Консольних систем

Положення розрахункового перерізу	Однопрогінна схема при	Багатопрогінна схема
Коефіцієнт е
На опорі	мінус 0, 0625	мінус 0, 0833
В середині прогону	0, 0625	0, 0417
Коефіцієнт b
В кінці умовної консолі	мінус 0, 00173	0, 00347
В середині прогону	0, 0052	0, 00261

Таблиця 8.2 – Значення е і b в вантажних коефіцієнтах і для

нерозрізних багато прогінних систем з

Закінчення таблиці 8.2

Положення розрахункового перерізу	Позна-чення- пере-різу	Схема
Трьох- прогінна	Чотирьох-прогінна	П’яти-прогінна	Шести- прогінна	Восьми- прогінна
Коефіцієнт b
В середині прогону	1, 2	0, 00415	0, 00330	0, 00360	0, 00340	0, 00350
Відношення при
Відносна величина крайнього прогону		0, 532	0, 5	0, 51	0, 5072	0, 5074

У випадку, коли під час монтажу нерозрізність конструкції переходу забезпечити неможливо (наприклад, при монтажі многопрогінного переходу з укладанням секцій, що рівні по довжині прогону між опорами), розрахунок виконують на власну вагу як розрізної конструкції з прогонами, рівними віддалі між опорами, а на всі інші навантаження як нерозрізної системи. В цьому випадку коефіцієнти і визначаються за формулами

для газопроводу

; (8.11)

(8.12)

для продуктопроводу

; (8.13)

. (8.14)

При першому способі монтажу конструкції на всі навантаження працює як нерозрізна, і тому розрахунковий є опорний момент. При другому способі, коли трубопровід на навантаження від власної ваги працює як розрізна, а на інші навантаження, що виникають у процесі експлуатації, як нерозрізна, для газопроводу розрахунковими є прогінні моменти, а для продуктопроводу – опорні моменти.

Прогони завжди більші у розрізних конструкціях.

8.7.2 Консольні переходи з похилими компенсаторами і багатопрогінні системи

Консольні схеми застосовують для однопрогінних та багато прогінних переходів. Вони можуть бути одноконсольними і двоконсольними в залежності від необхідної кількості компенсаторів, рельєфу та інших місцевих умов. Особливістю консольних схем є те, що компенсатори в них не працюють на сприйняття вертикальних навантажень або мало працюють, оскільки вони розміщуються під кутом 25-35° до горизонту.

Застосування консолей дозволяє розвантажити і тим самим збільшити прогони, що до них примикають. За статичною роботою консольні системи можна поділити на дві групи: однопрогінні двохконсольні системи (рис.8.4, а), многопрогінні і одно консольні системи (рис.8.4, б, в, г).

Статистичний розрахунок однопрогінної двох консольної системи

Однопрогінна двох консольна система проста і чітка в роботі, дозволяє перекривати найбільші прогони, допустимі для простих балкових систем. Розрахункова схема такого переходу має вигляд, наведений на рис. 8.9, а.

а і б – однопрогінний; в – багато прогінний; 1, 2, 3, 4 – опори

Рисунок 8.9 – Розрахункові схеми консольних систем переходів

Довжину консолі х визначають з умови рівності прогонного і опорних моментів

, (8.13)

де – розрахункове вертикальне навантаження.

Крім того, опорний момент

, (8.14)

де х – умовна довжина консолі.

Прирівнявши

,

Знаходимо значення х

.

Прогин посередині прогону визначають як для простої двохопорної балки, замінюючи вплив консолей відповідними моментами (рис. 8.6., б):

,

де Е – модуль пружності матеріалу труб; І – момент інерції поперечного перерізу трубопроводу.

Прогин на кінці консольної балки визначають як суму двох прогинів: прогину самої консолі і прогину , що виникає внаслідок повороту вісі труби на опорі на кут

. (8.15)

. (8.16)

Кут повороту на опорі від навантаження у прогоні і від моментів і , що замінюють навантаження на консолі, визначають за формулою

.

