Расчет на прочность трубопроводов

1. ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ

1.1. Для трубопроводов следует применять трубы и соединительные детали, отвечающие требованиям государственных стандартов и технических условий, утвержденных в установленном порядке, что должно быть подтверждено сопроводительным документом (паспортом или сертификатом). При отсутствии указанного документа соответствие труб и соединительных деталей требованиям государственных стандартов или технических условий должно быть подтверждено испытанием их образцов в объеме, определяемом нормативными документами на соответствующие трубопроводы.

1.2. Расчет трубопроводов на прочность производится по методу предельных состояний и включает определение толщин стенок труб, тройников, переходов, отводов и заглушек, определение допустимых пролетов трубопроводов, проведение поверочного расчета принятого конструктивного решения трубопровода.

1.3. Поверочный расчет трубопроводов следует производить на неблагоприятные сочетания нагрузок и воздействий для конкретно принятого конструктивного решения с оценкой прочности и устойчивости продольных и поперечных сечений рассматриваемого трубопровода.

1.4. Буквенные обозначения величин в формулах, приведенных в настоящих нормах указаны в обязательном приложении 1.

2. НАГРУЗКИ И ВОЗДЕЙСТВИЯ

2.1. Расчет трубопроводов на прочность следует выполнять с учетом нагрузок и воздействий, возникающих при их сооружении, испытании и эксплуатации.

Расчетные нагрузки, воздействия и их возможные сочетания необходимо принимать в соответствии с требованиями СНиП 2.01 .07-85 .

2.3. Нормативные нагрузки от собственного веса трубопровода, арматуры и обустройств изоляции, от веса и давления грунта необходимо принимать в соответствии с требованиями СНиП 2.01.07-85.

2.4. Нормативное значение воздействия от предварительного напряжения трубопровода (упругий изгиб по заданному профилю, предварительная растяжка компенсаторов при надземной прокладке и др.) надлежит определять по принятому конструктивному решению трубопровода.

2.6. Нормативную нагрузку от веса транспортируемой среды на единицу длины трубопровода следует определять по формулам:

для жидкой среды

для газообразной среды

2.7. Нормативный температурный перепад в трубопроводе надлежит принимать равным разнице между максимально или минимально возможной температурой стенок трубопровода в процессе эксплуатации и наименьшей или наибольшей температурой, при которой фиксируется расчетная схема трубопровода.

2.8. Нормативную снеговую нагрузку на единицу длины горизонтальной проекции надземного трубопровода n _sn надлежит определять по формуле

Расчет на прочность труб “КОРСИС”, “КОРСИС ПЛЮС” и гладких ПЭ труб.

На сайте представлена демо-версия программы “Статический расчёт на прочность безнапорных канализационных трубопроводов….” С помощью представленной версии программы Вы можете самостоятельно произвести рассчет на прочность безнапорных канализационных трубопроводов из труб «КОРСИС» Dn=315 мм SN 4 и SN 8.

Для выполнения рассчета Вашего трубопровода Вам необходимо заполнить небольшой опросный лист и отправить его нашим специалистам. Так же по Вашему желанию, на основании Вашего опросного листа, мы можем выполнить рассчет Вашего трубопровода с помощью немецкой лицензионной программы ATV 127.

Статический расчет ATV 127 основан на стандарте ATV-DVWK-A 127 “Статические расчеты для канализационных каналов и трубопроводов“, разработанном рабочей группой экспертной комиссии германского объединения по проблемам водного хозяйства, сточных вод. Третье издание оказалось полезным для статической оценки подземных канализационных каналов и трубопроводов и нашло международное признание.

Вследствие появления новых знаний в области статики труб (испытания, сравнение с методом конечных элементов, европейская стандартизация и т.д.), а также ввиду разработки новых трубопроводных конструкций (например, труб с профилированной стенкой), появилась необходимость доработки различных разделов инструкций, обобщенных в данном, третьем издании нормативной документации стандарта ATV-DVWK-А 127.

