WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

Совершенствование методов проектирования подземных трубопроводов на участках действия наземной нагрузки

УДК 622.692.4 На правах рукописи

ДУДНИКОВ ЮРИЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ

ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

НА УЧАСТКАХ ДЕЙСТВИЯ НАЗЕМНОЙ НАГРУЗКИ

Специальность 25.00.19 – Строительство и эксплуатация

нефтегазопроводов, баз и хранилищ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Уфа 2007

Работа выполнена в Государственном унитарном предприятии «Институт проблем транспорта энергоресурсов» (ГУП «ИПТЭР»)

Научный руководитель доктор технических наук, профессор Азметов Хасан Ахметзиевич
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Малюшин Николай Александрович кандидат технических наук, доцент Галлямов Мурат Ахмедович
Ведущая организация ООО «КогалымНИПИнефть»

Защита диссертации состоится 3 августа 2007 г. в 1130 часов на заседании диссертационного совета Д 222.002.01 при Государственном унитарном предприятии «Институт проблем транспорта энергоресурсов» по адресу: 450055, г. Уфа, пр. Октября, 144/3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГУП «Институт проблем транспорта энергоресурсов».

Автореферат разослан 28 июня 2007 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

кандидат технических наук Л.П. Худякова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Основными требованиями, предъявляемыми к подземным трубопроводам, являются высокая надежность, экологическая безопасность и эффективность эксплуатации. Эти показатели зависят от качества проектирования и строительства трубопроводов. При эксплуатации важным является обеспечение воздействий и нагрузок на уровне, не превышающем нормативный.

Исследованиями В.Л. Березина, А.Г. Гумерова, П.П. Бородавкина,
Э.М. Ясина, О.М. Иванцова, А.М. Шаммазова, Н.А. Малюшина, Л.И. Быкова, Р.С. Гумерова, Р.С. Зайнуллина, К.М. Гумерова, Х.А. Азметова и других ученых созданы научные основы и определены эффективные пути обеспечения надежности трубопроводных систем при проектировании, строительстве и эксплуатации трубопроводов. Вместе с тем в результате антропогенной деятельности и изменения ситуации в местах прокладки подземного трубопровода принятые в годы его сооружения конструктивные решения зачастую не отвечают современным требованиям надежности и безопасности. Специфика указанных изменений обусловлена, прежде всего, возникновением значительных дополнительных нагрузок на подземный трубопровод от транспортной техники и всевозможного тяжелого наземного оборудования.

Под действием наземной нагрузки в зоне ее влияния при определенных условиях происходит изгиб подземного трубопровода, что приводит к появлению в стенке труб напряжений изгиба, в ряде случаев превышающих нормативные значения. В трубопроводах с отношением толщины стенки к радиусу менее 1/30 под действием наземной нагрузки возможны чрезмерные деформации поперечного сечения трубы и образование гофров в сжатой зоне при изгибе. По результатам анализа методов проектирования подземных трубопроводов и в связи с развитием трубопроводных сетей вблизи населенных пунктов, промышленных и сельскохозяйственных предприятий и необходимостью обеспечения их высокой надежности и безопасности при эксплуатации проблема совершенствования методов проектирования подземных трубопроводов на участках действия наземных нагрузок является весьма актуальной.

Основные исследования по диссертационной работе выполнены в соответствии с Межгосударственной научно-технической программой «Высоконадежный трубопроводный транспорт», утвержденной правительствами Российской Федерации и Украины в 1993 г.

Цель диссертационной работы – совершенствование методов расчета на прочность и проектирования подземных трубопроводов на участках действия наземных нагрузок.

Основные задачи исследований

1. Анализ условий эксплуатации и методов расчета на прочность подземных трубопроводов на участках действия наземных нагрузок.

2. Оценка напряженно-деформированного состояния подземных трубопроводов под действием наземных нагрузок.

3. Установление зависимостей между напряжениями в трубопроводе и параметрами его прокладки, свойствами грунта, нагрузками и воздействиями.

4. Совершенствование методов проектирования подземных трубопроводов на участках действия наземных нагрузок, обеспечивающих снижение напряжений до нормативного уровня.

Научная новизна

1. Определены условия деформации в грунте трубопроводов на участках действия наземных нагрузок и установлены основные критериальные соотношения для оценки их напряженно-деформированного состояния.

2. Получены аналитические зависимости напряжений и перемещений трубопроводов от параметров их сооружения и эксплуатации, характеристик наземных нагрузок.

3. Разработаны научно обоснованные методы проектирования и прочностных расчетов подземных трубопроводов на участках действия наземных нагрузок, обеспечивающие нормативные по уровню напряжений условия работы.

На защиту выносятся усовершенствованные методы расчета напряжений и обоснованные конструктивные решения прокладки участков подземных трубопроводов, находящихся под действием наземных нагрузок.

Практическая ценность работы

1. Разработана методика расчета напряжений и прогиба трубопроводов на участках действия наземных нагрузок, учитывающая эксплуатационные нагрузки и воздействия, геометрические характеристики трубопроводов, параметры наземных нагрузок, свойства грунта и позволяющая обоснованно принять конструктивные решения прокладки трубопроводов и защитные технические мероприятия.

2. Разработаны конструктивные решения прокладки подземных трубопроводов на участках воздействия наземных нагрузок, позволяющие снизить напряжения до нормативного уровня.

3. Разработана методика проектирования подземных трубопроводов, находящихся под действием наземных нагрузок, обеспечивающая надежность и безопасность трубопровода.

По результатам научных исследований разработан руководящий документ «Методика расчета на прочность подземного трубопровода на участках действия наземной нагрузки» (РД 39.Р-00147105-035-07).

Апробация работы

Основные положения и результаты работы докладывались на научно-практической конференции «Энергоэффективность. Проблемы и решения» в рамках VI Российского энергетического форума (г. Уфа, 2006 г.) и на научно-практической конференции «Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа» в рамках VII Конгресса нефтегазопромышленников России (г. Уфа, 2007 г.).

Диссертационная работа заслушана на расширенном заседании методического совета отдела № 6 «Техническая эксплуатация трубопроводов» ГУП «ИПТЭР» (протокол № 4 от 17 мая 2007 г.) и рекомендована к защите.

Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 8 научных трудах.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, основных выводов и рекомендаций, библиографического списка использованной литературы, включающего 95 наименований. Работа изложена на 221 странице машинописного текста, содержит 14 таблиц, 84 рисунка.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель работы и задачи исследований, показаны научная новизна и практическая ценность работы.

В первой главе выполнен анализ условий эксплуатации и методов расчета на прочность подземных трубопроводов на участках действия наземных нагрузок. К таким участкам в данной работе отнесены подземные трубопроводы, проложенные под проездами, автомобильными дорогами, на территориях промышленных и сельскохозяйственных предприятий без защитного кожуха. Подземный трубопровод испытывает также воздействие ремонтно-строительной техники при его техническом обслуживании и ремонте, особенно со вскрытием траншеи и последующей засыпкой его грунтом.

Увеличение сети подземных трубопроводов на участках действия наземных нагрузок в результате антропогенной деятельности и изменения ситуации в местах их прокладки привело к существенным изменениям условий их работы и к росту уровня напряженно-деформированного состояния. Высокие напряжения снижают ресурс и безопасность эксплуатации трубопроводов.

Подземный трубопровод взаимодействует с окружающим его грунтом и деформируется совместно с ним. Грунт создает нагрузку, действующую на трубопровод, является основанием и средой, через которую передается давление наземных нагрузок. При действии на подземный трубопровод неравномерного по его длине усилия от наземной нагрузки происходит изгиб участка трубопровода.

Действие на трубопровод наземных нагрузок зависит от распределения напряжения в грунте. Вертикальное напряжение в грунте по величине симметрично относительно точки приложения сосредоточенной наземной нагрузки и оси симметрии приложения полосовой наземной нагрузки. Максимальное вертикальное напряжение имеет место непосредственно под точкой приложения сосредоточенной силы и участком полосовой нагрузки. С удалением от этих мест вертикальное напряжение убывает. К сосредоточенным нагрузкам относятся транспортная техника на колесах, отдельное тяжелое оборудование и т.п., к полосовым - транспортная техника на гусеницах, любые механизмы, установленные на несущих плитах.

Усилие, воспринимаемое трубопроводом от действия наземной нагрузки, изменяется так же, как и напряжение в грунте, имея наибольшие значения в местах приложения наземных нагрузок и убывая с удалением от этих мест. В результате анализа характера изменения усилия на трубопровод вдоль его продольной оси установлено, что изменение усилия может быть выражено показательной функцией. Нами определены вид и параметры этой показательной функции, удобные для использования при исследовании напряженно-деформированного состояния трубопровода и достаточно точно описывающие зависимость усилия на трубопровод от параметров наземной нагрузки, глубины заложения и диаметра трубопровода.

Для решаемых нами задач весьма важным является уровень напряжений в трубопроводе от внутреннего давления и температурного перепада. Высокий уровень этих напряжений налагает довольно жесткие ограничения на значения напряжений, возникающих от действия наземной нагрузки. Кроме того, продольные напряжения от внутреннего давления и температурного перепада существенно влияют на значения перемещений подземного трубопровода под действием наземной нагрузки.

Напряженно-деформированное состояние подземного трубопровода в значительной степени зависит от характера и количественных параметров его взаимодействия с грунтом. В связи с этим рассмотрены модели взаимодействия подземного трубопровода с грунтом и дан анализ имеющихся работ по определению сопротивления грунта перемещениям трубопровода.

В соответствии с требованиями СНиП 2.05.06-85* «Магистральные трубопроводы» максимальные суммарные продольные напряжения в трубопроводе определяются от всех нормативных нагрузок и воздействий с учетом их поперечных и продольных перемещений. Вместе с тем отсутствуют расчетные формулы для определения продольных напряжений с учетом поперечных (прогибов) и продольных перемещений подземного трубопровода, проложенного под проездами, на участках его пересечения с дорогами и тому подобных участках действия наземных нагрузок.