Оскільки ,

.

Звідки .

Зважаючи на те, що кут малий, , тоді

. (8.17)

Сумарний прогін консолі

, (8.18)

Тобто прогин консолі складає 1/3 прогину у середині прогону і направлений вверх.

Статичний розрахунок багатопрогінної системи

Розрахункова схема багатопрогінного переходу наведено на рис. 8.6, в.

Довжину консолі х визначають з умови рівності опорних моментів . Крім того,

.

Рівняння трьох моментів для даної нерозрізної балки буде

, (8.19)

оскільки ,

,

звідки

. (8.20)

Враховуючи, що

,

звідки

;

Опорні моменти

. (8.21)

Прогінні моменти

. (8.22)

Прогин по середині прогону визначають як для шарнірної балки з опорними моментами на кінцях.

. (8.23)

Прогин на кінцях багато прогінної консольної балки визначають аналогічно до однопрогінної як суму двох прогинів

,

.

Кут повороту на опорі від навантаження і від опорних моментів і визначають за формулою

;

Оскільки

,

то

.

Таким чином, оскільки величина консолі багатопрогінної консольної системи підбирається з умови рівності всіх опорних моментів, кути повороту вісі трубопроводу над опорами дорівнює нулю.

У цьому випадку прогин консолі багатопрогінної системи буде дорівнювати прогину простої консолі, защепленої одним кінцем в ґрунт

. (8.24)

При рівності всіх опорних моментів прогонні і опорні моменти, а також і прогини не залежать від кількості прогонів. Значення коефіцієнтів е і b для консольних систем наведені у табл. 8.3.

Таблиця 8.3 – Значення е і b в навантажених коефіцієнтах і

для консольних систем

Положення розрахункового перерізу	Однопрогінна схема	Багатопрогінна схема
Коефіцієнт е
На опорі	мінус 0, 0625	мінус 0, 0833
Всередині прогону	0, 0625	0, 0417
Коефіцієнт b
В кінці умовної консолі	Мінус 0, 00173	0, 00347
Всередині прогону	0, 0052	0, 00261

У однопрогінної консольної схеми (рис. 8.9, а) трубопроводу умовна довжина консолі підібрана з умови рівності опорного і прогінного моментів. У багатопрогінній консольній схемі (рис. 8.9, б)умовна довжина консолі підібрана з умови рівності опорних моментів.

Дійсна довжина консолі а повинна бути менша, ніж на рис. 8.9, б, оскільки консоль, крім рівномірно розподіленого навантаження , завантажена на кінці силою , що дорівнює вазі половини довжини компенсатора.

Тоді беручи до уваги, що за схемою (рис. 8.9, а) опорний момент дорівнює

,

а по схемі (рис. 8.9, б) опорний момент визначається за формулою

,

і прирівнявши обидва вирази для моментів, отримаємо

. (8.25)

Поділивши (8.25) на і перенісши всі члени у ліву сторону, отримаємо

,

розв’язавши це рівняння, знайдемо

. (8.26)

Тоді довжина консолі буде:

при

, (8.27)

при

. (8.28)

8.7.3 Компенсатори для надземних трубопроводів

Деформації трубопроводів, що виникають під дією температури.

Для компенсації поздовжніх деформацій прямолінійних надземних трубопроводів широке застосування знайшли прості у виготовленні і експлуатації П –, Г і Z – подібні компенсатори з круто зігнутими або зварними колінами. Г – подібні компенсатори розміщують на кінцях відкритої ділянки трубопроводу. Інколи роблять компенсатори більш складної конструкції: Л– подібні, трапецієвидні, просторові. Крім того, у ряді випадків застосовують контурну систему компенсації, яка здійснюється за рахунок надання певної форми усьому трубопроводу, наприклад зигзагоподібної, пружновикривленої, зі слабозігнутими вставками.