Данный расчет учитывает наиболее полный ряд коэффициентов и нагрузок, действующих на трубу в процессе её эксплуатации (распределение нагрузок, распределение давления по периметру трубы, поперечная сила, напряжение и прочие).

Специалисты нашего отдела на основании заполненного опросного листа готовы произвести данный расчет для Вашего трубопровода абсолютно БЕСПЛАТНО.

Вместе с тем напоминаем Вам, что данный стандарт – важный, но не единственный источник сведений, необходимых для принятия квалифицированного решения и носит рекомендательный характер.

Описание работы программы для статического расчёта на прочность безнапорных канализационных трубопроводов из труб «КОРСИС», «КОРСИС ПЛЮС» и гладких ПЭ труб по ГОСТ 18599-2001 согласно методике, представленной в СП 40-102-2000 (Приложение Д).

Основная часть программы находится на листе «Расчёт» состоит из трёх основных разделов:
1. Исходные данные.
Поля для ввода исходных данных отмечены зелёным цветом. Ввод данных производится в соответствующие ячейки в столбце «Значение» в указанных справа единицах измерения.
2. Прочностной расчёт.
Поля расчётной части программы отмечены синим цветом. Результат вычислений отображается в соответствующих ячейках в столбце «Значение» в соответствующих единицах измерения.
3. Результаты расчёта.
Отображаются в трёх нижних ячейках, отмеченных светло-коричневым цветом, и несут информацию о пригодности к применению выбранной трубы для выбранных условий прокладки.
На остальных листах располагаются таблицы с исходными данными, а также дополнительными расчётами отдельных величин, результаты которых
автоматически передаются в основное тело программы, не требуя повторного ввода. Названия листов соответствуют названиям разделов исходных данных или конкретных расчётных величин.

В столбце «Значение» в некоторых ячейках имеются всплывающие примечания, содержащие информацию о том, каким образом производится ввод или расчёт данной величины, или же содержащие рекомендации по дальнейшему ведению расчётов. Такие ячейки отмечены красным треугольником в правом верхнем углу. Для появления всплывающего комментария необходимо навести курсор на данную ячейку.

В ячейках, отмеченных синим цветом на любом из листов программы, содержатся математические и логические формулы, изменение которых неизбежно приведёт к некорректной работе программы. Поэтому настоятельно НЕ рекомендуется вносить изменения в данные формулы, а
также удалять их или вводить вместо них числовые или любые другие значения.

В ячейки, отмеченные зелёным цветом, рекомендуется вносить только те исходные данные, которые содержатся в таблицах на соответствующих
листах. Исключением является лист с характеристиками грунта засыпки, т.к. наиболее объективными в этом случае являются данные полученные по инженерно-геологическим изысканиям и лабораторным или полевым испытаниям грунтов.

Порядок произведения расчётов:

