Подземные трубопроводы » Ремонт Строительство Интерьер

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Подземные трубопроводы

07.07.2021

Наиболее неблагоприятны условия работы трубопроводов при действии на них двух сосредоточенных диаметрально противоположно направленных сил; в этом случае стенки труб подвергаются воздействию наибольшего по величине изгибающего момента. С другой стороны, наиболее благоприятные условия работы трубопровода создаются, когда по всему его контуру приложено радиальное равномерно распределенное давление. В этом случае изгибающие моменты в стенках равны нулю, и в них возникают только сжимающие напряжения.

При так называемом методе лабораторного испытания «с опиранием в трех точках», иллюстрируемом рис. 16.38, создаются условия нагружения трубопровода, весьма близкие к наиболее неблагоприятным, которые, по-видимому, вызывают в трубе напряжения, большие, чем при любом из четырех возможных случаев опирания, приведенных на рис. 16.39. Увеличение площади стирания при устройстве основания по типу, показанному на рис. 16.39,б, несколько уменьшает изгибающие моменты; это положение в еще большей степени оказывается справедливым для опирания по типу рис. 16.39, е, когда за счет тщательно уплотненной обратной засыпки стремятся увеличить боковое давление на трубопровод. Это явление объясняется следующим образом. Под весом засыпки труба сжимается в вертикальном направлении, и ее первоначально круглое поперечное сечение приобретает, как показано на разрезе А—А рис. 16.40, эллиптическую форму. Вертикальный диаметр трубы при этом сокращается, в то время как горизонтальный возрастает из-за тенденции трубы деформироваться в горизонтальном направлении. Боковое смещение окружающего трубу грунта, вызванное этой деформацией, увеличивает боковой отпор грунта, доводя пассивное давление до значений выше активного и статического. Таким образом создаются условия для проявления пассивного сопротивления. Пока еще не установлено никаких надежно обоснованных количественных зависимостей между боковой податливостью труб и увеличением пассивного сопротивления грунтов различных типов. На основании испытаний, проведенных в колледже шт. Айова Спенглером, рекомендуется увеличивать несущую способность трубы в сравнении с полученной при испытании с опиранием на три точки, умножая последнюю на величины коэффициента нагружения, приведенные в табл. 16.2.
Подземные трубопроводы

Для определения вертикальной нагрузки W, которую воспринимают трубопроводы, уложенные в траншеях при опирании по типам, приведенным на рис. 16.38,а и б, следует использовать выражение. При тщательном уплотнении грунта по обе стороны трубы в выражении (10.43) ширину траншеи b можно принять равной внешнему диаметру трубы 2r. В этом случае получаем

Для того чтобы трубопровод мог безболезненно воспринять эту нагрузку, он должен обладать несущей способностью Р, отвечающей результатам испытания с опиранием в трех точках и равной:

где Fs — принятый коэффициент запаса;

Lf — коэффициент нагружения по табл. 16.2;

Cd — коэффициент.

Описанный выше метод расчета трубопроводов, предложенный Марстоном и Спенглером, хорошо согласуется с данными фактических наблюдений и экспериментальными применительно к толстостенным трубам в траншеях. Однако точность разработанного этими авторами метода расчета таких труб, уложенных под насыпями, в количественном отношении оказывается намного меньшей.

Если материал насыпи, находящийся выше и вокруг трубопровода, рыхлый, то осадка слоя толщиной 2r за счет его уплотнения может оказаться большей, чем уменьшение вертикального диаметра трубы при той же нагрузке. В этом случае картина перераспределения нагрузки, приведенная на рис. 10.47 для трубопровода в траншее, может оказаться обратной, и трубопровод будет воспринимать не только полный вес покрывающего грунта, но и некоторую часть веса окружающего грунта, передающегося через так называемое иногда отрицательное трение. Этот термин используется при аналогичных условиях применительно к сваям-стойкам, забитым через толщу мягкого грунта, который продолжает еще уплотняться под воздействием собственного веса. Вопрос определения величины усилия от такого трения, действующего по вертикальным поверхностям раздела двух материалов с различной сжимаемостью, пока еще не поддается практически доступной количественной оценке.

В силу этого рекомендуется предотвращать возможность развития такого нежелательного увеличения нагрузки на трубопровод путем проведения соответствующих строительных операций по зонам, показанным на рис. 16.41. Труба укладывается на подготовленное из уплотненного грунта основание несколько ниже уровня естественного грунта. По обе стороны трубы, несколько выше ее верха укладывается и тщательно уплотняется укаткой специально подобранный зернистый грунт зоны А. Грунт в зоне В, непосредственно примыкающей к трубе, уплотняется механическими трамбовками. Зона С заполняется рыхлоуложенным грунтом, после чего грунт в зоне D подвергается уплотнению обычным образом, принятым при возведении насыпей. Тем самым в известной мере воссоздаются условия работы трубы в траншее. Маложесткие трубопроводы, по-видимому, особенно хорошо работают при значительной нагрузке, если они заложены в зернистом грунте. О.К. Пек и Р.Б. Пек опубликовали результаты своего исследования работы 18 гибких водопропускных трубопроводов из рифленой стали под железнодорожными насыпями под покровом слоя из подобранного зернистого материала, достигавшего мощности 50 футов. Удовлетворительное поведение этих трубопроводов показало, что состояние, весьма близкое к воздействию равного всестороннего давления, должно достигаться как результат деформации, подобной показанной на разрезе А—А рис. 16.40. В немногих случаях при этом исследовании были использованы некоторые из мер по уплотнению грунта, показанные на рис. 16.41. Замеренное сокращение вертикального диаметра этих трубопроводов под насыпями оказалось весьма значительным, но все же не превышало 7,1% его величины.

Вес покрывающего слоя при его мощности 50 футов может быть принят равным 50-120 = 6000 фунт/фут2.

Предполагая, что на трубопровод диаметром 10 футов, размещенный под насыпью, воздействует всестороннее равномерное давление с указанной выше интенсивностью, получим величину сжимающего усилия на 1 фут длины каждой из двух стенок трубы, равную 6 000*10/2 = 30 000 фунтов. Этот метод расчета идентичен используемому для определения растягивающих напряжений в стенках котла. Толщина металлических стенок рассматриваемого трубопровода была равна 0,2813 дюйма. Площадь поперечного их сечения равнялась 3,37 дюйма2, отсюда напряжения сжатия в стали 30 000/3,37 = 8 800 фунт/дюйм2. Такой расчет является, конечно, только весьма грубой оценкой возможных условий распределения нагрузки. Для того чтобы проектирование таких трубопроводов под насыпями могло быть поставлено на вполне надежную и рациональную основу, необходимо провести значительно большую работу, и в том числе более тщательные полевые исследования.

В случае, когда грунт под насыпью представлен мягкой глиной, осадка начальной поверхности грунта может быть вызвана уплотнением этого глинистого слоя под воздействием веса насыпи. Трубопровод будет при этом деформироваться в продольном направлении, как это показано на рис. 16.40, так как наибольшая осадка возникает под центром насыпи. В некоторых таких случаях между секциями труб в продольном направлении желательно иметь гибкие стыки.

При укладке трубопроводов непосредственно на разжиженный ил или весьма мягкую глину возникает необходимость их опирания на сваи.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: