Деформування підземного трубопроводу в місцях локального руйнування основи

Деформування підземного трубопроводу в місцях локального руйнування основи

Запропоновано модель деформування пiдземного трубопроводу в складних геотехнiчних умовах локального руйнування грунту. Дослiджено вплив розривiв перемiщень блокiв основи на напружений стан та граничну рiвновагу труби. A model of underground pipeline strain under specific geotechnical conditions of t...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2009
Автори: Шацький, І.П., Струк, А.Б.
Формат: Стаття
Мова:Ukrainian
Опубліковано: Видавничий дім "Академперіодика" НАН України 2009
Теми:
Механіка
Онлайн доступ:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/19142
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:Деформування підземного трубопроводу в місцях локального руйнування основи / I.П. Шацький, А.Б. Струк // Доп. НАН України. — 2009. — № 12. — С. 69-74. — Бібліогр.: 4 назв. — укр.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-19142
record_format dspace
spelling Шацький, І.П.
Струк, А.Б.
2011-04-20T17:35:05Z
2011-04-20T17:35:05Z
2009
Деформування підземного трубопроводу в місцях локального руйнування основи / I.П. Шацький, А.Б. Струк // Доп. НАН України. — 2009. — № 12. — С. 69-74. — Бібліогр.: 4 назв. — укр.
1025-6415
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/19142
539.3;622.692
Запропоновано модель деформування пiдземного трубопроводу в складних геотехнiчних умовах локального руйнування грунту. Дослiджено вплив розривiв перемiщень блокiв основи на напружений стан та граничну рiвновагу труби.
A model of underground pipeline strain under specific geotechnical conditions of the ground local fracture is proposed. The influence of jumps of displacements of the body blocks on the stressed state and the limit equilibrium of the pipe is investigated.
uk
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
Механіка
Деформування підземного трубопроводу в місцях локального руйнування основи
Underground pipeline strain in areas of local fracture of the body
Article
published earlier
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
title Деформування підземного трубопроводу в місцях локального руйнування основи
spellingShingle Деформування підземного трубопроводу в місцях локального руйнування основи
Шацький, І.П.
Струк, А.Б.
Механіка
title_short Деформування підземного трубопроводу в місцях локального руйнування основи
title_full Деформування підземного трубопроводу в місцях локального руйнування основи
title_fullStr Деформування підземного трубопроводу в місцях локального руйнування основи
title_full_unstemmed Деформування підземного трубопроводу в місцях локального руйнування основи
title_sort деформування підземного трубопроводу в місцях локального руйнування основи
author Шацький, І.П.
Струк, А.Б.
author_facet Шацький, І.П.
Струк, А.Б.
topic Механіка
topic_facet Механіка
publishDate 2009
language Ukrainian
publisher Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
format Article
title_alt Underground pipeline strain in areas of local fracture of the body
description Запропоновано модель деформування пiдземного трубопроводу в складних геотехнiчних умовах локального руйнування грунту. Дослiджено вплив розривiв перемiщень блокiв основи на напружений стан та граничну рiвновагу труби. A model of underground pipeline strain under specific geotechnical conditions of the ground local fracture is proposed. The influence of jumps of displacements of the body blocks on the stressed state and the limit equilibrium of the pipe is investigated.
issn 1025-6415
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/19142
citation_txt Деформування підземного трубопроводу в місцях локального руйнування основи / I.П. Шацький, А.Б. Струк // Доп. НАН України. — 2009. — № 12. — С. 69-74. — Бібліогр.: 4 назв. — укр.
work_keys_str_mv AT šacʹkiiíp deformuvannâpídzemnogotruboprovoduvmíscâhlokalʹnogoruinuvannâosnovi
AT strukab deformuvannâpídzemnogotruboprovoduvmíscâhlokalʹnogoruinuvannâosnovi
AT šacʹkiiíp undergroundpipelinestraininareasoflocalfractureofthebody
AT strukab undergroundpipelinestraininareasoflocalfractureofthebody
first_indexed 2025-11-27T02:39:29Z
last_indexed 2025-11-27T02:39:29Z