1. Ввод исходных данных.
1.1. Раздел «Труба».
– Обращаемся к листу «Труба»
– По внутреннему диаметру, предварительно определённому гидравлическим расчётом, выбираем трубу с наименьшим классом кольцевой жёсткости (SN) или наибольшим стандартным размерным отношением (SDR)
– Заносим исходные данные по выбранной трубе в соответствующие ячейки раздела «Труба» на листе «Расчёт»
1.2. Раздел «Материал трубы».
– Обращаемся к листу «Материал трубы»
– Заносим исходные данные по выбранной трубе в соответствующие ячейки раздела «Материал трубы» на листе «Расчёт». Рекомендуется исходные данные этого раздела оставлять неизменными для более быстрого ввода данных.
1.3. Раздел «Грунт».
– Обращаемся к листу «Грунт»
– Читаем комментарии к выбору грунта засыпки и изучаем схему засыпки трубы
– За удельный вес грунта засыпки траншеи следует принять удельный вес местного грунта. Если же засыпка насыпным грунтом производится до верха траншеи, то за удельный вес грунта засыпки траншеи следует принять удельный вес насыпного грунта соответственно.
– За коэффициент уплотнения следует принять значение коэффициента уплотнения пазух траншеи (зона 3 на схеме). Значение коэффициента уплотнения рекомендуется выбирать из диапазона 0,92…0,98 в зависимости от условий прокладки и эксплуатации трубопровода
– Выбираем значение модуля деформации насыпного грунта в пазухах траншеи
– Обращаемся к листу «Расчёт»
– Вводим полученные значения удельного веса грунта и модуля деформации грунта в пазухах траншеи в соответствующие ячейки
– Вводим значение глубины заложения до верха трубопровода (определяется по проекту). При этом значение глубины заложения до оси трубопровода рассчитывается автоматически.
– Вводим значение высоты грунтовых вод над верхом трубы (определяется гидрогеологическими исследованиями на объекте). В случае, если грунтовые воды отсутствуют или их уровень ниже верха трубы, следует ввести 0.
1.4. Раздел «Коэффициенты».
– Обращаемся к листу «Коэффициенты»
– Читаем комментарии в правом столбце таблицы и выбираем соответствующие значения коэффициентов
– Заносим выбранные значения коэффициентов в соответствующие ячейки раздела «Коэффициенты» на листе «Расчёт»
ВВОД ОСНОВНЫХ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ ЗАВЕРШЁН!
2. Расчёт.
Большая часть промежуточных расчётных величин рассчитываетсяавтоматически. Исключение составляют «Нагрузка от транспорта» и «Относительное укорочение вертикального диаметра в процессе складирования и монтажа».
2.1. Расчёт нагрузки от транспорта.
– Обращаемся к листу «Нагрузка от транспорта»
– В верхней таблице с исходными данными выбираем тип предполагаемой транспортной нагрузки
– В таблице расчётов вводим число N из таблицы исходных данных, соответствующее выбранному типу транспортной нагрузки.
– Все необходимые для расчёта величины будут подсчитаны автоматически.
Полученное значение транспортной нагрузки будет передано в основную часть программы (лист «Расчёт») автоматически.
2.2. Выбор значения относительного укорочения вертикального диаметра в процессе складирования и монтажа.
– Обращаемся к листу «Относительное укорочение диаметра»
– По текущему значению кратковременной кольцевой жёсткости Go, которое передано из основной части программы на данный лист, и выбранному
значению коэффициента уплотнения Ку выбираем значение искомой величины
– Выбранное значение вводим в указанную ячейку
– Введённое значение будет передано в основную часть программы (лист «Расчёт») автоматически
2.3. Относительное укорочение вертикального диаметра трубы в грунте.
– Обращаемся к листу «Расчёт»
– Смотрим значение относительного укорочения вертикального диаметра трубы в грунте
– Если это значение меньше 0,06, то в ячейке справа появляется запись «ОК!». Это значит, что степень овализации трубы не превышает допустимой (5-6%) и труба пригодна для эксплуатации в выбранных условиях. Если же это значение больше 0,06, то в ячейке справа появляется запись « Ctrl + Enter .

СНиП 2.04.12-86. Расчет на прочность стальных трубопроводов

Строительные нормы и правила

СНиП 2.04.12-86

Расчет на прочность стальных трубопроводов

Дата введения 1 января 1987 года

РАЗРАБОТАНЫ ВНИИСТ Миннефтегазстроя (канд. техн. наук В. В. Рождественский – руководитель темы – канд. техн. наук В.П. Черний).

ПОДГОТОВЛЕНЫ К УТВЕРЖДЕНИЮ Главтехнормированием Госстроя СССР (И. В. Сессин).

УТВЕРЖДЕНЫ постановлением Государственного комитета СССР по делам строительства от 7 апреля 1986 г. № 41.

С введением в действие СНиП 2.04.12-86 “Расчет на прочность стальных трубопроводов” утрачивают силу “Указания по расчету стальных трубопроводов различного назначения” (СН 373-67).

