СТБ EN 13941 - 2009 Проектирование и монтаж систем предварительно изолированных трубопроводов централизованного отопления

Подождите немного. Документ загружается.

СТБ EN 13941-2009

Рисунок B.11 — Стабилизирующее вертикальное давление грунта

Если уровень грунтовых вод расположен ниже трубопровода:

Если уровень грунтовых вод находится выше основания трубопровода, то необходимо учитывать

эффективную плотность почвы и плавучесть трубы.

В данном расчете не учитываются нормальные нагрузки, сниженные благодаря результирующему

вспучиванию.

Пониженный сбор нормальных сил к следующему вспучиванию не принят во внимание в этих

вычислениях.

B.5.3 Горизонтальная устойчивость

Обеспечение достаточной боковой опоры имеет особое значение при использовании

искривленных труб, при малых угловых отклонениях или в случае проведения параллельных

земляных работ.

Параллельные земляные работы, проводимые рядом с трубопроводами централизованного

теплоснабжения, требуют локальной устойчивости склона траншеи, при действии внешней

горизонтальной нагрузки в направлении склона на расстоянии P для одной трубы, и 2 P для пары

труб.

Кроме того, необходима полная устойчивость склона, если в расчете требуется учесть отсутствие

стабилизирующего воздействия от трубопровода.

B.6 Специальные требования для проведения параллельных земляных

работ

B.6.1 Основные принципы

В случае проведения параллельных раскопок выше и/или рядом с местом укладки подземных труб

централизованного теплоснабжения, во время работы необходимо предпринимать

соответствующие меры предосторожности, гарантирующие, что:

a) трубы не будут смещены ни в горизонтальном ни в вертикальном направлении, в

соответствии с разделом B.5, чтобы предотвратить вспучивание при их изгибе,

b) увеличенное смещение трубопроводной системы в зонах расширения, вызванное снижением

трения между трубами и грунтом, будет находиться в пределах допуска для напряжений и

сдвига.

178

СТБ EN 13941-2009

B.6.2 Уменьшение трения

В ситуациях с продольными раскопками, в зоне непосредственно над трубопроводом, сила трения

может быть рассчитана в соответствии с уменьшенной глубиной залегания.

Можно предположить, что снижение силы трения, проявившееся как следствие проведения

земляных работ с одной стороны трубопровода централизованного теплоснабжения, составит,

приблизительно, максимум 35 %. Снижение можно полностью не учитывать, если расстояние

между боковой стороной новой траншеи и трубой централизованного теплоснабжения превышает

в 2 раза глубину траншеи.

B.7 Требования для мягкой почвы и областей, подверженных осадке

B.7.1 Основные принципы

Если трубопровод централизованного теплоснабжения укладывается в мягкий грунт, а для

обратной засыпки используется песок, то при расчетах нельзя использовать константы постели

для песка. Реальные значения будут ниже, и их следует определять с учетом более низкой

жесткости окружающей почвы.

Точно так же нет никаких причин предпринимать специальные меры для достижения высокой

степени уплотнения при засыпке песка. Из-за деформации более мягких слоев грунта вокруг

засыпаемого песка, эффективное давление песка на трубопровод (и, таким образом, величину

трения) будет уравновешено.

B.7.2 Дифференциальная осадка

Особое внимание следует обратить на переходные зоны между трубами, уложенными в траншею,

и трубами, установленными на закрепленном вертикальном основании, например:

a) подземное или надземное пересечение с дорогами и т.д., особенно, когда используется

дополнительная труба с оболочкой,

b) проходы через стены при выполнении соединений внутри дома.

Когда используется засыпка песка в торфяной или мягкой глинистой почве, прогноз осадки должен

основываться на изучении механики локальных грунтов. В результате должны быть явно получены

предельные значения.

