Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 [ 6 ] 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56

для песчаных грунтов

СП = 0,416 ~--0.056 - 0,095;

(3.21)

Д.1Я глинистых грунтов

Cft = 0,367 ~--0,046 + 0,06.

0„ Dl

(3.22)

§ 3. Сопротивление грунта поперечным перемещениям трубы

Сопротивление грунта поперечным перемещениям трубы зависит or плоскости, в которой происхо.тит перемещение. При перемещениях трубы, в вертика.тьиой Плоскости вследствие различия свойств грунтов засыпки и: основания под трубой (их жесткости) сонротик-аснис грунта различно. При пере.мещепнях трубы в горизонтально!! h.iockoctii сопротпвление грунта зависит от ширины траншеи и свойств грунта нарун1ениой и ненарушенной структуры.

В связи с этим расчетные модели грунта н ее количественные параметры будут различны в зависимости от направления перемещений.

Сопротивление грунта поперечным (в вертикальной плоскости): перемещениям трубы вверх

В свят с необходимостью расчета трубопровода на продольную устойчивость проведено .тостаточио много экспериментальных исследовапий по со-нротнвлеиию грунта поперечны.ч перемещениям трубы вверх.

Результаты многих из этих исследований приведены в работах. Э. М. Ясина [49], П. П. Бородавк1ша и других авторов. Учитывая, чго длй расчета трубопроводов принималась, в основном, жесткопластическая мо-дель, основное внимание уделялось определепию предельной удерживающей-способности грунта.

Особенностью проведенных наши экспериментов было то, что труба иа- гружалась не статическим усилием, а пресеовоп нагрузкой, что позволило-получить зависимость сопротивления грунта от перемещения во всем их диапазоне.

Опыты проводились иа заглубленных трубах длиной 4 м, диаметром 273,. 529 н 720 мм. Трубы поднимали лебедками с помощью тросов. Перемещения измеряли прогнбомерамя Максимова, усилия-диналюметрами растяжения, Нагружение па каждом этапе осуществляли с выдержкой во времени до стабилизации усилия.

Опыты проводили нри ра.зличной высоте засыпки грунга над трубой (от О до 100 см). Кроме того, грунт использовали песко.1ьких видов.

06п1ая картина зависимости сопротивления грунта от перемещения одинакова для всех опытов (рис. 7, 8). Вначале, пока перемещения невелики, между сопротив.чсшем q н поперечным перемещением у наблюдается почт» линейная зависимость. Достигнув максимума, сопротивление грунта снижа-вдгся. Особенностью диаграммы для глинистых грунтов по сравнению с диаграммой для песчаных грунтов является то, что достижение сопротивлением максимума характеризуется наиболыпим перемстением грубы, г. е. в уют период происходит более значительное уплотнение грунта \\гд трубой.

Выразим завцси.мость между сопротивлением грунта и поперечным-перемещением у трубы иа участке кривой, характеризующимся упругопластической работой грунта, с нсинощью обобщенного коэффипиепта нор.маль-ного сопротивления грунта Cj, о:

(3.23>

10 20

50 60 70 SO

Р(гс. 7. Диаграмма «сопротивление песчаного грунта - вертикальное перемещение (вверх)». (Диаметр трубы 529 мм)

О 20 0 60 ео то гго т wo mi/,

С- 8. Диагра-мма «сопротивление глинистого грунта - вертикальное перемещение (вверх)». (Диаметр трубы 273 .vim)

Иа осиоваппн обработки результатов экспериментов с исиользованис решения для штампа иа упругом основании зависимость обобщенного кoэфJ фнннснта нормального сопротивлс1П1я грунта от свойств грунта и парамст ров заглубленного трубопровода может быть представлена в виде

= 0И2£грЛгр (i rJ,

где Су о - коэффициент нормального сопротивления грунта, Л\Па/см; Ет модуль деформации грунта иснарушсннон Структуры, МПа; Цгр - коэффи циснг снижишя можуля деформации грунта засыпки по сравнению с грун том ненарушенной структуры; ргр - коэффициент Пуассона грунта; 1о - единичная длина трубопровода (/о =100 см); Он - наружный дпамет{ трубы, см; Ло - расстояние от верха засыпки до оси трубы, см.

Для опрелмсняя предельной удерживающей способности грунта з сыпки над трубой, т. е. cio сопротивления, соответствующего потере ycroi чнвостн грунта, существует ряд решений. Огметнм репшние Ю. И. Со*овьс1 и метод расчета анкерных фундаментов, изложенный в нормах на нроекп рование линий электропередач.

