(495) 766-86-01603-971-803
Мы работаем по выходным - тел. 8-926-197-21-13
 

Расчет на прочность трубы


Расчет трубы на прочность

Опубликовано 29 Ноя 2016Рубрика: Механика | 16 комментариев

С опорами, стойками, колоннами, емкостями из стальных труб и обечаек мы сталкиваемся на каждом шагу. Область использования кольцевого трубного профиля неимоверно широка: от дачных водопроводов, столбиков заборов и опор козырьков до магистральных нефтепроводов и газопроводов, ...

... огромных колонн зданий и сооружений, корпусов самых разнообразных установок и резервуаров.

Труба, имея замкнутый контур, обладает одним очень важным преимуществом: она имеет значительно большую жесткость, чем открытые сечения швеллеров, уголков, С-профилей при одинаковых габаритных размерах. Это означает, что из труб конструкции получаются легче – их масса меньше!

Выполнить расчет трубы на прочность при приложенной осевой сжимающей нагрузке (довольно часто встречающаяся на практике схема) на первый взгляд довольно просто – поделил нагрузку на площадь сечения и сравнил полученные напряжения с допускаемыми. При растягивающей трубу силе этого будет достаточно. Но не в случае сжатия!

Есть понятие — «потеря общей устойчивости». Эту «потерю» следует проверить, чтобы избежать позднее серьезных потерь иного характера. Подробнее об общей устойчивости можете при желании почитать здесь. Специалисты – проектировщики и конструкторы об этом моменте хорошо осведомлены.

Но есть еще одна форма потери устойчивости, которую не многие проверяют – местная. Это когда жесткость стенки трубы «заканчивается» при приложении нагрузок раньше общей жесткости обечайки. Стенка как бы «подламывается» внутрь, при этом кольцевое сечение в этом месте локально значительно деформируется относительно исходных круговых форм.

Предложенная далее программа выполняет комплексный проверочный расчет трубы на прочность и устойчивость в Excel при воздействии внешних нагрузок и давлений на круглую обечайку.

Для справки: круглая обечайка – это лист, свернутый в цилиндр, кусок трубы без дна и крышки.

Расчет в Excel основан на материалах ГОСТ 14249-89 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. (Издание (апрель 2003 г.) с Поправкой (ИУС 2-97, 4-2005)).

Цилиндрическая обечайка. Расчет в Excel.

Работу программы рассмотрим на примере простого часто задаваемого в Интернете вопроса: «Сколько килограммов вертикальной нагрузки должна нести 3-х метровая стойка-опора из 57-ой трубы (Ст3)?»

Исходные данные:

Значения для первых 5-и исходных параметров следует взять в ГОСТ 14249-89. По примечаниям к ячейкам их легко найти в документе.

В ячейки D8 – D10 записываются размеры трубы.

В ячейки  D11– D15 пользователем задаются нагрузки, действующие на трубу.

При приложении избыточного давления изнутри обечайки значение наружного избыточного давления следует задать равным нулю.

Аналогично, при задании избыточного давления снаружи трубы значение внутреннего избыточного давления следует принять равным нулю.

В рассматриваемом примере к трубе приложена только центральная осевая сжимающая сила.

Внимание!!! В примечаниях к ячейкам столбца «Значения» содержатся ссылки на соответствующие номера приложений, таблиц, чертежей, пунктов, формул ГОСТ 14249-89.

Результаты расчетов:

Программа вычисляет коэффициенты нагрузок – отношения действующих нагрузок к допускаемым. Если полученное значение коэффициента больше единицы, то это означает, что труба перегружена.

В принципе, пользователю достаточно видеть только последнюю строку расчетов – суммарный коэффициент общей нагрузки, который учитывает совместное влияние всех сил, момента и давления.

По нормам примененного ГОСТа труба ø57×3,5 из Ст3 длиной 3 метра при указанной схеме закрепления концов «способна нести»  4700 Н или 479,1 кг центрально приложенной вертикальной нагрузки с запасом ~2%.

Но стоит сместить нагрузку от оси на край сечения трубы – на 28,5 мм (что на практике может реально произойти), появится момент:

М=4700*0,0285=134 Нм

И программа выдаст результат превышения допустимых нагрузок на 10%:

kн=1,10

Не стоит пренебрегать запасом прочности и устойчивости!

Всё — расчет в Excel трубы на прочность и устойчивость закончен.

Заключение

Конечно, примененный стандарт устанавливает нормы и методы именно для элементов сосудов и аппаратов, но что нам мешает распространить эту методику на другие области? Если вы разобрались в теме, и запас, заложенный в ГОСТе, считаете чрезмерно большим для вашего случая – замените значение коэффициента запаса устойчивости ny с 2,4 на 1,0. Программа выполнит расчет вообще без учета какого-либо запаса.

Значение 2,4, применяемое для рабочих условий сосудов, может служить в иных ситуациях просто ориентиром.

С другой стороны — очевидно, что, рассчитанные по нормативам для сосудов и аппаратов, стойки из трубы будут работать сверхнадежно!

Предложенный расчет трубы на прочность в Excel отличается простотой и универсальностью. С помощью программы можно выполнить проверку и трубопровода, и сосуда, и стойки, и опоры – любой детали, изготовленной из стальной круглой трубы (обечайки).

Уважающих труд автора прошу  скачать файл с программой после подписки на анонсы статей в окне, размещенном наверху страницы или в конце статьи!

Ссылка на скачивание файла: raschet-truby-na-prochnost-i-ustojchivost (xls 72,5KB).

Другие статьи автора блога

На главную

al-vo.ru

Расчет балок из труб на изгиб и прогиб – калькулятор онлайн

Калькулятор предусматривает расчёт балок из труб на изгиб и прогиб для различных схем их крепления и нагрузки.

Онлайн калькулятор

Предварительные соображения

Нагрузка балок может быть распределённой (“q” на схемах 3,4,5,9,15 и др.) или сосредоточенной  (“P” на схемах 1,2,6,7,8 и др.).

Крепление балок может быть:

  1. консольным с жесткой заделкой одного из концов (например, схемы 1,2,3 и другие);
  2. “заделка – заделка”, когда оба конца балки из трубы жестко защемлены (заделаны), схемы 6, 7, 8, 9;
  3. “шарнир – шарнир”, (схемы 12, 13, 14, 15 и другие), причём левый шарнир неподвижный, а правый подвижный;
  4. “заделка – шарнир” (схемы 9, 10, 11 другие).

Жесткая заделка предотвращает поворот балки из трубы и перемещение её в любом направлении. Неподвижный шарнир допускает только поворот трубы в месте крепления в вертикальной плоскости.

Подвижный шарнир допускает  поворот трубы в месте крепления в вертикальной плоскости и перемещение вдоль её собственной оси. Эти перемещения весьма незначительны и являются следствием деформации трубы под нагрузкой. 

Жесткая заделка трубы предотвращает ее поворот и перемещение в любом направлении. Неподвижный шарнир допускает только поворот трубы в месте крепления в вертикальной плоскости.

Подвижный шарнир допускает поворот в месте крепления в вертикальной плоскости и перемещение вдоль её собственной оси. Эти перемещения весьма незначительны и являются следствием деформации балки из трубы под нагрузкой.

Основным видом этой деформации является её прогиб, величина которого наряду с приложенной нагрузкой зависит также от ее длины, размеров её поперечного сечения и физических характеристик материала, в данном случае от его модуля упругости (“E”). Модуль упругости углеродистой стали равен (2-2.1) * 10 ^ 5 MПа; легировнной  (2.1 – 2.2) * 10 ^ 5 MПа; поэтому в калькуляторе принято среднее значение 2.1 * 10 ^ 5 MПа, что составляет 2142000 кг.см2.

Из размерных характеристик поперечного сечения трубы для расчёта прогиба используется момент инерции сечения (“I”); величина прогиба зависит также от положения проверяемой точки трубы относительно опор.

Допустимая величина прогиба балок определяется их назначением и местом в строительных конструкциях и регламентируется соответствующим СНиП; в легких случаях она не должна превышать 1/120 – 1/250 длины трубы.

Поэтому настоятельно рекомендуется проверять результаты расчета на допустимость.

Предназначение калькулятора для определения изгиба

Для создания каркасов различных строений самое большое распространение получила древесина. Из нее, как из пластилина, можно сотворить конструкцию любой сложности. Однако далеко не последнее место занимает и такой конструкционный материал как различные металлические профили.