B.8 Овальность и тангенциальные напряжения, обусловленные нагрузкой,

приложенной к верхней части трубопровода

B.8.1 Нагрузка, обусловленная движением транспортных средств

B.8.1.1 Основные принципы

Реальная система осевых нагрузок, например, нагрузок, которые фактически существуют в период

эксплуатации трубопровода, должна использоваться как основная.

Способ применения:

Используемые модели нагрузок должны соответствовать требованиям стандарта ENV 1991-3:2003. Для

национальных магистралей и региональных дорог, можно использовать "Нагрузочную модель 3",

(включающую редкие виды транспорта). Для более низких категорий дорог, можно применять "Модель

усталостных нагрузок 2, Грузовик 4". Последняя система нагрузок включает "набор часто встречающихся

грузовиков", которые можно встретить на европейских дорогах, за исключением специального транспорта.

На открытых участках также можно использовать" Модель усталостных нагрузок 2, Грузовик 4", при всех

осевых нагрузках, деленных на коэффициент 2,0.

С другими методами расчета нагрузок от движения транспортных средств можно ознакомиться в стандарте

CEN/TR 1295-2.

Необходимо обратить особое внимание на нагрузки от движения транспортных средств,

вызванные (временным) движением тяжелого спецтранспорта в период монтажа трубопровода,

или обусловленные действиями сторонних организаций над уже существующими трубопроводами.

Распределение осевых нагрузок в подстилающем слое грунта может быть рассчитано в

соответствии с методом Буссинеска или Браунсторфингера. [8]. Смотрите стандарт CEN/TR 1295-

Нагрузка от движения транспортных средств на единицу длины, равна:

179

СТБ EN 13941-2009

= P

x D

где

нагрузка от движения транспортных средств, в kН/м, действующая над трубой;

наружный диаметр, включая оболочку, в м;

нагрузка от движения транспортных средств над трубой, вызванная системой осевых

нагрузок, в kН/м

B.8.1.2 Влияние конструкции дорог на сокращение нагрузок от движения транспортных

средств-

Разгружающее влияние конструкции дорог может быть учтено при расчете нагрузки от движения

транспортных средств, в следующих случаях:

a) конструкция дороги состоит из многоуровневой системы, то есть одного или более уровней

фундамента уложенных на подслое и полностью закрытых верхним слоем;

b) такая конструкция дороги, при которой подслой грунта покрывается асфальтом или бетоном.

Метод расчета учитывает влияние фундамента и верхнего слоя покрытия на (фиктивную)

эквивалентную глубину почвенного покрытия, расположенного на трубе. Впоследствии нагрузка от

движения транспортных средств, действующая на верхнем уровне трубы рассчитывается,

используя эту эквивалентную глубину слоя покрытия. В случае трехслойной системы (подслой,

фундамент и верхний слой), например, фундаментный слой сначала преобразовывается в

эквивалентный слой грунта, и эта же процедура используется для верхнего слоя. Эквивалентная

глубина покрытия (H

) определятся затем следующим образом: H

+ H

1eq

+ H

2eq

= H

Следующая формула используется для расчета эквивалентной глубины покрытия:

где

толщина слоя, который будет преобразовываться;

модуль упругости слоя, который будет преобразовываться;

модуль упругости подслоя.

Рисунок B.12 — Расчет эквивалентного слоя почвы

B таблице В.4 представлены типичные значения, которые могут использоваться при расчетах.

Другие величины, отличающиеся от указанных, могут использоваться в случае, если они

подтверждены новыми или существующими исследованиями.

Способ применения:

Формула для расчета эквивалентной глубины покрытия также может быть записана как: H

= H +

180

СТБ EN 13941-2009

αH

+ ßH

, где α зависит от слоя покрытия, а ß зависит от слоя фундамента. В случае заданной

толщины верхнего слоя (H

), толщины слоя фундамента (H

) и глубины покрытия H, эквивалентная

глубина покрытия (H

) может быть рассчитана с помощью этой формулы. Значения α и ß

представлены в таблице B.4.