За родом роботи компенсатори можна поділити на два види: 1) компенсатори, що не є опорами; 2) компенсатори, що служать і одночасно і опорами.

При визначенні зміни довжини надземного трубопроводу для компенсації його поздовжніх деформацій, враховують деформації від зміни температури стінок труб і зміни тиску у трубопроводі .

Сумарне поздовжнє видовження трубопроводу буде

, (8.29)

де ­ – видовження або скорочення трубопроводу від зміни температури стінок труб на компенсуючій ділянці трубопроводу

(8.30)

– коефіцієнт лінійного розширення матеріалу, градуси мінс1; – розрахунковий температурний перепад, що приймається додатнім при нагріванні, °С; Е – модуль пружності матеріалу труб, МПа; – видовження трубопроводу від внутрішнього тиску на компенсуючій ділянці

, (8.31)

– розрахункові кільцеві напруження від внутрішнього тиску, МПа;
, (8.32)

– коефіцієнт надійності за внутрішнім тиском; – робочий (нормативний) тиск, МПа; – внутрішній діаметр труби, см; – товщина стінки туби, см; – видовження або скорочення трубопроводу від зміни температури і внутрішнього тиску на підземних ділянках, що прилягають до надземної ділянки.

Переміщення визначають за наступною методикою: перевіряють наявність по контакту труба – ґрунт граничної рівноваги шляхом порівняння

, (8.33)

де – товщина стінки труби; – коефіцієнт , – коефіцієнт постелі ґрунту на зсув; – поздовжні напруження від зміни температури і тиску у повністю защемленому ґрунтом трубопроводі

, (8.34)

де – кільцеві напруження у трубопроводі; – коефіцієнт лінійного розширення матеріалу трубопроводу; – розрахунковий температурний перепад.

Якщо , розрахунок виконують за формулою

. (8.35)

Якщо розрахунок виконують за формулою

, (8.36)

де – можна визначити за формулою

, (8.37)

де – середній питомий тиск ґрунту на одиницю поверхні труби в кгс/см²; – кут внутрішнього тертя ґрунту, градус; – коефіцієнт щеплення ґрунту, кгс/см².

В період експлуатації в компенсаторах виникають напруження від внутрішнього тиску продукту, поздовжніх деформацій трубопроводу і зусиль, зумовлених ваговим навантаженням.

Сумарні поздовжні напруження в компенсаторі визначаються за формулою

, (8.38)

а кільцеві сумарні напруження в коліні компенсатора

, (8.39)

де , – кільцеві і поздовжні напруження від розрахункового внутрішнього тиску; – кільцеві і повздовжні напруження від зміни довжини трубопроводу; , – повздовжні і кільцеві напруження від розрахункового вагового навантаження.

Розрахунок компенсаторів проводять за формулою

,

де – розрахунковий опір матеріалу труби.

У компенсаторах, що не є одночасно опорами, напруження згину , обумовлені вертикальним і горизонтальним (вітровим) навантаженням, незначні і практично їх при розрахунку можна не враховувати. Тому такі компенсатори підбирають за умовою

. (8.41)

Для компенсаторів, що слугують одночасно опорами, напруження визначають за загальними правилами будівельної механіки відповідно до прийнятої конструктивної схеми даної ділянки надземного трубопроводу. Такі компенсатори підбирають за умовою

. (8.42)

Розрахунок компенсатора в кожному випадку зводиться до визначення максимального переміщення, що може бути допущено при даних геометричних розмірах компенсатора, виходячи з умови, що напруження в них задовольняють умовам (8.41) і (8.42).

8.7.4 Розрахунок деформацій і відпору компенсаторів

За схемою роботи Г – і П – подібні компенсатори можна поділити на два види: компенсатори з одним коліном (гнутим або зварним, рис. 8.10, а) і компенсатори з двома або чотирма колінами (гнутими або зварними, рис. 8.10, б і в).

