунту по передній грані опори і сил тертя по її підошві і бокових сторонах.

Вагу анкерної опори визначають з врахуванням зваженої дії води при найвищому горизонті ґрунтових вод, або при розрахунковому горизонті високої води в паводок.

Для збільшення опору анкерних опор зсуву можна підошву опори робити ступенями або з виступами.

Масивні анкерні опори потрібно закладати, як правило, на щільних ґрунтах. При слабких ґрунтах можна використовувати свойну або іншу основу.

Підошву фундаменту на скальних, гравійних і крупно піщаних ґрунтах можна розміщувати і в зоні сезонного промерзання ґрунту. На інших ґрунтах підошву фундаменту потрібно розміщувати не менше ніж 25 см нижче розрахункової глибини промерзання ґрунту.

Коефіцієнт впливу теплового режиму споруди приймається рівною одиниці, тобто розрахункова глибина промерзання приймається рівною нормативній.

При розрахунку опор на зсув (ковзання), відношення сили зсуву від розрахункового навантаження (з врахуванням коефіцієнту перевантаження) до граничної сили зсуву , не повинно бути більшим , тобто

. (8.223)

Розрахунок на стійкість проти перекидання виконується за аналогічною формулою:

, (8.224)

де і – розрахунковий і граничний перекидальні моменти.

Коефіцієнти перевантаження постійних навантажень приймаються менше одиниці () при визначенні власної ваги елементів опор при розрахунку на зсув, а також на перекидання, коли визначаються утримуючі моменти.

У відповідності до СНиП ІІ – Д.7-62 використовуються наступні значення коефіцієнту тертя кладки об ґрунт:

Для глин і скальних ґрунтів:

вологий – 0, 25, сухих – 0, 3; для суглинків і супі сей – 0, 3; для пісків – 0, 4; для гравійних та галькових ґрунтів – 0, 5; для скальних ґрунтів – 0, 6.

Зароблені в ґрунт анкери (рис. 8.26) розраховують проти зсуву з врахуванням пасивного відтоку ґрунту.

Рисунок 8.26 – Анкерний фундамент у вигляді плити

Граничне (нормативне) значення опору висмикування анкера можна визначити за наближеною формулою:

, (8.225)

де – об’ємна вага ґрунту; – кут природного відкосу ґрунту; а – кут нахилу прикладання розтягуючого зусилля до анкера (кут нахилу відтяжки до горизонту); а, в – розміри анкерної плити, заробленої в ґрунт; – глибина закладання до центра плити.

При затопленні анкерної опори водою і при підвищенні рівня ґрунтових вод нижче низу плити, об’ємна вага ґрунту приймається з врахуванням його занурення у воду.

Розрахунковий опір висмикуванню слід приймати У табл. 8.8 наведені дані для проектування анкерних опор, виконаних згідно рис. 8.25 з використанням збірних залізобетонних плит, або у вигляді монолітної плити.

Необхідна площа перерізу анкера, заробленого в опору, повинна відповідати площі перерізу внутрішнього діаметра різьби гвинта талрепа . Необхідна площа анкера буде рівна

, (8.226)

де 1, 2 – коефіцієнт, що враховує збільшення площі перерізу анкера за рахунок дії крутного моменту при загвинчуванні талрепа.