Таблица B.4 — Типичные значения для различных верхних слоев и фундамента

Материал Модуль E Н/мм

Коэффициент

α или ß

кг/м

Полистироловая пена 4 или 14

0 15 или 40

Подслой 100

- -

Зольная пыль 150 0.03

Лава, щебень, дробленый

камень, гранулированный

угольный порошок, фундамент

из мягкого щебня

200 0.134 -

Ячеистый бетон 300 0.298 400

Слои асфальта, клинкер,

фундамент из бетона на

подушке из щебня

500 0.539 -

Ячеистый бетон 650 0.680 500

Песчаный цемент,

асфальтобетон

1000 0.939 -

Ячеистый бетон 1200 1.060 600

Шлак из доменной печи 1500 1.220 -

Ячеистый бетон 3700 1.999 1000

Ячеистый бетон 11500 3.377 1600

E = 4+2 (γ

- 15 / 5 Н/мм

соответствует промежуточным значениям).

Хорошо уплотненный песок.

B.8.2 Напряжения и сплющивание трубопровода под действием нагрузки, приложенной в

верхней части

B.8.2.1 Тангенциальные напряжения, обусловленные действием вертикальной нагрузки

Взаимодействие между трубопроводом и почвой в тангенциальном направлении описывается

системой грунтовых пружин (трубопровод рассматривается как кольцо). Это дает эпюру нагрузки,

показанную на рисунке B.13

1 верхняя часть трубы

181

СТБ EN 13941-2009

2 нагрузка, действующая на верхнюю часть трубы (почва + трафик)

3 угол приложения нагрузки, действующей на верхнюю часть трубы, α (= 180

)

4 основание трубы

5 вертикальное давление грунтовой опоры

6 угол вертикального воздействия грунтовой опоры β

7 боковая сторона трубы

8 нейтральное давление почвы в горизонтальном направлении

9 горизонтальное давление опоры, обусловленное “овализацией” трубы

10 угол горизонтального воздействия опоры γ(=120

)

11 эпюра горизонтальной опоры для песка

12 эпюра горизонтальной опоры для глины/торфа

Рисунок B.13 — Эпюра действующей вертикальной нагрузки

B.8.2.2 Вертикальная нагрузка, передаваемая непосредственно

For straight pipe sections, not subject to internal pressure, the circumferential stress is given by:

Для прямых участков трубопровода, не подверженных действию внутреннего давления,

тангенциальные напряжения определяются с помощью следующего выражения:

где

tot

тангенциальный момент, действующий на стенки трубы, обусловленный Q

tot

;

K коэффициент коррекции момента, как функция угла приложения нагрузки (α), угол

опоры (β) и положения на окружности, смотрите таблицу B.5;

tot

полная вертикальная нагрузка;

tot

равна Q

+ Q

vul

– Q

;

направленная вверх сила, обусловленная плавучестью.

Для гибких труб, находящихся под действием внутреннего давления, "повторное округление

формы" (под действием внутреннего давления) может быть учтено с помощью следующего

выражения:

где

коэффициент преобразования формы ("повторного округления");

расчетное давление, в Н/мм

;

коэффициент отклонения (смотрите таблицу B.5).

Способ применения:

Теоретически, при расчете изгибающих моментов, обусловленных действием Q

e.g

и Q

vul

, должны

использоваться коэффициенты коррекции момента, отличные от коэффициентов, используемых для Q

;

влияние на конечный результат, однако, будет незначителен. Во многих случаях влиянием Q

e.g

и Q

vul

на M

tot

можно пренебречь.

Таблица B.5 — Коэффициенты коррекции момента и коэффициенты отклонения для

непосредственно переданной вертикальной нагрузки

градусы

основание

верхняя часть

стороны

вертикальный

182

СТБ EN 13941-2009

120 120 0.143 0.143 -0.143 0.096

60 0,189 0,143 -0,147 0,105

70 0.178 0.141 -0,145 0,102

90 0,157 0,137 -0.140 0.096

120 0,138 0,131 -0,133 0,089

180

150 0,128 0,126 -0,127 0,085

B.8.2.3 Горизонтальное давление опоры, обусловленное уплотнением засыпного грунта

В мягких почвах (Пластичная глина и торф), необходимо учитывать только нейтральное

горизонтальное давление грунта.

