Экспериментальное исследование процесса остывания нефти в подземном трубопроводе

- температурное  воздействие, вызывающее в защемленном  трубопроводе сжимающее продольное  напряжение

7. Классификация расчетных схем труб-да

Расчетные схемы трубопровода могут быть классифицированы следующим образом:

- осесимметричная  нагруженная тонкостенная оболочка,

- неосесимметрнчно нагруженная оболочка в упругой среде,

- стержень  в упругой среде,

- балка,

- балка  на упругом основании,

- балка  в жесткопластической среде,

- брус  малой кривизны,

- брус  малой кривизны в упругой среде,

- цилиндрическая  оболочка с криволинейной осью,

- жесткая  нить,

- жесткая  нить в упругой среде,

- сопряженные  цилиндрические оболочки. 

Трубопровод, при воздействии на него морозного  пучения, можно отнести к упруго искривленному участку. Кольцевые  напряжения находятся при условии, что трубопровод – прямолинейная  тонкостенная оболочка. Дополнительные продольные напряжения рассчитываются, классифицируя трубопровод как  брус малой кривизны.

В оболочке, которая может считаться тонкостенным кольцом, действует только растягивающая сила, вызывающая напряжение кольцевые напряжения «сигма 1» (изгибающий момент и поперечная сила равны нулю). Брус или стержень малой кривизны считается нагруженным продольной силой N и внешней нагрузкой с погонной силой q.Такое нагружение описывается уравнением продольно-поперечного изгиба трубопровода как стержня трубчатого сечения:

 

8. Воздействие морозного пучения  на участок трубопровода в пролете

Рассмотрим  простой случай, когда на участке  пучения длиной 2L0 грунт имеет постоянную интенсивность пучения f, концы трубопровода жестко закреплены непучинистым грунтом с двух сторон.

Предположим, что уже произошло смыкание фронта промерзания под трубопроводом. С этого момента воздействие  морозного пучения на трубопровод  заключается в смерзании на верхней  части трубы и нормальных силах  пучения на нижней части.

Морозное  пучение носит стесненный характер (трубопровод защемлен с двух сторон) и силы смерзания уравновешенны  реакциями R на концах участка.

Интенсивность нормальных сил пучения на единичном  участке длиной 1м, имеющем координату z и поперечное перемещение W(z;t), будет зависеть от вида закона пучения:

Время воздействия силы смерзания на верхней  части трубы является относительно коротким.

Изгиб трубопровода при линейном механизме  пучения:

Тогда уравнение  продольно-поперечного изгиба примет вид:

Изгибная жесткость  трубопровода равна:

А продольная сила считается по формуле:

Краевые условия (жесткое защемление трубы с двух сторон):

9. Определение высотного положения  трубопровода на участке  пучения с учетом отпора непучинистого грунта

Пучение в пролете, рассмотренное в предыдущем параграфе, дает завышенные значения дополнительного  продольного напряжения в стенке трубопровода под действием сил  морозного пучения. Это обусловлено  не принятием в расчет деформации мерзлого непучинистого грунта за пределами участка пучения. Горковенко предложил уточненную схему пучения.

      Если  для каждого участка ввести свою систему координат  , то уравнения продольно-поперечного изгиба для правой части трубопровода на каждом участке выглядят следующим образом:

      Так как длина участка  с предельным сопротивлением является неизвестной, то для нахождения однозначного решения системы требуется семнадцать условий.

      Пять  из них определяются соотношениями: 

а остальные  двенадцать находятся из условия  сопряжения геометрических и силовых  факторов на границах участков.

10. Определение дополнительных продольных напряжений в стенке трубопровода при его изгибе

Стенка  действующего прямолинейного трубопровода находится в плосконапряженном (двуосном) состоянии с кольцевыми и продольными  напряжениями, которые можно найти  по формулам:

Продольная  сила в стенке трубопровода может  быть найдена по формуле:

Изгиб трубопровода вызывает дополнительные продольные напряжения, максимальные и минимальные значения которых  равны:

Полное  продольное напряжение определяется суммой: