министерствостроительства предприятий
нефтяной и газовой промышленности

Всесоюзныйнаучно-исследовательский институт
по строительству магистральных трубопроводов

ВНИИСТ

РЕКОМЕНДАЦИИ

ПО РАСЧЕТУ ВЕТРОВЫХ ТРОСОВВ ВИСЯЧИХ И ВАНТОВЫХ ТРУБОПРОВОДНЫХ ПЕРЕХОДАХ

Р 549-84

Москва 1985

НастоящиеРекомендации содержат методику учета, действия ветровой нагрузки припроектировании висячих трубопроводных переходов. Рекомендации разработаны вразвитие действующих нормативных документов на основе теоретических иэкспериментальных исследований, проведенных Всесоюзным научно-исследовательскиминститутом по строительству Магистральных трубопроводов (ВНИИСТом) Грозненскимнефтяным институтом (ГНИ), и обобщения имеющегося опыта проектированияразличных сооружений.

Рекомендациисоставлены кандидатами технических наук: В.В. Спиридоновым (ВНИИСТ, отделтрубопроводов, сооружаемых в особых условиях) и Л.А. Луневым. (Грозненскийнефтяной институт.

Рекомендации предназначены для специалистовпроектных и научных организаций, а также для работников, занятых настроительстве трубопроводов.

Содержание

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1Настоящие Рекомендации распространяются на проектирование висячих и вантовыхтрубопроводных переходов (а именно расчет их на действие статической идинамической нагрузок ветра).

1.2Модель воздействия ветра принимается в виде стационарного однородного процесса;

1.3Ветровая нагрузка q действующая наконструкции перехода, определяется как сумма  - статическойсоставляю щей, соответствующей усредненному скоростному напору, и  - динамическойсоставляющей, вызываемой пульсациями скоростного напора ветра.

1.4Динамическая составляющая ветра должна учитываться в конструкциях с периодомколебаний более 0,25 с [1].

1.5Явление аэродинамической неустойчивости не рассматривается.

2. РАСЧЕТ ВЕТРОВЫХТРОСОВ В ВИСЯЧИХ И ВАНТОВЫХ ТРУБОПРОВОДНЫХ ПЕРЕХОДАХ НА ДЕЙСТВИЕ СТАТИЧЕСКОЙНАГРУЗКИ ВЕТРА

2.1.Нормативную ветровую нагрузку , действующую на конструкции трубопроводных переходов,определяют по формуле:

где q₀ - скоростной напорветра, принимают по СНиП II-6-74 [1] или по формуле

гдеα_n = 0,75 + S/Vпоправочный коэффициент, принимаемый не более единицы;

V - скорость ветра;

C_х - аэродинамический коэффициент, принимаемый поданным аэродинамических испытаний.

2.2.Расчетную ветровую нагрузку  находим по формуле

гдеn - коэффициент перегрузки;

d - диаметр трубы.

2.3. Уравнение изогнутой оситрубопровода определяют по формуле

где ξ=X/l

l - пролет трубопровода;

X - расстояние от левой опоры трубопровода досечения X;

А - определяют изуравнений, указанных ниже, для различных конструкции трубопроводных переходов.

2.4. Висячий трубопроводный переход светровыми оттяжками

где .

l_i - длина хорды провисанияi-й стяжки;

β_oi -угол наклона оттяжки;

μ,V_n, Р - линейная плотность, скорость идавление внутреннего потока;

α_Т - коэффициент линейного расширения трубы;

Δt- приращение температуры;

H_0i -первоначальный распор в i-й оттяжке;

α_K -вылет компенсатора;

f_i - стрела провисанияветрового i-го троса;

q_в - масса трубопровода спродуктом транспортирования;

h - расстояния от оголовкатроса до оси трубопровода;

l - пролет трубопровода.

Распорыв i-x оттяжках в наветренных и заветренных тросах:

2.5.Висячий трубопроводныйпереход с ветровыми фермами

где f_T - стрела подъема ветрового троса в серединепролета;

Н₀ - распор в тросе отпредварительного напряжения:

β_Т - угол наклона оттяжки;

EF - жесткость ветровыхтрос о, в при растяжении;

 - пролет трубопровода;

h_оT -высота консоли оттяжки.