Их выгодно отличает такое свойство как пластичность, долговечность и прочность. Не последнее место среди таких материалов занимают профильные и круглые трубы. Попытайтесь представить себе навес для автомобиля из профильной трубы с покрытием из поликарбоната и такое же строение из уголка.

Похоже, двух мнений быть не может. А любая балка из трубы в конструкции должна быть просчитана. Это необходимо по двум причинам:

  • Получить объект с достаточным запасом прочности под воздействием собственного веса, а также ветровых и снеговых нагрузок.
  • Подобрать минимально допустимый для строения профиль с целью минимизировать расходы на материалы.

Для достижения этой цели необходимо воспользоваться нашим онлайн калькулятором и рассчитать балку из трубы на изгиб. Это в случае, если деталь закреплена с одной стороны (консольная). Если же закреплены оба конца, понадобится рассчитать трубу на прогиб.

При этом необходимо учитывать следующие обстоятельства:

  1. Размеры и сечение: (профильная или круглая). Для профильной прямоугольной трубы расчет производится с учетом направления воздействия. При расчете балок из квадратной трубы этот фактор одинаков для любого направления воздействия.
  2. Прочностные характеристики материала с учетом толщины стенок и марки материала. Это особенно актуально при использовании балок из круглой трубы, расчет которой в значительной степени зависит от указанных характеристик ввиду многообразия применяемых материалов.

Виды вероятных нагрузок

Как можно классифицировать нагрузки на балку из трубы? В соответствии с СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия» моменты  нагружения конструкции можно распределить по следующим признакам:

  • постоянные – давление и вес которых не изменяются с течением времени, это такие, как собственный вес конструкции;
  • временные длительные, учитывающие вес дополнительных конструкций сооружения, включая оборудование, мебель и прочее;
  • кратковременные поперечные, зависящие от внешних условий эксплуатации – нагрузки от ветра, снега или дождя, для определения которых производится собственный расчет, зависящий от района расположения объекта. Такие нагружения в экстремальных условиях создают условия, при которых возможен прогиб балки из трубы.
  • особые условия воздействия, к которым можно отнести воздействие от удара автомобиля во время парковки, в результате которого опора может прогибаться;
  • сейсмические – для местностей с определенной сейсмической активностью.

Прочностью перекрытия определяется уровень безопасности проживания на загородном участке или в деревенском доме.

Степень нагружения конструкций можно подбирать по таблицам, при этом учитываются:

  1. величина момента инерции, обозначенная в стандартах;
  2. длина пролета;
  3. величина нагрузки;
  4. модуль Юнга (справочные данные).

В таблицах приводятся готовые данные, рассчитанные по специальной формуле например для круглых, квадратных и прямоугольных профилей. Все прочностные расчеты несущих конструкций по определению сложны в исполнении и требуют специальной инженерной подготовки в области сопротивления материалов. Поэтому лучше воспользоваться специальным онлайн-калькулятором. Чтобы рассчитать нагрузки достаточно ввести исходные данные в таблицу и на выходе можно получить точный результат быстро и без особых затруднений.

Балочная ферма, подсчет которой произведен таким образом, будет надежной конструкцией на долгое время. При правильном расчете предельная жесткость перекрытия гарантирована.

Записи по теме: (22 оценок, среднее: 3,41 из 5) Загрузка...

trubanet.ru

Как выполняется расчет трубы на прочность и другие важные параметры

При монтаже бытовых трубопроводов расчет не выполняют, так как для этих целей применяют стандартные трубы, прочности которых вполне достаточно, чтобы выдержать давление воды, газа и пр. А вот строить промышленные магистрали без определенного расчета в большинстве случаев опасно, так как это может привести к быстрому выходу из строя системы и другим неприятным последствиям.

В данной статье мы рассмотрим основы того, как выполняется расчет прочности трубы, а также некоторых других параметров, которые необходимо знать, прежде чем построить конструкцию.

Промышленный трубопровод

Расчет прочности

Надо сказать, что расчет прочности трубы нужен не только для того, чтобы магистраль была надежной. Это также позволит избежать перерасхода средств, ведь излишняя прочность приведет к удорожанию строительства. Поэтому проектирование является не менее важным этапом строительства трубопровода, чем его монтаж.