_version_ 1850791961270681600
fulltext УДК 539.3;622.692 © 2009 I.П. Шацький, А.Б. Струк Деформування пiдземного трубопроводу в мiсцях локального руйнування основи (Представлено членом-кореспондентом НАН України Г.С. Кiтом) Запропоновано модель деформування пiдземного трубопроводу в складних геотехнiчних умовах локального руйнування грунту. Дослiджено вплив розривiв перемiщень блокiв основи на напружений стан та граничну рiвновагу труби. Нестандартнi умови експлуатацiї пiдземних трубопроводiв на дiлянках аномальної пове- дiнки основи — пiдтопленi та заболоченi територiї, карстовi порожнини або технологiчнi виробки, просiдання та сповзання грунту, зони тектонiчних розломiв, неотектонiки чи те- расоутворення, сейсмо- та селенебезпечнi райони — потребують додаткового аналiзу з су- путнiми гiдро- та iнженерно-геологiчним монiторингом та iз застосуванням реологiчних моделей механiки грунтiв. Незважаючи на рiзноманiття цих моделей [1–4], механiчне на- вантаження на трубопровiд на аномальних дiлянках важко передбачити. Для пiдвищення безпеки трубопровiдних систем, прокладених у гiрських районах, слiд розвивати iнженернi методи та моделi розрахунку напруженого стану та деформування трубопроводiв в зонах локального руйнування скелястої основи. Постановка задачi. Дослiдження проводили в геометрично та фiзично лiнiйнiй поста- новцi. Пiдземний трубопровiд моделювали нескiнченним прямолiнiйним стержнем з труб- частою поперечиною (рис. 1), який взаємодiє з корiнною породою через шар грунтової засипки, що описується лiнiйно-пружною моделлю Вiнклера. При детальнiшому розглядi питань мiцностi трубу вважали безмоментною оболонкою. Локальнi порушення цiлiсно- стi основи моделювали взаємними перемiщеннями та поворотами блокiв корiнної породи i описували розривними або кусково-диференцiйованими функцiями. При цьому нехтували армувальною дiєю труби на розтрiскану основу. Такий пiдхiд дозволяє визначати напруже- ння в трубопроводi не за розподiлом навантаження вiд грунту, яке зазвичай трудно оцiнити, а за кiнематичними параметрами перемiщень корiнної породи. Рис. 1. Схема пiдземного трубопроводу ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2009, №12 69 Для кiлькiсної реалiзацiї цiєї концепцiї сформульована крайова задача для рiвнянь рiв- новаги трубопроводу у перемiщеннях: EF d2uz dz2 − πDkτ (uz − u0z) = 0, z ∈ (−∞,∞); duz dz (±∞) = 0; GJp d2ϕz dz2 − πD3 4 kτ (ϕz − ϕ0 z) = 0, z ∈ (−∞,∞); dϕz dz (±∞) = 0; EJy d4ux dz4 +Dkn(ux − u0x) = 0, z ∈ (−∞,∞); d2ux dz2 (±∞) = 0, d3ux dz3 (±∞) = 0; EJx d4uy dz4 +Dkn(uy − u0y) = 0, z ∈ (−∞,∞); d2uy dz2 (±∞) = 0, d3uy dz3 (±∞) = 0. (1) Тут x, y, z — декартовi координати; ux, uy, uz, ϕz — перемiщення та кут закручування трубопроводу; EF , GJp, EJx, EJy — жорсткостi труби на розтяг, кручення та згин; D — зовнiшнiй дiаметр труби; kτ , kn — дотичний та нормальний коефiцiєнти постелi; u0z = ∑ k ∆zk 2 sgn(z − zk), ϕ0 z = ∑ k Θzk 2 sgn(z − zk), u0x = ∑ k ( ∆xk 2 sgn(z − zk) + Θyk 2 |z − zk| ) , u0y = ∑ k ( ∆yk 2 sgn(z − zk) + Θxk 2 |z − zk| ) ; ∆zk, ∆xk, ∆yk — взаємнi перемiщення, а Θzk, Θxk, Θyk — взаємнi повороти блокiв; zk — координати точок розривної деформацiї породи. Аналiтичний розв’язок. Аналiтичний розв’язок крайової задачi (1) побудували у кла- сi кусково-диференцiйованих функцiй uz(z) = ∑ k ∆zk 2 ( 1− exp ( − |z − zk| γz )) sgn(z − zk), ϕz(z) = ∑ k Θzk 2 ( 1− exp ( − |z − zk| γθ )) sgn(z − zk), ux(z) = ∑ k ∆xk 2 ( 1− exp ( − |z − zk| γx ) cos z − zk γx ) sgn(z − zk) + + ∑ k Θyk 2 ( |z − zk|+ γx 2 exp ( − |z − zk| γx )( cos z − zk γx − sin |z − zk| γx )) , uy(z) = ∑ k ∆yk 2 ( 1− exp ( − |z − zk| γy ) cos z − zk γy ) sgn(z − zk) + + ∑ k Θxk 2 ( |z − zk|+ γy 2 exp ( − |z − zk| γy )( cos z − zk γy − sin |z − zk| γy )) . (2) Тут γz = √ EF πDkτ ≈ √ Et kτ , γθ = √ 4GJp πD3kτ ≈ √ Gt kτ , 70 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2009, №12 γx = 4 √ 4EJx Dkn ≈ 4 √ πED2t 2kn , γy = 4 √ 4EJy Dkn ≈ 4 √ πED2t 2kn ; t — товщина стiнки труби. Iнтегральнi характеристики напруженого стану — осьове зусилля, крутний та згинальнi моменти — через кiнематичнi характеристики обчислюються за формулами: Nz = EF duz dz , Mz = GJp dϕz dz , Mx = EJx d2uy dz2 , My = EJy d2ux dz2 . Нехтуючи у тонкостiнному стержнi впливом перерiзувальних сил, для компонент