Нагрузка на опоры трубопроводов - виды, как определить
Трубопроводы постоянно подвергаются различным неблагоприятным воздействиям. Для повышения их устойчивости, удержания в проектном положении конструкции используют специальные удерживающие приспособления. Опоры нужны для принятия, распределяя нагрузок, передачи их на основание, тем самым обеспечивается стабильность эксплуатации и безопасность системы.
Проседание, разрушение опорных стоек грозит разгерметизацией трубопроводной линии. Особую опасность представляет утечка токсичных, взрывоопасных веществ, транспортируемых под давлением. Это может случиться в результате ошибок, допущенных при проектировании трубопровода.
Какие нагрузки действуют на опоры трубопроводов
Основные виды:
- - вертикальные, возникают в результате воздействия суммарной массы трубы, изоляции, веса перекачиваемой жидкости или газа на единицу магистрали;
- - горизонтальные, включают трение между опорой и трубой, осевое давление;
переменные воздействия:
- - продолжительные: вес транспортируемого продукта, его давление, температурное влияние;
- - кратковременные: могут действовать от секунды до нескольких недель, месяцев: ветер, снег, обледенение;
- - особые: изменение поверхности рельефа из-за подземных работ, колебаний земной поверхности, т.д.
Кроме того, имеет значение категория опор, наземный, подземный, подводный способ прокладки, когда принимают во внимание давление воды, грунта. При поворотах теплотрасс учитывают возникающие при этом напряжения.
Алгоритм как провести расчёт нагрузок на опоры трубопроводов
Прежде чем рассчитать нагружение, необходимы следующие входные данные: вес трубопровода, внешние нагрузки, диаметр, материал трубы, тип опоры (подвижная, неподвижная, скользящая), проектное положение.
Существует следующая последовательность расчётов, состоящая из нескольких последовательных шагов:
1. Определение весовых нагрузок. Формула массы участка.
Для выделенного отрезка длиной (L) вес трубы: G = (mₜ + mₚ) × g х L, где
mₚ, mₜ — масса трубы и рабочей среды, g (9,81) — ускорение свободного падения;
mₜ = ρₛ × Vₜ, mₚ = π × (Dн² – Dвн²) / 4 × ρст с учётом объёма Vₜ, плотности переносимого вещества ρₛ и стали ρст.
Если для системы предусмотрено изоляционное покрытие в расчёты добавляется масса изоляции.
2. Учёт температурных расширений: вычисление продольных сил:
Fₜ = E × α × ΔT × A, где E — модуль упругости; α — коэффициент расширения; ΔT — температурный перепад; A — площадь сечения;
3. Оценка гидроударов и динамики: запас по давлению, длительность импульса. Fг = ρ × c × ΔP, где c — скорость звука; ΔP — скачок давления;
4. Равномерное распределение нагрузок на опору: q = G / L, где L — расстояние между опорами,
а также вертикальной в пролёте: Pоп = q × L/2.
-
5. Суммирование и применение коэффициентов безопасности (нормативы).
В итоге все показатели действующих сил суммируются.
Нормативные усилия следует рассчитывать, опираясь на данные статистики и действующих нормативов. Расчётные результаты учитывают отклонения от этих значений с заданным коэффициентом надежности.
Пример расчёта вертикальной статической нагрузки для пролёта длиной 6 метров суммарного веса 1 м заполненного трубопровода 150 кг/м:
G=(mₜ + mₚ) × g х L=150х6х9.81=8829 (Н)
Для комплексного расчёта с учётом всех факторов можно использовать программные комплексы с введением всех необходимых вводных данных. Особенно это касается неподвижных опор, где возникают значимые продольные усилия при температурных воздействиях.
Нормативы, допуски и требования безопасности
- Рекомендации по определению нагрузок на отдельно стоящие опоры и эстакады под трубопроводы, НИИ строительных конструкций, М. Стройиздат 1973г.
- Государственные стандарты, например, ГОСТ 32596-2013, ГОСТ 23237-78
- унифицированная документация на конструкции и узлы зданий, сооружений Серия 5.903-13;
- отраслевые стандарты, ОСТ 36-146-88;
- Технические условия, например, ТУ 1468-009-69050276-2012;
- свод правил СП 86.13330.2022;
- строительные нормы и правила СНиП 2.05.06-85, СНиП 2.01.07-85;
- прочие.
Для каждого проекта нужен свой перечень нормативных документов, учитывающих специфику опорных стоек, места установки, условий эксплуатации, соблюдение правил безопасности.
Как правильно определить нагрузку на опоры трубопроводов
- 1. Рассчитываются вертикальные (масса заполненной трубы, гидростатическое давление при необходимости), горизонтальные нагрузки (термическое расширение, учёт действия ветра, гидроударов, силы возникающие при работе компенсаторов, а также трения) в монтажном и рабочем состоянии.
- 2. Поэтапный расчёт:
- определение типа каждой силы, действующей на трубопроводную систему;
- суммирование всех полученных показателей принимая во внимание направление;
- расчёт каждой нагрузки по установленным формулам с последующим обобщением нагружения;
- расчётные значения сопоставляются с допустимыми нагрузками на опоры с учётом нормативной прочности.