Итак, данный расчет подразумевает определение нескольких основных параметров:

  • Внутренний диаметр трубы в зависимости от скорости потока транспортируемой жидкости;
  • Внутренний диаметр в зависимости от гидравлического сопротивления;
  • Толщина стенок.

Каждый параметр определяется по определенным формулам, с которыми мы ознакомимся ниже.

Внутренний диаметр трубы

Расчет внутреннего диаметра

Определить оптимальный внутренний диаметр трубы при заданной скорости протекания жидкости в трубопроводе и ее расходе можно своими руками по формуле – D=4Q3600vπy м, где:

  • Q — расход жидкости, измеряется в мг/ч.
  • v — скорость протекания жидкости в трубопроводе, измеряется в м/сек.
  • y — удельный вес жидкости при заданных параметрах, измеряется в кг/м3. Данное значение принимается по справочникам.

Скорость движения разных жидкостей и газов определенны расчетами, а также подтверждены практическими опытами. Поэтому, при расчетах можно воспользоваться следующими данными:

Для воды и всевозможных маловязких жидкостей (таких как ацетон, спирт, слабые растворы щелочей и кислот, бензин и пр.) 15 — 30 м/сек
Для газов высокого давления и перегретого пара 30-60 м/сек
Для насыщенного пара и сжатого воздуха 20 — 40 м/сек

Из приведенной выше формулы следует, что диаметр сечения трубопровода зависит от скорости протекания жидкости. Чем она выше, тем проходное сечение должно быть меньше, соответственно, ниже будут и затраты на строительство конструкции.

Промышленный паропровод

Гидравлическое сопротивление

При движении жидкости или газа по трубопроводу обязательно возникает сопротивление в результате трения транспортируемого продукта о стенки трубы и всевозможные преграды в системе. Это сопротивление называют гидравлическим. Чем выше скорость протекания жидкости и ее плотность, тем больше гидравлическое сопротивление.

Диаметр трубопровода можно определить по заданной потере напора.

Инструкция по выполнению данного расчета выглядит следующим образом – D=ξL∆p∙y∙v2g кгс/см2, где:

  • ∆p = P1-Р2 — заданная либо допускаемая потеря давления между начальной и конечной точкой трубопровода, измеряется в кгс/см2.
  • L — длина магистрали.
  • ξ — коэффициент гидравлического сопротивления, может составлять 0,02—0,04.
  • g — ускорение силы тяжести, которое равняется 9,81м/сек.

Конечно, данный расчет позволяет определить потерю давления в прямой трубе. Что касается определения этого показателя арматуры и фасонных частей, то его находят по потере давления на прямом участке трубы соответствующего диаметра и с эквивалентной длиной.

Эквивалентной длиной называют прямой участок трубы, гидравлическое сопротивление которого равняется сопротивлению фасонной части при равных прочих условиях.

На фото — сварной отвод Ду=150

К примеру, сопротивление секционного сварного отвода Ду=150 будет равняться сопротивлению в прямой трубе длиной 29 м. Сопротивление проходного вентиля Ду=150 равняется сопротивлению в трубе длиной 50 м.

Основные параметры трубы

Толщина стенки

Основным параметром трубы, который влияет на прочность, является толщина стенки.

Этот показатель зависит от нескольких факторов:

На большинство трубопроводов воздействует лишь внутреннее давление. Внешнему же давлению подвержены вакуумные трубопроводы, а также системы с рубашками, предназначенные для обогрева паром легко застывающих или кристаллизирующихся продуктов.

Толщину стенок стальных труб, на которые воздействует внутреннее избыточное давление, определяют расчетом на прочность и добавкой толщины, которая отводится на износ от коррозии.

Для этого используется следующая формула – S= Sp-C,

  • Sp — расчетная толщина, измеряемая в мм.
  • С — прибавка на коррозию. Как правило она составляет 2-5 мм (для среднеагрессивных сред).

