ГОСТ Р 55596-2013 Сети тепловые. Нормы и методы расчета на прочность и сейсмические воздействия.

 

ГОСТ Р 55596-2013

 

      

     

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 

 

 СЕТИ ТЕПЛОВЫЕ

 

 Нормы и методы расчета на прочность и сейсмические воздействия

 

 District heating systems. Standard for the stress and seismic analysis

ОКС 23.040.01

ОКП 13 0000

Дата введения 2014-05-01

 

      

     

Предисловие

         

1 РАЗРАБОТАН Некоммерческим партнерством "Сертификационный центр НАСТХОЛ" (НП "СЦ НАСТХОЛ"), Научно-техническим предприятием Трубопровод (ООО "НТП Трубопровод"), Россия

 

2 ВНЕСЕН МТК 155 "Соединения трубопроводов общемашиностроительного применения"

 

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 25 октября 2013 г. N 1196-ст

 

4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

 

Правила применения настоящего стандарта установлены в ГОСТ Р 1.0-2012 (раздел 8). Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе "Национальные стандарты", а официальный текст изменений и поправок - в ежемесячном указателе  "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (gost.ru)

 

 

 Введение

Настоящий стандарт предназначен для специалистов, осуществляющих проектирование, строительство и реконструкцию трубопроводов тепловых сетей.

 

Выпущен взамен РД 10-400-01 "Нормы расчета на прочность трубопроводов тепловых сетей".

 

Стандарт разработан Научно-техническим предприятием Трубопровод (ООО НТП "Трубопровод") при участии Группы "Полипластик", ЗАО "Завод АНД Газтрубпласт", ОАО "ВНИПИЭнергопром", ОАО "Инжпроектсервис", ОАО НПО "ЦНИИТМАШ".

 

Разработка выполнена авторским коллективом в составе:

 

В.Я.Магалиф, А.В.Матвеев, А.З.Миркин - ООО НТП "Трубопровод";

 

И.А.Данюшевский, О.Б.Киреев - АООТ "НПО ЦКТИ им.И.И.Ползунова";

 

А.Н.Бирбраер, А.В.Петренко - ОАО "СПбАЭП";

 

В.В.Коврига, И.В.Гвоздев - Группа "Полипластик", ЗАО "Завод АНД Газтрубпласт";

 

Г.Х.Умеркин, А.И.Коротков - ОАО "ВНИПИЭнергопром".

 

 

      1 Область применения

1.1 Настоящий стандарт распространяется на проектируемые, вновь изготавливаемые и реконструируемые:

 

- стальные трубопроводы водяных тепловых сетей с рабочим давлением до 2,5 МПа включительно и рабочей температурой до 200 °С включительно,

 

- стальные паропроводы с рабочим давлением до 4,0 МПа включительно и рабочей температурой до 250 °С включительно (категория III, группа 2) от выходных запорных задвижек коллекторов источника теплоты или от наружных стен источника теплоты до выходных запорных задвижек тепловых пунктов (узлов вводов) зданий и сооружений,

 

- трубопроводы водяных тепловых сетей из гибких стальных гофрированных труб с рабочим давлением до 1,6 МПа включительно и рабочей температурой до 150 °С включительно,

 

- трубопроводы водяных тепловых сетей из гибких полимерных труб с рабочим давлением до 1,0 МПа включительно и рабочей температурой до 95 °С включительно.

1.2 Настоящий стандарт распространяется как на воздушные тепловые сети (в каналах, городских и внутриквартальных тоннелях, надземные), так и на тепловые сети, защемленные в грунте (бесканальные).

 

1.3 Настоящий стандарт устанавливает методы расчета на прочность трубопроводов тепловых сетей, а также требования по определению толщины стенки труб и соединительных деталей трубопровода для обеспечения их несущей способности под действием внутреннего избыточного давления.

 

Поверочный расчет трубопровода предусматривает оценку статической и циклической прочности трубопровода под действием нагрузок и воздействий, соответствующих как нормальному режиму эксплуатации, так и допустимым отклонениям от такого режима.

 

Поверочный расчет на сейсмические воздействия выполняется для трубопроводов, расположенных на площадках с сейсмичностью 7, 8 и 9 баллов по шкале MSK-64.

 

Внутренние силовые факторы и реакции опор определяются расчетом трубопровода как упругой стержневой системы с учетом реальной гибкости элементов и сил трения в опорах скольжения по методам строительной механики стержневых систем. Нагрузки на оборудование и опоры определяются в рабочем и холодном (не рабочем) состояниях трубопровода, а также при испытаниях.

 

Оценка прочности проводится раздельно на действие несамоуравновешенных нагрузок (весовые и внутреннее давление) и с учетом всех нагружающих факторов, в том числе температурных деформаций. При соблюдении условий циклической прочности допускается значительная концентрация местных напряжений, обусловленных температурным нагревом в рабочем состоянии трубопровода.

 

 

      2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие нормативные и технические документы:

 

ГОСТ Р 52857.1-2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Общие требования

 

ГОСТ Р 52857.3-2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Укрепление отверстий в обечайках и днищах при внутреннем и внешнем давлениях. Расчет на прочность обечаек и днищ при внешних статических нагрузках на штуцер

 

ГОСТ Р 52857.4-2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет на прочность и герметичность фланцевых соединений

 

ГОСТ Р 52857.9-2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Определение напряжений в местах пересечений штуцеров с обечайками и днищами при воздействии давления и внешних нагрузок на штуцер

 

ГОСТ 30732-2006 Трубы и фасонные изделия стальные с тепловой изоляцией из пенополиуретана с защитной оболочкой. Технические условия

 

ГОСТ 25.101-83 Расчеты и испытания на прочность. Методы схематизации случайных процессов нагружения элементов машин и конструкций и статистического представления результатов

 

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.   

 

           

 

      3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:

 

3.1 акселерограмма: Зависимость ускорения колебаний от времени.

 

3.2 акселерограмма землетрясения: Акселерограмма на свободной поверхности грунта при землетрясении.

 

3.3 акселерограмма поэтажная: Ответная акселерограмма для отдельных высотных отметок сооружения, на которых расположен трубопровод.

 

3.4 воздействие: Явление, вызывающее внутренние силы в элементе трубопровода (изменение температуры стенки трубы, деформация основания и др.).

 

3.5 воздействие деформационное (кинематическое): Воздействие на трубопровод в виде перемещения, например, температурные расширения, неравномерная осадка опор, смещение точек присоединения к оборудованию и т.д., измеряется в мм, градусах и т.д. Деформационные воздействия являются самоуравновешенными и для трубопроводов считаются менее опасными, чем силовые. Деформационные воздействия в статически определимых системах не вызывают появление внутренних усилий, а вызывают только перемещения.

 

3.6 воздействие силовое: Воздействие на трубопровод в виде силы измеряется, например, в Н, МПа, Н·м и т.д. Силовые воздействия являются несамоуравновешенными и считаются более опасными, чем деформационные воздействия. Силовые воздействия вызывают внутренние усилия и перемещения как в статически определимых, так и в статически неопределимых системах.

 

3.7 давление пробное: Избыточное давление, при котором должно производиться гидравлическое испытание трубопровода и его деталей на прочность и герметичность.

 

3.8 давление рабочее (нормативное): Наибольшее внутреннее давление, при котором обеспечивается заданный режим эксплуатации трубопровода.

 

3.9 давление расчетное: Максимальное избыточное внутреннее давление, на которое рассчитывается трубопровод или его часть на прочность.

 

3.10 допускаемое напряжение: Максимальное безопасное напряжение при эксплуатации рассматриваемой конструкции.

 

3.11 землетрясение: Колебания земли, вызываемые прохождением сейсмических волн, излученных из какого-либо очага упругой энергии.

 

3.12 интенсивность землетрясения: Мера величины сотрясения грунта, определяемая параметрами движения грунта, степенью разрушения сооружений и зданий, характером изменений земной поверхности и данными об испытанных людьми ощущениях.

 

3.13 компенсатор: Участок или соединительная деталь трубопровода специальной конструкции, предназначенная для восприятия температурных деформаций трубопровода за счет своей податливости.

 

3.14 ККСК: Корень квадратный из суммы квадратов.

3.15 линейно-спектральный метод анализа: Метод расчета на сейсмостойкость, в котором значения сейсмических нагрузок определяются по спектрам ответа в зависимости от частот и форм собственных колебаний системы.

 

3.16 метод динамического анализа: Метод расчета на воздействие в форме акселерограмм колебаний грунта в основании трубопровода путем численного интегрирования уравнений движения.

 

3.17 нагрузка: Силовое воздействие, вызывающее изменение НДС трубопровода.

 

3.18 нагрузка или воздействие нормативное: Наибольшая нагрузка, отвечающая нормальным условиям работы трубопровода.

 

3.19 нагрузка или воздействие расчетное: Произведение нормативной нагрузки или воздействия на соответствующий коэффициент надежности, учитывающий возможность отклонения нагрузки или воздействия в неблагоприятную сторону.

 

3.20 неподвижная опора (мертвая): Крепление трубопровода, запрещающее линейные перемещения и угловые перемещения по трем степеням свободы.

 

3.21 нормативное длительное сопротивление разрушению: Сопротивление разрушению материала труб (фитингов) с учетом внутреннего давления при заданном сроке службы трубопровода и температурном режиме его эксплуатации.

 

3.22 осциллятор линейный: Линейная колебательная система с одной степенью свободы, характеризуемая определенным периодом собственных колебаний и затуханием (демпфированием).

 

3.23 отклик: Ответная реакция конструкции (перемещение, ускорение, внутреннее усилие, нагрузка на опору и т.д.) на сейсмическое возмущение.

 

3.24 площадка размещения трубопровода: Территория, на которой размещается трубопровод. Или территория, на которой находится сооружение с размещенным внутри трубопроводом.

 

3.25 предел прочности (временное сопротивление): Нормативное минимальное значение напряжения, при котором происходит разрушение материала при растяжении.

 

3.26 предел текучести: Нормативное минимальное значение напряжения, с которого начинается интенсивный рост пластических деформаций при растяжении материала.

 

3.27 разжижение грунта: Процесс, вследствие которого грунт ведет себя не как твердое тело, а как плотная жидкость. Разжижение более характерно для насыщенных влагой сыпучих грунтов, таких как илистые пески или пески, содержащие прослойки непроницаемых для воды отложений. Разжижение грунта может произойти во время землетрясения, потому что при прохождении сейсмической волны частицы грунта начинают колебаться с разными скоростями и часть контактов между ними нарушается, в результате грунт может стать водой с взвешенными в ней песчинками.

 

3.28 расчетная схема; расчетная модель: Условная схема (упрощенная модель конструкции), которой заменяют реальную конструкцию для выполнения расчетов на прочность и устойчивость.

 

3.29 район размещения трубопровода: Территория, включающая площадку размещения трубопровода, на которой возможны сейсмические явления, способные оказать влияние на безопасность эксплуатации трубопровода.

 

3.30 сейсмическая волна: Упругая волна в геологической среде.

 

3.31 сейсмическая волна продольная; Р-волна: Сейсмическая волна, за фронтом которой колебания частиц происходят в направлении ее распространения.

 

3.32 сейсмическая волна поперечная; S-волна: Сейсмическая волна, за фронтом которой колебания частиц происходят в направлении, перпендикулярном направлению ее распространения.