Способ применения:

Применение засыпки из песка в мягких почвах увеличивает горизонтальное давление только на короткое

время.

В песчаных почвах и в среднепластичной глине с песчаной засыпкой, возможно увеличение

нейтрального горизонтального давления грунта с помощью горизонтального давления основания

(вызванного овальностью трубы), таким образом можно снизить тангенциальные изгибающие

нагрузки. В этом случае, засыпка траншеи уплотняется механическим путем.

Для ознакомления с обзором и деталями расчетных методов смотрите стандарт CEN/TR 1295-2.

Способ применения:

Надежность метода вычисления в основном не зависит от фактического выполнения работ по уплотнению

засыпки траншей, а так же от их продолжительности.

B.8.3Отклонение

B.8.3.1 Основные принципы

Отклонение от кольцевой формы при отсутствии давления, без горизонтальной опоры на грунт,

может быть рассчитано с помощью формулы:

где

tot

полная вертикальная нагрузка;

нагрузка от движения транспортных средств, в Н/мм:

эффективная вертикальная нагрузка почвы, в Н/мм;

коэффициент отклонения (смотрите таблицы D.1 и D.2);

вертикальный прогиб.

В песке необходимо учитывать горизонтальное пассивное давление грунта (смотрите рисунок D.2),

а отклонение может быть рассчитано с помощью следующей формулы (Спенглера):

где

D коэффициент, описывающий ‘инерционность отклонения’ (осадку), связанный с

укреплением грунта по сторонам. D изменяется от 1.5 для пластичных глин, торфяного и

неуплотненного песка, до D = 1.0 для хорошо уплотненного песка (95 % или более от

максимальной плотности);

модуль горизонтальной реакции грунтового основания в Н/мм

;

коэффициент нейтрального горизонтального давления грунта (λ

= 1 — sin φ).

183

СТБ EN 13941-2009

Способ применения:

Если при более низких значениях k

используется D = 1.5, то вторая формула может дать более высокое

отклонение, чем первая формула, которая не учитывает горизонтальное сопротивление грунта. В этом

случае, можно использовать наиболее низкое значение, которое можно получить с помощью одной из этих

двух формул.

Расчетное отклонение можно использовать для вычисления давления боковой опоры, принимая

угол боковой поддержки равный 120

, и синусоидальное распределение давления почвы,

расположенной по сторонам.

Впоследствии можно рассчитать изгибающие моменты, обусловленные давлением боковых опор,

используя коэффициенты, представленные в таблице B.5, и впоследствии скомбинированные с

изгибающими моментами, обусловленными вертикальными нагрузками.

Приложение C (информативное) Глобальная анализ и анализ

поперечного сечения

C.1 Основные принципы

Приложение C имеет статус способа применения.

В Приложении C описывается метод для проверки требуемой прочности трубопроводной системы,

под действием контролируемых нагрузок и смещений.

Метод и оценка, определенные в этом стандарте, предполагают, что:

a) для системы используются пластичные материалы;

b) для почвы используется билинейная модель упругопластичного материала;

c) для стали используется модель псевдоупругого материала, предполагающая чисто линейное

поведение упругого материала также и для напряжений, превышающих напряжение

текучести.

Может использоваться альтернативная модель пластичного материала. В этом случае расчет

основывается на соотношении упруго-пластичных деформаций-напряжений материала. В таком

случае оценка напряжений и деформаций будет отличаться от технических данных, указанных в

этом стандарте.

При расчете внутренние нагрузок, напряжений и деформаций, необходимо учитывать жесткость

отдельных элементов и концентрации напряжений, существующих для различных комбинаций

воздействий.