а – з одним коліном; б – з двома колінами; в – з чотирма колінами

Рисунок 8.10 – Розрахункові схеми компенсаторів

Компенсатори з одним коліном можна розраховувати за схемою консольної балки (рис. 8.7, а), нехтуючи трохи більшою гнучкістю коліна. Прогин кінця консолі під дією сили визначають за формулою

, (8.43)

де ­– поздовжня сила, що діє зі сторони надземної ділянки на компенсатор; – виліт компенсатора, см; І – момент інерції перерізу в см⁴.

Момент у защемленні дорівнює , звідки

. (8.44)

Тоді величина прогону

, (8.45)

де – момент опору перерізу труби, см³; – зовнішній діаметр труб, см.

Для компенсаторів з одним коліном, нехтуючи гнучкістю коліна, відпір можна визначити за формулою

. (8.46)

Розрахунок П – і Z – подібних компенсаторів виконують з врахуванням гнучкості колін. Використовуючи теорію згину кривого бруса, залежність між зусиллями і деформаціями компенсатора можна подати виразом

, (8.47)

де – довжина елементу ділянки в см; у – віддаль середини елементу ділянки компенсатора від напрямку дії сили в см; – коефіцієнт зменшення жорсткості криволінійної ділянки.

Згинальний момент, що виникає в окремому елементі трубопроводу, визначають як добуток сили на віддаль даного елементу від напряму дії сили

. (8.48)

Поздовжні напруження, що виникають від згину трубопроводу визначаються з виразу

, (8.49)

де – коефіцієнт збільшення напружень у криволінійних ділянках (для прямолінійних ділянок ).

Зробивши відповідні підстановки у формулі (8.49) із формул (8.48) і (8.47) та виконавши перетворення, отримаємо

. (8.50)

Максимальні поздовжні напруження виникають в елементі компенсатора, найбільш віддаленому від дії сили, тобто при .

При заданій величині можна на основі формули (8.50) отримати вираз для компенсуючої здатності компенсатора

. (8.51)

Якщо компенсатор під час монтажу може бути попередньо розтягнутий на величину, що дорівнює половині розрахункового видовження трубопроводу, його компенсуючи здатність збільшується вдвічі.

При визначенні поздовжніх напружень в компенсаторі за формулою (8.50), необхідно знайти значення

.

Ці значення для окремих ділянок будуть:

Ділянки 1–2 і 7–8. Довжина елементу ділянки . Відстань центру тяжіння елементу від напряму сили

;

Ділянки 3–4 і 5–6. Довжина елементу ділянки . Відстань центру тяжіння елементу від напряму сили

;

.

Ділянки 2–3 і 6–7. Довжина елементу ділянки . Відстань центру тяжіння елементу від напряму сили рівне у.

.

Ділянки 4–5. Довжина елементу ділянки . Відстань центру тяжіння елементу від напряму сили рівне .

,

де – ширина П – подібного компенсатора.

Для компенсатора в цілому вираз набуває вигляду

Коефіцієнт і можна ви значити для гнутих або зварних колін наступними формулами

. (8.52)

. (8.53)

де

, (8.54)

тут – радіус повороту коліна; – середній радіус труби у см:

.

Залежності (8.52) і (8.53) подані на рисунку 8.11.

Рисунок 8.11 – Графік коефіцієнтів для розрахунку колін компенсаторів

При визначенні горизонтальних навантажень при розрахунку опор переходів необхідно знати значення величини відпору компенсатора . Відпір Z ­– і П – подібних компенсаторів можна визначити, прирівнявши момент зовнішніх сил відносно центру компенсатора до моменту внутрішніх сил (рис. 8.10, б).

В нашому випадку пружний центр співпадає з центром компенсатора і .

Звідси ;

.