Таблиця 8.8 – Дані для проектування анкерних фундаментів в

вигляді плит

Відтяжки	Вид ґрунту	Анкерні тяжи	Анкерні фундаменти
d0, мм	Ррозр, ТС		вага, т	Розміри, мм	Вага, кг	Об’єм бетону, м 3
Н	а	в		Заклад-них деталей	армату-ри
	45, 9	І ІІ ІІІ		0, 108 0, 108 0, 117	2, 5 2, 5 3, 0	2, 5 2, 75 3, 5	2, 5 2, 75 3, 5	0, 2 0, 2 0, 25	0, 033 0, 033 0, 039	0, 148 0, 195 0, 238	1, 25 1, 50 3, 06
	60, 1	-		0, 147 0, 147 0, 164	2, 8 2, 8 3, 5	2, 5 3, 0 3, 5	2, 5 3, 0 3, 5	0, 2 0, 25 0, 25	0, 033 0, 039 0, 039	0, 148 0, 17 0, 238	1, 25 2, 25 3, 06
	66, 4	-		0, 156 0, 166 0, 191	2, 8 3, 2 4, 2	2, 75 3, 0 3, 5	2, 75 3, 0 3, 5	0, 2 0, 25 0, 25	0, 033 0, 039 0, 039	0, 195 0, 17 0, 238	1, 50 2, 25 3, 06
	93, 45	-	2× 50	0, 358 0, 358 0, 381	2, 6 2, 6 3, 0	2, 0 2, 5 3, 2	5, 5 6, 0 7, 5	0, 25 0, 3 0, 3	0, 17 0, 176 0, 176	0, 231 0, 33 0, 71	3, 43 6, 18 7, 84
46, 5		-	2× 58	0, 47 0, 44 0, 505	3, 0 3, 0 3, 5	2, 0 2, 5 3, 2	5, 5 6, 0 7, 5	0, 25 0, 3 0, 3	0, 17 0, 176 0, 176	0, 231 0, 33 0, 71	3, 43 6, 18 7, 84
50, 5		-	2× 65	0, 553 0, 608 0, 659	3, 0 3, 8 4, 4	2, 5 2, 5 3, 2	6, 0 6, 0 7, 5	0, 3 0, 3 0, 3	0, 176 0, 176 0, 176	0, 33 0, 33 0, 71	6, 18 6, 18 7, 84
	157, 5	-	2× 65	0, 618 0, 639 0, 691	3, 0 3, 2 3, 8	2, 5 3, 0 3, 6	6, 0 7, 0 8, 5	0, 3 0, 3 0, 35	0, 176 0, 176 0, 181	0, 33 0, 553 0, 786	6, 18 6, 96 11, 36
	169, 5	-	2× 75	0, 746 0, 765 0, 85	3, 3 3, 4 4, 2	2, 5 3, 0 3, 6	6, 0 7, 0 8, 6	0, 3 0, 3 0, 35	0, 176 0, 176 0, 181	0, 33 0, 555 0, 786	6, 18 6, 96 11, 36
67, 5		-	2× 80	0, 921 1, 008 1, 206	3, 4 4, 2 6, 0	3, 0 3, 2 3, 6	7, 0 7, 5 8, 5	0, 3 0, 3 0, 35	0, 176 0, 176 0, 181	0, 553 0, 71 0, 786	6, 96 7, 84 11, 36
2Ø 50, 5		-	4× 65	1, 617 1, 659 1, 829	3, 8 4, 0 4, 5	3, 2 3, 6 4, 5	7, 5 8, 5 11, 0	0, 3 0, 35 0, 4	0, 421 0, 432 0, 432	0, 717 0, 898 1, 45	8, 50 13, 00 21, 10
2Ø		-	4× 65	1, 748 1, 748 2, 246	3, 6 3, 6 5, 5	4, 0 4, 0 4, 5	10, 0 10, 0 11, 0	0, 4 0, 4 0, 4	0, 432 0, 432 0, 432	1, 175 1, 175 1, 45	17, 30 17, 30 21, 10
2Ø 67, 5		-	4× 65 4× 80	1, 95 2, 767 3, 247	4, 0 5, 5 6, 5	4, 0 4, 0 5, 0	10, 0 10, 0 12, 0	0, 4 0, 4 0, 5	0, 432 0, 432 0, 57	1, 175 1, 175 2, 167	17, 30 17, 30 31, 50

Незалежно від прийнятої форми поперечного перерізу анкера, його завжди можна привити до еквівалентного круглого перерізу (тобто з рівною площею перерізу).

. (8.227)

та визначити необхідну довжину защемлення

. (8.228)

Якщо неможливе защемлення анкера в опору на довжину , то до кінця анкера приварюють шайбу і виконують розрахунок на виколювання бутону по його контуру; при цьому зчеплення анкера з бетоном не враховують.

8.11 Висячі системи переходів у вигляді провислої нитки

(типу «висяча труба»)

Трубопровідний транспорт представлений підземними і надземними спорудами трубопроводів, причому найбільше поширення має, як уже зазначалося, підземне прокладання. Природно, що таке «співіснування» двох різних напрямків у спорудженні трубопроводів є невипадковим, як і невипадкове переважаюче положення підземного прокладання, не дивлячись на всі присутні йому недоліки.

Якщо при наявності таких серйозних недоліків надземні споруди знаходять застосування у вигляді виключення, коли підземне прокладання, пов’язане зі значними труднощами або витратами, то головна тому причина – складність конструкції і монтажу і більш висока вартість систем надземного прокладання трубопроводів, в яких труба розглядається як працююча на згин балка.