 

3.33 сейсмическая волна Релея; R-волна: Интерференционная волна, распространяющаяся вдоль свободной поверхности грунта, поляризованная в вертикальной плоскости. Возникает при отражении глубинных волн от дневной поверхности грунта (аналогично волнам на воде), при этом элементарная частица грунта совершает круговые движения.

 

3.34 сейсмическая волна Лява; L-волна: Поперечная поверхностная волна, поляризованная в горизонтальной плоскости, возникающая при наличии зоны малых скоростей.

 

3.35 сейсмическое микрорайонирование: Комплекс специальных работ по прогнозированию влияния особенностей приповерхностного строения, свойств и состояния пород, характера их обводненности, рельефа на параметры колебаний грунта площадки. Под приповерхностной частью разреза понимается верхняя толща пород, существенно влияющая на приращение интенсивности землетрясения.

3.36 сейсмичность площадки размещения трубопровода: Интенсивность возможных сейсмических воздействий на площадке размещения трубопровода, измеряемая в баллах по шкале MSK-64.

 

3.37 сейсмостойкость трубопровода: Свойство трубопровода сохранять при землетрясении способность выполнять заданные функции в соответствии с проектом.

 

3.38 система, геометрически изменяемая: Система (в строительной механике), элементы которой могут перемещаться под действием внешних сил без деформации (механизм).

 

3.39 система, мгновенно изменяемая: Предельный случай геометрически неизменяемой системы (в строительной механике), допускающей бесконечно малые перемещения.

 

3.40 система стержневая: Несущая конструкция (в строительной механике), состоящая из прямолинейных или криволинейных стержней, соединенных между собой в узлах.

 

3.41 система, статически определимая:  Геометрически неизменяемая система (в строительной механике), в которой для определения всех реакций связей (усилий в опорных закреплениях, стержнях и т.п.) достаточно уравнений статики.

 

3.42 система, статически неопределимая: Геометрически неизменяемая система (в строительной механике), в которой для определения всех реакций связей (усилий в опорных закреплениях, стержнях и т.п.) необходимы, помимо уравнений статики, дополнительные уравнения, характеризующие деформации системы.

 

3.43 скорость сейсмической волны: Величина, равная отношению расстояния между двумя точками геологической среды к времени пробега сейсмической волны между этими точками.

 

3.44 соединительная деталь: Деталь или сборочная единица трубопровода или трубной системы, обеспечивающая изменение направления, слияние или деление, расширение или сужение потока рабочей среды (отводы, тройники, переходы и др.).

 

3.45 состояние испытания: Состояние трубопровода после заполнения водой или воздухом (газом) под пробным давлением при испытании трубопровода на прочность и плотность.

 

3.46 состояние монтажное: Состояние трубопровода после завершения монтажа трубопровода, наложения тепловой изоляции, выполнения предварительной (монтажной) растяжки, регулировки всех пружинных цепей и заварки всех стыков, при этом температурный перепад и теплоноситель в трубах отсутствует.

 

3.47 состояние рабочее: Состояние трубопровода после первого разогрева и заполнения теплоносителем, а также приложения других нагрузок и воздействий (снег, обледенение, ветер, осадка опор и т.д.).

 

3.48 состояние холодное (нерабочее): Состояние, в которое переходит трубопровод из рабочего состояния после первого охлаждения (или нагрева - для низкотемпературных трубопроводов) до монтажной температуры и снятия давления.

 

3.49 спектр коэффициентов динамичности: Безразмерный спектр, полученный делением значений спектра ответа на максимальное ускорение грунта.

 

3.50 спектр ответа: Совокупность абсолютных значений максимальных ответных ускорений линейного осциллятора при заданном акселерограммой воздействии с учетом собственной частоты и параметра демпфирования осциллятора.

 

3.51 спектр ответа поэтажный: Совокупность абсолютных значений максимальных ответных ускорений линейного осциллятора при заданном поэтажной акселерограммой воздействии.

 

3.52 стержень: Тело (в строительной механике), длина которого во много раз превосходит характерные размеры его поперечного сечения, при этом ось стержня может быть прямолинейной или криволинейной.

 

3.53 температура расчетная: Температура материала детали, по которой выбирается величина допускаемого напряжения при расчете толщины стенки и вычисляется температурный перепад при расчете на прочность трубопровода.

 

3.54 толщина стенки номинальная: Толщина стенки трубы или соединительной детали, указанная в стандартах или технических условиях.

 

3.55 устойчивость трубопровода: Свойство конструкции трубопровода поддерживать первоначальную форму оси или форму его поперечного сечения.

 

3.56 фазовая группа креплений: Группа креплений, которая при сейсмическом воздействии всегда смещается синхронно. Например, все опоры трубопровода, установленные на одном этаже здания, смещаются синхронно относительно опор, установленных на земле. Все крепления, присоединенные к одному и тому же оборудованию, так же, как и первые, смещаются синхронно, т.е. представляют собой фазовую группу опор.

3.57 этап расчета: Условное сочетание нагрузок и воздействий, особенностей расчетной схемы и физико-механических характеристик материалов, соответствующее определенному состоянию трубопровода (рабочему, холодному, состоянию испытаний и т.д.) и используемое при определении напряженно-деформированного состояния трубопровода.

 

 

      4 Обозначения и сокращения

В настоящем документе применены следующие обозначения и сокращения:

 

 

 

 

НДС

-

напряженно-деформированное состояние

ПДН

-

постоянные и длительные временные нагрузки

ПДКОН

-

постоянные, длительные временные, кратковременные и особые нагрузки

ППУ

-

пенополиуретан

ППМ

-

пенополиминеральная изоляция

СНиП

-

строительные нормы и правила

ТУ

-

технические условия

 

-

максимальное горизонтальное ускорение при землетрясении на свободной поверхности грунта, м/с
 
 

-

укрепляющая площадь накладки, мм
 
 

-

укрепляющая площадь ответвления, мм
 
 

-

максимальные расчетные ускорения для
-й формы колебаний трубопровода при воздействии вдоль
, м/с
 
 

-

ускорение нулевого периода по направлению
, м/с
 
 

-

максимальное значение ускорения спектра ответа, м/с
 
 

-

спектр ответа (поэтажный спектр ответа) при воздействии в направлении
, м/с
 
 

     

-

ширина накладки, мм

 

-

суммарная прибавка к толщине стенки, мм

 

-

прибавка для компенсации минусового допуска и утонения стенки при технологических операциях, мм

 

-

технологическая прибавка к толщине стенки, мм

 

-

прибавка для компенсации коррозии и эрозии, мм

 

-

наружный диаметр трубы или детали трубопровода, мм

 

-

внутренний диаметр трубы или детали трубопровода, мм

 

-

номинальный диаметр (условный проход), мм

 

-

наружный диаметр кожуха изоляции (при отсутствии кожуха - наружный диаметр изоляции, при отсутствии изоляции -
), мм
 
 

-

максимальное горизонтальное перемещение грунта при землетрясении, мм

 

-

наружный диаметр ответвления тройника или диаметр центрального отверстия в заглушке, мм

 

-

внутренний диаметр ответвления тройника (врезки), мм

 

-

эквивалентный диаметр отверстия в детали с вытянутой горловиной, мм

 

-

модуль упругости материала трубы при расчетной температуре, МПа

 

-

модуль упругости материала при 20 °С, МПа

 

     

-

модуль упругости слоя изоляции, МПа

 

-

модуль упругости полиэтилена высокой плотности, МПа

 

-

площадь поперечного сечения, мм
 
 

-

-я частота собственных колебаний трубопровода, Гц
 
 

-

-я частота возмущающей нагрузки, Гц
 
 

-

параметр, характеризующий концентрацию напряжений изгиба в тройнике

,
 

-

расчетные значения высоты внешней и внутренней части ответвления тройника, мм

 

-

момент инерции поперечного сечения, мм
 
 

-

коэффициент интенсификации напряжений от изгиба поперек плоскости тройника или отвода

 

-

коэффициент интенсификации напряжений от изгиба в плоскости тройника или отвода

 

-

коэффициент интенсификации напряжений от растяжения-сжатия

 

-

коэффициент интенсификации напряжений от кручения

 

-

коэффициент интенсификации напряжений в отводах

 

-

коэффициент, учитывающий допускаемые неупругие деформации

 

-

коэффициент концентрации напряжений при оценке циклической прочности

 

-

коэффициент гибкости отводов

 

-

коэффициент вертикального сейсмического ускорения

 

-

коэффициент, зависящий от относительного демпфирования в конструкции
 
 

-

длина трубы, пролета или детали трубопровода, мм

 

-

расчетный изгибающий момент, действующий поперек плоскости тройника или отвода, Н·мм

 

-

расчетный изгибающий момент, действующий в плоскости тройника или отвода, Н·мм

 

-

расчетный крутящий момент, Н·мм

 

-

погонная масса трубопровода, кг/м

 

-

общая масса строительной конструкции с фундаментом, на которой расположен трубопровод, кг

 

     

-

общая масса трубопровода, кг

 

     

-

коэффициент запаса устойчивости

 

-

расчетное осевое усилие, Н

 

-

расчетное число циклов
-го типа, определяемое на основании температурной истории за весь срок службы трубопровода
 
 

-

допустимое число полных циклов
-го типа
 
 

-

расчетное внутреннее избыточное давление, МПа

 

-

допустимое избыточное внутреннее или наружное давление, МПа

 

-

пробное давление при испытаниях, МПа

 

-

допустимое избыточное давление при испытаниях, МПа

,
 

 

-

поперечные усилия, действующие в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, Н

 

-

расчетный погонный вес трубопровода с теплоносителем и изоляцией, Н/мм

 

-

радиус кривизны осевой линии отвода, мм

 

-

радиус скругления горловины штампованного (штампосварного) тройника, мм

 

-

номинальная толщина стенки трубы или фасонной детали, мм

 

-

номинальная толщина стенки ответвления тройника, мм

 

-

расчетная толщина стенки ответвления тройника при
1, мм
 
,
,
,
,
 

-

расчетные толщины стенок труб и соединительных деталей, мм

 

-

эквивалентная толщина стенки магистрали тройника, мм

 

-

расчетный температурный перепад стенок трубопровода, °С

 

-

расчетная температура теплоносителя, °С

 

-

монтажная (начальная) температура, °С

 

-

минимальная температура в условиях эксплуатации, °С

 

-

температура при испытаниях, °С

 

-

температура прогрева трубопровода в момент замыкания стартовых компенсаторов, °С

 

-

-й период собственных колебаний трубопровода, с
 
 

-

предельное сопротивление грунта сдвигу (предельная сила трения), Н/мм

,
,
 

-

скорость распространения продольных волн, сдвиговых волн и волн Рэлея, м/с

 

-

максимальная скорость грунта при землетрясении, м/с

 

-

момент сопротивления поперечного сечения при изгибе, мм
 
 

-

глубина заложения от поверхности земли до оси трубы, мм

 

-

относительное сужение поперечного сечения образца при статическом разрушении в результате растяжения при расчетной температуре, %

 

-

коэффициент линейного расширения, 1 °С

 

-

спектр ответа (коэффициент динамичности)

 

-

относительное демпфирование, в долях от критического

 