При ; ,

Звідки

. (8.55)

8.7.5 Розрахунок трубопроводу, прокладеного «змійкою»

Компенсація поздовжніх деформацій від зміни температури стінок труб і внутрішнього тиску відбувається за рахунок зміщення вершин «змійки» і поперечного зміщення трубопроводу на рухомих опорах.

Величина поперечного зміщення трубопроводу залежить від віддалі між нерухомими опорами і від початкової стрілки «Змійки» , точніше, від відношення (рис. 8.12).

Рисунок 8.12 – Схема зигзагоподібного прокладання трубопроводу у вигляді «змійки»

Видовження трубопроводу від зміни температури і внутрішнього тиску визначається за формулою

, (8.55)

а вкорочення від зниження температури

, (8.56)

Де ,

,

– довжина трубопроводу між нерухомими опорами:

, (8.57)

або ; .

Збільшення або зменшення початкової стрілки «змійки» при видовженні трубопроводу на буде

; (8.58)

. (8.59)

При визначенні і не враховано тертя трубопроводу на проміжних опорах, а також можливість викривлення трубопроводу у плані і збільшення вертикальних прогинів трубопроводу між проміжними опорами. Насправді ці фактори будуть впливати на горизонтальне зміщення трубопроводу.

Максимальні прогини між опорами визначаються так само, як і при прямолінійному прокладанні з компенсаторами з умови

. (8.60)

Розрахунковий прогін буде рівним

, (8.61)

і максимальний прогин

,

де і – коефіцієнти для визначення моменту і прогину, приймаються за формулами розділу 8.7.1 в залежності від методу монтажу трубопроводу.

При укладанні трубопроводу «змійкою» згинальні моменти визначаються так само, як і при прямолінійному прокладанні з компенсаторами, тобто як в багатопрогінній нерозрізній балці.

Максимальні напруження від сукупної дії температури, внутрішнього тиску і вітрового навантаження виникають у зовнішній частині труби на криволінійній ділянці трубопроводу (вершинах «змійки») при його видовженні від нагрівання. Величину поздовжнього зусилля від видовження трубопроводу, можна визначити з розгляду роботи ламаного ригеля довжиною з шарнірами на кінцях (рис. 8.13).

Рисунок 8.13 – Розрахункова схема півхвилі «змійки»

Рівняння рівноваги ригеля залишимо у вигляді

, (8.62)

де – переміщення трубопроводу на опорах від дії сили по напрямку її дії; – сила, що перешкоджає зміщенню кінців півхвилі «змійки» на нерухомих опорах; – переміщення від зміни температури стінок труб і внутрішнього тиску в напрямку дії сили .

Якщо не враховувати сили тертя на опорах, переміщення може бути визначено

,

де – кут між віссю трубопроводу і прямою, що з’єднує нерухомі опори.

Переміщення можна визначити за формулою

,

тут визначається за формулою (8.3).

Підставивши отримані значення переміщень у рівняння (8.62), отримаємо

,

звідки поздовжня сила від видовження трубопроводу, зумовлена зміною температури стінок труб і внутрішнім тиском

. (8.63)

Згинальний момент в вершині «змійки» дорівнює

. (8.64)

Згинальний момент від вітрового навантаження визначається як у нерозрізної балки

, (8.65)

де – розрахункове вітрове навантаження.

Максимальні напруження у криволінійній частині трубопроводу визначаються з врахуванням найбільш неблагополучного поєднання навантажень за формулою

, (8.66)

де – площа поперечного перерізу стінки труби.

Знайдені за формулою (8.66) напруження повинні задовольняти умові . При невиконанні даної умови, криволінійна частина трубопроводу повинна бути посилена.

Розрахункове вітрове навантаження визначають як вказано у СНиП ІІ-6-76.

8.7.6 Прямолінійна прокладка трубопроводів зі слабо зігнутими ділянками

Найбільш поширеною формою слабо зігнутих ділянок є трикутна (рис. 8.14).

