Моделирование устойчивости участка магистрального газопровода в обводненной местности
Авторы: Миклуш Александр Сергеевич, Арбузов Юрий Алексеевич, Белов Сергей Арсентьевич, Ридченко Александр Николаевич
Рубрика: 8. Строительство
Опубликовано в
II международная научная конференция «Современные тенденции технических наук» (Уфа, май 2013)
Статья просмотрена: 265 раз
Библиографическое описание:
Миклуш, А. С. Моделирование устойчивости участка магистрального газопровода в обводненной местности / А. С. Миклуш, Ю. А. Арбузов, С. А. Белов, А. Н. Ридченко. — Текст : непосредственный // Современные тенденции технических наук : материалы II Междунар. науч. конф. (г. Уфа, май 2013 г.). — Т. 0. — Уфа : Лето, 2013. — С. 51-53. — URL: https://moluch.ru/conf/tech/archive/74/3619/ (дата обращения: 16.08.2024).
Приводится математическая модель для расчета технологических параметров закрепления магистральных газопроводов на слабонесущих грунтах анкерными устройствами. Показано, что существенное влияние на критические значения продольных и поперечных нагрузок влияет не только общая удерживающая способность всех анкеров, но и их возможное различие в несущей способности. Предложена методика оценки влияния качества выполнения строительно-монтажных работ при закреплении анкеров на эксплуатационную надежность участка магистрального газопровода на слабонесущих грунтах.
Ключевые слова: магистральный газопровод; анкерное устройство; слабонесущий грунт; несущая способность; продольная и поперечная нагрузка.
Provides a mathematical model to calculate technological parameters of gas mains for fastening soft soil anchor devices. It is shown that a substantial impact on the critical values of longitudinal and transverse loads is influenced not only by the General uderzivaûsivaûsaâ the ability of all the anchors, but also their possible difference in bearing ability. The technique of assessing the impact of the performance of civil and erection works when anchors on the operational reliability of the pipeline section on soft soil.
Keywords: gas pipeline; Anchorage device; slabonesusij primer; load capacity; longitudinal and transverse load.
Потеря устойчивости линейно-протяженного объекта, например, магистрального газопровода, проложенного на слабонесущих обводненных грунтах, может привести к нарушению проектной прочности объекта, требует значительных затрат на проведение ремонтных работ и возвращение объекта в проектное положение [1–4]. Качество выполнения работ по закреплению магистральных газопроводов находится в прямой зависимости от правильной разработки траншеи и укладки в нее газопровода. Кроме того, практика показывает, что потеря устойчивости газопровода может быть вызвана действующими на него нагрузками, которые обусловлены изменениями температуры и давления транспортируемого по нему продукта [5–9]. Воспользуемся основными положениями теории нечетких множеств [10] и разработаем алгоритм анализа устойчивости закрепленного анкерами линейно-протяженного объекта на слабонесущих обводненных грунтах.
Математическое моделирование действующих на газопровод продольных сил — это определение Dt = |tc — t| — положительного перепада температуры газа на данном участке магистрального газопровода (tc — температура, при которой участок газопровода был зафиксирован на проектных отметках с помощью анкеров, t — температура транспортируемого газа) и p — давления газа на данном участке газопровода как треугольных нечетких чисел при помощи интервальной модели.
Газопровод представляется как элемент с внутренним давлением p, в котором имеются продольные напряжения sпр в стенках трубы, кольцевые (тангенциальные) напряжения sкц, определяемые как для безмоментной оболочки
sкц = [p×Dвн/(2×d)]. |
(1) |
Влияние отброшенной части трубы заменяется усилием
p×Fвн = 0,25×p×p×Dвн2 = [p×Dвн/(2×d)]× [p×Dвн×d/2] = 0,5×sкц×F, |
(2) |
где Fвн — площадь внутренней полости трубы; F — площадь поперечного сечения стенки трубы.
Для газопровода эквивалентным продольным усилием является равнодействующая усилия от внутреннего давления и усилия в стенке трубы N
S = p×Fвн — N = 0,5×sкц×F — sпр×F. |
(3) |
Продольные напряжения sпр определяются расчетом в соответствии с правилами строительной механики. Наибольшее напряжение в сечении в упругой стадии равно
sпр = n0×sкц — at×E0×Dt + 0,5×E0×Dн/r, |
(4) |
где n0 — коэффициент Пуассона; at — коэффициент линейного расширения; Dt — температурный перепад; E0 — модуль упругости; Dн — наружный диаметр газопровода; r — радиус кривизны.
Формула справедлива и для упруго-пластических деформаций, если под модулем упругости E0 понимать мгновенный модуль упругости для нелинейной диаграммы si-ei.