Расчетную толщину стенки можно получить по следующей формуле — Sp=pDн230σдопφ+P мм, где:

  • p —избыточное внутреннее давление в трубе, кгс/см2.
  • Dн— наружный диаметр трубопровода.
  • σдоп — допустимое напряжение на разрыв, сгс/мм2. Данный показатель можно определить по справочникам, в зависимости от температуры транспортируемой жидкости и марки стали.
  • φ — коэффициент прочности сварного шва. Если труба бесшовная, то коэффициент φ=1. Для сварных труб этот показатель может составлять 0,6—0,8, в зависимости от типа сварного шва и вида сварки.

Ремонт трубопровода

Обратите внимание! При монтаже трубопровода, а также в случае его ремонта, нельзя устанавливать отдельные случайные детали, выполненные из непроверенного или неизвестного материала, так как это может привести к аварии в системе.

Надо сказать, что при расчете трубопроводов уделяют внимание не только толщине труб, но и самому материалу. К примеру, если температура, при которой будет эксплуатироваться система, составляет менее 450 градусов по Цельсию, то используют трубы, выполненные из стали марки 20.

Трубы из стали 12Х1МФ

Если температура транспортируемого продукта в системе будет высокой, то выбирают сталь 12Х1МФ. Это позволяет использовать трубопровод с более тонкими стенками. Соответственно, от толщины стенок во многом зависит и цена конструкции.

Устойчивость трубопровода

При расчете магистралей помимо прочности трубопровода важным параметром является его устойчивость в продольном направлении.

Данный расчет выполняют из условия — S≤mNкр, где

  • S — продольное эквивалентное осевое усилие в сечении системы.
  • m — коэффициент условий работы системы. Данное значение находится в справочной литературе.
  • Nкр – критическое продольное усилие, при котором трубопровод теряет продольную устойчивость. Данное значение необходимо определять согласно существующим правилам строительной механики, с учетом изначального искривления системы, наличия балласта, который закрепляет трубопровод, и характеристик грунта. На обводненных участках необходимо также учитывать гидростатическое воздействие воды.

Изгиб магистрали

Обратите внимание! Продольную устойчивость необходимо проверять для криволинейных участков в плоскости изгиба магистрали.

На прямолинейных участках продольную устойчивость подземных участков нужно проверять в вертикальной плоскости, радиус начальной кривизны при этом принимается равным 5000 м.

Продольное эквивалентное осевое усилие следует определять в зависимости от расчетных нагрузок и воздействий с учетом поперечных и продольных перемещений магистрали.

Выполняется расчет по следующей формуле —

S=100 [(0,5- μ)σкц+αE∆t]F

  • α — коэффициент линейного расширения материала трубы;
  • E — переменный параметр упругости;
  • ∆t — температурный расчетный перепад;
  • σкц — кольцевые напряжения от внутреннего расчетного давления;
  • F – площадь поперечного сечения трубопроводной магистрали.

Обратите внимание! При определении устойчивости надземных магистралей, необходимо произвести расчет анкерных опор, арочных систем, анкерных висячих опор и прочих элементов конструкции на возможность сдвига и опрокидывания.

Трубы прочности К55

Классы прочности стальных труб

Чтобы после выполнения всех необходимых расчетов прочности трубопровода легче было подобрать подходящие трубы, были введены классы прочности труб. В данном случае прочность изделий оценивается сопротивлением металла при растяжении.

Группа прочности труб обозначается буквой «К» и нормативным значением в кгс/мм2 от 34 до 65. К примеру, газопроводы в районах средней полосы, с учетом средней температуры окружающей среды около 0 градусов по Цельсию и рабочего давления в системе в 5,4 МПа, выполняют из труб класса прочности K52.

В условиях Крайнего Севера, где средняя температура составляет -20 градусов по Цельсию и рабочее давление в системе планируется в 7,4Мпа, выполняют газопроводы из труб класса прочности К55-К60.

Монтаж трубы газопровода класса прочности К60

Расчет массы трубы

В большинстве случаев при расчете системы может потребоваться значение массы труб, к примеру, чтобы соотнести его с несущей способностью опор или просто спрогнозировать расходы на транспортировку.

Опоры трубопровода подбираются в соответствии с массой труб

Правда, для этого нет необходимости вычислять математическим методом, сколько весит конкретный отрезок той или иной трубы, так как справочная информация содержит точный вес погонного метра самых разных видов труб.

Достаточно лишь знать следующую информацию:

  • Материал трубы;
  • Внешний диаметр;
  • Толщину стенок и пр.