а – прямолінійна; б – на повороті траси; 1 – нерухома опора; 2 – поздовжнорухома; 3 – слабо рухома опора

Рисунок 8. 14 – Схеми прокладання трубопроводів

Довжину слабо зігнутої ділянки визначають за формулою

, (8.67)

де ­– число прогонів (як правило чотири або шість); – віддаль між опорами.

Розрахункову (початкова) стрілка , тобто віддаль від вершини слабозігнутої ділянки до прямої, що з’єднує прямолінійні ділянки (рис. 8.14), визначають за формулою

, (8.68)

де – кут повороту слабозігнутої ділянки.

Максимальний прогін між опорами визначають, як і при прямолінійній прокладці з компенсаторами за умовою (8.1).

Віддаль між опорами на слабо зігнутій ділянці визначається з умови

, (8.69)

де – віддаль між опорам, визначена за (8.5).

Віддаль між нерухомими опорами визначається, виходячи з компенсую сої здатності слабо зігнутої ділянки, рахуючи граничним станом досягнення розрахункових напружень в вершині слабозігнутої трикутної ділянки. При цьому зусилля, напруження і деформації, викликані охолодженням, нагріванням і внутрішнім тиском, можна визначити шляхом розгляду роботи ламаного контуру (рис. 8.14) без врахування гнучкості системи за рахунок криволінійних ділянок, що йде у запас міцності.

Виходячи з цих положень, віддаль між нерухомими опорами В (в см) слід визначати за формулою

, (8.70)

де – коефіцієнт лінійного розширення матеріалу труб (для сталі 1/град); Е – модуль пружності матеріалу труби (для сталі МПа); ­– розрахунковий перепад температур в 0 °С, що визначається як сума найбільшої у процесі температури на даній ділянці плюс 10°С; – розрахункове вітрове навантаження на трубопровід в Н/м; – момент інерції перерізу труби в м⁴; – площа поперечного перерізу труби у м².

Віддаль між нерухомими опорами необхідно приймати кратному цілому числу прогонів між опорами і ближчим до визначеного розрахунком.

Напруження у горизонтальній площині (в МПа) у розрахунковому перерізі компенсуючої ділянки від зміни температури і внутрішнього тиску слід визначати за формулою

.(8.71)

Напруження не повинні перевищувати розрахункового опору .

Збільшення довжини трубопроводу в % проти повітряної прямої за рахунок слабозігнутої ділянки визначають за формулою

. (8.72)

Для проектування опор потрібно знати переміщення трубопроводу на них. Відхилення вершини слабозігнутої ділянки на зовні з врахуванням підвищення внутрішнього тиску, відхилення вершини всередину без врахування зміни внутрішнього тиску, визначають за наближеними формулами

, (8.73)

. (8.74)

Максимальне зміщення вздовж вісі прямолінійної частини трубопроводу на опорі, що суміжна із слабозігнутою ділянкою, можна визначити за формулою

. (8.75)

Після виконання статичного розрахунку трубопровід повинен бути перевірений на динамічний вплив вітру.

Критичну швидкість вітру визначають за формулою

, (8.76)

де – маса 1 см трубопроводу в (кгс∙ сек²)/см²; = 0, 001g.

8.7.7 Розрахунок трубопроводу при паралельному прокладанні

Паралельне прокладання трубопроводів за гнучкістю приблизно рівноцінна зигзагоподібній прокладці у вигляді «змійки» – вона добре вписується у рельєф місцевості, має часто розташовані коліна.

Для прямолінійних ділянок траси, коли похила компенсаційна ділянка розташована між опорами, а поздовжньо-рухомі опори розташовані симетрично, розрахункову схему можна прийняти згідно рис. 8.15.