Если последним членом в формуле (4) можно пренебречь по сравнению с вкладом двух первых членов, то эквивалентное продольное осевое усилие в сечении газопровода S определяется по формуле
S = [(0,5 — n0)×p×Dвн/d + at×E0×Dt]×F, |
(5) |
т. е. усилие будет зависеть от внутреннего давления p и температурного перепада Dt.
В дальнейшем можно отделить данные по летним перепадам и зимним перепадам, и представить их разными нечеткими величинами. Очевидно, летние перепады будут больше чем зимние, но в сочетании с давлением, которое зимой больше, чем летом, нельзя определенно сказать какой случай более опасен с точки зрения эксплуатационной надежности.
Для давления тоже пока не будем рассматривать сезонные колебания, а запишем функцию принадлежности для всего периода наблюдения T
m(p|T) = 1 — |p0 — p|/Пp, если p0 — Пp £ p £ p0 + Пp; |
(6) |
m(p|T) = 0 впротивном случае, |
(7) |
где p0 = 0,5×(pmax + pmin); Пp = pmax — p0; pmax = max{p1,p2,...,pn}; pmin = min{p1,p2,...,pn}.
Пусть для Dt имеются ряд наблюдений, соответствующих максимальному положительному перепаду за период времени t: Dt1, Dt2,..., Dtn. Тогда считаем, что функция принадлежности для Dt отнесенная к временному интервалу T = n×t будет иметь следующий вид
m(Dt|T) = 1 — |Dt0 — Dt|/ПDt, еслиDt0 — ПDt£Dt £Dt0 + ПDt; |
(8) |
m(Dt|T) = 0 впротивном случае, |
(9) |
где Dt0 = 0,5×(Dtmax + Dtmin); ПDt = Dtmax — Dt0; Dtmax = max{Dt1, Dt2,..., Dtn}; Dtmin = min{Dt1, Dt2,..., Dtn}.
Функцию принадлежности эквивалентной продольной силы
S = A×p + B×Dt |
(10) |
находим, применяя принцип обобщения
m(S|T) = maxS {mp(p) LmDt(Dt)}, |
(11) |
где A = (0,5 — n0)×F×Dвн/d, B = at×E0×F.
Нетрудно показать, что если mp(p) и mDt(Dt) — треугольные функции принадлежности, то и m(S) тоже будет треугольной функцией принадлежности
m(S|T) = 1 — |S0 — S|/ПS, если S0 — ПS£ S £ S0 + ПS; |
(12) |
m(S|T) = 0 впротивном случае, |
(13) |
где S0 = A×p0 + B×Dt0; ПS = A×Пp + В×ПDt.
Отметим, что большему интервалу времени T соответствует более широкая функция принадлежности, так как прибавляются новые наблюдения и интервал наблюдаемых величин может только увеличиться или остаться таким же. Это вполне согласуется с тем фактом, что возможность отказа за более длинный интервал времени увеличивается.
Литература:
1. Быков Л. И., Мустафин Ф. М., Рафиков С. К. и др. Типовые расчеты при сооружении и ремонте газонефтепроводов. — СПб.: Недра, 2006. — 824 с.
2. Колотилов Ю. В., Митрохин М. Ю., Решетников А. Д. и др. Функционально-технологический мониторинг системы обслуживания и ремонта газопроводов. — М.: Изд-во «Известия», 2009. — 512 с.
3. Салюков В. В. Подготовка организационно-технологических решений капитального ремонта магистральных газопроводов. — М.: Стройиздат, 2007. — 408 с.
4. Халлыев Н. Х., Решетников А. Д., Будзуляк Б. В. и др. Капитальный ремонт линейной части магистральных газонефтепроводов. — М.: Изд-во «Макс Пресс», 2011. — 448 с.
5. Решетников А. Д. Технологические процессы строительства и капитального ремонта магистральных газопроводов в сложных природно-климатических условиях. — М.: СИП РИА, 2004. — 320 с.
6. СТО Газпром 2–2.3–231–2008. Правила производства работ при капитальном ремонте линейной части магистральных газопроводов ОАО «Газпром». — М.: ИРЦ Газпром, 2008. — 72 с.
7. Анохин Н. Н. Строительная механика в примерах и задачах. Статически неопределимые системы. — М.: Ассоциация строительных вузов (АСВ), часть 2, 2000. — 464 с.
8. ГОСТ 20522–96. Грунты. Методы статистической обработки результатов испытаний. — М.: Минстрой РФ, 1996. — 26 с.
9. Колотилов Ю. В., Короленок А. М., Федоров Е. И. и др. Особенности эффективного использования анкерных устройств при сооружении магистральных газопроводов. — М.: Нефтяник, 1998. — 86 с.
10. Ягер Р. Нечеткие множества и теория возможностей. — М.: Радио и связь, 1986. — 408 с.
Похожие статьи
Влияние гидратообразования на пропускную способность...
