О ВЫБОРЕ РАСЧЕТНОЙ СХЕМЫ ОБВЯЗОЧНОГО ТРУБОПРОВОДА
1. Расчетная схема – это конструктивная*) схема трубопровода, освобожденная от несущественных с точки зрения строительной механики особенностей. Для одной и той же конструктивной схемы можно выбрать несколько расчетных схем**) в зависимости от того, какой участок трубопровода необходимо более детально исследовать и каковы возможности используемой программы.
*) Конструктивная схема представляет собой условно изображение реальной конструкции трубопровода.
**) Применение расчетной схемы является необходимостью, поскольку полный учет свойств реального сооружения затруднен.
Использование линейной теории стержневых систем делает внешне похожими расчетную и конструктивную схемы трубопровода. На конструктивной схеме условно показываются опоры и различные крепления, арматура, а также даются все размеры труб, отводов и тройников.
В спецификации должны быть указаны диаметры и толщины труб, отводов и тройников, характеристики сталей, данные по грунтам на площадках компрессорных станций, различные режимы работы агрегатов всей компрессорной станции. Технологических режимов, как правило, задается несколько. Часто задаются различные варианты креплений при подходе труб к агрегатам.
Так как система обвязочных трубопроводов многократно статически неопределима, время счета зависит от правильного выбора основной геометрически неизменяемой и статически определимой системы. Так, для программ СТАРТ выбирают основную систему независимо от нумерации точек и разницы в жесткостях труб (диаметров и толщины); при этом учитывается и тип опор трубопроводов, и мертвые опоры с учетом варьирования основной системы. Программа позволяет: сократить время решения задачи на ЭВМ, повысить точность решения, проверить устойчивость полученного решения. Расчетную схему обвязочного трубопровода необходимо расчленить на конечные элементы с помощью расчетных узлов.
Узлы соединения конечных элементов назначаются в местах опирания трубопровода, установки тройниковых соединений и разгрузочных опор, стыковки прямолинейных и криволинейных участков трубопровода, а также в зонах резкого изменения физико-механических характеристик грунтов, характеристик поперечного сечения трубы, технологических параметров транспортируемого продукте, прочностных характеристик металла трубы.
Прямолинейные подземные участки трубопровода разбивают на отдельные конечные элементы, длины которых должны уменьшаться при приближении к отводам и местам разветвления трубопровода, т.е. к тройниковым соединениям. Можно рекомендовать принимать минимальную длину элемента в месте примыкания к отводу и к тройнику порядка 1 – 2 диаметров трубы с последующим увеличением длины элементов постепенно до 10 – 14 диаметров, на длине прямолинейного участка – порядка 40 – 60 диаметров трубы.
Частоту разбивки прямолинейных подземных участков на конечные элементы увеличивают при прочих разных условиях в местах приложения максимального по абсолютной величине температурного перепада и внутреннего давления газа. Инженерная оценка необходимого количества узлов разбивки может быть проведена по аналогии с заменой равномерно распределенной нагрузки на балку сосредоточенными силами.
Отводы заменяются криволинейными конечными элементами, результаты расчета которых выдаются в средних и крайних точках. Допускается замена отвода ломаной линией эквивалентной длины. При опирании трубопровода (начиная с диаметра 700 мм) и его арматуры на фундаментные конструкции необходимо учитывать эксцентриситет расположения площадки скольжения относительно оси трубы.
2. Физико-механические характеристики грунта определяются на основе инженерных изысканий площадки строительства КС с учетом прогнозирования изменений этих характеристик в процессе строительства и эксплуатации и способа производства работ.
Допускается производить предварительные расчеты с использованием нормативных значений характеристик грунта, приведенных в СНиП \”Основания зданий и сооружений. Нормы проектирования\”.
3. В расчетной схеме оперируют понятием \”точка\” (закрепление в точке, поворот в точке и т.п.).
Конструктивно создать закрепление или наоборот свободу перемещения с определенными свойствами в одной точке невозможно. Нередко для обеспечения требуемых свойств приходится ставить крепления на некотором расстоянии друг от друга и т.д.
Следует обратить внимание, есть ли на конструктивной схеме близко расположенные крепления, с расстоянием между ними порядка 1 – 2 диаметров трубы и менее. Иногда расстояние может быть и большим, но свойства оказываются линейно зависимыми от длины. Например, несколько пружинных опор на длинном вертикальном стояке по существу являются одной опорой с распределенными свойствами по длине стояка.
В подобных случаях необходимо выявить функциональное назначение принятой конструкции и схему ее работы свести в одну точку, т.е. две близко расположенные опоры, имеющие одинаковые реакции, заменить одной. Речь идет не о формальной, а об эквивалентной с точки зрения строительной механики замене. Принятые схемы работы креплений и компенсаторов должны вобрать в себя все существенные свойства реальной конструкции.
Например, для предохранения арматуры от воздействия изгибных моментов необходима установка двух опор с хомутами, устанавливаемыми по обеим сторонам арматуры. По отношению к трубе арматура – бесконечно жесткий элемент. Поэтому такая конструкция равнозначна закреплению одной точки на оси трубопровода от линейных смещений и поворота.
На конструктивной схеме в этом случае будут показаны две опоры, а в расчетной схеме здесь должна быть принята одна опора, препятствующая линейным и угловым перемещениям закрепляемой точки С.