-

объемный вес грунта, Н/мм
 
 

-

коэффициент надежности для нагрузок или воздействий
-го типа
 
 

-

размах эквивалентных напряжений для
-го типа цикла, МПа
 
 

-

допускаемый размах напряжений, МПа

 

-

коэффициент относительной поперечной деформации (Пуассона)

 

-

безразмерный параметр, характеризующий пониженную жесткость отвода при действии изгибающего момента

 

-

минимальное значение временного сопротивления (предела прочности) при расчетной температуре
°C, МПа
 
 

-

минимальное значение предела текучести при расчетной температуре
°С, МПа
 
 

-

кольцевое мембранное напряжение от внутреннего давления, МПа

 

 

-

кольцевое изгибное напряжение, МПа

 

-

сумма кольцевого изгибного и мембранного напряжения, МПа

 

-

эквивалентное напряжение, МПа

 

-

суммарное среднее осевое напряжение от внутреннего давления, осевой силы и изгибающего момента, МПа

 

-

радиальное напряжение от внутреннего давления, МПа

 

-

осевое изгибное напряжение от внешних нагрузок, МПа

 

-

мембранное напряжение от внешних нагрузок, МПа

,
 

-

допускаемые напряжения при расчетной температуре и при 20 °С, МПа. См. 5.2.1

 

-

допускаемые напряжения при испытаниях (см. 9.1.3), МПа

 

-

допускаемое напряжение при расчетной температуре ответвления тройника или врезки, МПа

 

-

допускаемое напряжение в полиэтилене высокой плотности при рабочей температуре, МПа

 

-

допускаемое напряжение в ППУ, МПа

 

-

допускаемое напряжение в ППМ, МПа

 

-

предел прочности ППУ на растяжение-сжатие в радиальном направлении при 10%-ной деформации, МПа

 

-

предел прочности ППМ на растяжение-сжатие, МПа

 

-

допускаемое напряжение для ППУ на сдвиг в тангенциальном (окружном) направлении, МПа

 

-

предел прочности ППУ на сдвиг в тангенциальном (окружном) направлении, МПа

 

-

допускаемое напряжение для ППУ на сдвиг в продольном (вдоль оси трубы) направлении, МПа

 

-

предел прочности ППУ на сдвиг в продольном (вдоль оси трубы) направлении, МПа

 

-

допускаемое напряжение для ППМ на сдвиг, МПа

 

-

предел прочности ППМ на сдвиг, МПа

 

-

касательное напряжение от кручения, МПа

 

-

коэффициент трения

 

-

коэффициент прочности продольного сварного шва при растяжении. См. 5.3.1

 

-

коэффициент прочности поперечного сварного шва при растяжении. См. 5.3.2

 

-

коэффициент прочности поперечного сварного шва при изгибе. См. 5.3.7

 

-

коэффициент прочности элемента с угловым сварным швом. См. 5.3.8

 

-

коэффициент прочности элемента, ослабленного отверстием

 

-

параметр внутреннего давления

 

-

круговая частота
-й формы собственных колебаний, рад/с
 
 

-

техническая частота
-й формы колебаний, Гц
 
 

-

значение частоты, соответствующее "ускорению нулевого периода" на спектре, Гц

 

-

угол внутреннего трения грунта

 

 

     

 

      5 Общие положения

     

 

      5.1 Основные положения расчета на прочность

5.1.1 За правильность применения настоящего стандарта несет ответственность предприятие или организация, выполнявшие расчет.

 

5.1.2 Выбор основных размеров труб и деталей по расчетному давлению и расчетной температуре с учетом коррозионной активности теплоносителя (для стальных труб) следует производить согласно разделу 7.

 

5.1.3 Расчет на прочность трубопроводов при проектировании проводят в два этапа:

 

1) определение толщин стенок труб и деталей согласно разделу 7;

 

2) поверочный расчет на прочность и устойчивость трубопровода согласно разделам 8-10 с учетом нагрузок и воздействий, возникающих при строительстве, испытаниях и эксплуатации, определяемых согласно разделу 6.

 

При оценке прочности трубопроводов должны полностью удовлетворяться как требования расчета по толщинам стенок, так и поверочного расчета.

 

5.1.4 Целью поверочного расчета являются:

 

1) оценка статической и циклической прочности трубопровода (раздел 8);

 

2) оценка статической прочности трубопровода в режиме испытаний (раздел 9);

 

3) оценка продольной устойчивости трубопровода (раздел 10);

 

4) оценка прочности от сейсмических воздействий для трубопроводов, расположенных на площадках с сейсмичностью 7, 8 и 9 баллов, по шкале MSK-64 (раздел 11);

 

5) оценка работы компенсаторов (см. 8.5);

 

6) оценка нагрузок, действующих со стороны трубопровода на опоры, конструкции и присоединенное оборудование (см. 5.1.6);

 

7) оценка перемещений точек трубопровода (см. 5.1.5).

 

5.1.5 Допускаемые перемещения трубопровода (прогиб, сдвиг, смещение и т.п.) определяют исходя из следующих принципов:

 

- конструктивных - обеспечение необходимых уклонов, отсутствие образования обратного уклона и "карманов", соблюдение необходимых зазоров между трубопроводом и прочим оборудованием, соблюдение безопасного расстояния до края опор (предотвращение падения трубопровода с опор) и т.д.;

 

- эксплуатационных - обеспечение условий нормальной эксплуатации трубопровода и оборудования, доступа к арматуре, контрольно-измерительным приборам;

- эстетических - обеспечение благоприятного впечатления от внешнего вида трубопровода, устранение ощущения опасности (например, в случае слишком больших прогибов).

 

5.1.6 Значения допускаемых нагрузок на опоры и присоединенное к трубопроводу оборудование устанавливают заводы-изготовители или нормативная документация.

 

В случае отсутствия данных рекомендуется:

 

- проверять нагрузки на патрубки (штуцеры) сосудов и аппаратов с помощью специальных программ и методов расчета согласно ГОСТ Р 52857.3 и ГОСТ Р 52857.9;

 

- проверять нагрузки на патрубки насосов согласно стандартам и техническим условиям или по согласованию с заводами-изготовителями.

 

5.1.7 Для предварительной расстановки промежуточных опор рекомендуется использовать приложение Б.

 

5.1.8 Расчет назначенного ресурса трубопровода производят согласно приложению Е.

 

5.1.9 Поверочный расчет гибких теплопроводов из полимерных труб (раздел 12 и приложение Г) предусматривает оценку их несущей способности и долговечности при постоянной и переменной рабочей температуре, а также определение нагрузок на неподвижные опоры.

 

5.1.10 Поверочный расчет на прочность трубопроводов из гибких стальных гофрированных труб (раздел 13 и приложение В) предусматривает оценку статической прочности, а также определение нагрузок на неподвижные опоры.

 

5.1.11 Прогнозирование наработки на отказ после проведения гидроиспытаний проводят согласно приложению Д.

 

      5.2 Допускаемые напряжения

5.2.1 Расчеты стальных труб и соединительных деталей тепловых сетей на прочность проводят по номинальным допускаемым напряжениям. Номинальные допускаемые напряжения
, для электросварных труб и деталей, наиболее часто применяемых в тепловых сетях, приведены в таблице 5.1.
 

Таблица 5.1 - Допускаемые напряжения

 

 

 

 

 

 

Температура, °С

Допускаемые напряжения
, МПа
 

 

 

Ст3сп

10

20

09Г2С

17ГС, 17Г1С, 17Г1СУ

20

140

130

150

180

187

100

131

125

147

170

177

150

125

122

143

160

171

200

117

120

140

150

165

250

107

108

132

145

156

 

При необходимости использовать стали, марки которых не приведены в таблице, номинальные допускаемые напряжения вычисляют по формуле

 

.                                                    (5.1)
 

Если характеристики прочности материала при расчетной температуре отсутствуют, допускаемые напряжения допускается определять с использованием характеристик прочности при температуре 20 °С

 

,                                                    (5.2)
 
где
- коэффициент приведения допускаемого напряжения к расчетной температуре (таблица 5.2). Характеристики прочности
,
,
и
принимают по стандартам, нормалям или другим нормативным документам на трубы и детали.
 
Таблица 5.2 - Коэффициенты приведения к расчетной температуре
 

 

 

 

 

 

 

Температура,

°С

Сталь

 

Углеродистая обыкновенного качества

Углеродистая качественная с содержанием углерода, %

Углеродистая низколегированная или легированная с содержанием углерода, %

 

 

0,07-0,14

0,17-0,24

0,07-0,12

0,14-0,20

20

1,00

1,00

1,00

1,00

1,00

100

0,943

0,961

0,980

0,944

0,946

150

0,893

0,938

0,953

0,889

0,914

200

0,836

0,908

0,933

0,833

0,882

250

0,764

0,861

0,880

0,806

0,834

 

5.2.2 Характеристики прочности и допускаемые напряжения материалов и конструкций с промышленной ППУ-изоляцией по ГОСТ 30732 при расчетной температуре 140 °С принимают в соответствии с 5.2.3-5.2.4, а при расчетной температуре 150 °С - согласно примечанию к 5.2.4. Коэффициенты запаса по пределам прочности на растяжение, сжатие и сдвиг принимают равными 2.

 

5.2.3 Для полиэтилена высокой плотности предельное относительное удлинение составляет 3%. При значении модуля упругости
800 МПа допускаемое напряжение составляет
 
МПа.                                                   (5.3)
 

При действии изгибающего момента расчетное напряжение может превышать допускаемое на 40%

 

.                                                                (5.4)
 

5.2.4 Для ППУ допускаемые напряжения, МПа, составляют (коэффициенты запаса по пределам прочности на растяжение, сжатие и сдвиг принимают равными 2)

 

,                                              (5.5)
 
,                                             (5.6)
 

    

.                                            (5.7)
 
Примечание - При расчетной температуре 150 °С и выше значения
,
,
допускается принимать согласно сертификату на ППУ соответствующей рецептуры.
 

5.2.5 Для ППМ-изоляции допускаемые напряжения, МПа, составляют (коэффициенты запаса по пределам прочности на растяжение, сжатие и сдвиг принимают равными 2):

 

,                                           (5.8)
 
.                                          (5.9)
 

5.2.6 Для тех материалов и конструкций, которые в настоящем стандарте не указаны, данные определяют по справочным и экспериментальным данным.

 

 

      5.3 Коэффициенты прочности сварных соединений

5.3.1 Коэффициент прочности продольного сварного шва для электросварных труб и деталей
при растяжении определяют согласно 5.3.4-5.3.6. Для бесшовных труб и деталей
1.
 
5.3.2 Коэффициент прочности поперечного сварного шва труб
при растяжении определяют согласно 5.3.4-5.3.6. При сжатии принимают
1.
 

5.3.3 При расчете на внутреннее давление труб и цилиндрических деталей не учитывается поперечный шов, а при расчете на осевое усилие - продольный шов.

5.3.4 Коэффициенты прочности
,
для стыковых сварных соединений при растяжении, выполненных любым допущенным способом (автоматической, полуавтоматической или ручной дуговой сваркой), обеспечивающим полный провар по всей длине стыкуемых элементов, зависит от объема контроля качества шва радиографией или ультразвуком. Рекомендуемые значения:
 

- при полном контроле 100% длины шва - 1,0;

 

- при выборочном контроле не менее 10% длины шва - 0,8;

 

- при отсутствии контроля или при выборочном контроле менее 10% длины - 0,7.