Несуча здатність таких труб, виготовлених, як травило, з низьколегованих сталей, використовується вкрай мало, і тому при найбільш простому і розповсюдженому типі таких споруд – балковому, необхідне велике число спеціальних опор, а при використанні різного роду висячих конструкцій необхідні, крім того, тимчасові монтажні опори.

Пошуки раціонального рішення прокладання трубопроводів призвело до способу спорудження трубопроводів у вигляді провислої нитки, що характеризується практично граничним використанням самонесучої здатності труб.

Це рішення принципово відмінне від усіх систем, що знайшли застосування у спорудженні надземних трубопроводів, оскільки всі вони ґрунтуються на використанні згинальної жорсткості труб і їх раціональність і економічність зростає зі збільшенням останньої, в той час як ефективність спорудження трубопроводу за способом провислої нитки, де використовується здатність трубопроводу працювати на розтяг, навпаки, тим більша, чим менша згинальна жорсткість трубопроводу.

Відомо, що принципова відмінність ідеально гнучкої нитки від балки полягає в тому, що балка має визначену початкову геометрію (форму вісі), яка може змінюватися під дією прикладених до неї навантажень, а гнучка нитка немає початкової геометрії і її форма визначається прикладеними навантаженнями.

Проте виходячи з цього теоретичного уявлення, порівняти трубопровід з гнучкою ниткою неможливо навіть у розрахунку на самі малі деформації труб і багатосотметрові прогони, оскільки труба володіє відмінною від нуля жорсткістю і, відповідно, має визначену початкову (до прикладання навантаження) форму.

Проте, при певних умовах порівняння трубопроводу з жорсткою ниткою є доцільним.

Рішення про те, чи розглядати як провисаюча жорстка нитка певної довжини закріплений на кінцях шарнірно опертий трубопровід (виходячи з фіксації положення, при якому він втрачає несучу здатність, працюючи на поперечний згин) є невизначеним і може мати тільки умовний характер.

Спорудження трубопроводу у виді провисаючої нитки передбачає шарнірне закріплення кінців у період монтажу – піднімання на опорні кінцеві точки до тих пір, доки підвішений трубопровід під дією поперечних і поздовжніх сил не прийме зігнуту форму.

При збереженні певного відношення між величинами прогону і провису, сумарне напруження від згину і розтягу у розрахунковому перерізі, зі збільшенням прогону практично не змінюється. Виходячи з цього, спосіб спорудження трубопроводів у вигляді провисаючої нитки відкриває надзвичайно широкі можливості при встановленні величини прогонів, що особливо важливо при спорудженні трубопроводів через крупні ріки та інші природні та штучні перешкоди.

8.11.1 Конструкція переходів у вигляді провисаючої нитки

Системи у вигляді провисаючої нитки можна застосовувати на переходах через природні і штучні перешкоди, так і на ділянках великої протяжності (рис. 8.27)

а – одно прогінна з відтяжками з линв або прокатного матеріалу; б – одно прогінна, в якій відтяжками служить трубопровід; в – однопрогінна з анкерними пілонами; г – одно прогінна з закріпленням трубопроводу в анкерних опорах;

д – двопрогінна з одним пілоном; е – однопрогінна з передачею розтягую чого зусилля на прилягаючі підземні ділянки;

1 – трубопровід; 2 – пілон; 3 – компенсатор; 4 – відтяжки;

5 – анкерна опора; А, В – вершини пілона

Рисунок 8.27 – Схеми трубопроводів, у вигляді провисаючої нитки (типу «висяча труба»)

При сприятливому рельєфі місцевості можна уникнути постановки пілонів, а при відносно невеликих прогонах розтягуючі зусилля, що виникають у провисаючих ділянках трубопроводу, можна передавати на підземні ділянки.

Систему у вигляді провислої нитки, у більшості випадків раціонально використовувати на газопроводах діаметром до 720 мм і на нафто - та продуктопроводах діаметром до 529 мм включно. При проектуванні повинні бути враховані вимоги безпеки експлуатації трубопроводу, оточуючих його об’єктів і життя людей.

Для спорудження трубопроводів у вигляді провисаючої нитки слід використовувати труби зі спокійної низьколегованої або вуглецевої сталі, що відповідає вимогам стандарту або технічним умовам на ці труби.

Для пілонів та інших елементів конструкцій використовується спокійна низьколегована або вуглецева сталь згідно СНиП 1-В. 12-62^*.

Трубопроводи у вигляді провисаючої нитки можна проектувати з прогонами 60-80 м до 500-600 м.