После того как вес одного погонного метра будет известен, это значение надо умножить на количество погонных метров.

Схема определения площади верхней поверхности трубы

Площадь внешней поверхности

При монтаже разных магистралей может потребоваться их утепление, гидроизоляция, покраска и пр. Для этого необходимо определить площадь трубопровода, что позволит посчитать количество материала. Чтобы выполнить данный расчет, надо длину окружности наружного сечения умножить на длину трубы.

Формула определения окружности выглядит следующим образом — L=πD. Длину отрезка трубы обозначим как H.

В таком случае площадь наружной окружности трубы будет выглядеть следующим образом — St=πDH м2, где:

  • St — площадь поверхности трубы, которая измеряется в метрах квадратных.
  • π — Число «пи», которое всегда равняется 3,14;
  • D — внешний диаметр;
  • H — как уже было сказано выше, обозначает длину трубы в метрах.

К примеру, имеется труба длиной 5 метров и диаметров 30 см. Ее площадь поверхности равняется St=πDH=3,14*0,3*5=4,71 квадратных метров.

На основе вышеприведенных формул также можно выполнить расчет объема трубопровода и площадь внутренних его стенок. Для этого надо лишь изменить в расчетах величину внешнего диаметра на величину внутреннего. Все эти параметры могут потребоваться при монтаже бытового трубопровода.

Вывод

Мы рассмотрели основы того, как выполняется расчет трубопроводов на прочность и устойчивость. Конечно, при монтаже промышленных магистралей выполняется гораздо более сложное проектирование, которое подразумевает ряд других действий, поэтому данную работу выполняют исключительно профессионалы. Однако, при устройстве бытовых системы, все необходимые значения можно узнать и самостоятельно.

Из видео в этой статье можно получить дополнительную информацию по данной теме.

gidroguru.com

Расчет на прочность полиэтиленовых труб

Предыдущая45678910111213141516171819Следующая

2.3.1 Расчетные характеристики полиэтиленовых труб

Расчетное сопротивление материала труб R следует определять по формуле

, (31)

где RH—нормативное длительное сопротивление разрушению мате­риала труб из условия работы на внутреннее давление, RH =1,3МПа;

KY—коэффициент условий ра­боты трубопровода, KY =0,5;

Кс—коэффициент проч­ности соединения труб, Кс =0,95[13] .

Модуль ползучести материала труб Е, принимается с учетом его изменения при длительном действии нагрузки и температуры на трубопро­вод по формуле

(32)

где Е0 — модуль-ползучести материала трубы при растяжении, Е0 =32 МПа,в зависимости от проектируемого срока службы трубопровода и величины действующих в стенке тру­бы напряжений;

Ке — коэффициент, учитывающий влияние температуры на деформационные свойства материала труб, Ке =0,40.

2.3.2 Расчет нагрузок и воздействия на трубопровод

При расчете трубопроводов следует учитывать нагрузки и воздействия, возникающие при их сооружении, испытании и эксплуатации.

Рассчитаем нормативную нагрузку от массы 1 м трубопро­вода

(33)

где gT—плотность материала трубопровода, кг/м3;

D— наружный диаметр трубы, м;

d—толщина стенки трубы, м.

В тех случаях, когда для трубопровода требуется устройство наружной изоляции, в нормативную нагрузку qHT следует включать нагрузку от массы изолирующего слоя.

Нормативная вертикальная нагрузка от давле­ния грунта на трубопровод

(34)

где gГР— плотность грунта, кг/м3;

h—расстояние от верха трубопровода до поверхности земли, м, назначаемое из усло­вия исключения возможности воздействия на трубопровод динами­ческих нагрузок.

Нормативную нагрузку от гидростатического давления грунтовых вод, вызывающую всплытие трубо­провода

(35)

где gВ — плотность воды с учетом растворенных в ней солей, Н/м3 (кгс/м3),

D — наружный диаметр трубопровода с учетом изоляционного покрытия, м.

2.3.3 Проверка прочности и устойчивости подземных трубопровод

Подземные трубопроводы следует проверять по прочности и деформациям поперечного сечения.