 

5.3.5 При наличии смещения кромок сварных труб коэффициент прочности сварного соединения
, определенный в соответствии с 5.3.4, должен быть уменьшен пропорционально смещению кромок. Например, при смещении кромок на 15% значение коэффициента
должно быть умножено на 0,85.
 
5.3.6 Усиление сварного шва при определении коэффициентов прочности
,
не учитывают.
 
5.3.7 Коэффициент прочности поперечного сварного стыка труб и деталей при изгибе
определяют в соответствии с 5.3.4-5.3.6, но не более значений:
 

- для бесшовных труб - 0,9;

 

- для электросварных - 1,0.

 

5.3.8 Коэффициенты прочности
для угловых и тавровых сварных соединений на все виды нагрузок, кроме сжатия, принимают в соответствии с 5.3.4-5.3.6, но не более следующих значений:
 

- при полном контроле 100% длины шва - 0,8

 

- при выборочном контроле или при отсутствии контроля - 0,6.

 

5.3.9 Коэффициент прочности сварного шва для соединений в нахлестку принимают в соответствии с 5.3.4-5.3.6, но не более 0,6.

 

5.3.10 Допускается принимать другие значения коэффициентов снижения прочности сварных соединений с учетом условий эксплуатации и показателей качества элементов трубопроводов.

 

 

      5.4 Расчетная и номинальная толщина стенок элементов

5.4.1 Для определения расчетной толщины стенки
элемента трубопровода используют формулы раздела 7.
 
5.4.2 Номинальную толщину стенки трубы или детали трубопровода
определяют с учетом суммарной прибавки, исходя из условия
 
,                                                         (5.10)
 
с округлением до значения ближайшей б
льшей толщины стенки по стандартам и техническим условиям на сортамент труб и деталей. Допускается округление в сторону меньшей толщины стенки, если разница не превышает 3%.
 
Наименьшие значения номинальной толщины стенки труб или соединительных деталей
в зависимости от наружного диаметра
приведены в таблице 5.3.
 

Таблица 5.3 - Наименьшая номинальная толщина стенки

 

 

 

 

 

 

 

, мм
 
38
 
51
 
70
 
90
 
108
 
108
 
, мм
 

1,8

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

 

5.4.3 Суммарную прибавку к толщине стенки
вычисляют по формуле
 
,                                                               (5.11)
 
где
- сумма прибавок для компенсации допуска на минимальную толщину стенки заготовки
и максимального утонения при технологических операциях
;
 
- прибавка для компенсации коррозии, принимаемая согласно 5.4.7-5.4.9.
 
5.4.4 Для деталей трубопроводов, получаемых сваркой из труб (секторные отводы, сварные тройники), прибавка
равна допуску на минимальную толщину стенки трубы заготовки по стандартам или техническим условиям.
 
5.4.5 Для деталей трубопроводов, изготовляемых из труб путем горячего или холодного деформирования (крутоизогнутые отводы, штампованные тройники), прибавка
равна допуску на минимальную толщину стенки, указанному в соответствующих технических условиях.
 
5.4.6 Для гнутых отводов прибавка
равна сумме допусков на минимальную толщину стенки трубы-заготовки
и максимального утонения при гибке на станке
. Последнюю величину при отсутствии специальных указаний определяют выражением
.
 
5.4.7 При наличии внутренней и наружной коррозии суммарную прибавку
допускается определять по формуле
, учитывающей малую вероятность одновременного достижения максимальной величины внутренней и наружной коррозии в одной и той же точке.
 
5.4.8 Для теплопроводов с рабочим давлением
1,6 МПа допустимая скорость внутренней коррозии составляет
0,085 мм/год [1]*. При сроке службы
30 лет соответствующая прибавка на коррозию составит
30·0,085=2,55 мм. При наличии технической возможности уменьшения скорости внутренней коррозии допускается принимать иные значения
, но не менее 0,03 мм/год.
 

________________

* См. раздел Библиография. - Примечание изготовителя базы данных.

           

5.4.9 Скорость наружной коррозии
принимают в соответствии с нормами [2]. Соответствующую прибавку на коррозию вычисляют по формуле
. Для трубопроводов с ППУ-изоляцией по ГОСТ 30732 расчетную скорость наружной коррозии допускается принимать равной
0.
 

      6 Нагрузки и воздействия

     

 

      6.1 Классификация нагрузок и воздействий

6.1.1 Расчетные значения нагрузок и воздействий определяют путем умножения нормативных значений на коэффициенты надежности
. В обоснованных случаях допускается принимать другие значения коэффициентов надежности.
 

Таблица 6.1 - Коэффициенты надежности для нагрузок и воздействий

 

 

 

 

 

 

 

Нормативные нагрузки и воздействия

Способ прокладки

Коэффициент надежности
 

Вид

Шифр

Характеристика

Беска-

нальный

В канале

Надзем-

ный

 

Постоянные

1

Собственный вес труб, деталей, арматуры и обустройств

+

+

+

1,1 (0,95)

 

2

Вес изоляции

+

+

+

1,2 (0,9)

 

3

Вес и давление грунта

+

-

-

1,2 (0,8)

 

4

Гарантированная предварительная растяжка и смещения креплений (кроме смещений с шифром 10)

+

+

+

1,0

 

5

Силы трения в опорах скольжения или при взаимодействии с грунтом (бесканальная прокладка)

+

+

+

1,0

 

6

Натяг упругих опор

-

+

+

1,0

Длительные временные

7

Внутреннее давление*; распорные усилия осевых компенсаторов

+

+

+

1,0

 

8

Вес теплоносителя

+

+

+

1,0 (0,95)

 

9

Температурный перепад*

+

+

+

1,0

 

10

Смещения креплений при нагреве присоединенного оборудования

+

+

+

1,0

Кратко-

временные

11

Снеговая

-

-

+

1,4

 

12

Гололедная

-

-

+

1,3

 

13

Ветровая

-

-

+

1,4

 

14

При срабатывании предохранительного клапана

-

+

+

1,4

 

15

От подвижного состава

+

-

-

См. 6.2.13

Особые

16

Сейсмические воздействия; гидравлический удар; взрывные воздействия; нагрузки, вызываемые резкими нарушениями технологического процесса, временной неисправностью или поломкой оборудования

+

+

+

1,0

 

 

Примечания

 

 

1. Знак "+" означает, что данную нагрузку или воздействие учитывают в расчете на прочность, а знак "-" что не учитывают.

 

 

2. Воздействия, помеченные знаком "*", могут быть также отнесены к категории кратковременных воздействий. Например, кратковременное повышение температурного перепада до 150 °С в стальных трубопроводах бесканальной прокладки и до 100 °С в трубопроводах из гибких полимерных труб, а также кратковременное повышение давления в режиме гидроиспытаний.

 

 

3 Нагрузки и воздействия могут быть отнесены к кратковременным, если они действуют менее 1 часа подряд и в сумме менее 80 часов в год.

 

Учитываемые в расчетах на статическую и циклическую прочность нагрузки и воздействия, а также соответствующие им коэффициенты надежности
приведены в таблице 6.1. Значения коэффициентов надежности по нагрузке, указанные в скобках, должны приниматься в тех случаях, когда уменьшение нагрузки ухудшает условия работы трубопровода.
 

      6.2 Нормативные нагрузки

6.2.1 Расчетное давление
и расчетная температура
при оценке прочности и определении нагрузок на опоры и строительные конструкции принимают равными соответственно рабочему давлению и рабочей температуре согласно [2] и техническими требованиями на проектирование.
 
6.2.2 При расчете трубопровода в режиме испытания расчетную температуру
принимают в соответствии с [3], а пробное давление
в соответствии с [3] и 9.1.1-9.1.2.
 

6.2.3 Если на элемент трубопровода действует гидростатическое давление, составляющее 5% и выше рабочего давления, то расчетное давление элемента должно быть повышено на это значение.

 

6.2.4 Нормативные нагрузки от собственного веса деталей трубопровода, конструкций заводского изготовления и изоляции должны определяться на основании стандартов, рабочих чертежей и паспортных данных по номинальным размерам, от веса других деталей - по проектным размерам и удельному весу материалов.

 

6.2.5 Нормативные нагрузки и воздействия от предварительной растяжки трубопровода, растяжки компенсаторов, смещений креплений и натяга упругих опор, обусловленного их регулировкой, определяет проект.

 

6.2.6 Нормативное значение веса деталей и конструкций заводского изготовления определяют на основании стандартов, рабочих чертежей или паспортных данных заводов-изготовителей. Других деталей - по проектным размерам и удельному весу материалов.

 

6.2.7 Расчетный температурный перепад
равен разнице между расчетной температурой теплоносителя
(или температурой при испытаниях
) и начальной температурой
:
.
 
6.2.8 Начальную температуру
следует принимать равной температуре окружающего воздуха в момент, когда замыкается последний стык при монтаже трубопровода и его схема превращается в неразрезную статически неопределимую систему. При наличии данных о календарном сроке замыкания трубопровода допускается
уточнять в соответствии с этими данными, а при отсутствии таких данных для назначения
допускается принимать начальную температуру в холодное время года согласно 8.6 и 8.7 [4].
 

В любом случае
принимают не менее чем минимальная температура окружающего воздуха, при которой допускается проведение монтажных и сварочных работ. В этом случае в проекте должно быть указано, что замыкание трубопровода не должно производиться при температуре окружающего воздуха ниже, чем принятое значение
.
 
В отдельных случаях в качестве
можно принимать расчетную температуру до начала отопительного периода
или температуру окружающего воздуха при проведении аварийно-восстановительных работ.
 

6.2.9 Нормативную нагрузку от веса грунта на единицу длины трубопровода, Н/мм, укладываемого в траншее, вычисляют по формуле

 

.                                                        (6.1)
 

6.2.10 Нормативную снеговую нагрузку на единицу длины трубопровода надземной прокладки, Н/мм, (актуально для труб с ППУ-изоляцией и защитной оболочкой из оцинкованной стали по ГОСТ 30732) следует определять по формуле

 

,                                          (6.2)
 
где
- вес снегового покрова на 1 м
горизонтальной поверхности земли в кПа, принимается в зависимости от снегового района по [4];
 
- коэффициент перехода от веса снегового покрова на единицу поверхности земли к снеговой нагрузке на единицу поверхности горизонтальной проекции кожуха изоляции трубопровода, принимают равным 0,4.
 

Также рекомендуется учитывать снеговые нагрузки на опирающиеся на трубопровод обустройства, которые определяют согласно [4].

 

Снеговую нагрузку не учитывают для трубопроводов, температура поверхности изоляции (если она есть) или температура стенок (если изоляции нет) которых превышает 0 °С, для вертикальных и наклонных трубопроводов с углом наклона более 45°.

 

6.2.11 Полную нормативную ветровую нагрузку на единицу длины участка трубопровода, Н/мм, определяют по формуле

,                                                (6.3)
 
где
- средняя составляющая ветровой нагрузки, МПа;
 
- пульсационная составляющая ветровой нагрузки, МПа, по [4].
 
