ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Вертикальное давление грунта из "Несущая способность изоляционных покрытий подземных трубопроводов" Учитывая в настоящее время тенденцию к применению для магистральных трубопроводов труб большого диаметра, необходимо при расчете давления грунта в различных точках окружности трубы учитывать еще и изменение его объемной массы по глубине засыпанной траншеи. В ряде работ приводится решение, дающее распределение по высоте давления засыпки в силосной башне и учитывающее изменение ее объемной массы по глубине под влиянием фактора уплотнения. Однако в этих работах не учитывается влажность засыпки, и в приводимых зависимостях отсутствуют такие ее характеристики, как угол внутреннего трения, межчастичное сцепление и др. В других работах даются формулы, позволяющие определить вертикальное давление грунта в любой точке поверхности покрытия на трубе, ио в них не учитываются влажность грунта, а также силы трения и сцепления, действующие у стенок траншеи. В литературе приводится ряд зависимостей для расчета вертикального давления грунта на различной глубине в траншее И в любой точке окружности трубы. Однако при этом не учитываются влажность грунта и изменение объемной массы засыпки по высоте траншеи. [c.7] Как показывают проведенные расчеты, в некоторых случаях давление, оказываемое влажным грунтом на покрытие, может превышать расчетное, определенное с использованием коэффициента перегрузки, равного 1,4. Состояние покрытия в грунте усугубляется тем, что вследствие сезонных колебаний влажности оно работает в условиях динамического утомления. Поэтому при проведении соответствующих расчетов покрытия влал ность грунта необходимо учитывать. [c.7] Кв — коэффициент вертикального давления грунта к — расстояние от поверхности грунта до рассматриваемой точки в массиве бо — объемная масса скелета грунта в поверхностном слое w — весовая влажность грунта . В — ширина траншеи фо — угол внутреннего трения засыпки о стенку траншеи — коэффициент бокового давления грунта с — сцепление засыпки со стенками траншеи. [c.8] В этом случае в выражение (2) для коэффициента Кв следует также подставить формулу (6). [c.9] В некоторых случаях при использовании различных расчетных моделей при оценке сложного напрял енного состояния изолированного трубопровода бывает целесообразно ввести понятие о среднем давлении грунта на трубопровод. Вопрос об определении давления грунта на трубу нельзя считать пока решенным. Имеются, лишь методы, позволяющие с определенной степенью приближения определять среднее давление грунта на трубопровод, вертикальные и боковые давления и т. д. [c.9] При таком понимании среднего давления труба, находящаяся в грунте, совершенно не влияет на напряженное состояние грунта. Конечно, такое допущение можно вводить при ориентировочных расчетах. Однако в практике проектирования трубопроводов такое давление грунта часто принимают равномерно распределенным по периметру трубы, что позволяет существенно упростить решение очень важных задач о продольных перемещениях подземных трубопроводов. Обоснованность такого допущения при Лер, не превышающем двух — пяти наружных диаметров трубопровода, довольно хорошо подтверждается экспериментами по продольному перемещению труб диаметром 325, 529, 820, 1020 и 1420 мм в однородной насыпи из песчаного грунта [4]. Обработка результатов опытов позволила установить четкую линейную зависимость между касательными напряжениями Тк.пр и /гр при постоянной продольной силе. При определении касательных напряжений было принято допущение, что равномерно распределяется по периметру труб, поэтому Тк.пр=Айер tg фо. Поскольку объемная масса грунта А и tg фо были постоянными во всех опытах, можно сказать, что допущение о равномерности распределения гр по периметру трубы для грунтов, не обладающих связностью, подтверждается. По-видимому, суммарное действительное давление грунта на периметр трубы достаточно близко по величине к суммарному давлению, если не считать его равномерно распределенным. [c.10] Следует отметить, что теория проф. М. М. Прото-дьяконова хорошо согласуется с действительностью при сыпучих грунтах для связных и скальных грунтов эти давления, как правило, занижены. Тем не менее она принимается для всех видов грунтов. В этом случае вместо tg фо используют коэффициент крепости, учитывающий действие сил трения и сцепления. [c.11] Составляющие вертикального давления грунта оказывают большое влияние на состояние несущей способности изоляции подземных трубопроводов. [c.11] Эксперименты показывают, что давление грунта по периметру трубы, уложенной в грунт, неравномерно. В частности, оно в значительной мере зависит от гибкости сечения трубы, способности ее стенки изменять форму под нагрузкой. Так, в случае жесткой трубы давление у верхней и нижней ее образующих значительно больше бокового, а в случае гибкой трубы оно по периметру выравнивается, что объясняется расширением трубы при сплющивании ее от