В результате проведенного анализа определены основные направления исследований, необходимых для усовершенствования методов проектирования подземных трубопроводов на участках действия наземных нагрузок с учетом оценки их напряженно-деформированного состояния.

Вторая глава посвящена исследованию напряженно-деформированного состояния подземных трубопроводов под действием наземных нагрузок.

Трубопровод рассматривается как достаточно длинная гибкая балка, находящаяся под действием вертикального усилия от наземной нагрузки, изменяющихся с ростом перемещений продольного усилия и усилия отпора грунтового основания.

Задача решена с использованием дифференциального уравнения четвертого порядка изгиба трубопровода. При решении задачи учтен тот факт, что изгиб трубопровода приводит к возникновению дополнительных продольных растягивающих усилий. Суммарные продольные усилия N в равновесном состоянии трубопровода после его прогиба зависят от начального продольного усилия N0, возникающего из-за разности температур металла трубопровода при сооружении и эксплуатации, внутреннего давления перекачиваемого продукта, величины прогиба трубопровода и продольных перемещений участков, прилегающих к нагруженному участку. В зависимости от значений начального продольного усилия и прогиба трубопровода суммарные продольные усилия могут быть растягивающими, сжимающими и равными нулю. Проведены исследования всех этих возможных вариантов. Следует отметить, что в зависимости от знака суммарного продольного усилия N (растягивающего или сжимающего) расчетные формулы будут различны. Кроме того, в зависимости от соотношения между величинами N и расчетные формулы также различны. Здесь k0 – коэффициент пропорциональности при сжатии грунтового основания; D – наружный диаметр трубы; Е – модуль упругости материала трубы; J – момент инерции сечения трубы.

По результатам решения задачи получены выражения для максимального изгибающего момента М и максимального прогиба v трубопровода в виде

; (1)

, (2)

где – максимальное значение распределенного усилия, возникающего в результате действия наземной нагрузки и действующего на единицу длины трубопровода;

, – соответственно безразмерные параметры изгибающего момента и прогиба, определяемые в зависимости от нагрузок, действующих на трубопровод, геометрических характеристик трубопровода и свойств грунта;

а – параметр, определяемый в зависимости от глубины заложения трубопровода и параметров наземной нагрузки и имеющий размерность, обратную единице длины.

Для определения значений и а при сосредоточенной и полосовой наземных нагрузках в работе представлены расчетные формулы.

Параметры, в зависимости от знака продольного усилия N и соотношения между N и определяются по разным формулам. По результатам решения задач получены формулы для определения параметров и. Так, например, для случая действия продольных сжимающих усилий
N < выражения для определения параметров и имеют вид

; (3)

, (4)

где, – соответственно безразмерные параметры продольного усилия на изогнутом участке и сопротивления грунтового основания поперечным перемещениям трубопровода, определяемые по формулам

, (5)

. (6)

В работе зависимости между параметрами,, и представлены в виде графиков. Один из графиков представлен на рисунке 1.

Полученные аналитические зависимости позволяют анализировать влияние исходных данных по нагрузкам и параметрам укладки трубопровода на перемещения и изгибающий момент, а также определять уровень напряжений в трубопроводе, находящемся под действием наземной нагрузки.

Анализ показал, что на напряжения и прогиб трубопровода при конкретно заданной наземной нагрузке существенное влияние оказывает коэффициент пропорциональности k0 при сжатии грунтового основания под трубопроводом. На уровень напряжения и прогиба трубопровода влияет также продольное усилие.

Расчеты показали, что дополнительные напряжения изгиба от действия наземных нагрузок значительно повышают уровень суммарных продольных напряжений, в ряде случаев превышающих нормативные. Такие случаи наиболее характерны для трубопроводов, уложенных в слабонесущих грунтах.

Подземные трубопроводы укладывают с изгибом по рельефу местности. Укладка трубопровода в грунт параллельно рельефу местности, как известно, чаще всего осуществляется при сооружении трубопроводов небольших диаметров.

Рисунок 1 – Зависимости между параметрами и k при различных

и действии суммарных продольных сжимающих усилий

N <

Анализ показывает, что на вогнутых участках под действием наземной нагрузки на проездах через подземные трубопроводы происходит повышенный прогиб по сравнению с прямолинейными участками. Проведена оценка напряженно-деформированного состояния упругоискривленных вогнутых участков подземных трубопроводов, находящихся под действием наземных нагрузок. Рассмотрены все возможные варианты по знаку продольных усилий (растягивающих или сжимающих) на изогнутом участке и величине этих усилий по сравнению с величиной. Для каждого варианта получены аналитические зависимости для определения наибольших изгибающего момента и прогиба трубопровода, которые имеют вид (1) и (2). Параметры и для каждого варианта определяются по своим формулам. Так, например, для случая действия на изогнутом участке продольного растягивающего усилия N = и при наличии начального упругого искривления параметры и определяются по формулам

, (7)

, (8)

где – параметр начального упругого изгиба трубопровода по рельефу местности, определяемый по формуле

; (9)

– параметр, определяемый в зависимости от закономерности изменения начальной кривизны трубопровода на расчетном участке по расчетной формуле, представленной в работе;

– минимальный радиус начального упругого изгиба трубопровода.