Нагрузка
прикладывается перпендикулярно оси трубы в плоскости, образованной осью трубы и направлением ветра. Составляющую ветровой нагрузки вдоль трубы допускается не учитывать.
 

Нормативное значение средней составляющей поперечной ветровой нагрузки, МПа, вычисляют по формуле

 

,                                                  (6.4)
 
где
- нормативное значение ветрового давления согласно [4], кПа;
 
- коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления для высоты оси трубопровода
, определяемый по [15];
 
- аэродинамический коэффициент, принимаемый по [4].
 

Аэродинамический коэффициент для упрощенных расчетов допускается принимать по формуле

 

,                                                       (6.5)
 
где
- угол между осью участка трубопровода и плоскостью, перпендикулярной направлению ветра;
 
- аэродинамический коэффициент лобового сопротивления при прокладке трубопроводов по отдельно стоящим опорам принимают:
 
- для одиночного трубопровода
0,7;
 
- для неодиночного трубопровода в горизонтальном ряду
1.
 

При расчете трубопровода на дополнительные ветровые нагрузки следует рассмотреть несколько вариантов направления действия ветра, но не менее двух взаимно перпендикулярных направлений.

 

При определении пульсационной составляющей ветровой нагрузки
согласно [4] логарифмический декремент колебаний принимают
0,15, а коэффициент пространственной корреляции пульсаций давления ветра
0,95.
 

6.2.12 Нормативную нагрузку от обледенения (гололедная) на единицу длины надземного трубопровода, Н/мм, определяют по формулам:

 

- при
70 мм
 
,                                  (6.6)
 
- при
70 мм
 
,                              (6.7)
 
где
- толщина стенки гололеда, мм (превышаемая раз в 5 лет), принимаемая согласно [4];
 
- коэффициент, учитывающий изменение толщины стенки гололеда по высоте, принимаемый согласно [4];
 
- коэффициент, учитывающий изменение толщины стенки гололеда в зависимости от диаметра кожуха изоляции, определяют согласно [4].
 
При вычислении коэффициентов
и
высоту принимают от поверхности земли до центра тяжести трубы или детали трубопровода.
 
6.2.13 Нормативные нагрузки и коэффициенты надежности от подвижного состава принимают согласно [5]. Для трубопроводов, укладываемых в местах, где движение транспорта невозможно, в качестве нормативной следует принимать равномерно распределенную нагрузку от пешеходов 0,005 Н/мм
.
 

      7 Расчет на прочность труб и соединительных деталей под действием внутреннего избыточного давления

     

 

      7.1 Трубы

7.1.1 Расчетная толщина стенки трубы

.                                           (7.1)
 

7.1.2 Допускаемое давление для труб равно

 

.                                              (7.2)
 

7.1.3 Для трубопроводов бесканальной прокладки в грунте должна проводиться дополнительная проверка прочности трубы при овализации под действием давления вышележащего слоя грунта. В случае невыполнения данной проверки толщина стенки должна быть увеличена.

 

 

      7.2 Отводы

7.2.1 Расчетную толщину стенки отвода вычисляют по формуле

 

,                                                       (7.3)
 
где
- расчетная толщина стенки трубы, вычисляют по формуле (7.1);
 
       
- коэффициент, принимаемый согласно 7.2.2.
 

7.2.2 Для всех видов отводов:

 

- для гнутых и крутоизогнутых отводов (рисунок 7.1а) по таблице 7.1;

 

- для секторных отводов, состоящих из полусекторов и секторов с углом скоса
22,5° (рисунок 7.1, б) вычисляют по формуле
 
.                                                 (7.4)
 

Таблица 7.1

 

 

 

 
1,0
 
2,0
 
 

1,3

1,0

 

 

Примечание - Для промежуточных значений
значение
определяют линейной интерполяцией.
 

 

 

   

 
а - гнутый; б - секторный с тремя косыми стыками (
3); в, г - штампосварной
 

Рисунок 7.1 - Отводы

Для секторных отводов с углом скоса
22,5° данная методика не применима.
 

- для штампосварных отводов при расположении сварных швов в плоскости кривизны отвода (рисунок 7.1, в)

 

;                                               (7.5)
 

- для штампосварных отводов при расположении сварных швов по нейтральной линии (рисунок 7.1, г)

 

.                                            (7.6)
 

           

В формулах (7.5) и (7.6)
определяют по формуле (7.1) при
1,0.
 

7.2.3 Допускаемое давление для отводов равно

.                                                (7.7)
 

      7.3 Переходы

7.3.1 Расчетная толщина стенки концентрических и эксцентрических переходов (рисунок 7.2) равна:

 

- со стороны б
льшего диаметра
 
,                                              (7.8)
 

- со стороны меньшего диаметра

 

.                                            (7.9)
 

Формула (7.8) применима при соблюдении следующих условий:

 

- при
15°
 
,                                                (7.10)
 
- при 15°
45°*
 

_______________

* Текст документа соответствует оригиналу. - Примечание изготовителя базы данных.     

 

,                                                (7.11)
 
.                     (7.12)
 
Угол наклона образующей
рассчитывают по формуле
 
,                                                     (7.13)
 
в которой
,
и
принимают в соответствии с рисунком 7.2, а или рисунком 7.2, б. Для концентрических переходов коэффициент
2, для эксцентрических переходов
1.
 
 

а) - Концентрический                               б) - Эксцентрический

 

Рисунок 7.2 - Переходы

 

7.3.2 Допускаемое давление для концентрических и эксцентрических переходов равно

 

.                                      (7.14)
 

 

      7.4 Тройники и врезки

7.4.1 Приведенные ниже формулы применимы при следующих условиях:

 

- расстояние между наружными поверхностями соседних ответвлений тройников или врезок превышает величину

 

,                                      (7.15)
 
в противном случае (например, при расчете коллекторов с близкорасположенными ответвлениями) расчет коэффициента
следует проводить для ряда отверстий с учетом их взаимного влияния согласно [6];
 
- соблюдается условие
1;
 
- соблюдается условие
0,1.
 
7.4.2 Если угол между осью ответвления и осью магистрали не менее 75°, расчетную толщину стенки определяют согласно 7.4.3. Если угол между осью ответвления и осью магистрали 75°
45°, то для сварных тройников и врезок расчетную толщину стенки определяют согласно 7.4.9.
 

7.4.3 Расчетную толщину стенки магистрали в тройниковых соединениях (врезках) при действии внутреннего избыточного давления (рисунок 7.3) вычисляют по формуле

     

,                          (7.16)
 

где
- расчетный коэффициент снижения прочности магистрали тройника (врезки) вычисляют в соответствии с 7.4.5.
 

7.4.4 Расчетная толщина стенки ответвления

.                                        (7.17)
 

7.4.5 Расчетный коэффициент снижения прочности магистрали тройника (врезки) или эллиптической заглушки, ослабленной укрепленным отверстием:

 

,     (7.18)
 
где
, а
- сумма укрепляющих площадей ответвления и накладки (если таковая имеется)
 

     

.                                         (7.19)
 
Для штампованных (штампосварных) тройников (рисунок 7.3, б) вместо величины
в формулу (7.18) следует подставлять
 
.                                              (7.20)
 
 

а - сварной тройник (врезка), б - штампованный (штампосварной) тройник

 

Рисунок 7.3 - Тройники и врезки

Причем внутренний радиус
принимают по чертежу на конкретный тройник, но не менее 5 мм.
 

7.4.6 Укрепляющую площадь ответвления определяют по формулам:

 

- для ответвления, конструкция которого соответствует рисунку 7.3, а

 

,                                        (7.21)
 

- для вытянутой горловины штампованного (штампосварного) тройника, конструкция которого соответствует рисунку 7.3, б

 

,               (7.22)
 

где минимальные толщины стенок определяют по формулам:

- для сварных тройников и врезок

 

,                                               (7.23)
 

- для штампованных

 

,                                            (7.24)
 

     

.                                         (7.25)
 

7.4.7 Используемое при расчете значение высоты ответвления принимают по чертежу, но не более приведенных ниже значений:

 

- для сварного тройника и врезки

 

,                     (7.26)
 

- для штампованного (штампосварного) тройника

 

.                     (7.27)
 
При одновременном укреплении отверстия ответвлением и накладкой (рисунок 7.3, а), высоту укрепляющей части ответвления
принимают без учета толщины накладки
 
.                                  (7.28)
 

7.4.8 Укрепляющую площадь накладки определяют по формуле

     

.                                         (7.29)
 
Используемое в расчете значение ширины накладки
(рисунок 7.3) должно соответствовать размеру по чертежу на конкретную накладку, но не более
 
.                                    (7.30)
 
7.4.9 Для сварных тройников и врезок с наклонным ответвлением при 75°
45° выбранные размеры проверяют по условию
 
                                  (7.31)
 

 

отдельно для левой и правой стороны.

7.4.10 Площадь нагружения
и площади сопротивления (
- для магистрали,
- для ответвления и
- для накладки) следует определять согласно рисунку 7.4, где высоту ответвления принимают по формуле
 
,                            (7.32)
 
где
- угол между осями ответвления и магистрали, градус.
 
 

Рисунок 7.4 - Схема расчетных площадей укрепляющих элементов для тройника или врезки с наклонным ответвлением

Ширину накладки
принимают по рисунку 7.4, но не более ширины, рассчитанной по формуле (7.30).
 
7.4.11 Если допускаемое напряжение для укрепляющих деталей
меньше
, то расчетные значения укрепляющих площадей
,
умножают на отношение
.
 

7.4.12 Допускаемое давление для тройниковых соединений и врезок равно:

 

- при 90°
75°*
 

_______________

* Текст документа соответствует оригиналу. - Примечание изготовителя базы данных.     

,                                   (7.33)
 
- с наклонным ответвлением при 75°
 45°*
 

_______________

* Текст документа соответствует оригиналу. - Примечание изготовителя базы данных.     

.                                           (7.34)
 

      8 Поверочный расчет трубопровода на прочность

 

 

      8.1 Выбор расчетной схемы трубопровода

8.1.1 Трубопровод рассматривают как упругую стержневую систему. Следует стремиться к тому, чтобы расчетная схема правильно учитывала конструктивные особенности, которые влияют на НДС трубопровода.

 

При раскрытии статической неопределимости следует учитывать повышенную податливость на изгиб криволинейных труб (эффект Кармана), секторных колен, косых стыков и ответвлений (тройников). Для этого определяют коэффициенты податливости этих элементов, полученных с использованием теории оболочек или из экспериментов. Рекомендуемая методика их определения приведена в приложении А.

 

8.1.2 Расчетная схема трубопровода не должна представлять собой геометрически изменяемую или мгновенно изменяемую систему (в терминах строительной механики).

 

8.1.3 Трубопровод разбивают на прямолинейные и криволинейные (очерченные по дуге окружности) участки. Точки сопряжения участков служат расчетными узлами. В число расчетных узлов включают:

 

- места присоединения к оборудованию;

 

- места присоединения к опорам;

 

- точки излома или разветвления осевой линии трубопровода;

 

- точки изменения поперечного сечения, нагрузок и свойств грунта.

 

8.1.4 Внешние статические нагрузки рассматривают как сосредоточенные или равномерно распределенные. Наряду с ними в расчетах статически неопределимых стержневых систем учитывают деформационные воздействия, вызванные температурным нагревом (охлаждением), смещением опор или оборудования, а также предварительной растяжкой (сжатием) трубопровода.

 

8.1.5 Опоры и подвески моделируют жесткими, линейно-упругими и фрикционными связями, препятствующими перемещениям трубопровода; при этом необходимо учитывать такие нелинейные эффекты, как трение и отклонение тяг подвесок от вертикального положения.

 

8.1.6 Пружинные опоры и подвески моделируют упругими связями с учетом нелинейных эффектов от трения и отклонения тяг подвесок от вертикального положения. Подбор пружин и усилий затяга рекомендуется осуществлять в соответствии с [7], при этом допускается корректировка методики расчета [7] для корректного учета нелинейных эффектов.

 

8.1.7 Сильфонные и сальниковые компенсаторы моделируют как линейно упругие сочленения стержней осевого, шарнирного или сдвигового типов (в зависимости от их конструкции). Жесткость компенсаторов определяют по стандартам или по данным заводов-изготовителей. При расчете трубопровода с осевыми или универсальными неразгруженными компенсаторами необходимо учитывать распорные усилия.

 

8.1.8 Трубопроводную арматуру моделируют недеформируемыми (абсолютно жесткими) стержневыми элементами.

 

8.1.9 При моделировании точек присоединения трубопровода к сосудам и аппаратам рекомендуется учитывать локальные податливости стенки (обечайки, днища, крышки) в месте врезки штуцера, а также общую податливость сосуда или аппарата. Податливости определяют по результатам эксперимента или при помощи численных методов (метод конечных элементов).

 

8.1.10 В точках присоединения трубопровода к оборудованию необходимо учитывать смещения этих точек от нагрева присоединенного оборудования.

8.1.11 Расстановка опор и подвесок призвана обеспечить допустимый уровень напряжений в элементах трубопровода от несамоуравновешенной (в частности, весовой) нагрузки. При этом рекомендуется избегать случаев, когда в рабочем состоянии трубопровода опоры и подвески оказываются недогруженными или выключенными из работы. В холодном (нерабочем) состоянии трубопровода допускается недогрузка или выключение из работы опор и подвесок.

 

8.1.12 Силы трения в опорах и при взаимодействии трубопровода с грунтом определяют согласно 8.4.3.

 

 

      8.2 Сочетания нагрузок и воздействий

8.2.1 Полный поверочный расчет состоит из нескольких расчетов на различные сочетания нагрузок и воздействий, называемых этапами расчета (таблица 8.1). Критерии прочности, соответствующие каждому этапу расчета, приведены в 8.6.1.

 

Таблица 8.1 - Сочетания нагрузок и воздействий

 

 

 

 

N этапа

Наименование этапа расчета

Сочетание нагрузок и воздействий по таблице 6.1

Цель расчета

Режим ПДН (постоянные и длительные временные нагрузки)

1

Действие постоянных и длительных временных несамоуравновешенных нагрузок в рабочем состоянии

     

1, 2, 3, 5, 6, 7, 8

Оценка статической прочности; оценка устойчивости

2

Совместное действие постоянных и всех длительных временных нагрузок и воздействий в рабочем состоянии

1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10

Оценка нагрузок на оборудование, опоры и конструкции; оценка перемещений

3

Совместное действие постоянных и всех длительных временных нагрузок и воздействий в холодном состоянии

1, 2, 3, 4, 5, 6, 8

Определение нагрузок на оборудование, опоры и конструкции; оценка перемещений

4

Расчет на действие циклических воздействий

Разность усилий по этапам 2 и 3

Оценка циклической прочности (выносливости)

Режим ПДКОН (постоянные, длительные временные, кратковременные и особые нагрузки)

5

Действие постоянных, длительных временных, кратковременных и особых несамоуравновешенных нагрузок в рабочем состоянии

1, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 11, 12, 13, 14, 15

Оценка статической прочности; оценка устойчивости

6

Совместное действие всех нагрузок и воздействий в рабочем состоянии

1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9,  10, 11, 12, 13, 14, 15

Оценка нагрузок на оборудование, опоры и конструкции; оценка перемещений

Режим "сейсмика"

7

Действие постоянных, длительных временных, кратковременных несамоуравновешенных и сейсмических нагрузок в рабочем состоянии      

1, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 16

Оценка статической прочности; оценка устойчивости

8

Совместное действие всех нагрузок и воздействий в рабочем состоянии и сейсмических нагрузок

1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9,  10, 16

Оценка нагрузок на оборудование, опоры и конструкции; оценка перемещений

 

8.2.2 Поверочный расчет трубопровода осуществляют как на постоянные и длительные временные нагрузки (режим ПДН), так и на дополнительные воздействия кратковременных нагрузок (режим ПДКОН), а также на особое сочетание нагрузок при сейсмическом воздействии (режим "сейсмика"). Шифры нагрузок и воздействий указаны в таблице 6.1.

 

Расчеты этапов 1, 2, 3, 4 являются обязательными. Расчеты этапов 5, 6 не обязательны.

 

Необходимость дополнительного поверочного расчета этапов 5, 6 определяют заказчик или органы надзора.

 

Расчеты этапов 7, 8 обязательны для трубопроводов, расположенных на площадках с сейсмичностью 7, 8 и 9 баллов по шкале MSK-64.

 

8.2.3 Расчет по этапам 5 и 6 должен быть выполнен с учетом неблагоприятных сочетаний нагрузок и воздействий. Выбор учитываемых в расчетах типов кратковременных и особых нагрузок из таблицы 6.1 и их сочетаний определяет проектная организация из анализа реальных вариантов одновременного действия различных нагрузок на трубопровод. В зависимости от учитываемого состава нагрузок следует различать:

 

а) основные сочетания нагрузок, состоящие из постоянных (1-6), длительных временных (7-10) и кратковременных (11-15) нагрузок;

 

б) особые сочетания нагрузок, состоящие из постоянных (1-6), длительных временных (7-10), кратковременных (11-15) и одной из особых нагрузок (16). В особых сочетаниях нагрузок кратковременные нагрузки (11-15) допускается не учитывать.

 

8.2.4 Если трубопровод эксплуатируют при различных режимах работы (температура, давление, состояние вкл./выкл. насосов, задвижек и т.д.), то расчет следует выполнять для того режима работы, которому соответствуют наиболее тяжелые условия нагружения всех элементов трубопровода.

 

Если такой режим невозможно установить, то расчет выполняют для каждого из возможных режимов работы и производят проверку статической прочности, определяют нагрузки на оборудование по этапам 1, 2 или 5, 6 (в зависимости от длительности режима).

 

8.2.5 Расчет трубопровода в состоянии испытаний проводят в режиме ПДКОН. При этом расчетную температуру и давление принимают согласно 6.2.2. Вместо веса теплоносителя задают вес вещества, с которым проводят гидравлические испытания. По этапу 5 учитывают нагрузки 1, 2, 3, 5, 6, 7, 8, а по этапу 6 - нагрузки 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 (см. таблицу 6.1).

8.2.6 Свойства материала (модуль упругости
, коэффициент линейного расширения
) при 20 °С и при расчетной температуре должны соответствовать государственным стандартам, техническим условиям и другим действующим нормативно-техническим документам и должны быть подтверждены сертификатами заводов-изготовителей.
 
Значения
,
,
определяют по нормативным и справочным данным в зависимости от температуры. Допускается принимать
,
,
,
для электросварных труб и деталей по ГОСТ Р 52857.1, для бесшовных - по [6].
 
Значения
,
,
определяют на этапах 1, 2, 5, 6 при расчетной температуре
, на этапе 3 - при температуре 20 °С. См. таблицу 8.2.
 

Таблица 8.2 - Учет температурного расширения, смещений и монтажной растяжки на различных этапах

 

 

 

Этап и цель расчета

,
,
принимают равными
 
,
,
принимают при
 

Этапы 1, 5, 7

, 0, 0
 
 

Этапы 2, 6, 8

 

Оценка перемещений;

 

оценка устойчивости;

 

определение нагрузок на оборудование, опоры и конструкции

,
,
 
 

Этапы 2, 6, 8

 

Оценка статической прочности

,
,
 
 

Этап 3

 

Оценка статической прочности;

 

оценка перемещений;

 

определение нагрузок на оборудование, опоры и конструкции

,
,
 

20 °С

 

 

Примечания

 

 

1
- "собственные" смещения опор от нагрева присоединенного оборудования.
 
2
- предварительная (монтажная) растяжка и "собственные" смещения опор не от нагрева присоединенного оборудования.
 

 

Если расчетная температура ниже 20 °С, то
,
и
допускается принимать при температуре 20 °С.
 
8.2.7 На этапах 2 и 6 расчет ведут на положительный или отрицательный температурный перепад в соответствии с 6.2.7. На этапах 1, 3 и 5 расчет ведут при нулевом температурном перепаде (принимают
, см. таблицу 8.2).
 

8.2.8 На этапе 3 при определении влияния сил трения или отклонений подвесок необходимо учитывать, что перед началом охлаждения трубопровод имеет перемещения, обусловленные его нагревом в рабочем состоянии по этапу 2.

8.2.9 Напряжения на всех этапах вычисляют по номинальной толщине стенки элемента.

 

 

      8.3 Применение и учет предварительной растяжки

8.3.1 Предварительную (монтажную) растяжку применяют для улучшения компенсирующей способности трубопровода и для уменьшения нагрузок, передаваемых на опоры и оборудование.

 

8.3.2 Применение предварительной растяжки обосновывают расчетом, так как ее воздействие может быть и отрицательным. Применять монтажную растяжку необязательно. Вопрос о целесообразности ее применения, а также о ее величине и месте выполнения следует решать с учетом конкретных особенностей трубопровода.

 

8.3.3 Следует назначать величину растяжки не более 50% воспринимаемого температурного расширения.

 

8.3.4 Если качество предварительной растяжки не гарантировано, то расчет проводят без ее учета. Гарантируемую предварительную растяжку учитывают на этапах полного расчета 2, 3, 6, 8 (см. таблицу 8.2).

 

8.3.5 Учет монтажной растяжки в расчете трубопровода проводят путем задания соответствующих взаимных смещений стыкуемых сечений.

 

8.3.6 Одним из методов предварительной растяжки трубопроводов бесканальной прокладки является применение стартовых компенсаторов. Максимальную длину прямого участка трубопровода, мм, "обслуживаемого" стартовым компенсатором, определяют по формуле

 

,                      (8.1)
 
где
- начальная температура, которую рекомендуется принимать равной минимальной расчетной температуре в условиях эксплуатации (расчетной температуре до начала отопительного периода),
 
- сила трения о грунт, приходящаяся на единицу длины трубопровода, Н/мм, определяемая по формуле (8.5).
 

8.3.7 Температуру замыкания стартового компенсатора рекомендуется принимать равной

 

.                                                (8.2)
 
8.3.8 Максимальный расчетный осевой ход стартового компенсатора
, мм, соответствующий
, определяемый по формуле
 

     

,                    (8.3)
 

не должен превышать величины допустимого осевого хода стартового компенсатора. Здесь:

- температура прогрева трубопровода в момент замыкания стартовых компенсаторов,
 
- начальная температура (рекомендуется принимать среднюю температуру стенок трубопровода непосредственно перед началом термического натяжения).
 

