5.1 Розрахунок напруженого стану трубопроводу при виконанні ізоляційно-укладальних робіт

У процесі виконання робіт із очистки, ізоляції та укладанні трубопроводу в траншею завжди його припіднімають на деяку висоту у вертикальній площині необхідну для проходження очисної та ізоляційної машин, а також переміщувати у горизонтальній площині. Це і приводить до згину та скручування трубопроводу, внаслідок чого в стінках труб виникають додаткові напруження. Через ці деформації трубопровід знаходиться в складному напруженому стані. Поряд із знакозмінним згинаючим моментом, що міняється вздовж довжини трубопроводу і в часі, крім того виникають повздовжні напруження. Так як вони мають відносно невеликі значення, то їх при розрахунку не враховують.

Ізоляція та укладання трубопроводу в проектне положення, на дно траншеї, може здійснюватися суміщеним або роздільним способом. Для першого та другого випадків за розрахункову схему приймають пружну зігнуту вісь трубопроводу.

При суміщеному способі опорні поверхні початкової та кінцевої ділянки припіднятого трубопроводу знаходяться на різних рівнях, таким чином схема несиметрична, а при роздільному способі – розрахункова схема симетрична.

5.1.1 Розрахунок напруженого стану трубопроводу при виконанні ізоляційно-укладальних робіт суміщеним способом

Вихідними даними до розрахунку є: вага одиниці довжини трубопроводу q_тр; вага ізоляційної та очисної машин G_із та G_оч; висота підйому ізоляційної машини h_із; висота підйому очисної машини h_оч; осєвий момент інерції перетину труби І; глибина траншеї h_т; ширина траншеї по дну B_т; кут внутрішнього тертя ґрунту φ_гр..

При розрахунках зроблені такі припущення: ізоляційна машина суміщена зі першим трубоукладачем (або першою групою трубоукладачів) К₁ тобто відстань між ними рівна нулю l_із = 0; висота підйому першим трубоукладачем h₁ рівна висоті підйому ізоляційної машини (комбайну) тобто h₁ = h_із.

Розрахункова схема для визначення напруженого стану трубопроводу при виконанні ізоляційно-укладальних робіт суміщеним способом та несиметричному підйомі приведена на рис.5.3.

Відстань від точки торкання трубопроводом дна траншеї та до місця підйому першим трубоукладачем l₁ визначається із умови рівності максимального згинаючого моменту в прогоні та згинаючого моменту в місці підйому першим трубоукладачем (або першою групою трубоукладачів)

. (5.1)

Рисунок 5.3 – Розрахункова схема для визначення напружень при несиметричному підйомі трубопроводу

Аналогічно відстань для крайнього по ходу трубоукладача

. (5.2)

Значення висоти підйому трубопроводу для забезпечення вільного проходу ізоляційної та очисної машин (h_із ,h_оч) назначається в залежності від зовнішнього діаметра трубопроводу згідно формул

м, (5.3)

м. (5.4)

Максимальні напруженими, а відповідно, і найбільш напруженним є перший прогін тому достатньо перевірити трубопровід на міцність в межах даного прогону.

Як було сказано раніше, максимальний згинаючий момент в даному прогоні М_х та момент в точці підйому трубопроводу першим трубоукладачем М₁ рівні між собою за абсолютною величиною, значення яких можна визначити за формулою

. (5.5)

Перевірка міцності трубопроводу проводиться на виконання наступної умови

. (5.6)

Відомо, що при суміщеному способі ізоляції та укладанню трубопроводу в траншею він згинається не тільки у вертикальній площині, а також і у горизонтальній площині в процесі переміщення його із берми на вісь траншеї. Як правило, врахування згину трубопроводу у горизонтальній площині приводить до збільшення сумарних згинаючих моментів та напружень не більше чим на 5%.

Для розрахунку відстаней l₂ та l₃ необхідно визначити значення комплексів:

- комплекс І – (5.7)

- комплекс ІІ – (5.8)

Згідно діаграми (див. рис. 5.4) визначають відповідні овальні криві для першого комплексу із серії суцільних кривих, для другого – із серії пунктирних.

