Навігація
Головна
ПОСЛУГИ
Авторизація/Реєстрація
Реклама на сайті
 
Головна arrow Природознавство arrow Прогнозування сейсмостійкості споруд під час вибухів циліндричних зарядів
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >

Застосування методу скінчених елементів для моделювання взаємодії сейсмовибухових хвиль з охоронними об'єктами

Математична постановка задачі про динамічну взаємодію сейсмовибухових хвиль з підземним трубопроводом у шаруватому ґрунтовому середовищі

Підземні трубопроводи (газопроводи) перевіряються на міцність у поздовжньому напрямку. При цьому використовується метод граничних станів, сутність якого полягає в тому, що розглядається такий напружений стан трубопроводу, при якому подальша його експлуатація неможлива.

При розрахунку (перевірці) міцності трубопроводу враховуються такі навантаження і впливи:

1. Навантаження і впливи, що виникають при спорудженні, випробуванні та експлуатації трубопроводу. Вони виражаються через поздовжні осьові напруження в МПа.

2. Навантаження від впливу сейсмічних сил. Це напруження, спрямовані уздовж поздовжньої осі трубопроводу,, МПа.

До першої групи навантажень і впливів відносяться: робочий (нормативний) тиск продукту, що транспортується; температурний перепад у металі стінок труби, який визначається як різниця між максимально або мінімально можливою температурою стінок при експлуатації і найменшою або найбільшою температурою, при якій фіксується розрахункова схема трубопроводу. До цієї групи відносяться навантаження і впливи, пов'язані з опадами і обжиманням ґрунту, зсувами, деформаціями земної поверхні в результаті гірничих робіт.

До другої групи навантажень і впливів відносяться сейсмічні сили, викликані землетрусами або вибуховими роботами. У цій роботі досліджується і враховуються сейсмічні дії, які можуть бути викликані масовими вибухами в Кощіївському кар'єрі при його експлуатації.

Ступінь пошкодження трубопроводу внаслідок дії сейсмічних хвиль залежить від цілого ряду чинників: сили сейсмічної дії і напрямку поширення сейсмічних хвиль, геологічних і гідрогеологічних умов експлуатаційно- технологічних навантажень і впливів, конструкції трубопроводу і його стиків, характеристик матеріалу труб, ступеня зношеності трубопроводу. У роботі [168] відзначається, що нерідкі випадки, коли старі трубопроводи виходять з ладу при дуже слабких сейсмічних діях і часто дуже важко встановити, що ж послужило причиною аварії – їх зношеність (корозійне пошкодження) або сейсмічна дія. Останнє може бути тією "останньою краплею", яка прискорює настання аварії.

Ґрунти, що оточують підземні трубопроводи, є не тільки джерелом сейсмічної дії, а й беруть участь у коливальному процесі і деформуванні спільно з самим трубопроводом. Від властивостей грунту істотно залежить інтенсивність струсу й особливість розвитку коливального процесу в системі "трубопровід – Грунт". Залежно від щільності і однорідності оточуючого трубопровід Грунтового середовища, ступеня обводнення ґрунтів будуть різними інтенсивність прояву вибухів, спектральний склад сейсмічних коливань і механізм взаємодії трубопроводу з грунтовим середовищем. Якщо трубопровід, пов'язаний з Грунтом, втягується в коливальний процес, то Грунт передає зусилля трубопроводу з деяким проковзуванням.

Таким чином, відносні зміщення у грунтовому середовищібудуть більші, ніж відносні зміщення трубопроводу, тобто, де- коефіцієнт менше одиниці.

Сейсмічна хвиля, швидкість розповсюдження якої в трубопроводі більше, ніж у Грунті, досягне по трубопроводу ділянок, ще не залучених у коливальний процес. На цих ділянках сам трубопровід буде генератором коливань, а Грунт у даному випадку буде грати роль демпфуючої подушки. Генераторами коливань можуть бути також споруди або трубопроводи іншого напряму, до яких підключено розглянутий трубопровід.

При розрахунках слід розглядати коливання системи "трубопровід – грунт", динамічні характеристики якої будуть відрізнятися від динамічних характеристик трубопроводу, умовно виділеного з ґрунтової середовища.

Таким чином, можливі дві схеми роботи підземного трубопроводу при поширенні сейсмічної хвилі уздовж його поздовжньої осі [169]:

I - трубопровід, занурений у ґрунт, залучений у коливальний процес; додаткові зусилля в трубопроводі викликаються напруженим станом ґрунтової середовища;

II - трубопровід, занурений у ґрунтове середовище, що перешкоджає коливальному процесу.