      8.4 Определение нагрузок на оборудование, опоры и строительные конструкции

8.4.1 Нагрузки, передаваемые трубопроводом на присоединенное оборудование, опоры и строительные конструкции, определяют на этапах 2, 3, 6 и 8.

 

8.4.2 Горизонтальные нагрузки от сил трения на подвижные опоры трубопровода определяют из условия

 

,                                                     (8.4)
 

     

 

а) - нагрузки на скользящую опору, б) - нагрузки и перемещения в скользящей опоре

 

Рисунок 8.1 - Схема нагрузок на опору

В приведенных формулах:

 

- вертикальное давление трубопровода на подвижную опору;
 
- боковая составляющая силы трения (поперек оси трубы);
 
- продольная составляющая силы трения (вдоль оси трубы);
 
- коэффициент трения при перемещении поперек оси трубы (таблица 8.3);
 
,
-  линейные перемещения вдоль и поперек оси трубы.
 

Таблица 8.3 - Коэффициенты трения

 

 

Тип опоры

Коэффициент трения
 

Скользящая (сталь по стали)

0,3

Скользящая (фторопласт по фторопласту)

0,005

Катковая, шариковая

0,1

 

Компоненты силы трения
и
на перемещениях в плоскости скольжения должны совершать отрицательную работу (т.е. каждая пара значений
,
и
,
должна иметь противоположные знаки).
 
Компоненты силы трения
и
(рисунок 8.1) определяют последовательными приближениями в зависимости от перемещений трубопровода
.
 
8.4.3 В трубопроводах бесканальной прокладки в грунте силы трения, Н/мм, действуют вдоль оси трубы как распределенная нагрузка
(предельная сила трения). Для песчаных и сухих глинистых грунтов
может быть вычислена по формуле
 

     

.                         (8.5)
 
Здесь
- сила прижатия трубы к грунту, Н/мм, вычисляемая по формуле
 
,                                                      (8.6)
 
где
- сила прижатия трубы к грунту в горизонтальном направлении, Н/мм;
 
- сила прижатия трубы к грунту в вертикальном направлении, Н/мм.
 

Если трубопровод не имеет разветвлений и поворотов в грунте или силы прижатия трубы к грунту в горизонтальном направлении незначительные, то допускается принимать

 

,                                                       (8.7)
 

 

где
- расчетный погонный вес трубопровода с теплоносителем и изоляцией, Н/мм;
 
Коэффициент трения
определяют по формуле
 
,                                               (8.8)
 
где
- коэффициент, зависящий от конструкции изоляции и характера нагружения. Для наиболее распространенных изоляционных конструкций значения
приведены в таблице 8.4.
 
Таблица 8.4 - Значения коэффициентов
 

 

 

 

Характер нагружения

Коэффициент
 

 

ППУ-изоляция, ППМ-изоляция

Армопенобетон

Многократное чередование циклов нагрев-охлаждение

0,33

0,67

Однократный нагрев (охлаждение)

0,67

1,00

Кратковременное приложение нагрузки

1,00

1,15

 

 

Примечания

 

 

1 Однократный нагрев (охлаждение) принимают на этапах полного расчета 2 и 3 при оценке статической прочности и нагрузок на оборудование, опоры и строительные конструкции, а многократное чередование циклов нагрев-охлаждение - на этапе 3 для определения размаха переменных напряжений.

 

 

2 Уменьшение коэффициента
на 30% может быть достигнуто обертыванием наружной поверхности изоляции трубопровода полиэтиленовой пленкой.
 

 

Для других изоляционных конструкций значения
следует принимать на основе справочных или экспериментальных данных.
 

      8.5 Учет влияния компенсаторов при расчете трубопровода

8.5.1 Компенсаторы состоят из одного или нескольких гибких элементов (рисунок 8.2, а) и набора деталей, предназначенных для крепления гибких элементов, восприятия тех или иных нагрузок, для присоединения к трубопроводу и т.д.

 

По конструктивно-технологическому исполнению различают сильфонные, сальниковые и другие компенсаторы.

 

 

Рисунок 8.2 - Схема работы осевого и углового компенсаторов

 

8.5.2 Выбор компенсаторов проводят по данным завода-изготовителя в зависимости от максимального расчетного давления, температуры, рабочей среды и компенсирующей способности.

 

8.5.3 Установка компенсаторов должна происходить согласно схемам и рекомендациям заводов-изготовителей.

 

8.5.4 При поверочном расчете трубопровода компенсатор рассматривают как элемент, характеризуемый осевой жесткостью, определяемой по нормативным документам или по данным заводов-изготовителей.

 

8.5.5 Силу трения в сальниковом компенсаторе, Н, определяют как наибольшее значение, вычисленное по формулам:

 

,                                         (8.9)
 

     

.                                           (8.10)
 

Здесь:
- рабочее давление, принимаемое не менее 0,5 МПа;
 
- длина набивки по оси сальникового компенсатора, мм;
 
- наружный диаметр патрубка сальникового компенсатора, мм;
 
- коэффициент трения набивки о металл, принимаемый равным 0,15;
 
- число болтов компенсатора;
 
- площадь поперечного сечения набивки
, мм
;
 
- внутренний диаметр корпуса сальникового компенсатора, мм.
 
При определении силы трения по формуле (8.9) величину
следует принимать не менее 1 МПа.
 

8.5.6 Распорные усилия от внутреннего давления при применении осевых компенсаторов (рисунок 8.2) вычисляют по формуле

 

,                                                (8.11)
 
где
- эффективная площадь, принимаемая по стандартам и нормалям на осевые компенсаторы, мм
.
 

В случае отсутствия данных допускается принимать следующие значения:

 

- для сальниковых компенсаторов

 

;                                                (8.12)
 

- для сильфонных и линзовых компенсаторов

     

,                               (8.13)
 
где
и
- наружный и внутренний диаметры гибкого элемента, мм.
 
Для осевых полностью разгруженных компенсаторов следует принимать
0.
 
8.5.7 Характеристикой осевого компенсатора
называют компенсирующую способность на растяжение-сжатие (амплитуда осевого хода), а
- полную компенсирующую способность.
 
В случае выполнения монтажной растяжки осевого компенсатора на величину
, его компенсирующая способность на сжатие увеличивается до
.
 

8.5.8 При выполнении поверочного расчета трубопровода должно выполняться следующее условие: расчетное перемещение осевого компенсатора не должно превышать его компенсирующую способность на растяжение-сжатие (допустимый осевой ход)

 

,                                               (8.14)
 

 

где
 - расчетное перемещение компенсатора определяют на основании расчета трубопровода в целом,
 
- допускаемое перемещение компенсатора на растяжение-сжатие (компенсирующая способность), которое устанавливает завод-изготовитель по результатам испытаний компенсатора на выносливость при определенной наработке, соответствующей режиму эксплуатации трубопровода.
 

      8.6 Условия прочности

8.6.1 Условия прочности всех этапов расчета приведены в таблице 8.5. Статическая прочность на этапах 2, 3, 6, 8 не оценивается.

 

Таблица 8.5 - Критерии прочности

 

 

 

Номер этапа расчета

Наименование этапа расчета

Условие прочности

Режим ПДН

1

Действие постоянных и длительных временных несамоуравновешенных нагрузок в рабочем состоянии

 

2

Совместное действие постоянных и всех длительных временных нагрузок и воздействий в рабочем состоянии

-

3

Совместное действие всех нагружающих факторов в холодном (нерабочем) состоянии

-

4

Расчет на циклические воздействия

 

Режим ПДКОН

5

Действие постоянных, длительных временных, кратковременных и особых несамоуравновешенных нагрузок в рабочем состоянии

 

6

Совместное действие всех нагрузок и воздействий в рабочем состоянии

-

Режим "сейсмика"

7

Действие постоянных, длительных временных, кратковременных несамоуравновешенных и сейсмических нагрузок в рабочем состоянии

 

8

Совместное действие всех нагрузок и воздействий в рабочем состоянии и сейсмических нагрузок

-

 

8.6.2 Для труб с ППУ-изоляцией по ГОСТ 30732 напряжения в рабочем состоянии в слое ППУ не должны превышать значений, указанных в 5.2.3 и 5.2.4:

 

,
 
,                                                                          (8.15)
 
.
 

      8.7 Расчетные напряжения в трубах и соединительных деталях

8.7.1 Среднее окружное напряжение от внутреннего давления вычисляют по формуле

 

.                                            (8.16)
 

8.7.2 Для трубопроводов надземной прокладки и подземной прокладки в каналах

 

.                                                (8.17)
 
Для трубопроводов бесканальной прокладки должно быть вычислено суммарное кольцевое напряжение от сжатия
и изгиба
вследствие овализации поперечного сечения трубы под действием вышележащего слоя грунта:
 
.                                         (8.18)
 

8.7.3 Суммарное среднее осевое напряжение от осевой силы и изгибающего момента равно

 

,                                      (8.19)
 

 

где
- напряжение от осевой силы, вычисляемое по формуле
 
,                                          (8.20)
 
- осевое напряжение от изгибающего момента, вычисляемое по формуле
 

           

,                         (8.21)
 
где
,
- моменты в рассчитываемом сечении, действующие соответственно в плоскости и перпендикулярно плоскости отвода (тройника или врезки);
 
- осевая сила, вычисленная по методам строительной механики с учетом распорных усилий от давления. При растяжении осевая сила положительная, при сжатии - отрицательная.
 

8.7.4 Касательное напряжение от кручения

 

.                                            (8.22)
 

8.7.5 Эквивалентные напряжения для расчетного сечения трубопровода

 

.                                 (8.23)
 

8.7.6 Характеристики сечения труб определяют по формулам:

 

,                                   (8.24)
 

     

.
 
8.7.7 При расчете напряжений в соединительных деталях трубопровода принимают коэффициенты прочности сварного шва
1,
1 и
1, а также
1.
 
8.7.8 При расчете напряжений в прямых трубах коэффициенты интенсификации принимают
1.
 
8.7.9 При значениях коэффициентов
,
,
,
меньше единицы при расчете их следует принимать равными единице.
 
8.7.10 При выполнении расчетов на несамоуравновешенные нагрузки (по этапам 1, 5 и 7) вместо значений
,
,
,
следует принимать значения
,
,
,
, но не менее 1,0.
 
8.7.11 Коэффициенты интенсификации напряжений
,
,
,
определяют согласно настоящему стандарту. Если при этом значение
не указано, то принимают
1. Для отводов, косых стыков и переходов принимают
1, для тройников -
. Коэффициенты применимы при соблюдении соотношения
0,01.
 
Коэффициенты интенсификации напряжений
,
,
,
допускается определять по данным экспериментов или численных методов расчета (методом конечных элементов) с учетом реальной геометрии изделия, характеристик материала и внутреннего давления. Для тройниковых соединений коэффициенты интенсификации имеют различные значения в сечениях магистрали (А-А, Б-Б) и ответвления (В-В, рисунок 8.5) -
,
,
,
.
 

      8.8 Расчетные напряжения в отводах и косых стыках

8.8.1 Напряжения в отводах определяют в соответствии с 8.7.1-8.7.5 для трех сечений А-А, Б-Б, В-В (рисунок 8.3. б). Для каждого сечения должны выполняться условия статической и циклической прочности.