В работе зависимости параметров и от представлены в виде графиков. Один из графиков приведен на рисунке 2, где и
N >.

Анализ показал, что наличие начальной кривизны приводит к увеличению параметров,, напряжений и прогиба трубопровода по сравнению с прямолинейными участками. Напряжения изгиба от действия наземной нагрузки на криволинейных участках при нормативных значениях в ряде случаев достигают 50 МПа и более.

При этом влияние начальной кривизны на уровень напряженно-деформированного состояния трубопровода зависит от значений продольного усилия N и сопротивления грунтового основания прогибу трубопровода, равного.

– k = 0,001 – k = 0,01

Рисунок 2 – Зависимости параметра от при различных, k

и действии продольных растягивающих усилий

В случае больших значений сопротивления грунтового основания прогибу трубопровода наличие начальной кривизны повышает напряжения и прогиб в меньшей степени, чем в слабонесущих грунтах, а наличие продольных растягивающих усилий уменьшает влияние начальной кривизны на напряжения и прогиб. Наличие же продольных сжимающих усилий на изогнутом участке приводит к росту влияния начальной кривизны на напряжения и прогиб трубопровода.

Представляет интерес рассмотрение напряженно-деформированного состояния подземного трубопровода при малой глубине его заложения. При малой глубине заложения трубопровода можно считать, что наземная нагрузка непосредственно передается трубопроводу. Такое предположение относится также к свежезасыпанным участкам трубопроводов и к трубопроводам, проложенным в слабых грунтах, когда грунтовая засыпка не снижает усилие на трубопровод от наземной нагрузки. По результатам анализа характера распределения напряжения в грунте можно заключить, что при глубинах заложения трубопровода до его верхней образующей Нв 0,1в (в – половина ширины полосовой нагрузки по продольной оси трубопровода) в случаях полосовой наземной нагрузки для практических расчетов можно принять распределенное усилие на трубопровод постоянным, равным q0 и действующим на участке шириной 2в. При этом значение q0 = рD, где р – интенсивность наземной полосовой нагрузки.

Анализ напряженно-деформированного состояния трубопровода при малой глубине заложения позволяет найти максимально возможные прогиб и напряжения изгиба в трубопроводе, воспринимающем наземную нагрузку полностью без ее снижения грунтовой засыпкой над трубопроводом. В работе рассмотрены действия наземных сосредоточенной и полосовой нагрузок при возможных вариантах по продольным усилиям. В результате получены аналитические зависимости напряжений изгиба и прогиба трубопровода от наземных нагрузок для прямолинейных участков и участков с начальным упругим изгибом трубопровода.

Наибольшие напряжения и прогиб трубопровода при малой глубине его заложения и действии сосредоточенной наземной нагрузки возникают в сечении приложения наземной нагрузки. При действии наземной полосовой нагрузки в зависимости от силы сопротивления грунтового основания перемещениям трубопровода, ширины полосовой наземной нагрузки по продольной оси трубопровода и геометрических характеристик трубопровода наибольшие напряжения и прогиб трубопровода могут быть в любом сечении, в том числе в середине загруженного участка трубопровода. Нами определены координаты сечения трубопровода, в котором возникают наибольшие напряжения и прогиб. Так, например, при, наибольший изгибающий момент возникает в середине загруженного участка. Исходя из этого, для трубопровода 325х9 мм и при кгс/см3, в 200 см наибольший изгибающий момент будет в середине загруженного участка. При значениях наибольший изгибающий момент для рассматриваемого варианта возникает в сечениях, удаленных от середины изогнутого участка на расстояние

. (10)

Наибольший прогиб имеет место в середине изогнутого участка при. Аналогичные соотношения для определения координат сечений, в которых имеют место наибольшие изгибающий момент и прогиб получены для всех возможных значений усилия N по знаку и величине.

Проведена оценка напряженно-деформированного состояния трубопроводов больших диаметров с отношением толщины стенки к радиусу менее 1/30 под действием равномерно распределенного на определенном участке внешнего давления, возникающего от действия наземной нагрузки. Данная схема нагружения трубопровода соответствует глубине его заложения
Нв 0,1в, действию равномерно распределенной наземной нагрузки и наличию большого упругого отпора грунта. Учтено известное положение, что в случае большого упругого отпора грунта влияние внешней нагрузки на трубопровод близко к равномерному давлению. Получены аналитические зависимости наибольшего прогиба стенки трубы, продольных напряжений и эквивалентных напряжений, учитывающих продольные и кольцевые напряжения, от параметров наземной нагрузки и геометрических характеристик труб.

Эти зависимости позволяют обоснованно разрабатывать практические мероприятия по защите подземных трубопроводов на участках действия наземной нагрузки.

В третьей главе исследованы зависимости перемещений трубопровода на участках действия наземной нагрузки от продольных усилий.

На основе закономерностей изменения продольных усилий в трубопроводе при его перемещении получены аналитические зависимости параметров изгиба от начального продольного усилия N0. Проанализированы все схемы нагружения, рассмотренные во второй главе. Вид зависимостей между начальным продольным усилием N0, параметрами и определяется характером изменения продольных усилий при изгибе трубопровода.