184

СТБ EN 13941-2009

C.2 Символы

A Поперечное сечение ответвления магистрального трубопровода

, c

Коэффициент упругости для тройников

Диаметр внешней /внутренней части ответвления трубопровода

min.

max.

Минимальный/максимальный средний диаметр ответвления магистрального

трубопровода

min.

max.

Наружный диаметр самой наименьшей/наибольшей трубы

Средний диаметр ответвления магистрального трубопровода

Внешний /внутренний/средний диаметр ответвления в тройнике

Внешний /внутренний/средний диаметр проходной трубы в тройнике

E Модуль упругости

I Момент инерции поперечного сечения трубы

Коэффициент, учитывающий концентрацию осевых напряжений, обусловленных

действием нормальной силы

Коэффициент, учитывающий концентрацию осевых напряжений, обусловленных

действием изгибающих моментов

Коэффициент, учитывающий концентрацию касательных напряжений,

обусловленных скручиванием

Коэффициент, учитывающий концентрацию касательных напряжений,

обусловленных действием поперечных сил

Коэффициент, учитывающий концентрацию касательных напряжений,

обусловленных действием изгибающих моментов

Коэффициент, учитывающий концентрацию растягивающих напряжений,

обусловленных действием давления

Коэффициент упругости при изгибе

k, k

, k

Оценочные константы для расчетов коэффициентов концентрации напряжений

Jr Степень увеличения толщины стенки для ответвления и проходной трубы

Изгибающий момент

Скручивающий момент

Осевая нагрузка, включающая вклад давления

NFP Естественная точка крепления

p Внутреннее давление

Коэффициент уменьшения напряжения для поворота и проходной трубы

r, r

Радиусы кривизны

R Радиус изгиба

S Амплитуда напряжения

Номинальная толщина стенки ответвления магистрального трубопровода

t Номинальная толщина стенки трубы, меньше возможного припуска на допуск и

коррозию

Номинальная толщина стенки ответвления и проходной трубы, меньше возможного

припуска на допуск и коррозию

, V

Сдвигающая нагрузка

W Модуль поперечного сечения трубы

α Коэффициент теплового расширения

185

СТБ EN 13941-2009

186

α θ Угол

v Коэффициент Пуассона

, σ

Осевые напряжения

Мембранное напряжение

res

Результирующее напряжение

j,m

Базовое мембранное напряжение

j,res

Базовое результирующее напряжение

Кольцевое напряжение

Касательное напряжение

τ Касательное напряжение

Δσ

Напряжение овальности, обусловленное давлением почвы, трафиком и т.д.

Рисунок C.1 — Локальная система координат

Напряжения и продольные нагрузки являются положительными величинами при растяжении.

СТБ EN 13941-2009

187

С.3 Обзор предельных состояний для стали

Для получения информации о применении и об ограничениях смотрите раздел 7.

Предельное состояние А1

Одно серьезное воздействие

Предельное

состояние А2

Ступенчатая

пластическая

деформация

Предельное

состояние В1

Низкая цикловая

усталость

Предельное состояние

В2

Высокая цикловая

усталость

Предельное

состояние С1

Локальный изгиб

Предельное

состояние С2

Глобальная

неустойчивость

Воздействие, обусловленное

контролируемой нагрузкой

Сила - и

воздействия,

при

контролируемо

й деформации

Воздействие,

вызванное

контролируемой

нагрузкой и

деформацией

Воздействие, вызванное

контролируемыми

нагрузкой и

деформацией

Воздействие,

вызванное

контролируемыми

нагрузкой и

деформацией

Воздействие,

вызванное

контролируемыми

нагрузкой и

деформацией

Мембранные

напряжения σ

Результирующие

напряжения σ

res

Максимальное

напряжение

max

Спектр изменений

результирующего

напряжения

Спектр изменений

результирующего

напряжения

Среднее

напряжение в

элементе стенки

Максимальное

напряжение в

элементе стенки

Диапазон

максимальных

напряжений S

Смотрите Еврокод 3 Смотрите

Приложение 2