Граничний стан магістрального підземного сталевого газопроводу ДККР буде характеризуватися нерівністю [ 170]

(6.1)

де – найбільші можливі напруження в трубопроводі від розрахункових експлуатаційних навантажень і впливів, МПа;

– найбільше можливе напруження в трубопроводі від сейсмовибухових впливів, МПа;

– коефіцієнт враховує двоосний напружений стан металу труби, при розтягуючих осьових поздовжніх напруженнях, що відповідає значенню максимального позитивного температурного перепаду, тобто умовам роботи розглянутого трубопроводу, що дорівнює одиниці;

– розрахунковий опір металу труби (МПа), що визначається за формулою

(6.2)

де – нормативний опір розтягуванню металу труби і зварних з'єднань (для марки стали 17 ГС МПа);

т – коефіцієнт умов роботи газопроводу ДККР;

– коефіцієнт надійності по металу;

– коефіцієнт надійності за призначенням трубопроводу.

Поздовжні осьові напруження визначаються згідно розрахункових навантажень і впливів з урахуванням пружно-пластичної роботи металу при експлуатації газопроводу. Для підземних газопроводів при відсутності просідання і пучення ґрунту вони визначаються за формулою

(6.3)

де- коефіцієнт лінійного розширення металу труби, град (0,000012);

Е – змінний параметр пружності (МПа), який визначається за формулою

(6.4)

де- інтенсивність напружень, визначається через головні напруження

(6.5)

де- кільцеве напруження від розрахункового внутрішнього тиску, що визначається за формулою

(6.6)

де n – коефіцієнт надійності від навантаження внутрішнім робочим тиском у газопроводі (n = 1,2);

Р – робочий (нормативний) тиск;

– внутрішній діаметр труби;

– номінальна товщина стінки труби.

Інтенсивність деформацій визначається за інтенсивністю напружень відповідно до діаграми деформування, що розраховується за нормованої діаграмі розтягування за формулою

(6.7)

де – коефіцієнт поперечної деформації в пружній області;

– модуль пружності.

Абсолютні значення максимального позитивного температурного перепаду визначаються за формулою

(6.8)

Змінний коефіцієнт поперечної деформації сталі обчислюється за виразом

(6.9)

Як зазначалося раніше, термін експлуатації трубопроводу впливає на безперебійну його роботу. В інституті механіки і сейсмостійкості споруд АН Республіки Узбекистан проводяться дослідження в цьому напрямку і, зокрема, співробітниками цього інституту встановлено [171], що зі збільшенням терміну експлуатації трубопроводу напруження в тілі труби через корозійне зменшення її жорсткості зростають.

При хімічній агресивності навколишнього ґрунтового середовища і речовини, що транспортується в трубі, збільшення напружень у трубі через 25- 30 років становить 26-30%, а після 40-50 років – 42-52%. Отже, зростає її вразливість, особливо при додаткових навантаженнях у вигляді сейсмічних впливів.

Напруження в прямолінійних підземних магістральних газопроводах від дії сейсмічних сил, спрямованих уздовж поздовжньої осі газопроводу, визначаються за формулою

(6.10)

де- коефіцієнт защемлення газопроводу в ґрунті ();

- коефіцієнт, що враховує відповідальність газопроводу ();

- коефіцієнт повторюваності сейсмічної дії ();

- сейсмічне прискорення ґрунту , см/с2;

- модуль пружності металу, (МПа);

Т – переважаючий період сейсмічних коливань ґрунтового масиву (Т = 0,6 с);

- швидкість поширення об'ємної сейсмічної хвилі вздовж поздовжньої осі

газопроводу (см / с).

В остаточному вигляді граничний стан магістрального підземного сталевого газопроводу ДККР характеризується нерівністю

(6.11)

Ґрунт моделюється твердим пористим багатокомпонентнім в'язко – пластичним середовищем зі змінним коефіцієнтом в'язкості (2.16) – (2.22).

 
Якщо Ви помітили помилку в тексті позначте слово та натисніть Shift + Enter
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >
 
Дисципліни
Агропромисловість
Банківська справа
БЖД
Бухоблік та Аудит
Географія
Документознавство
Екологія
Економіка
Етика та Естетика
Журналістика
Інвестування
Інформатика
Історія
Культурологія
Література
Логіка
Логістика
Маркетинг
Медицина
Менеджмент
Нерухомість
Педагогіка
Політологія
Політекономія
Право
Природознавство
Психологія
Релігієзнавство
Риторика
РПС
Соціологія
Статистика
Страхова справа
Техніка
Товарознавство
Туризм
Філософія
Фінанси