В работе в зависимости от начальных продольных усилий и прогиба трубопровода определены условия возникновения растягивающих и сжимающих усилий на изогнутом участке трубопровода. При действии продольных растягивающих усилий в трубопроводе до и после его изгиба (N0 и N – растягивающие усилия) зависимость между начальным продольным усилием и параметрами изгиба имеет вид

, (11)

где – параметр начального продольного усилия, определяемого в зависимости от N0, геометрических характеристик трубопровода и параметров его укладки. Так, например, при укладке трубопровода в грунтах с достаточной несущей способностью и глубине заложения формула для определения имеет вид ; (12)

z – параметр, определяемый в зависимости от исходных параметров наземной нагрузки, геометрических характеристик труб и физико-механических характеристик грунта.

Для варианта с начальным сжимающим усилием N0 и растягивающим усилием N на изогнутом участке

. (13)

В случае равенства нулю начального продольного усилия N0 получена зависимость

. (14)

Если начальное продольное усилие N0 и продольное усилие на изогнутом участке N сжимающие, то зависимость между начальным продольным усилием и параметрами изгиба имеет вид

. (15)

При начальном сжимающем усилии N0 и равенстве нулю N имеем

. (16)

Полученные зависимости (11) – (16) позволяют, используя исходные данные о подземном трубопроводе, наземной нагрузке, начальном продольном усилии найти параметры и, а по вычисленному значению найти. Установленные параметры, и, в свою очередь, позволяют найти продольное усилие на изогнутом участке трубопровода, изгибающий момент и прогиб в зависимости от параметров прокладки, начального продольного усилия и наземной нагрузки.

Четвертая глава посвящена разработке методов проектирования трубопроводов, находящихся под действием наземной нагрузки.

Исследования и анализ напряженно-деформированного состояния подземных трубопроводов на участках действия наземной нагрузки позволили получить аналитические зависимости напряжений в трубопроводе и его перемещений от параметров наземной нагрузки, геометрических характеристик трубопровода, внутреннего давления и температурного перепада, параметров укладки трубопровода, физико-механических характеристик грунта. На основе полученных аналитических зависимостей разработаны методы расчета и проектирования трубопроводов на участках действия наземных нагрузок, учитывающие все воздействия и нагрузки на подземные трубопроводы, включая эксплуатационные (внутреннее давление, температурный перепад) и наземные (вес и вид наземной нагрузки), и обеспечивающие обоснованный выбор конструкций переходов подземных трубопроводов через автомобильные дороги, проезды и т.д. Порядок расчета на прочность и проектирования трубопровода следующий:

– устанавливаются исходные значения нагрузок и воздействий, геометрических характеристик трубопровода и параметров его укладки, характеристик грунта;

– вычисляются параметры, не зависящие от перемещений трубопровода;

– вычисляются изгибающий момент М, продольное усилие на изогнутом участке N, суммарные продольные напряжения и прогиб ;

– производится проверка прочности трубопровода в продольном направлении согласно строительным нормам и правилам. В случае невыполнения условий прочности принимаются конструктивные решения по снижению напряжений до нормативного уровня.

По разработанной методике проведен анализ уровня напряжений в трубопроводах различных диаметров и при действии на них усилий разного уровня от наземных нагрузок. На рисунке 3 в качестве примера представлен характер изменений напряжений изгиба в трубопроводах 325х9 мм и
529х9 мм при изменении коэффициента пропорциональности k0, глубине заложения Нв = 80 см и действии сосредоточенной наземной нагрузки различной величины (до 5,0 т).

Расчеты показали, что с увеличением значений наземной нагрузки напряжения растут. Фактически увеличение значений наземной нагрузки приводит к прямо пропорциональному росту напряжений изгиба и значительному росту суммарных продольных напряжений. Увеличение значений начального продольного растягивающего усилия (отрицательного температурного перепада) приводит к снижению напряжений изгиба, что следует объяснить сдерживающим действием растягивающих продольных усилий прогибу трубопровода. Увеличение значений начального продольного сжимающего усилия приводит к росту напряжений изгиба. К росту напряжений изгиба и прогиба трубопровода под действием наземной нагрузки приводит также уменьшение радиуса упругого изгиба трубопровода по рельефу местности при его сооружении.

На основе расчетов по полученным нами формулам и анализа их результатов установлено количественное влияние исходных данных и принимаемых мер на уровень напряжений в трубопроводе. Так, например, в среднем увеличение глубины заложения от 60 до 80 см снижает напряжение в
1,2 раза, а увеличение глубины заложения от 100 до 120 см приводит к уменьшению напряжений в 1,1 раза.

– 3259 мм; – 5299 мм

1 – q0 = 15 ; 2 – q0 = 10 ; 3 – q0 = 7,5 ; 4 – q0 = 5

Рисунок 3 – Зависимость напряжений изгиба и от коэффициента

пропорциональности k0

Эффективным мероприятием для снижения напряжений изгиба является размещение наземных нагрузок на несущих плитах с получением при этом полосовой наземной нагрузки взамен сосредоточенной. Так, например, размещение тяжелого оборудования или механизма на несущих плитах размерами 3х3 м позволяет снизить напряжения изгиба в трубопроводе в 1,4 раза и более. Можно также отметить, что трубопроводы малых диаметров более чувствительны к действию наземных нагрузок в части их изгиба.