На нафто – і продуктопроводах та газопроводах, коли може скупчуватися конденсат, при рівній величині прогонів і в інших випадках у багато прогінних системах може виникнути необхідність встановлення затяжок на верху пілонів.

Необхідність встановлення затяжок і їх переріз визначаються розрахунком при нерівномірному навантаженні сусідніх прогонів під час випробування трубопроводу на жорсткість, при наповненні і спорудженні нафто – і продуктопроводів і при можливості скупчення конденсату в окремих перерізах газопроводів. Зовнішній діаметр патрубків для випуску води повинен бути не більше 70 мм при трубах діаметром 300 мм і більше.

Пілони виконують металевими або залізобетонними. Їх зручно виконувати качаючими у вигляді плоских А – подібних або решітчастих конструкцій. Ширина пілонів по низу визначається їх стійкістю перпендикулярно до вісі переходу при розрахунку на вітрове навантаження. Пілони слід проектувати з прокатного металу, але можна виготовляти з труб.

На вершинах пілонів трубопровід закріплюють шарнірно. При такому закріпленні трубопроводу спрощується монтаж і зменшуються напруження у трубах під час експлуатації в місцях їх закріплення на опорах.

На трубопроводі у місці його підвіски приварюють опорне кільце, яке опирається в муфту шарнірного кріплення (рис. 8.28). Така конструкція запобігає перекосам при неточному виготовленні і монтажі деталей. Упорне кільце приварюють суцільним швом. Для запобігання послаблення, упорне кільце краще приварювати за допомогою ряду поздовжніх ребер, як це показано на рис. 8.28, б.

а – деталі підвіски на переході Західного Сибіру; б – на переході, запроектованому Юждіпрогазом; в – підсилений вузол підвіски трубопроводу

Рисунок 8.28 – Деталі підвіски трубопроводу

На рис. 8.29 показана конструкція верхньої частини пілона двониткового переходу, що має замість відтяжок підкоси. На спільних осях, зв’язаних з вершиною пілона, закріплюють серги підкосів і гаки для підвіски трубопроводу.

До гаків при монтажі приварюють серги для закріплення деталей. За такої конструкції зусилля передається на пілон вздовж його вісі не тільки під час експлуатації, але і при монтажі. До недоліків даної конструкції оголовка пілона відносять складність виготовлення і згин вісі шарнірів під експлуатаційним навантаженням.

Рисунок 8.29 – Кріплення трубопроводу до пілону на двохниткових переходах газопроводу

У багатопрогінних системах або в одно прогінних, коли як відтяжки використовується трубопровід, доцільно трубопровід підвішувати на пілонах за допомогою двох сталевих тяг (рис.8.30, а).

а – двох тяг; б – трьох тяг, складених у жорсткий трикутник

Рисунок 8.30 – Підвіска трубопроводу на пілоні за допомогою тяг

Застосування тяг полегшує монтаж і дозволяє над або під вершиною пілона встановлювати компенсатори трубопроводу.

На рис. 8.31 показана схема пілона, що розширюється зверху зі сторони фасаду переходу нафтопроводу діаметром 529 мм з прогоном 300 м. Розширення пілона зверху полегшує монтаж компенсатора у місці спряження сусідніх прогонів. Компенсатори проектують ліроподібної форми з гнучких труб (рис. 8.30, а), з прямолінійних ділянок труб з круто загнутими колінами (рис. 8.30, б) у вигляді прямих або слабозігнутих вставок значної довжини.

Рисунок 8.31 – Конструкція пілону, що розширюється до верху

Берегові (анкерні) опори виконують із залізобетону у виді масивів полегшеного типу, або у вигляді ребристих анкерних плит, подібних висячих переходів з несучими канатами.

8.11.2 Розрахункові положення

Трубопроводи, підвішені у вигляді провисаючої нитки, відносяться (згідно СНиП 2.05.06-85) до ділянок І категорії.

Розрахунок провисаючих ділянок трубопроводу для всіх частин одинакові. Розраховують трубопровід за першим граничним станом (за несучою здатністю, при цьому повинна бути забезпечена міцність при статичних та вібраційних навантаженнях, а також обмежено розвиток значних пластичних деформацій як в період експлуатації, так і під час монтажу.