вертикального давления и соответствующим возрастанием бокового давления. Гибкая труба, деформируясь, стремится приобрести такую форму, при которой давление по периметру было бы близким к равномерному. [c.12] Следует отметить, что до настоящего времени нет рекомендаций, которые позволили бы получить достаточно достоверную картину распределения давлений по периметру подземного трубопровода с учетом различных факторов, действующих на трубопровод. Можно сказать, что магистральные трубопроводы, находящиеся в грунте длительное время, подвержены воздействию давления по периметру трубы, приближающегося к равномерному. [c.12] Изменение температурного режима трубопровода вследствие колебаний температуры транспортируемого продукта, а такя е внутреннего давления в период эксплуатации влияет на распределение продольных напряжений в поперечном сечении труб и соответственно на распределение суммарного продольного усилия, определяемого ими. [c.13] Установление величины продольных напрял ений и соответствующих им продольных перемещений является важной задачей с точки зрения оценки несущей способности изоляции. В процессе такого перемещения изоляция, очевидно, работает в неодинаковых условиях по периметру трубы. Наибольшие касательные напряжения возникают в покрытии, находящемся в пределах угла опирания трубы на грунт. К этому еще следует добавить воздействие на изоляцию таких концентраторов напряжения, как твердые включения грунта или камни. В этой части трубы пленочная изоляция, как правило, сдвигается по подклеивающему слою с образованием гофров и складок. В верхней части трубы в зависимости от степени сцепления грунта с изоляцией возможно проскальзывание грунта по изоляции с сохранением сплошности последней. Однако на практике чаще всего здесь также наблюдается сдвиг покрытия по подклеивающему слою с образованием гофров и складок. В принципе, при продольном перемещении трубопровода возможен такой вариант, когда труба сдвигается относительно изоляционной оболочки по слою вязкотекучей грунтовки. Однако это случай, учитывая неравномерность распределения напряжений по периметру трубы и комковатость грунта, маловероятен. [c.13] Рассмотрим теоретические аспекты продольных перемещений трубопровода различных вариантов с позиций двухкомпонентной системы изолированный трубопровод— грунтовая среда. [c.13] В зависимости от вида нагрузки и времени ее действия перемещения могут иметь ряд особенностей [4]. [c.14] В зависимости от упругих свойств грунта, а также взаимодействующих сил и времени их действия при продольных перемещениях трубопровода по контакту труба — грунт могут устанавливаться упругая, упругопластичная связи или связь, определяемая переходом грунта в пограничном слое в предельное напряженное состояние [3]. В этих моделях принято допущение, что через некоторое время после приложения усилия Р, вызывающего перемещение трубопровода, силы, действующие на поверхности раздела труба — грунт, стабилизируются, а перемещения достигают полного для данного значения усилия Р. Если усилие Р не изменяется, то и напряжения в трубе, и перемещения любых сечений трубопровода остаются неизменными. [c.15] Для упругопластичной связи установлена довольно ясная, почти линейная, зависимость между касательными напряжениями Тк и перемещениями и до некоторого значения Тк=Тк.пр, после чего перемещения происходят при неизменном значении Тк.пр- Схематично связь, учитывающую упругую и пластичную составляющие, молено представить в виде последовательно соединенных упругопластичных элементов между изоляцией на трубе и грунтом. Для определенного значения Тк работают только упругие элементы, а затем и пластичные. [c.16] Пластичная связь реализуется в случае Тк=Тк.пр. Как только сдвигающие напряжения станут меньше предельных (тк тк.пр), продольные перемещения трубы прекращаются. В основе этой модели лежит предположение, что трубопровод удерживается в грунте силами трения и сцепления, что является до некоторой степени условным. [c.16] Сцепление грунта учитывают только до начала скольжения. С момента срыва и последующего движения используют с. [c.16] Все указанные модели позволяют оценить условномгновенное перемещение трубопровода. Вторую составляющую перемещения трубопровода с учетом ползучести грунта определяют в каждом конкретном случае с учетом реологических свойств грунта. [c.17] Как отмечалось, в процессе эксплуатации происходят подвижки отдельных участков трубопроводов, которые имеют место под влиянием перепадов температуры и давления транспортируемого продукта в местах искривления его оси. Однако в данном случае не существует однозначной зависимости указанных факторов от возможности перемещений трубопровода. На отдельных участках вследствие значительного защемления трубопровода грунтом подвижка его может не реализовываться. Рассмотрение всех этих вопросов под углом зрения воздействия подвижек на изоляционное покрытие представляет несомненный практический интерес. [c.17] Вернуться к основной статье