 

 

     

а) - схема нагружения в расчетном сечении; б) - расчетные сечения

Рисунок 8.3 - Расчетная схема отвода

Характеристики сечений
и
вычисляют по формуле (8.24), а коэффициенты
и
- по формулам:
 

- для гнутых, крутоизогнутых и штампосварных отводов

 

,
 

(8.25)

;
 
- для секторных отводов с числом косых стыков
2 (см. рис.7.1. б)
 
.                                            (8.26)
 
Формула справедлива для секторных отводов, у которых
и
22,5° (см. рисунок 7.1, б).
 
Коэффициент
принимают:
 
- для отводов, стыкуемых с трубами на сварке,
1,
 
- для отводов, стыкуемых с трубами с одного конца на фланце и с другого конца на сварке,
,
 
- для отводов, стыкуемых с трубами на фланцах с обеих сторон,
.
 

В приведенных формулах:

 

,                                              (8.27)
 

     

;                    (8.28)
 
для косых стыков (рисунок 8.4) при
22,5° допускается использовать формулу (8.26), при этом принимают
1 и в формулы (8.27) и (8.28) подставляют эквивалентный радиус
:
 
.                                          (8.29)
 
Если расстояние
между косыми стыками меньше величины
 
,                                        (8.30)
 

то такие косые стыки следует считать как один секторный отвод с радиусом

.                                                (8.31)
 
 

Рисунок 8.4 - Косой стык

 

 

 

      8.9 Расчетные напряжения в тройниках и врезках

8.9.1 Напряжения в тройниках определяют согласно 8.7.1-8.7.5 для сечений А-А, Б-Б и В-В (рисунок 8.5). Для каждого сечения должны выполняться условия статической и циклической прочности, при этом допускаемые напряжения для ответвления и магистрали могут отличаться (в случае различных марок стали ответвления и магистрали во врезках).

 

 

а - схема нагружения в расчетных сечениях, б - расчетные сечения

 

Рисунок 8.5 - Расчетная схема тройника (врезки)

 

8.9.2 Концентрация напряжений изгиба в тройниках зависит от безразмерного параметра
.
 

Для сварных тройников без укрепляющих накладок

.                                            (8.32)
 

Для сварных тройников с укрепляющими накладками, конструкция которых соответствует рисунку 7.3, а:

 

- при
 

     

,                                    (8.33)
 
- при
 
.                                                 (8.34)
 

Для штампосварных тройников, конструкция которых соответствует рисунку 7.3, б:

 

при
и
 

     

,
 

(8.35)

при
или
 
.
 
Для штампованных тройников с вытянутой горловиной при
и
:
 
.                                          (8.36)
 
При расчете ответвления (сечение В-В) в формулы 8.9.2 вместо номинальной толщины стенки
подставляют эффективную
, определяемую согласно 8.9.3.
 

8.9.3 Эффективную толщину стенки в сечении ответвления определяют:

 

- при наличии внутреннего давления (
0)
 
,                               (8.37)
 
где
- номинальная толщина стенки,
 
- расчетная толщина стенки магистрали без учета ослабления отверстием, определяемая по 7.1.1;
 
- расчетная толщина стенки магистрали с учетом ослабления отверстием, определяют согласно 7.4.3 при
75° или 7.4.9 при 75°
45°;
 
- при отсутствии внутреннего давления (
0)
 
.                                       (8.38)
 
Здесь
вычисляют по формуле (7.18), a
принимают наименьшее значение из
и
(
вычисляют по формуле 7.18):
 
.                                               (8.39)
 
Для тройников при 75°
45° вместо
подставляют значение
 
*.                                            (8.40)
 

_______________

* Формула соответствует оригиналу. - Примечание изготовителя базы данных.

           

Если
0, то
1.
 

8.9.4 Коэффициенты интенсификации напряжений изгиба при действии изгибающего момента из плоскости тройника:

 

- в сварном тройнике с отношением наружного диаметра ответвления к наружному диаметру магистрали
0,5
 
;                                       (8.41)
 
- в сварном тройнике с отношением
0,5, а также в штампованном (штампосварном) тройнике
 
,                                       (8.42)
 
где
- угол между осями магистрали и ответвления (рисунок 7.4), который должен находиться в диапазоне 90°
45°.
 
Коэффициенты интенсификации напряжений изгиба при действии изгибающего момента в плоскости тройника независимо от его конструкции и отношения
вычисляют по формуле
 
.                                         (8.43)
 
Примечание - Формулы (8.41)-(8.43) при
90° дают приближенное значение коэффициента интенсификации с запасом в б
льшую сторону. Более точные значения коэффициентов интенсификации можно получить численным методом с использованием специализированных программ, реализующих метод конечных элементов.
 

8.9.5 Характеристики сечения при расчете магистрали (сечения А-А и Б-Б) определяют по формулам (8.24), а при расчете ответвления (сечение В-В) - по формулам:

 

,
,                    (8.44)
 

в которых
при расчете сварных тройников и врезок принимают как наименьшее из двух значений
и
 
,
 
а при расчете штампованных и штампосварных тройников - как наименьшее из величин
и
 

    

 

8.9.6 Врезки, конструкция которых соответствует рисунку 7.3, рассчитывают по формулам сварных тройников.

 

 

      8.10 Расчетные напряжения в переходах

8.10.1 Напряжения в концентрических и эксцентрических переходах, конструкция которых соответствует рисунку 7.2, определяют в соответствии с 8.7.1-8.7.5. При этом коэффициенты интенсификации вычисляют по формуле

 

,
 

(8.45)

 

,
 
где
- угол конусности в градусах.
 
Формула (8.45) справедлива при 5
60°, 0,0125
0,2, 1
2,12.
 

      8.11 Расчетные напряжения в ППУ и ППМ изоляции

Поперечное сечение труб с ППУ-изоляцией в полиэтиленовой оболочке представляет собой трехслойное кольцо, несущей сердцевиной которого является стальная труба. Поскольку изоляционная конструкция и стальная труба должны работать как единое целое (отслоения не допускаются), в слое ППУ возникают нормальные и касательные напряжения (рисунок 8.6), которые могут привести к его разрушению.

 

 

Рисунок 8.6 - Компоненты напряжений в ППУ-изоляции

 

8.11.1 Продольные нормальные напряжения в слое ППУ

 

,                                    (8.46)
 
где
,
- моменты в двух взаимно перпендикулярных плоскостях труб или моменты соответственно в плоскости и из плоскости отвода (тройника).
 

8.11.2 Радиальные нормальные напряжения:

 

,                                              (8.47)
 
где
- максимальное значение относительной линейной деформации слоя ППУ в радиальном направлении.
 

8.11.3 Кольцевые напряжения в ППУ допускается вычислять по формуле

,                                                     (8.48)
 
где значение
рассчитывают по формуле (8.18).
 

8.11.4 Средние касательные напряжения в поперечном (окружном) направлении

 

,                                               (8.49)
 
где
- относительная деформация сдвига слоя ППУ,
 
- модуль упругости ППУ на сдвиг при 140 °С.
 

8.11.5 Продольные касательные напряжения в ППУ

 

,                                               (8.50)
 
где
- определяют по формуле (8.5), зависит от свойств грунта засыпки и глубины заложения трубопровода при бесканальной прокладке.
 

8.11.6 Эквивалентные напряжения

 

.                                           (8.51)
 
Главные напряжения
являются корнями кубического уравнения
 
,                                (8.52)
 

в котором:

,
 

     

,          (8.53)
 

     

.
 

8.11.7 Напряжения в ППМ-изоляции допускается рассчитывать изложенной в данном пункте методикой.

 

 

      8.12 Расчет на циклическую прочность

8.12.1 Оценку циклической прочности проводят на основе анализа усилий, определяемых по данным упругого расчета на этапах 2 и 3. Основной расчетной нагрузкой является малоцикловое температурное воздействие, вызываемое колебаниями температуры.

 

8.12.2 На основе вероятностной оценки условий эксплуатации в течение года задают температурную историю, составленную из полных циклов с различными изменениями температуры (ГОСТ 25.101). Температурная история имеет следующий вид:

 

Таблица 8.6 - Температурная история

 

 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 

 

и обычно строится в порядке убывания интервалов времени и изменений температуры, т.е.

,
 

     

,*
 

_________________

* Формула соответствует оригиналу - Примечание изготовителя базы данных.

           

причем
и
 относятся к циклу с наибольшим изменением температуры.
 
Каждый цикл
-го типа характеризует частота повторения
в определенном интервале времени
и изменение температуры
.
 

Допускается не учитывать изменения температуры в пределах ±2,5% наибольшего значения, принятого в расчете.

 

8.12.3 При оценке циклической прочности расчетный срок службы трубопровода
рекомендуется принимать не менее 30 лет, если в задании на проектирование не оговорено иного срока.
 

8.12.4 Приведенные к холодному состоянию размахи знакопеременных усилий для цикла с наибольшим изменением температуры определяют на этапе 4 расчета для каждого расчетного сечения как разность усилий по этапам 2 и 3:

 

 

,
 
,
 

(8.54)

 

,
 
.
 
Здесь
,
,
,
- моменты и продольное усилие в рабочем состоянии трубопровода;
 
,
,
,
 - то же в холодном (нерабочем) состоянии трубопровода.
 

8.12.5 По изменениям знакопеременных усилий определяют:

 

- переменные напряжения от изменений осевой силы, изгибающего момента
и крутящего момента
- по формулам (8.20), (8.21) и (8.22);
 
- переменные напряжения от внутреннего давления
по формуле (8.18);
 

- размах эквивалентных напряжений для цикла с наибольшей расчетной температурой вычисляют по формуле

 

.                         (8.55)
 

8.12.6 Размахи эквивалентных напряжений с меньшей температурой согласно температурной истории рассчитывают по формуле

 

,
.                                   (8.56)
 

8.12.7 Допускаемый размах эквивалентных напряжений, МПа, выбирают по формуле

,                            (8.57)
 
где
- допускаемый размах эквивалентных напряжений из условия циклической прочности, определямый по формуле
 
;     (8.58)
 
- расчетное число полных циклов нагружения (полных пусков и остановов) согласно 8.12.10.
 
- допускаемый размах эквивалентных напряжений, вычисляемый по формуле
 
.                                        (8.59)
 

8.12.8 Циклическую прочность трубопровода на этапе 4 считают обеспеченной, если выполняется условие

 

.                                              (8.60)
 
8.12.9 В случае расчета врезки из различных материалов определяющим является материал, дающий наименьшее значение
.
 

8.12.10 Эквивалентное число полных циклов нагружения вычисляют по формуле

 

,                                       (8.61)
 

где
- число полных циклов с размахами эквивалентных напряжений
;
 
- число ступеней размахов эквивалентных напряжений
с числом циклов на каждой ступени, равным
;
 
- номер цикла  
1, 2, 3, ...,
.
 
8.12.11 Допускаемое число расчетных циклов с размахом
для изделий из углеродистых и легированных сталей определяют по формулам:
 
,                                          (8.62)
 
.                                          (8.63)
 
При
258 МПа используют обе формулы и за расчетное
принимают наименьшее из двух полученных значений; при 129 MПа
258 МПа используют формулу (8.62); при
129 МПа или при
10
допускаемое число расчетных циклов принимают