Трубопровід розраховують:

а) на експлуатаційні навантаження і впливи в найбільш невигідній їх поєднанні. До експлуатаційних навантажень та впливів відносяться: власна вага трубопроводу; вага продукту, що транспортується, вплив внутрішнього тиску, температурні впливи. Вітрове навантаження і навантаження від обледеніння і снігу відноситься до короткотривалих. Всі інші є довготривалими навантаженнями на трубопровід;

б) на монтажні навантаження у відповідності з прийнятою схемою виконання робіт;

в) на випробувальні навантаження при частковому і повному заповненні трубопроводу;

Товщину стінки визначають в розрахунку на внутрішній тиск, і тільки при необхідності збільшують її на основі розрахунку труб вздовж їх осі.

Від внутрішнього тиску у зігнутому трубопроводі виникають поздовжні розтягуючі напруження

, (8.229)

де – внутрішній тиск у трубопроводі; Д_ВН – внутрішній діаметр трубопроводу; – товщина стінки труби.

Від вертикального навантаження трубопровід розтягується і згинається.

Оскільки діаметр трубопроводу по відношенню до прогону невеликий (як правило менше 1/200 прогону), то форма провисаючого трубопроводу є близькою до параболи, рівняння якої при однаковій висоті точок підвіски (8.123) буде,

; (8.230)

при різниці у висоті точок підвіски

, (8.231)

де − стрілка провисання; − прогін (віддаль між пілонами); − різниця у висоті точок підвіски трубопроводу.

Довжина провисаючого трубопроводу при різній висоті точок підвіски

, (8.232)

при однаковій висоті точок підвіски

, (8.233)

де − стрілка провисання; − прогін (віддаль між пілонами); − різниця у висоті точок підвіски трубопроводу; − кут нахилу прямої, що з’єднує точки підвіски трубопроводу, до горизонту.

Горизонтальна складова розтягуючого зусилля, як і в інших висячих системах, буде:

. (8.234)

де q − максимальне розрахункове навантаження (з врахуванням коефіцієнта перевантаження);

Якщо врахувати жорсткість нитки, то

, (8.235)

де Е − модуль пружності матеріалу труб; І − момент інерції поперечного перерізу труб;

Розтягуюче зусилля у трубопроводі змінюється по довжині

, (8.236)

де а – кут нахилу вісі трубопроводу до горизонту у даному перерізі.

У місці примикання до пілона значення розтягуючого зусилля у трубопроводі найбільше (при однаковій висоті точок підвіски).

. (8.237)

При різній висоті точок підвіски трубопроводу

; .(8.238)

Збільшення довжини осі провисаючого трубопроводу під навантаженням при відношенні можна визначити за наближеними формулами, приймаючи на всій довжині Т=Н:

- при розташуванні точок підвіски на одному рівні

, (8.239)

- при різній висоті точок підвіски

. (8.240)

Від зміни температури стінок труб збільшення довжини стінок труб складе:

, (8.241)

і від внутрішнього тиску продукту, що транспортуються

, (8.242)

де − довжина провисаючої ділянки трубопроводу між точками підвіски (по кривій згину); п − коефіцієнт перевантаження; Р − тиск у трубопроводі; Д_зв − внутрішній тиск; − товщина стінки труби.

Таким чином, всі формули без врахування жорсткості трубопроводу залишаються такими, як і для розрахунку несучих линв гнучкого одноланцюгового переходу. За наведеними формулами можна визначитих зміну стріл провисання трубопроводу від розтягуючи напружень і зміни температури.

Сумарні поздовжні напруження у трубопроводі від внутрішнього тиску, розтягу і згину.

(8.243)

8.11.3 Монтаж трубопроводів у вигляді провислої нитки

При проектуванні трубопроводів, підвішених у вигляді провислої нитки, обов’язково розробляється метод їх монтажу. При монтажі трубопроводу можна використовувати наступні методи:

– одночасне піднімання обох пілонів разом з шарнірно закріпленим на їх вершинах трубопроводом;

– піднімання трубопроводу на попередньо встановлені і розкріплені пілони (почергово спочатку на один, потім на другий пілон або одночасно на обидва пілони);

– переміщення трубопроводу по попередньо натягнутому тросу;

– вертикальне піднімання трубопроводу зразу на всіх пілонах з одночасним його розтягом;

При одночасному підніманні обох пілонів спочатку за допомогою крана або мачти встановлюють обидва пілони у похиле положення, а потім, прикладаючи зусилля до однієї з відтяжок, поступово відпускаючи протилежну, піднімають пілон до вертикального положення. Зусилля створюють за допомогою лебідок і талей, встановлених біля анкерних опор. За допомогою талей і лебідок здійснюють і послідовне піднімання пліті на пілони. (рис. 8.32).