Обычно предельную удерживаюп1ую способность грунта определяю нрнзмон выпора. Учитывая, что для реальных трубопроводов отношение глу бины его заложения к диаметру не превышает пяти, можно считать, что к всех случаях угол откоса призмы определяется уг.том внутреннего трени Грунта. Несколько сложнее со слагаемы.м, входящим в предельную удержи вающую способность грунта и учитывающим сцепление грунта. Как пока залн исследования Г. 11. Покровского и Д. А. Леонардса силы сцепления зависят от сил сжатия. Сн-ты же сжатия, т. е. нормальные напряжения в грунте, ви.1ваиные его собственным весом, д,ля трубопроводов имеют не значительную BejH4HHv if изменяюгея в пределах от О на поверхности до 0,02-0,04 iWHa на глубине 2-2,5 м.

На основе обработки экспериментальных данных для определения лре-ле.1ьного сопротивления грунта вертикальным вверх псремещсиияА! трубь* можно рекомендовать формулу

пр.гр

- ГгрО„ {ho - 0,39D,) - у,/ tg 0,7 if,

0.7СгрЛо cos 0,7 <ргр

(3.25

где Yrj. - объемный вес грунта; Z)h -наружный диаметр трубы; ho - расстояние от верха засыпки до оси трубы; «ргр - угол внутреннего трения грунта; с,.р - сцепление грунта.

Нами определялось сопротивление грунта н при перемещениях, когда имела место потеря усгончнпосгн грунта, т. е. сопротивление грунта уменьшалось UO сравиенню с максимальным его значением. Это означает, что, если бы мы рассматривали трубу как анкер, то при приложении постоянного усилия, равного максимальной удерживающей С1юсобпостп грунга, произошло бы выдсргнва1П1е трубы. При небольших донолпнтельных цсрелнШс-ниях трубы к перемещению, соответствующему предельному сопротивлению грунта, последнее уменьшалось незначительно. При перемсщепиях, имеющих одни и тог же порядок с высотой .засыпкн, сопротивление значительно уменьшилось, так как происходило разрушение грунта над трубой и «растекание» его по поверхности. Высота слоя грунта над трубой также уменьшалась. Физическая сущность этого явления очень сложна. При больших перемещениях иа уменьшение высоты засыпки псносредствснпо над трубой в реальных условиях будут оказывать в.шянне атмосферные факторы - ув.1аж-нение, ветер и т. п. Учитывая это, сопротивление грунта прн псременц-ннях трубы выше предельных можно определять, исходя пз линейно1"1 завпснмостн, считая что прн перемещениях, равных глубине заложения, сопротивление

„„„ р.». p + v.)-v «Р« v>.„„,„. (3.26,

f. коэффициент пропорциональносгя; яр. гр - персмещспне, соответствующее нределыю.му сопротивлению грунта, Я - расстояние от верха засынки ло пнза трубы.

и.ш анализа различных расчетных моде.чеп грунта засыпкн нами было цыполнчю экспериментальное исследование поперсч1Ю10 изгиба в верги-ка ibitoii плоскости нодземного трубопровода.

Тр\бопропод диаметром 529 x 8 мм, длиной 90,1 м был уложен в траншею на глубину (33 см (до нижней образующей трубы). Грунт засыпки - песок объемны.м весом Yi-p=5,2 Н/м и уг.чом внутреннего трения <р,.р=28 . nocepiMiHie плети трубопровода имелся шурф с фундаментной плитой, где сылч установлены два гидравлических домкрата. При подъеме трубопровода м1Кснровалась поперечная сила (по показаниям маисмстров насосны.х станпнй) и вертикальное персмен1еиие трубопровода через каждые 5 м но его лл1гае (но результатам нивелирования выступающих стержней, приваренных к трубам). Результаты измерений показаны на рис. 9, 10.

WD SO

Рис. 9. Зависимость стрелки прогиба от поперечной силы

2Q0

I 150 < (7(7

t§ 50

Paccmofitiae между отметками , e(

Рнс. 10. Упругая линия подземного трубопровода при изгибе его поперечной силой

На рис. 9 Приведены зависимости (экспсримеитальиая и теоретическая)! максимального поперечного перемещения трубопровода (стрелки прогкба) j f от поперечной сп.чы Р. Кривая / соответствует решению поперечного 113-1 гнбз балки для упругой (вннклеровскон) .модели срелы g=ky; кривая 2 - i для жесткопластической модели </=пр. гр; кривая 5 -для модсп!, учиты-) ваюп1ей уменыиеиие сопротивление грунта /=пр. гр-Сру.

Зависимость максимального перемещения стрелки прогиба f от попсреч-" ного усилия Р для балки с изгибпоп жесткостью EI, лежащей на уиругох основании, как известно, нмесг вид:

(3.28>1

При выводе этой же зависимости для дву.ч .чругпх моделей псиользо-ван варкациоггиый метод. Принимая упругую ось балка в виде функнни w=j =fosiaxlL, отвечающей граничным условиям (j/=«/=J/"=0 при jc=0. Ч)! абсолютно жесткого нижнего основания, на.чодим зависимость поперечной Силы от прогиба и длциы вачиы изгиба.