участок газопровода, конец участка, метанол, гидратная пробка, газопровод, свеча, ненормальный перепад давления, температура газа, начало участка, показание манометров, кран, заливка метанола, давление...
Оценка надежности магистральных газопроводов
Стресс-коррозия (коррозионное растрескивание под напряжением, КРН) металла труб магистральных трубопроводов является трудно прогнозируемым и опасным явлением
Грунтовые воды начинают поступать на 2–3 сутки после разрушения участка газопровода.
Деформации технологических трубопроводов и оборудования...
Проблема обеспечения устойчивости газопроводов связана с компенсацией линейных расширений
- внутреннее давление газа; - вес трубопроводов, запорной арматуры и газа внутри них.
Производство труб большого диаметра для магистральных трубопроводов.
Оценка надежности трубопроводов, прокладываемых...
В качестве объекта исследования выбирается газопровод из стали 13Г1С-4 (к54), который имеет наружный диаметр D = 720 мм и толщину стенки трубы t = 14 мм.
Внутреннее (рабочее) давление в трубе МПа.
Анализ методов обеспечения безопасности эксплуатации...
Снижение несущей способности нефтепровода может происходить из-за присутствия дефектов в стенке труб и старения металла.
Рис. 3. Статистические оценки функции надежности нефтепроводов в зависимости от их диаметра и срока эксплуатации.
Способы повышения энергоэффективности магистрального...
Для увеличения пропускной способности технологического участка трубопровода традиционно используются противотурбулентные присадки (далее ПТП).
Производство труб большого диаметра для магистральных трубопроводов.
Повышение уровня эксплуатационной надежности...
Основные принципы ранжирования участков магистральных газопроводов, подлежащих выводу в капитальный ремонт, должны исходить из
Органолептические способы оценки состояния труб требуют соответствующих навыков, которые приобретаются годами.
Обеспечение устойчивости проектного положения и прочности...
Объем этих линз достаточен, чтобы в теплое время года не произошло их оттаивание и была обеспечена проектная несущая способность.
Так, канадский газопровод «Маккензи-Валлей», имеющий участки с надземной прокладкой, окупился только через 18 лет после...
Требования, предъявляемые к применению соединительных...
Нефтепроводы и газопроводы являются ответственными сооружениями повышенной опасности для окружающей среды и человека при разрушениях.
Производство труб большого диаметра для магистральных трубопроводов. Под действием внутреннего давления при...
Похожие статьи
Влияние гидратообразования на пропускную способность...
участок газопровода, конец участка, метанол, гидратная пробка, газопровод, свеча, ненормальный перепад давления, температура газа, начало участка, показание манометров, кран, заливка метанола, давление...
Оценка надежности магистральных газопроводов
Стресс-коррозия (коррозионное растрескивание под напряжением, КРН) металла труб магистральных трубопроводов является трудно прогнозируемым и опасным явлением
Грунтовые воды начинают поступать на 2–3 сутки после разрушения участка газопровода.
Деформации технологических трубопроводов и оборудования...
Проблема обеспечения устойчивости газопроводов связана с компенсацией линейных расширений
- внутреннее давление газа; - вес трубопроводов, запорной арматуры и газа внутри них.
Производство труб большого диаметра для магистральных трубопроводов.
Оценка надежности трубопроводов, прокладываемых...
В качестве объекта исследования выбирается газопровод из стали 13Г1С-4 (к54), который имеет наружный диаметр D = 720 мм и толщину стенки трубы t = 14 мм.
Внутреннее (рабочее) давление в трубе МПа.
Анализ методов обеспечения безопасности эксплуатации...
Снижение несущей способности нефтепровода может происходить из-за присутствия дефектов в стенке труб и старения металла.
Рис. 3. Статистические оценки функции надежности нефтепроводов в зависимости от их диаметра и срока эксплуатации.
Способы повышения энергоэффективности магистрального...
Для увеличения пропускной способности технологического участка трубопровода традиционно используются противотурбулентные присадки (далее ПТП).
Производство труб большого диаметра для магистральных трубопроводов.
Повышение уровня эксплуатационной надежности...
Основные принципы ранжирования участков магистральных газопроводов, подлежащих выводу в капитальный ремонт, должны исходить из
Органолептические способы оценки состояния труб требуют соответствующих навыков, которые приобретаются годами.
Обеспечение устойчивости проектного положения и прочности...
Объем этих линз достаточен, чтобы в теплое время года не произошло их оттаивание и была обеспечена проектная несущая способность.
Так, канадский газопровод «Маккензи-Валлей», имеющий участки с надземной прокладкой, окупился только через 18 лет после...
Требования, предъявляемые к применению соединительных...
Нефтепроводы и газопроводы являются ответственными сооружениями повышенной опасности для окружающей среды и человека при разрушениях.
Производство труб большого диаметра для магистральных трубопроводов. Под действием внутреннего давления при...