а – при симетричній паралельній прокладці; б – при великому куті повороту

Рисунок 8.15 – Розрахункові схеми

Приймаючи за невідомі нормальну силу і перерізуючу силу в місці розрізу (по середині компенсуючої ділянки згинальний момент (), канонічні рівняння за методом сил (при недеформованій схемі без врахування сил тертя на опорах) будуть

;

. (8.77)

Коефіцієнти канонічних рівнянь (без врахування впливу нормальних сил через їх малість) будуть

; (8.78)

;

; .

Поздовжні зусилля, що виникають через компенсацію поздовжніх деформацій від зміни температури стінок труб і внутрішнього тиску, будуть

в межах паралельних ділянок

, (8.79)

в межах похилих ділянок

. (8.80)

Згинальні моменти, що при цьому виникають у горизонтальній площині, рівні

в місці повороту похилих ділянок

, (8.81)

На ближчій до похилої ділянки поздовжньо-рухомій опорі (на віддалі від кута)

. (8.81)

У формулах (8.78) – (8.82): – половина довжини спряженої ділянки; половина віддалі між нерухомими опорами; – половина довжини похилої компенсаційної ділянки; – віддаль від кута (від похилої ділянки) до ближчої поздовжньо рухомої опори; – віддаль між двома ближчими до кута поздовжньо-рухомими опорами; – кут нахилу похилої ділянки до паралельних.

Згідно схеми (рис. 8.15, б), від температурного перепаду і внутрішнього тиску максимальний згинальний момент у вершині кута буде

, (8.83)

а поздовжні зусилля у трубопроводі від компенсації поздовжніх деформацій

, (8.84)

і поперечне зміщення трубопроводу на кутовій опорі

. (8.85)

Від вітрового навантаження у горизонтальній площині виникає згинальний момент на опорі

, (8.86)

і в прогоні

. (8.87)

Повний згинальний момент, що діє в горизонтальній площині, буде

. (8.88)

У вертикальній площині згинальний момент визначається як і в інших багатопрогінних системах.

Сумарний згинальний момент, що діє у вертикальній площині і поздивжна сила визначаються за формулами

, (8.89)

, (8.90)

де , і – моменти відповідно від повного розрахункового навантаження, пружного згину у вертикальній площині і вертикального зміщення опор.

Поздовжні напруження у трубопроводі провіряють за формулою

. (8.91)

Напруження у зоні стискання визначають з врахуванням складно-напруженого стану металу труб (кільцевого розтягу).

8.7.8 Розрахунок прямолінійних переходів без компенсації поздовжніх деформації

Розрахункова схема таких переходів залежить від способу монтажу. Якщо при монтажі встановлюють проміжні опори, які усувають тільки після зварювання переходу і замикання його з підземними ділянками, або коли перехід монтують з однієї, попередньо заготовленої пліті, то конструкцію розглядають як одно – або багатопрогінну балку із защемленими кінцями. Якщо ж перехід монтують з окремих секцій, довжина яких дорівнює довжині прогону, не встановлюючи проміжних опор і не підтримуючи секцію під час зварювання кранами, то трубопровід на навантаження від власної ваги розраховують як розрізну балку, а на вагу продукту, вітрове навантаження та обледеніння – як нерозрізну.

На всі види навантаження трубопровід розраховується як нерозрізний, якщо заготовлена довжина пліті не менше

, (8.91)

де – віддаль крайніми опорами; і – довжини крайніх прогонів переходу.

При цій довжині пліть повинна укладатися строго прямолінійно по всій довжині.

Якщо перехід споруджують з окремих секцій, довжина яких дорівнює довжині прогону, опорні перерізи повертаються, як у простої розрізної балки, на кут (град.)

, (8.92)

де – власна вага труби в кгс/см; – момент інерції переходу труби в см⁴; – модуль пружності металу труб в кгс/см².

При монтажі кут необхідно враховувати.

У прямолінійно укладеному трубопроводі із защемленими кінцями відсутні поздовжні зміщення трубопроводу і тому від зміни температури і під впливом внутрішнього тиску у трубопроводі виникають поздовжні вістові напруження. Поздовжні розтягуючи напруження у прямолінійному трубопроводі із защемленими кінцями від внутрішнього тиску рівні

.