Разработанная методика расчета на прочность и проектирования подземных трубопроводов на участках влияния наземных нагрузок позволила оценить их прочность и исследовать влияние параметров прокладки, наземных нагрузок и условий эксплуатации на прочность трубопровода. Установление влияния указанных параметров на прочность подземного трубопровода позволяет принимать такие конструктивные решения на участках действия наземных нагрузок, при которых напряжения не превысят нормативные значения.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. На основании результатов анализа условий сооружения и эксплуатации подземных трубопроводов на участках действия наземной нагрузки показана необходимость усовершенствования методов их проектирования. Выявлено, что в результате антропогенной деятельности и изменения ситуации в местах прокладки подземных трубопроводов возникают значительные дополнительные нагрузки на них от транспортной техники и тяжелого наземного оборудования. В связи с этим определена необходимость исследования напряженно-деформированного состояния подземных трубопроводов, проложенных на участках действия наземных нагрузок, и разработки мероприятий по снижению напряжений.

2. На основании исследования напряженно-деформированного состояния подземных трубопроводов на участках действия наземных нагрузок установлены условия деформирования в грунте трубопроводов под действием наземных нагрузок. Получены основные критериальные соотношения для оценки напряжений и деформаций трубопровода.

3. Получены аналитические зависимости напряжений в трубопроводе от конструктивных параметров его прокладки, характеристик грунта, нагрузок и воздействий. Установлено, что параметры прокладки трубопроводов на участках действия наземных нагрузок в ряде случаев не обеспечивают нормативных требований по уровню напряжений.

4. На основе проведенных исследований зависимостей продольных напряжений и прогиба трубопровода от нагрузок и конструктивных решений разработаны усовершенствованные методы расчета на прочность и проектирования подземных трубопроводов на участках действия наземных нагрузок, обеспечивающие снижение напряжений в трубопроводе до нормативного уровня.

Основные результаты работы опубликованы в следующих научных трудах:

  1. Дудников Ю.В. Влияние наземных нагрузок на напряженно-деформированное состояние подземного трубопровода // Межотраслевой журнал для главных специалистов предприятий «Химическая техника». – М.: Информ.-изд. центр «КЖТ», 2006. – № 9. – С. 42-43.
  2. Дудников Ю.В., Азметов Х.А. К расчету на прочность подземного трубопровода, находящегося под действием наземной нагрузки // Энергоэффективность. Проблемы и решения. Тез. докл. научн.-практ. конф. 24 октября 2006 г. в рамках VI Российского энергетического форума. – Уфа, 2006.
    С. 127-129.
  3. Азметов Х.А., Дудников Ю.В. Расчет на прочность подземного трубопровода, находящегося под действием наземной нагрузки // Проблемы качества и безопасности в нефтегазохимическом комплексе: Сб. научн.-техн. статей Салават: Салаватнефтемаш, 2006. С. 57-61.

4. Дудников Ю.В., Азметов Х.А. Анализ напряженного состояния подземного трубопровода под действием наземной нагрузки // НТЖ «Нефтегазовое дело». – Уфа: УГНТУ, 2006. – Т. 4. № 1. – С. 149-151.

5. Гумеров А.Г., Гумеров Р.С., Дудников Ю.В., Павлова З.Х.,
Азметов Х.А. Методика расчета на прочность подземного трубопровода при действии наземной нагрузки // НТЖ «Горные ведомости». – Тюмень: Изд-во ОАО «СибНАЦ», 2007. – С. 28-32.

6. Гумеров А.Г., Азметов Х.А., Дудников Ю.В. Анализ действия наземных нагрузок на подземный трубопровод // НТЖ «Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов» / ИПТЭР. – Уфа, 2007.
№ 1(67). С. 44-48.

7. Гумеров А.Г., Азметов Х.А., Дудников Ю.В. Напряженно-деформированное состояние подземного трубопровода под действием наземной нагрузки // Научн. и общ.-полит. журнал «Вестник» Академии наук РБ. – Уфа: Изд-во «Гилем», 2007. – Т. 12. № 1. – С. 5-10.

8. Гумеров А.Г., Дудников Ю.В., Азметов Х.А. Надежность и безопасность подземных трубопроводов на участках действия наземных нагрузок // Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа. Матер. научн.-практ. конф. 22 мая
2007 г. в рамках VII Конгресса нефтегазопромышленников России. – Уфа, 2007. – С. 9-10.



 
Похожие работы:

«Колесникович Виктор Павлович ГЕОЭКОЛОГИЧЕСК ИЙ АНАЛИЗ ТУРИСТСКО-РЕКРЕАЦИОННОГО ПОТЕНЦИАЛА БЕЛОРУССКОГО ПОЛЕСЬЯ 25.00.36 - геоэкология Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук Москва, 2009 Диссертационная работа выполнена на кафедре общей физической географии и охраны природы Московского государственного областного университета Научный руководитель: доктор географических наук, профессор Л.И. Егоренков Официальные оппоненты: доктор...»