1 – відтяжка; 2– серга; 3 – шарнір на вершині пілону; 4 – гак;

5 – талі; 6 – трубопровід, що піднімають; 7 – монтажні приспосіблення для кріплення талей; 8 – муфта

Рисунок 8.32 – Талі для підйому пліті трубопроводу на пілони

Автор технології професор Тартановський Г. А. пропонує виконувати монтаж трубопроводу у вигляді провислої нитки шляхом вертикального піднімання всієї гудими, шарнірно з’єднаної біля пілонів і шарнірно прикріпленої до анкерної опори. В місцях пілонів трубопровід закріплюють до тяг. Під час піднімання трубопроводу з землі поступово збільшується зусилля, що прикладається і змінюється кут їх нахилу. Після закінчення піднімання центральні шарніри закріплюють на пілонах і до кінців трубопроводу приварюють компенсатори. Для розміщення талі (поліпласта) висоту пілонів роблять трохи вищими від місця закріплення трубопроводу.

Піднімання трубопроводу можна здійснювати і за допомогою кранів або монтажних мачт.

Всі вузли, а також трубопровід, розраховують на зусилля, що виникає не тільки у процесі експлуатації, але і під час монтажу.

При будь-якому методі монтажу систем у вигляді провислої нитки сумарні напруження у трубопроводі від розтягу і згину не повинні перевищувати 0, 35 – 0, 9 від нормативного значення межі плинності матеріалу труб.

При підніманні кінців трубопроводу без прикладання розтягуючого зусилля максимальна висота у см піднімання з горизонтальної площини визначається за формулою:

(8.244)

При цьому довжина при піднятої ділянки буде

, (8.245)

де – середній діаметр трубопроводу.

і зусилля у кгс, що потрібне для піднімання цієї ділянки трубопроводу

(8.246)

Якщо кінець трубопроводу піднімають з прикладанням поздовжнього розтягуючого зусилля, то необхідну величину цього зусилля Р при підніманні трубопроводу на висоту h при заданих максимальних поздовжніх напружень в трубах ( – коефіцієнт однорідності) можна наближено визначити за формулою

(8.247)

де – повне розрахункове навантаження (з врахуванням ваги продукту, обледеніння і т.д.).

При цьому довжина при піднятої ділянки у см буде

(8.248)

При цьому довжина при піднятої ділянки буде:

(8.249)

При монтажі трубопроводу стрілка провисання може бути трохи більшої від максимальної розрахункової стрілки, визначеної для експлуатаційного випадку.

Після відривання трубопроводу від землі, максимальна допустима стрілка провисання трубопроводу визначається за виразом:

. (8.250)

Для регулювання стрілки провисання при монтажі трубопроводу можна використовувати прокладки у вигляді кілець або фланців, які розміщують між опорними кільцями, привареними до труб і муфт, до яких закріплюють тяги.

При здачі трубопроводу в експлуатацію, підвішеного у вигляді провислої нитки, обов’язково складають журнал, у якому вказують:

– основні параметри переходу згідно проекту (прогін, стрілка провисання, діаметр і товщина стінки труб, марка сталі труб, відмітка місць закріплення трубопроводу, висота пілонів, марка сталі металоконструкцій тощо.);

– розрахункові напруження в металі труб за видами навантаження, основні виконавські параметри переходу і температура, при якій проводилося геодезичне знімання;

– метод монтажу переходу.

Під час експлуатації переходу у вигляді провислої нитки потрібно спостерігати за вібраціями труб і завчасно приймати заходи з їх усунення.

8.12 Аркові переходи

Аркові переходи трубопроводів застосовуються при перетині природних і штучних перешкод незначної протяжності (до 100 м.). Ці переходи споруджують з одної і навіть з двох чи трьох труб за схемою безшарнірної і двошарнірної арки (рис. 8.33).

а, б – однотрубний; в – двохтрубний; г – трьохтрубний

Рисунок 8.33 – Арковий перехід

Поняття «двошарнірна арка» для трубопроводів умовне, оскільки створити досконалий шарнір практично неможливо. Тому під двошарнірною аркою розуміють арку, в опорній частині якої є яка не-будь можливість повороту труб. При цьому згинальні моменти в трубах виникають, проте трохи меншої величини, ніж у безшарнірній арці.

8.12.1 Системи аркових переходів і їх конструктивне