тензора напружень у стiнцi труби маємо σz = Nz F + Mxy Jx + Myx Jy + νσθ − Eα∆T, σθ = p D 2t , τzθ = MzD 2Jp або σz = E ( duz dz + y d2ux dz2 + x d2uy dz2 ) + νσθ − Eα∆T, σθ = p D 2t , τzθ = GD 2 dϕz dz . (3) Тут p — внутрiшнiй тиск у трубопроводi; α — коефiцiєнт лiнiйного температурного розшире- ння, а ν — коефiцiєнт Пуассона матерiалу труби; ∆T — температурний перепад (додатний при нагрiваннi). Для аналiзу граничного стану труби використовують енергетичну концепцiю мiцностi σeq ≡ √ σ2 z − σzσθ + σ2 θ + 3τ2zθ 6 [σ], (4) де [σ] — допустиме напруження для матерiалу труби. Пiдстановкою результату (2) у спiввiдношення (3), (4) можна оцiнити вплив позашта- тних кiнематичних чинникiв на напружений та граничний стан трубопроводу, навантаже- ного внутрiшнiм тиском. Приклади. Наведемо приклад розрахунку для двох типiв розривної деформацiї основи. 1. Розрив перемiщень основи вздовж осi труби. Нехай блоки основи у початку коорди- нат розступилися вздовж осi трубопроводу на величину ∆1: z1 = 0, ∆z1 = ∆1, u0z(z) = ∆1 2 sgn z. Вважаємо, що задано тиск p в трубопроводi, а температурнi та монтажнi напруження вiд- сутнi. Тодi, за результатами (2), (3), uz(z) = ∆1 2 ( 1− exp ( − |z| γz )) sgn z; σz(z) = E ∆1 2γz exp ( − |z| γz ) + νσθ(z), σθ(z) = p D 2t , τzθ(z) = 0. 2. Поперечний розрив перемiщень. Нехай блоки основи у початку координат здiйснили взаємне змiщення ∆2 поперек осi трубопроводу, наприклад, у напрямку y. Тодi z1 = 0, ∆y1 = ∆2, u0y(z) = ∆2 2 sgn z. ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2009, №12 71 Рис. 2. Розподiл осьових перемiщень (м) та еквiвалентних напружень (Па) уздовж осi труби в зонi нормаль- ного розриву основи: ξ = z/D — безрозмiрна координата Розв’язок задачi має вигляд uy(z) = ∆2 2 ( 1− exp ( − |z| γy ) cos z γy ) sgn z; σz(z, y) = E ∆2y γ2y exp ( − |z| γy ) sin z γy + νσθ(z), σθ(z) = p D 2t , τzθ(z) = 0. Конкретнi числовi розрахунки проводили для пiдземного магiстрального трубопроводу, прийнявши для труби D = 1420 мм, t = 18 мм, E = 2,1 ·1011 Па, для грунту kτ = 2 МПа/м, kn = 5 МПа/м. Взаємнi перемiщення блокiв ∆1 = ∆2 = D/20 = 71 мм. Внутрiшнiй тиск приймали таким, що створює у трубi тангенцiальне напруження σθ = 300 МПа. Результати дослiдження поданi на рис. 2, 3. 72 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2009, №12 Рис. 3. Розподiл поперечних перемiщень (м) та еквiвалентних напружень (Па) уздовж осi труби в зонi поперечного розриву основи: а — верхнi; б — нижнi волокна; ξ = z/D — безрозмiрна координата Аналогiчно дослiджуються i впливи взаємних поворотiв блокiв основи на перемiщення та напруження в трубопроводi, а також деформування труби при множинному розтрiску- ваннi грунту вздовж траси. ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2009, №12 73 Таким чином, розроблена модель деформування пiдземного трубопроводу в мiсцях локального руйнування основи дозволяє оцiнити напружений та граничний стан труби за кiнематичними параметрами розтрiскування грунту. Поперечний зсув блокiв основи є небезпечнiшим проти трiщини нормального вiдриву, а напружений стан труби локалiзується в мiсцi перерiзування сильнiше, анiж у мiсцi роз- ривання. 1. Айнбиндер А. Б. Расчет магистральных и промысловых трубопроводов на прочность и устойчивость. Справ. пос. – Москва: Недра, 1992. – 287 с. 2. Бородавкин П.П. Подземные магистральные трубопроводы. Проектирование и строительство. – Моск- ва: Недра, 1982. – 384 с. 3. Мазур И.И., Иванцов О.М. Безопасность трубопроводных систем. – Москва: ИЦ “ЕЛИМА”, 2004. – 1104 с. 4. Харионовский В. В. Надежность и ресурс конструкций газопроводов. – Москва: Недра, 2000. – 467 с. Надiйшло до редакцiї 06.04.2009Iвано-Франкiвський сектор Iнституту прикладних проблем механiки i математики iм. Я.С. Пiдстригача НАН України Управлiння магiстральних газопроводiв “Прикарпаттрансгаз”, Iвано-Франкiвськ I. P. Shatsky, A. B. Struk Underground pipeline strain in areas of local fracture of the body A model of underground pipeline strain under specific geotechnical conditions of the ground local fracture is proposed. The influence of jumps of displacements of the body blocks on the stressed state and the limit equilibrium of the pipe is investigated. 74 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2009, №12

Схожі ресурси