Настоящие нормы распространяются на стальные трубопроводы (в дальнейшем – трубопроводы) различного назначения условным диаметром до 1400 мм включ., предназначенные для транспортирования жидких и газообразных сред давлением до 10 МПа (100 кгс/кв.см) и температурой от минус 70 до плюс 450 град. С включ., и устанавливают требования к расчету их на прочность.

Настоящие нормы не распространяются на магистральные и промысловые газо- и нефтепроводы, технологические и шахтные трубопроводы, на трубопроводы, работающие под вакуумом и испытывающие динамические воздействия транспортируемой среды, трубопроводы особого назначения (атомных установок, передвижных агрегатов, гидро- и пневмотранспорта и др.), а также на трубопроводы, для которых проектирование или расчет на прочность регламентируется “Правилами устройства и безопасной эксплуатации трубопроводов пара и горячей воды”, утвержденными Госгортехнадзором СССР, и другими нормативными документами, утвержденными в установленном порядке.

1. Общие указания

1.1. Для трубопроводов следует применять трубы и соединительные детали, отвечающие требованиям государственных стандартов и технических условий, утвержденных в установленном порядке, что должно быть подтверждено сопроводительным документом (паспортом или сертификатом). При отсутствии указанного документа соответствие труб и соединительных деталей требованиям государственных стандартов или технических условий должно быть подтверждено испытанием их образцов в объеме, определяемом нормативными документами на соответствующие трубопроводы.

1.2. Расчет трубопроводов на прочность производится по методу предельных состояний и включает определение толщин стенок труб, тройников, переходов, отводов и заглушек, определение допустимых пролетов трубопроводов, проведение поверочного расчета принятого конструктивного решения трубопровода.

1.3. Поверочный расчет трубопроводов следует производить на неблагоприятные сочетания нагрузок и воздействий для конкретно принятого конструктивного решения с оценкой прочности и устойчивости продольных и поперечных сечений рассматриваемого трубопровода.

1.4. Буквенные обозначения величин в формулах, приведенных в настоящих нормах, указаны в обязательном приложении 1.

2. Нагрузки и воздействия

2.1. Расчет трубопроводов на прочность следует выполнять с учетом нагрузок и воздействий, возникающих при их сооружении, испытании и эксплуатации.

Расчетные нагрузки, воздействия и их возможные сочетания необходимо принимать в соответствии с требованиями СНиП 2.01.07-85.

2.2. Коэффициенты надежности по нагрузке следует принимать по табл.1.

2.3. Нормативные нагрузки от собственного веса трубопровода, арматуры и обустройств, изоляции, от веса и давления грунта необходимо принимать в соответствии с требованиями СНиП 2.01.07-85.

2.4. Нормативное значение воздействия от предварительного напряжения трубопровода (упругий изгиб по заданному профилю, предварительная растяжка компенсаторов при надземной прокладке и др.) надлежит определять по принятому конструктивному решению трубопровода.

2.5. Нормативное значение давления транспортируемой среды устанавливается проектом.

2.6. Нормативную нагрузку от веса транспортируемой среды на единицу длины трубопровода следует определять по формулам:

для жидкой среды

для газообразной среды

2.7. Нормативный температурный перепад в трубопроводе надлежит принимать равным разнице между максимально или минимально возможной температурой стенок трубопровода в процессе эксплуатации и наименьшей или наибольшей температурой, при которой фиксируется расчетная схема трубопровода.

2.8. Нормативную снеговую нагрузку на единицу длины горизонтальной проекции надземного трубопровода надлежит определять по формуле

СНиП 2.04.12-86 Расчет на прочность стальных трубопроводов

СТРОИТЕЛЬНЫЕ НОРМЫ И ПРАВИЛА

РАСЧЕТ НА
ПРОЧНОСТЬ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ
СТРОИТЕЛЬСТВА

РАЗРАБОТАНЫ ВНИИСТ Миннефтегазстроя (канд. техн. наук В. В.
Рождественский – руководитель темы , канд. техн. наук В. П.
Черний).

ПОДГОТОВЛЕНЫ К
УТВЕРЖДЕНИЮ Главтехнормированием Госстроя СССР (И. В. Сессин).