Расчетные сопротивления материала труб для подземного трубопровода следует определять по фор­муле

(36)

где R—расчетное сопротивление материала труб;

К1 — коэффициент условий прокладки подземного трубопровода, принимаемый равным 0,8—для трубопроводов, про­кладываемых в местах, труднодоступных для рытья траншей в слу­чае его повреждения; 0,9—для трубопроводов, прокладываемых под усовершенствованными покрытиями; 1,0—для остальных тру­бопроводов.

Несущая способность подземных трубопроводов должна проверяться путем сопоставления предельно до­пустимых расчетных характеристик материала трубо­провода с расчетными нагрузками на трубопровод, при этом внешние, нагрузки приводятся к двум эквивалент­ным противоположно направленным вдоль вертикально­го диаметра линейным нагрузкам.

Полная расчетная приведенная (эквивалент­ная) линейная нагрузка Рпр

где Q — равнодействующие расчетных вертикальных нагрузок;

b — коэффициент приведения нагрузок;

h — коэффициент, учитывающий боковое давление грунта на трубопровод.

(37)

- расчетная нагрузка на трубопровод от тран­спорта;

- расчетная нагрузка на трубопровод от равно­мерно распределенной нагрузки на поверхности засыпки.

Расчетная нагрузка на трубопровод от тран­спорта

(38)

где nтр — коэффициент перегрузки от транспортных нагрузок, hтр =1,4;

qНТР—нормативное равномерно распределенное давление от транспорта, qНТР =10Н/м2;

D—наружный диаметр трубопровода, м.

Расчетная нагрузка на трубопровод от равно­мерно распределенной нагрузки на поверхности засыпки

(39)

(40)

где РГР—параметр, характеризующий жесткость засыпки, МПа (кгс/см2), рассчитываемый по соотношению

. (41)

РЛ—параметр, характеризующий жесткость трубопро­вода

(42)

где ЕГР —модуль деформации грунта засыпки, принимаемый в зависимости от степени уплотнения грунта: для песчаных грунтов—от 8,0 до 16,0 МПа), для супесей и суглинков—от 2,0 до 6,0 МПа), для глин—от 1,2 до 2,5 МПа;

Е —мо­дуль ползучести материала труб;

nP — коэффициент перегрузки от нагрузок на поверхности грунта.

(43)

Значение коэффициента приведения нагрузок b следует принимать зависимости от способа опирания трубопровода на грунт:

а) для нагрузок от давления грунта: при укладке на плоское основание—0,75; при укладке на спрофилиро­ванное основание с углом охвата трубы 2а= 70°—0,55, 2а =90°— 0,50, 2а = 120° — 0,45;

б) для нагрузок от массы трубопровода и транспортируемого вещества: при укладке на плоское основание — 0,75, при укладке на спрофилированное основание с углом охвата трубы 2а = 75°— 0,35, 2а =90°— 0,30, 2а= 120°—0,25.

Величину коэффициента h, учитывающего боко­вое давление грунта на трубопровод, следует принимать в зависимости от степени уплотнения засыпки в преде­лах от 0,85 до 0,95.

Несущую способность подземных трубопрово­дов по условию прочности следует проверять на дейст­вие только внутреннего давления транспортируемого ве­щества, при этом полное расчетное приведенное (экви­валентное) напряжение sпр, МПа (кгс/см2), вычисленное в соответствии с требованиями п. 5,18 должно удовлет­ворять неравенству

(44)

(45)

условие выполняется.

Предыдущая45678910111213141516171819Следующая

mylektsii.ru

Расчет на прочность трубопроводов

Результатом прочностного расчета труб может быть:

1) толщина стенки трубы (конструкторский расчет);

2) допустимые напряжения от внешних нагрузок (поверочный расчет);

3) допустимые давления (поверочный расчет).

1. Расчёт толщины стенки труб.

Толщина стенки труб должна быть не менее

а) для бесшовных труб и для сварных труб из углеродистой, низколегированной марганцо­вистой и хромомолибденовой стали, а так же аустенитной сталей при условии проведения термической обработки готовых труб коэффициент прочности сварных соединений φ = 1,0

б) для труб из высокохромистой и хромомолибденовой стали φ = 0,8.

Формула справедлива при ; для атомных установок и реакторов .

Величина прибавки C1 для прямых труб принимается в зависимости от минусового допуска

,

где А выбирается из табл.5.2.