Трубопровід із защемленими кінцями, що має невеликий прогин, по мірі зростання внутрішнього тиску буде згинатися, і розтягуючи напруження не будуть зростати від 0, 3 до 0, 5 .

При невеликому прогині і відсутності поблизу переходу колін (кривих вставок) поздовжні розтягуючі напруження в трубах від внутрішнього тиску можна приймати

, (8.93)

і відповідні цим напруження відносні видовження

. (8.94)

Поздовжні напруження від зміни температури

. (8.95)

Згинальний момент від зміни температури і внутрішнього тиску

, (8.96)

де – прогин від повного вертикального навантаження,

, (8.97)

де – коефіцієнт, який залежить від поздовжнього зусилля і схеми переходу,

, (8.98)

де – вільна довжина ділянки трубопроводу, що приймається: при одному прогоні ; при двох і більше прогонах , де – розрахункова довжина даного прогону.

Коефіцієнт у знаменнику формули (8.96) береться при нагріванні зі знаком мінус, а при охолодженні – із знаком плюс.

Значення розрахункового згинального моменту від вертикальних навантажень визначається в залежності від розрахункової схеми переходу і способу його монтажу за формулою

. (8.99)

Коефіцієнти і знаходять за формулами, наведеними в розділі 8.7.1, як для багато прогінних нерозрізних систем або однопрогінної системи із защемленими кінцями, тобто коли кути повороту трубопроводу на крайніх опорах дорівнює нулю.

Від вертикального навантаження у трубах виникають напруження згину

. (8.100)

Міцність трубопроводу перевіряють по розтягнутій і стиснутій зонах труб.

Сумарні максимальні поздовжні напруження у трубопроводі від розрахункових навантажень:

- розтягуючі при зниженні температури

. (8.101)

- стискальні при підвищенні температури стінок труб

. (8.102)

- при відсутності внутрішнього тиску

, (8.103)

де – коефіцієнт зміни розрахункового опору, що враховує складно-напружений стан металу труби

. (8.104)

Знак «+» у формулі (8.104) приймається при однозначному напруженому стані, а знак «–» приймається при різнозначному.

8.8 Висячі системи, що застосовуються для прокладання надземних трубопроводів

Висячі переходи трубопроводів за конструктивними схемами можна поділити на три основні групи.

1) Гнучкі висячі системи, у яких трубопровід за допомогою підвісок прикріплюється до одного або до декількох несучих тросів, що перекинуті через пілони (рис. 8.16).

При двох тросах, що пересікаються посередині прогону, утворюється більш жорстка двониткова система (рис.8.16 в, г).

а – одно ланцюгова з середнім несучим прольотом; б – одно ланцюгова з використанням відтяжок для підвіски трубопроводу;

в – двох ланцюгова з підвіскою трубопроводу до нижніх тросів; г – двох ланцюгова з підвіскою трубопроводу одночасно до двох тросів

Рисунок 8.16 – Гнучкі висячі системи переходів

Гнучкі висячі системи володіють малою вертикальною жорсткістю, із-за чого при динамічних навантаженнях легко приходять у коливальний рух.

2) Вантові системи, у яких трубопровід утримується в проектному положенні за допомогою декількох похилих линв або жорстких ферм (рис. 8.17).

а – променева; б – ферма Жискляра; в – ферма Рабиновича Крільцова; г – ферма в вигляді перевернутої трьохшарнірної арки

Рисунок 8.17 – Вантові системи переходів трубопроводів

У вантових схемах, як правило, всі елементи працюють на розтяг і утворюють у вертикальній площині геометричну незмінну ферму. Вантові системи володіють значно більшою вертикальною жорсткістю, як гнучкі вертикальні системи.

3) Система у ви