Нагрузки и воздействиядействующие на МТП. Их характеристики.

Внутренние усилия в трубопроводных конструкциях появляются от внешних и внутренних нагрузок. Причем эти нагрузки изменяются в зависимости от характеристик окружающей среды, параметров перекачиваемого продукта и т.п.

К нагрузкам относят внутренне давление продукта в трубопроводе, вес конструкций, оборудования, давления грунта, снега, ветра, испытательные нагрузки и т.п.

К воздействиям относят предварительное напряжение элементов, изменение температуры, просадки оснований, обусловленные коренным изменением структуры грунта (просадки в районах горных выработок, разжижение грунта, оползни и т.п.), сейсмические явления.

К постоянным относят нагрузки, которые приложены к той или иной конструкции в течение всего срока эксплуатации сооружения, в состав которого входит конструкция (собственная масса, давление грунта и грунтовых вод, предварительное напряжение).

Временными называют нагрузки и воздействия, которые действуют на сооружение или отдельную конструкцию в течение ограниченного периода, меньшего, чем расчетный период эксплуатации сооружения. В свою очередь, временные нагрузки подразделяют на длительные и кратковременные. К длительным временным нагрузкам относятся масса стационарного оборудования, материалов. Масса жидкости, хранимой в резервуарах и перекачиваемой по трубопроводам, давление перекачиваемого продукта, длительные температурные усилия в конструкциях. К кратковременным относят снеговые и ветровые нагрузки, обледенение, транспортные и монтажные нагрузки, испытательные нагрузки и т.п., т.е. нагрузки, действие которых может длиться от нескольких секунд (транспортная) до нескольких месяцев (снег, обледенение).

Особые – это нагрузки и воздействия. Определяемые нарушениями технологического режима эксплуатации сооружения, резкими изменениями естественного состояния грунта (обвалы, просадки, оползни и т.п.), нагрузки от землетрясений, называемые сейсмическими

Для линейной части магистральных трубопроводов наиболее характерными являются следующие нагрузки и воздействия:

собственный вес трубопровода

q_т = q₀n, (2)

где q₀ – вес сооружения или конструкции, определяемый по геометрическим размерам; n = 1.1 – коэффициент перегрузки (см. табл. 1).

давление грунта q_гр, определяемое с учетом фактических размеров конструкций и состояния грунта по формулам механики грунтов (1);

гидростатическое давление воды, определяемое по одному из основных правил гидростатики: давление жидкости в любой точке не зависит от ориентировки, т.е. угла наклона площадки действия, и определяется лишь высотой столба жидкости над рассматриваемой точкой, т.е.

р_в = r_вhg (3)

где r_в – плотность жидкости; h – высота столба жидкости над рассматриваемой точкой; g – ускорение свободного падения;

воздействие предварительного напряжения, создаваемого за счет упругого изгиба при поворотах трубопровода в горизонтальном и вертикальном направлениях; при расчетах следует принимать нормативное значение нагрузки от предварительного напряжения равным s_и, так как по табл. 1. n = 1;

внутреннее давление (нормативное)

р = р_r(н)ⁿ (4)

где р_r(н) - расчетное давление газа (нефти и т.д.); n – коэффициент, принимаемый по табл. 1.

вес продукта, заполняющего 1 м длины трубопровода:

газа: (5)

где r_r – плотность газа при нормальных условиях; р – внутреннее давление (4); n – коэффициент перегрузки (см. табл. 1.); z – коэффициент сжимаемости газа; Т – абсолютная температура;

нефти и нефтепродуктов:

где r_н – плотность транспортируемого продукта;

температурные воздействия, рассчитываемые в соответствии с зависимостью, устанавливающей соотношение между усилиями и температурным перепадом Dt = t – t₀ при невозможности температурных деформаций:

s_t = a_tЕDt, (7)

где s_t – действительные температурные напряжения; a_t – коэффициент линейного расширения; Е – модуль упругости; Dt – принимается по разности температуры t (наибольшей или наименьшей) и температуры t₀, при которой фиксируются элементы конструкции в проектном положении;

снеговая нормативная нагрузка на 1 м² площади горизонтальной проекции поверхности конструкции

q_сн = q₀с, (8)

где q₀ – вес снегового покрова на 1 м² горизонтальной поверхности земли; с – коэффициент, зависящий от формы поверхности и принимаемый по СниП II-6 74 «Нагрузки и воздействия»;

ветровая нормативная нагрузка на 1 м трубопровода

q_вет = (q_c^(н) + q_д^(н))^D_н, (9)

где q_c^(н) – нормативная статистическая составляющая ветровой нагрузки; q_д^(н) – нормативная динамическая составляющая ветровой нагрузки;

Значение qc(н) и qд(н) принимаются по СНиП II-6-76;

выталкивающая сила воды на 1 м труб q_в.в = 0.8D_н²r_вg, (10)

где r_в – плотность воды; D_н – наружный диаметр.

Остальные нормативные нагрузки и воздействия определяют в соответствии с конкретными условиями.