«ВОЛКОВИЧ Егор Валерьевич РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ КРУПНОМАСШТАБНЫХ ПЛАНОВ СЛОЖНЫХ ИНЖЕНЕРНЫХ СООРУЖЕНИЙ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ НАЗЕМНОЙ ЛАЗЕРНОЙ СЪЕМКИ Специальность 25.00.35 – Геоинформатика Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва 2007 Работа выполнена на кафедре Вычислительной техники и автоматизированной обработки аэрокосмической информации Московского государственного университета геодезии и картографии Научный...»

«Акимов Олег Валерьевич СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТехнологиЙ глуш е ния скважин при интенсификации разработки низк о проницаемых терриге н ных коллекторов Специальность 25.00.17 - Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук Уфа - 2011 Работа выполнена в ООО РН-Юганскнефтегаз и Уфимском государственном нефтяном техническом университете. Научный руководитель доктор технических наук, профессор...»

«Белкин Алексей Павлович Моделирование вибросостояния и прогнозирование остаточного ресурса электродвигателей магистральных насосных агрегатов Специальность 25.00.19 - Строительство и эксплуатация нефтегазопроводов, баз и хранилищ Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Уфа 2010 Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Тюменский государственный...»

«Густинович Александр Владимирович Разработка автоматизированной технологии предварительной обработки бланковой информации специальность 25.00.35 Геоинформатика Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва 2006 Работа выполнена в Московском Государственном Университете Геодезии и Картографии (МИИГАиК) на кафедре прикладной экологии Научный руководитель доктор технических наук, профессор Малинников Василий Александрович Официальные...»

«Монахова Мария Александровна МЕТОДЫ ПРИМЕНЕНИЯ СПУТНИКОВОЙ СИСТЕМЫ (ПРОЕКТ МОСКВА) ДЛЯ ГЕОДЕЗИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ КАДАСТРА ОБЪЕКТОВ НЕДВИЖИМОСТИ Специальность 25.00.32 – Геодезия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук МОСКВА 2007 Работа выполнена на кафедре Астрономии и космической геодезии Московского государственного университета геодезии и картографии (МИИГАиК). Научный руководитель: кандидат технических наук, проф. Краснорылов Игорь...»

«БЕЛКИН Владимир Викторович ТЕХНОГЕННАЯ ТРАНСФОРМАЦИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СРЕДЫ ВЕРХНЕКАМСКОГО СОЛЕНОСНОГО БАССЕЙНА Специальность 25.00.36 – Геоэкология А В Т О Р Е Ф Е Р А Т диссертации на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук Екатеринбург – 2010 Работа выполнена в Березниковском филиале Пермского государственного технического университета. Научный консультант: доктор геолого-минералогических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ Грязнов Олег...»

«СИНЬКОВА ЕленаАлексеевна РАЦИОНАЛЬНЫЕ СПОСОБЫСАНИРОВАНИЯ ОЧАГОВ ТЕХНОГЕННОГОЗАГРЯЗНЕНИЯ УГЛЕВОДОРОДНЫМИ СОЕДИНЕНИЯМИ Специальность 25.00.36–Геоэкология Автореферат диссертации на соисканиеученой степени кандидата техническихнаук Санкт-Петербург 2006 Работа выполнена вГосударственном образовательномучреждении высшего профессиональногообразования Санкт-Петербургскомгосударственном горном институте имениГ.В. Плеханова (техническомуниверситете) Научныйруководитель: Заслуженный...»

«Гибков Евгений Викторович ЭКОЛОГО-ГЕОГРАФИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ И ОЦЕНКА ГИДРОЭКОЛОГИЧЕСКОГО РИСКА НА ТЕРРИТОРИИ ВОСТОЧНОГО ДОНБАССА В СВЯЗИ С РЕСТРУКТУРИЗАЦИЕЙ УГОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ специальность 25.00.36 – Геоэкология Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук Ростов-на-Дону 2011 Работа выполнена на кафедре геоэкологии и прикладной геохимии ФГАОУ ВПО Южный федеральный университет Научный руководитель: доктор геолого-минералогических наук,...»

«Саранча МихаилАлександрович РЕКРЕАЦИОННЫЙ ПОТЕНЦИАЛУДМУРТСКОЙ РЕСПУБЛИКИ:ГЕОГРАФИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ И ОЦЕНКА Специальность 25.00.24–Экономическая, социальная иполитическая география АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соисканиеученой степени кандидатагеографических наук Пермь – 2006 Диссертация выполнена накафедре физической географии иландшафтной экологии ГОУ ВПО Удмуртскийгосударственный университет Научныйруководитель: доктор географическихнаук, профессор Иван Иванович Рысин...»

«БОРОВКО Ирина Владимировна Математическое моделирование динамики внетропической стратосферы и взаимодействия стратосферы с тропосферой Специальность 25.00.29. – Физика атмосферы и гидросферы Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Новосибирск-2011 Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте вычислительной математики и математической геофизики Сибирского отделения РАН Научный руководитель: доктор...»