С введением в
действие СНиП 2.04.12-86
“Расчет на прочность стальных трубопроводов”
утрачивают силу “Указания по расчету стальных трубопроводов различного
назначения” (СН 373-67).

При пользовании нормативным документом следует учитывать утвержденные изменения
строительных норм и правил и государственных стандартов, публикуемые
в журнале “Бюллетень строительной техники”, “Сборнике
изменений к строительным нормам и правилам” Госстроя СССР и информационном указателе “Государственные стандарты СССР” Госстандарта.

Обязательное. Буквенные обозначения величин

Рекомендуемое. Значения коэффициента надежности по материалу труб и
соединительных деталей, изготовляемых по ряду государственных стандартов

Рекомендуемое. Конструктивные решения соединительных деталей
трубопроводов

Обязательное. Определение пролетов надземных трубопроводов

Государственный комитет СССР по делам строительства

Строительные нормы и правила

Расчет на прочность

Настоящие нормы распространяются
на стальные трубопроводы (в дальнейшем – трубопроводы) различного назначения условным диаметром
до 1400 мм включ., предназначенные для транспортирования жидких и газообразных сред давлением до 10 МПа (100 кгс/см 2 ) и температурой
от минус 70 до плюс 450
° С
включ., и устанавливают требования к
расчету их на прочность.

Настоящие
нормы не распространяются на магистральные и
промысловые газо и нефтепроводы, технологические и
шахтные трубопроводы на трубопроводы,
работающие под вакуумом и испытывающие
динамические воздействия транспортируемой среды, трубопроводы
особого назначения (атомных установок, передвижных
агрегатов, гидро и пневмотранспорта
и др.), а также на
трубопроводы, для которых проектирование или расчет на прочность
регламентируется “Пра в илами
устройства и безопас ной
эксплуатации трубопроводов пара и горячей воды”

, утвержденными Госгортехнадзором СССР , и другими
нормативными документами, утвержденными в установленном порядке.

1. ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ

1.1. Для трубопроводов
следует применять трубы
и соединительные детали, отвечающие требованиям государственных
стандартов и технических условий, утвержденных в установленном
порядке, что должно быть подтверждено сопроводительным документом
(паспортом или сертификатом). При отсутствии указанного документа соответствие труб и
соединительных деталей требованиям государственных стандартов или технических
условий должно быть подтверждено испытанием их образцов в объеме, определяемом
нормативными документами на соответствующие трубопроводы.

1.2. Расчет трубопроводов
на прочность производится по методу предельных
состояний и включает определение толщин стенок труб,
тройников, переходов, отводов и заглушек, определение допустимых пролетов
трубопроводов, проведение поверочного расчета
принятого конструктивного решения трубопровода.

1.3. Поверочный расчет трубопроводов следует производить на неблагоприятные
сочетания нагрузок и воздействий для конкретно принятого конструктивного решения с оценкой прочности и устойчивости продольных и
поперечных сечений рассматриваемого трубопровода.

1.4. Буквенные
обозначения величин в формулах, приведенных в
настоящих нормах указаны в
обязательном приложении 1.

2. НАГРУЗКИ И ВОЗДЕЙСТВИЯ

2.1. Расчет
трубопроводов на прочность следует выполнять с учетом нагрузок
и воздействий, возникающих
при их сооружении, испытании и эксплуатации.

Расчетные
нагрузки, воздействия и их возможные сочетания
необходимо принимать в соответствии с требованиями СНиП 2.0 1 .07-85

2.3. Нормативные нагрузки от
собственного веса трубопровода, арматуры и обустройств изоляции, от веса и давления грунта
необходимо принимать в соответствии с требованиями СНиП 2.01.07-85.

2.4. Нормативное значение воздействия от предварительного
напряжения трубопровода (упругий
изгиб по заданному профилю, предварительная растяжка компенсаторов при надземной прокладке и др.) надлежит определять по принятому
конструктивному решению трубопровода.

2.5. Нормативное
значение давления транспортируемой среды устанавливается проектом.

2.6. Нормативную нагрузку от веса транспортируемой
среды на единицу длины трубопровода следует
определять по формулам:

для жидкой
среды

для газообразной среды

2.7. Нормативный температурный перепад
в трубопроводе надлежит принимать равным разнице между максимально или минимально возможной температурой стенок трубопровода в процессе эксплуатации и наименьшей
или наибольшей температурой, при которой фиксируется расчетная схема трубопровода.

2.8. Нормативную снеговую нагрузку на единицу длины
горизонтальной проекции надземного трубопровода n _sn надлежит определять
по формуле

Характеристики прочности материалов

Основной метод, позволяющий определять прочностные характеристики металлов — это испытание на статическое растяжение, без результатов которого сегодня не обходится выпуск ни одной металлопродукции.

В чем заключается исследование?

Для исследования на статическое растяжение подготавливается образец металла цилиндрической формы или в виде пластины стандартных размеров, который равномерно растягивают с неизменной скоростью. Испытание заканчивается, когда образец разрывается на две части.

Во время растяжения датчики разрывной машины фиксируют прилагаемую нагрузку и размеры образца, и воспроизводят информацию в виде диаграммы. Для материалов разных классов прочности могут требоваться разные нагрузки, поэтому разрывные машины подразделяются на три основных уровня в зависимости от максимального растягивающего усилия в 5, 10 и 40 тонн.

Диаграмма растяжения материалов

Испытание на статическое растяжение устанавливает следующие основные прочностные характеристики исследуемого материала:

• предел прочности, σв (МПа);
• предел текучести, σт (МПа);
• относительное удлинение, δ (%).

Предел прочности

Базовый параметр, о котором все слышали — это предел прочности материала. Он представляет собой отношение максимальной нагрузки (приведшей к разрыву металла) к площади сечения образца.

Предел текучести

Наиболее интересный параметр — это предел текучести. В начале испытания, когда образец начинают растягивать, деформации в его структуре носят обратимый характер. То есть, если прекратить растяжение до определенного момента, исследуемый образец вернет свое прежнее состояние за счет упругой деформации.

Однако, после достижения «точки невозврата» металл уже не может упруго вернуться к своим изначальным размерам — начинается необратимая пластическая деформация. Напряжение, при котором это происходит, фиксируется аппаратурой, и впоследствии учитывается при описании прочностных характеристик образца.

Интересно, что при расчете несущих конструкций инженеры в основном опираются на предел текучести, а не на предел прочности металла.

Пластическая деформация

Почти всегда пластические деформации при растяжении имеют локальный характер. Металл сужается и рвется в конкретном месте, чаще всего — в центральной части образца, где наблюдается максимальная объемная нагрузка. Под действием растягивающих напряжений на образце появляется так называемая «шейка», которая утоняется до тех пор, пока в структуре металла не начинают зарождаться микротрещины, и не происходит разрыв. Момент начала образования «шейки» характеризует предел прочности материала, при достижении которого на дальнейшее растяжение образца требуется приложение меньшего усилия за счет сужения площади поперечного сечения в области шейки.

Характеристики пластичности

Относительное удлинение — это разница между начальной и конечной длиной и растягиваемого образца, показывающая возможность металла пластически деформироваться до момента разрушения. У металлов с одинаковым пределом прочности относительное удлинение может различаться. Например, у ковкого чугуна марки КЧ50-5 этот показатель не превышает 5%, а у конструкционной стали 09Г2С достигает 20% при пределе прочности равном 490МПа для обоих материалов.

Металлургическая промышленность всегда стремится к созданию металлических материалов высокой прочности без потери пластичности, подбирая оптимальные химические составы стали, совершенствуя технологии производства. Для достижения высоких механических свойств, при сохранении того же состава и объемов изделия, подбираются уникальные режимы выплавки, механической, термической, химико-термической обработки для создания однородной, мелкозернистой, чистой и бездефектной структуры стали.