4bn*EIf 16LS

(3.29Я

где Qut, - предельное сопротив.1сние поперечным перс.мещеиия.м впер-Х, рав-1 иое иредслыюму сопротивлению грунта н весу трубопровода; L - длина] волны нзгпба.

Длппа волны нзгпба определяется из условия dP/dLG

405я*£

(3.30)

Тогда для жесткопластичсскои модели среды (Ср-О) зависимость между прогибом и поперечной силой нз (3.29) с учетом (3.30) будет н.мсть вид

Р = 3,76 у gEIf .

(3.31)

Кривая I. 2 к 3 (рис. 9) построены соответственно по формулам (3.28),. (3.31) и (3.29) црн параметрах грунта засынкп, опрелелеииых на основании опытов на моделях: А=1,75 jMlla; пр-147 И/см; Ср-0,0П ЛШа.

На рис. 10 приведены эксперимеггтальные данные и упругие линии подземного участка трубопровода, рассчитанные для третьей" .модели среды в соответстти с зависимостями (3.29) и (3.30) и принятой формой волны изгиба.

Резу. штаты проведенного эксперимента свидетельствуют о том. что если первая модель среды хороин) описывает поведение трубопровода при максимальном прогибе до 3 см, вторая -от 1 до 5 см, то третья модель среды хорошо согласуется с результатами опыта при прогибе до 50 см. Таким образом, результаты этого опыта подтверждают иеоб.чодимость учета уменьшения сопротивления грунта при поперечных перемещениях т)убы вверх. Этот фактор существенен при расчетах продольной устойчивости вертикальных выпуклых кривых и при определении нагрузок на трубоукладчики прн способе ремонта, прсдусмагрнваюше.м подье.м трубопровода из засыпанной грунтом траншеи.

Сопротивление грунта поперечным (в вертикальной плоскости) перемещениям трубы вниз

Наиболее часто при решенпн задач по изгибу балок иа упругом основании используется гипотеза Вииклера Цпм.\1ермана, согласно которой ме жду прогибом (осадкой) балки и реактивным давлением существует пря-

оя пропорциональность. Несмотря на имеющиеся недостатки, эта гипотеза дает удовлетворите»1ьиые результаты прн расчете различных строительных [Гонструкннй.

Эьсперимснгальные исследования, проведенные на моделях трубопроводов также показали, что можно принять линейную зависимость между со-n(jf>T}!B-гением грунта и поперечным (вертикальным) перемещением трубы „(-, "эта зависимость справедлива до тех пор, пока сопрогнвление грунта меньше его несущей сггособности. Далее, можно считать, что соиротнвлс-iiiie грунта осгается постоянным и не зависит от перемещения.

Такпм образом, принимая эффективную ширину балки равной диаметру труОы. расчетную модель трубопровода при поперечных перемещениях трубы BBH-i можно описать зависимостью:

RD прн !/>,рг,,„,

(3.32)

j-де q - сопротивление грунта поперечным неремещеиия.« трубы; Су- обойщепный коэффициент нор.чального сопротивления грунта; Db - наружный .;наметр трубы; t/- попоречпое перемещение; Rrp-условная (iccj-щая способность грунта.

Обобщенный коэффнцнсят нор.ма.1ьного сопротивления грунта, как н ранее, rioiKHo свя:1ать с модулем дефориацни грунта зависимостью

Су о -

(3.33)

1де Ег,., -модуль деформации грунта, МПа; Цгг-коэффициент Пуассона грунта: /о -единичная длина трубопровода (/о=100 см); /?я -наружный дчачетр Трубы, см.

Сопротивление грунта поперечным (в горизонтальной плоскости) перемещениям трубы в траншее

При определении напряжеипо-деформироваипого состоягшя трубопровода, нмеюгцего углы поворота в горизоггтальиой плоскосггг, необходима соответствующая расчетная модель грунта.

Эксясриментальныс асследова -iHirt. проведенные С. К- Гильзииым [13], показали ноз.можгюсть исполь-зоаанмя лнпегшой зависимости между сопротииленпем грунта и пе-рсдг;(деи!гем. Эксперименты прово-."ji.mcb па трубах песко.пькпх диаметров прн различном расстояпгнг от окооой образующей трубы до CTCHiii транпгеп.

На рцс. 11 приведены некоторые пз по.\ченных эксперименталь-"tx крнвы.х" в координатах сопро-inc-tCHiic фунта 9 - псрсмещешге у "Р" расстоянии от боковой образую-acctr Tpv6f.i до стеики траншеи а=

Обшпй характер гшвнсимостн ""ропшлення грунта от перемеи1е-мин одинаков для всех Опытов

S у, см

Рис. И. Зависимость сопроигв.чеиия грунта от П1>перечиых горизоита.ть-

ных перемещений трубы: / при ДнггЭ мм: 2 - при /}„.325 мы;