«Кривов Александр Васильевич Эколого-хозяйственный баланс и устойчивое развитие локальной территории (на примере Торбеевского района Республики Мордовия) 25.00.36 – геоэкология Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук Москва - 2009 Работа выполнена на кафедре физической географии и туризма Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Мордовский государственный университет им.Н.П.Огарева Научный...»

«Кудинов Владимир Владиславович ПРОГНОЗ ВЛИЯНИЯ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫХ РАБОТ НА НЕФТЬ И ГАЗ НА ГЕОЛОГИЧЕСКУЮ СРЕДУ ЮЖНОЙ ЧАСТИ ВОЛГО-АХТУБИНСКОЙ ПОЙМЫ Специальность 25.00.36 – геоэкология АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук Ростов-на-Дону, 2006 Работа выполнена в Астраханском государственном техническом университете на кафедре геологии нефти и газа Научный руководитель: доктор геолого-минералогических наук, профессор Воронин...»

«КАРАПЕТЯН Эдуард Алексанович ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ВЫЕМКИ БОКСИТОВ ПРИ РАЗРАБОТКЕ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ОТКРЫТЫМ СПОСОБОМ В СЛОЖНЫХ ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ (На примере Вежаю-Ворыквинского месторождения) Специальность 25.00.22 – Геотехнология (подземная, открытая и строительная) Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Екатеринбург – 2009 Работа выполнена в ГОУ ВПО Уральский государственный горный университет на кафедрах: Разработка...»

«БАКРАЕВ МУБАРИК МОВЛАЕВИЧ РАЗРАБОТКА СОВМЕЩЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПОВЫШЕНИЯ НЕФТЕОТДАЧИ ПЛАСТА И СОЗДАНИЯ ПОДЗЕМНОГО ХРАНИЛИЩА ГАЗА Специальность 25.00.17 – Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Уфа - 2009 Работа выполнена в Грозненском государственном нефтяном институте им. академика М.Д.Миллионщикова. Научный руководитель кандидат технических наук, доцент Дегтярев Николай...»

«ЛИНУЖС Андрис СНИЖЕНИЕ ТЕХНОГЕННОЙНАГРУЗКИ НА ГРУНТЫ ПРИ ТРАНСПОРТИРОВКЕ ИХРАНЕНИИ НЕФТЕПРОДУКТОВ НА ОСНОВЕИСПОЛЬЗОВАНИЯ КОМПЛЕКСА ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХИ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ Специальность 25.00.36 -Геоэкология Автореферат Диссертации на соисканиеученой степени кандидата техническихнаук Санкт–Петербург 2006 Работа выполнена вГосударственном образовательномучреждении высшего профессиональногообразования Санкт-Петербургскомгосударственном горном институте имениГ.В....»

«Афанасьев Ахнаф Васильевич РАЗРАБОТКА И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ РЕМОНТА СКВАЖИН В УСЛОВИЯХ ЦИКЛИЧНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПОДЗЕМНЫХ ХРАНИЛИЩ ГАЗА Специальность 25.00.17 – Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Уфа 2007 Работа выполнена в Тюменском государственном нефтегазовом университете (ТюмГНГУ). Научный руководитель кандидат технических наук Кустышев Александр...»

«Ризаев ИгорьГеннадьевич ГЕОМОРФОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫИССЛЕДОВАНИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО ПОКРОВА НА ОСНОВЕ ЛАЗЕРНОЙАЛЬТИМЕТРИИ (НА ПРИМЕРЕ ЗАПАДНОГОКАВКАЗА) Специальность 25.00.25–геоморфология и эволюционнаягеография АВТОРЕФЕРАТ диссертации насоискание ученой степени кандидатагеографических наук Краснодар– 2010 Работа выполнена на кафедрегеоинформатики географическогофакультета Кубанского государственногоуниверситета Научный руководитель: доктор...»

«ГЛУШКОВА Елена Геннадьевна ТИПОМОРФНЫЕ ПРИЗНАКИ САМОРОДНОГО ЗОЛОТА РОССЫПНЫХ ПРОЯВЛЕНИЙ БАССЕЙНА СРЕДНЕЙ ЛЕНЫ (юго-восток Сибирской платформы) 25.00.11 – геология, поиски и разведка твердых полезных ископаемых, минерагения Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук НОВОСИБИРСК – 2009 Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте геологии алмаза и благородных металлов Сибирского отделения РАН Научный...»

«АЛЬМУХАМЕТОВА ЭЛЬВИРА МАРАТОВНА ОБРАЗОВАНИЕ ВОДОГАЗОНЕФТЯНЫХ ЭМУЛЬСИЙ В МЕХАНИЗИРОВАННЫХ СКВАЖИНАХ И ИХ РАЗДЕЛЕНИЕ В ПОВЕРХНОСТНЫХ АППАРАТАХ Специальность 25.00.17 – Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Уфа 2010 Работа выполнена в Государственном унитарном предприятии Институт проблем транспорта энергоресурсов (ГУП ИПТЭР) Научный руководитель Официальные оппоненты:...»








 
2014 www.avtoreferat.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.