Для гнутых труб

где A1 – коэффициент, зависящий от минусового допуска и радиуса гиба трубы.

Величина прибавки C1 должна во всех случаях приниматься не менее 0,5мм.

Таблица 5.2

Наибольший минусовый допуск по толщине стенки, % 12,5
0,2 0,17 0,15 0,10 0,08
0,18 0,15 0,12 0,06 0,03

В атомных энергоустановках дополнительная прибавка принима­ется наибольшему из двух значений:

где R - радиус гиба трубы по нейтральной линии,

- овальность сечения трубы в гнутом участке, в %;

- относительное утонение стенки в растянутой части гнутого участка, %.

S - расчетная толщина стенки, мм,

Sи - номинальная толщина стенки, принятая при изготовлении элемента, мм;

- минимальная толщина стенки в растянутой части гнутого участка, мм.

2. Поверочный расчет напряжений от внешних нагрузок.

Эквивалентное напряжение в трубе от внешних нагрузок (осевой силы, изгибающих и крутящих моментов) вычисляется по формуле:

где - дополнительное напряжение растяжения или сжатия от внешней осевой силы, МПа;

Qвн- внешняя нагрузка, кг,

f - площадь сечения трубы, мм, определяется как

- дополнительное изгибное напряжения, МПа;

W- момент сопротивления сечения трубы, мм3;

φн- коэффициент прочности поперечного сварного соединения при изгибе принимается следующий:

а) для труб из аустенитной и высокохромистой стали катаных φн =0,6; ковано-сверленых - φн =0,7

б) для труб из перлитной стали катаных - φн = 0,8; кова­но-сверленых - φн = 0,9;

- дополнительные напряжения кручения, МПа.

Величина найденного эквивалентного напряжения от внешних нагрузок должна удовлетворять следующему условию

Величина приведенного напряжения от внутреннего давления определяется по формулам:

а) для бесшовных труб

б) для труб с продольным сварным швом

Допустимое напряжение при η =1,0.

При вычислении дополнительные напряжения , и τ определяются для одного сечения трубы. Когда наибольшие значения этих напряжений находятся в разных сечениях, следует выявить сечение с наибольшим .

Если величина окажется больше допустимого значения, т.е. условие не будет соблюдаться, то необходимо осуществить конструктивные мероприятия, снижающие до допустимых пределов.

При прогреве трубопровод удлиняется. Однако свободному перемещению трубопровода препятствуют жесткие опоры по концам трубы. Поэтому в трубе при тепловых расширениях возникают добавочные тепловые напряжения, которые называются напряжением от самокомпенсации. Эквивалентные напряжения от самокомпенсации находятся по формуле:

,

где - дополнительное напряжение растяжения или вызванное продольным усилием при самокомпенсации, МПа;

- дополнительное напряжение от изгибающего момента, возникшего при самокомпенсации, МПа;

- дополнительное напряжение от крутящего момента при самокомпенсации, МПа.

Условия прочности трубопровода при самокомпенсации определяются как

Если это условие не соблюдается, то необходимо проводить конструктивные мероприятия по упрочению или создавать предварительный натяг при монтаже холодного трубопровода.

3. Допустимое давление в трубах поверхностей нагрева.

Допустимое рабочее давление при расчете труб определяется по формулам:

а) для бесшовных труб:

б) для труб с продольным сварным швом:

Величина пробного давления при гидравлических испытаниях поверхностей нагрева, изготовленных из бесшовных и сварных труб не должна превышать вычисленную по одной из формул:

при

при

где - допустимое напряжение при комнатной температуре t = 200С

φ - коэффициент прочности шва.

В процесс гибки трубы происходит утонение стенки трубы и она приобретает овальность. В то же время прямая цилиндрическая труба превращается в тор. Известно, что тор правильной формы может выдержать большее давление. Таким образом, при гибке трубы может произойти как снижение прочности трубы, так и наоборот.

Утонение стенки трубы может быть определено как

где - утонение стенки трубы при гибе, мм;

R - средний радиус гиба, мм;

При расчете на прочность утонение трубы при гибе частично учитывается добавкой С1.

Добавка С1 выбирается обычно в зависимости от относительного радиуса гиба . Как правило (табл.5.2).

studopedia.su


Смотрите также