Точки перетину кривих зносять на відповідні координатні вісі і отримують значення параметрів α та β При цьому отримують, як правило, дві точки перетину, що відповідає двом варіантам розміщення трубоукладачів в ізоляційно-укладальній колоні. Розрахунок проводять для двох варіантів, а на заключному етапі вибирається найбільш прийнятний.

Рисунок 5.4 – Діаграма для визначення раціонального розташування трубоукладачів в ізоляційно-укладальній колоні.

Таким чином, значення відстаней l₂ та l₃ визначається згідно формул

, (5.9)

. (5.10)

Зусилля на гаках трубоукладачів або групи трубоукладачів (в залежності від компановки ізоляційно-укладальної колони) розраховуються відповідно за формулами

, (5.11)

, (5.12)

. (5.13)

Реакції ґрунтової основи дна траншеї та берми, що діють на стінку трубопроводу, відповідно будуть рівними

, (5.14)

. (5.15)

Визначивши необхідні зусилля для підйому трубопроводу підбирають марку трубоукладача згідно наступної математичної залежності

, (5.16)

де К_доп – допустиме вертикальне зусилля на гак трубоукладача;

k_н.в – коефіцієнт надійності вантажопідйомності, що враховує нерівний рельєф місцевості, приймається рівним k_н.в = 0,9;

М_у – номінальний момент стійкості трубоукладача, що приводиться у паспорті;

а – виліт стріли трубоукладача в ізоляційно-укладальній колоні є величиною змінною і приймає значення від мінімального для першого за ходом трубоукладача до максимального для крайнього трубоукладача значення яких розраховують відповідно за формулами

, (5.17)

. (5.18)

Технічні характеристики трубоукладачів наведені у табл. 5.3

Таблиця 5.3 – Технічна характеристика трубоукладачів

Марка трубо-укладача	Макс. вантажо-підйомність, кН	Номін. момент стійкості, кН·м	Макс. виліт стріли, м	Тиск на ґрунт, МПа
ТГ-62 ТО-1224В ТГ-123 Т-1530В ТГ-201 Т-3560М ТГ-502 GAT-589 GAT-591	63 120 125 150 200 350 500 1040 1580	160 336 340 420 500 750 1520 7900 13900	5,0 4,5 6,0 5,0 6,0 6,5 7,5 7,6 8,8	0,067 0,123 0,207 0,21 0,19 0,25 0,3 0,46 0,52

Якщо зусилля К_1, К₂ або К₃ перевищує К_доп то тоді необхідно збільшити число трубоукладачів до двох, а в деяких випадках і до трьох.

Рекомендована компановка та відстані між технікою в ізоляційно-укладальній колоні наведена на рис. 5.5 та табл. 5.4

Ізоляційна машина повинна бути розташована на відстані (4,0-6,0) м позаду останнього за ходом колони трубоукладача, а відстані між трубоукладачами, що входять в одну групу, назначається в межах (7,0-12,0) м.

а ,б, в та г – для трубопроводів відповідно для діаметрів (530-820) мм; 1020 мм; 1220м м та 1420 мм

Рисунок 5.5 – Схема розташування трубоукладачів в ізоляційно-укладальній колоні при суміщеному способі виконання робіт

Таблиця 5.4 – Основні параметри ізоляційно-укладальної колони

Діаметр трубопроводу, мм	Схема компановки (рис.5.6.)	Відстань між трубоукладачами, м		Допустиме значення відстані між ОМ та ІМ, м
		l2	l3
530-600 720-820 1020 1220 1420	а а б в г	10-15 15-20 15-25 20-30 30-45	15-20 20-25 20-25 25-35 35-50	35 45 50 65 100

Якщо в склад ізоляційно-укладальної колони входить комбайн, що замінює очисну та ізоляційну машини, то він займає місце ізоляційної машини. Марки комбайнів для різних діаметрів трубопроводів та технічна характеристика приведена у табл. 5.5.

Таблиця 5.5 – Технічна характеристика комбайнів для очистки та ізоляції труб

Діаметр трубопро-воду, мм	Марка комбайна	Вага комбай-на, кН	Діаметр трубопро-воду, мм	Марка комбайна	Вага комбай-на, кН
325-592 720-820	ОМ 522П ОМ 821П	51 62	1020-1220 1420	ОМ 1221П ОМ 1423П	128 140