Мал. 6.4. Розподіл напружень в трубопроводі.
Трубопровід, покладений в грунт, протягом усього періоду експлуатації знаходиться під віз-дією зовнішніх сил. Ці сі-ли викликають складні напруги-ня в тілі труби і стикових з-єднання, головні серед них поздовжнє # 963; а, кільцеве # 963; # 964; і радіальне
Радіальне напруга обумовлено внутрішнім тиском (так само йому і протипожежні-помилково у напрямку):
Кільцевий напруга виникає від дії внутрішньої і зовнішньої тисків. Визначають його за класичною формулою Маріотта
де р - внутрішній тиск; D - внутрішній діаметр труби; # 948; - товщина стінки труби.
Поздовжнє напруга, що виникає від внутрішнього тиску
де # 956; - коефіцієнт Пуассона (# 956; = 0,3 для стали).
Поздовжнє напруга від зміни температури труби визначається за формулою Гука
де # 945; - коефіцієнт лінійного розширення металу, (а = 0,000012 1 / ° С);
Е = 2,1 × 10 5 МПа - модуль пружності стали при розтягуванні, стисненні, вигині; t2 - температура повітря під час укладання трубопроводу в траншею; t1 - найменша тим-пература грунту на глибині укладання труби.
Найбільш небезпечні розривають зусилля, а не стискають, і для їх зменшення слід прагнути до скорочення різниці температур t2 - t1. Для зменшення поздовжніх напружень зварений трубопровід опускають в траншею в найбільш холод-ве-який час доби (рано вранці).
З усіх напруг найбільш небезпечні кільцеві.
Великі поздовжні напруження з'являються в трубі при її холодному пружному вигині (через нерівності рельєфу). Вони обчислюються наступним чином:
де Dн - зовнішній діаметр труби; р - радіус вигину.
В даний час магістральні трубопроводи рассчи-ють за методом граничних станів. Під граничним по-ють такий стан конструкції, при якому її нормальна подальша експлуатація неможлива. Розрізняють три граничних стану: 1) за несучою здатністю (міцності і стійкості конструкцій, втоми матеріалу), при досягненні якого конструкція втрачає здатність чинити опір зовнішнім впливам або отримує такі залишкові деформації, які не допускають її подальшу експлуатацію;
2) з розвитку надмірних деформацій від статичних динамічних навантажень, при досягненні якого в конструкції, що зберігає міцність і стійкість, з'являються деформації або коливання, що виключають можливість далекої
шей експлуатації;
3) за освітою або розкриття тріщин, при досягненні якого тріщини в конструкції, що зберігає міцність і стійкість, з'являються і розкриваються до такої величини, якої подальша експлуатація конструкції стає
можливої.
Міцність трубопроводу буде зберігатися за умови якщо максимальні впливу сил будуть менше мінімальне несучої здатності труби
n · p · D ≤ 2 · # 948; · R1. (6.1)
де n - коефіцієнт перевантаження; D - внутрішній діаметр труби; R1 - розрахунковий опір металу труби і зварних з'єднань (R1 - несуча здатність труби).
де = # 963; в - нормативний опір розтягуванню матеріалу труб (так само межі міцності матеріалу труб); k1, m1, m2 - коефіцієнти умов роботи.
Так як D = Dн - 2 # 948 ;, то з формули (6.1) отримаємо
Для того щоб не було надмірних пластичних дефор-мацій, необхідно виконати умову
n · p · D ≤ 0,9 · 2 # 948; ·
де = # 963; т (границі текучості матеріалу труб).
Приймається більше значення # 948; 1. отримане за формулами (6.2) і (6.3).
Мінімально допустима товщина стінки труби при існуючій технології виконання зварювально-монтажних робіт повинна бути більше діаметра труби і не менше 4 мм.
Сумарна поздовжнє навантаження в найбільш важкий період експлуатації повинна бути менше несучої здатності тру-би (R1):
мінімально допустимий радіус вигину
де # 916; t - має бути взято зі знаком плюс, щоб R1 отримати найбільшим.
Для орієнтовного і швидкого визначення рдон мож-но скористатися формулою
Дійсні радіуси р пружного вигину трубопроводу у вертикальній і горизонтальній площинах траси повинні бути більше рдон
при р<рдон следует применять специальные гнутые вставки труб.