Распорыв наветренных и заветренных тросах:

гдеn= (0,9 - 0,6), берется в зависимости от остаточногопредварительного напряжения в заветренных тросах.

3. РАСЧЕТ ВЕТРОВЫХТРОСОВ В ВИСЯЧИХ И ВАНТОВЫХ ПЕРЕХОДАХ НА ДЕЙСТВИЕ ДИНАМИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ ВЕТРА

3.1. Максимальное смещение трубопровода в сечении Х определяетсяпо формуле

где - прогиб трубопроводапри действии статической ветровой нагрузки, определяемой пп. 2.3,2.4;

К_Т - число стандартов,принимаемое по СНиП II-6-74;

D_uj - дисперсия смещениятрубопровода, определяемая по формуле

где S(ω) - нормированнаяспектральная плотность ветра;

 - средняя часовая скорость ветра на высоте 10м;

ω_j - частота;

m - масса трубы с продуктом транспортировки;

K₀ - коэффициентшероховатости подстилающей поверхности, принимаемый в первом приближении дляводной поверхности реки 0,003-0,004;

λ₁ = 4,73: λ₂ = 7,85; λ₃= 10,99; λ_j > 4 = (2j+1)π/2

α₁ = 1,0178; α₂ = 0,99922; α₃= 0,999; α_i > 3 = δ

δ - логарифмический декремент конструкцииперехода.

3.2. Квадрат круговойчастоты висячего трубопроводного перехода с ветровыми оттяжками

где Z_j(ξ_i) - функция Zпрификсированном значении ξ_i в местах прикрепления i-йоттяжки;

l - пролет трубопровода.

3.3. Квадрат круговой частоты висячеготрубопроводного перехода с ветровыми фермами

где

3.4 Распорв ветровых тросах с учетом динамического воз действия ветра определяем поформулам (6) - (8), (10) - (12) с по мощью подстановки нового значения U(т.е, U_max).

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1
пример расчета ветровых тросов висячегоперехода с ветровыми оттяжками.

Параметрыперехода:

трубопровод377×12 мм,

l = 130м,

P = 6 МПа,

q = 450 Па,

диаметртросов 19 мм,

жесткостьтросов EF = 2,65·10⁷ Па,

уголнаклона коротких оттяжек 28°30'

длинных47°20'

α_K = 600см (рис. 1, 2)

Рис. 1. Схема висячего перехода в вертикальнойплоскости

ОпределяемА по формуле (5)

;

А=143,3см

;

.

Рис. 2. Схема висячего перехода (в плане) свантовыми ветровыми тросами

;

;

Н_Н1=581+349,6-107,8=892,8кг

;

;

Н_Н2=651+320,4-47,16=924,27кг;

;

;

;

;

;

.

Найдемраспор в длинных наветренных оттяжках как самых напряженных с учетомдинамического воздействия:

Н₂=Н₀+ΔН_Н2-ΔН_Нt=651+869,2-47,16=1473,05кг

Разрывноеусилие в канате 19450,0 кгс. В настоящее время для ветровых тросов коэффициентзапаса прочности по рекомендациям [2]составляет:

1:(γ_cγ_кК/γ_uγ_mγ_n)=1:(1,05×0,95×0,85/1,3×1,2×1,1)=1:0,494=2,02

гдеγ_с - коэффициент общих условий работы канатного элемента;

γ_к - коэффициент условий работы, учитывающийвлияние на прочность каната местных концентраторов напряжений;

К - коэффициентагрегатной прочности каната; |

γ_u - коэффициент надежности для элементов конструкций,рассчитываемых по временному сопротивлению разрыва;

γ_n - коэффициент надежности по назначению.

Фактическийзапас прочности составляет К = 19450,0/1473 = 13. Таким образом, сечениетроса назначают с большим запасом прочности.

Приложение 2
ПРИМЕР РАСЧЕТА ВЕТРОВЫХ ТРОСОВ ВИСЯЧЕГО ПЕРЕХОДА С ВЕТРОВЫМИ ФЕРМАМИ.

Параметрыперехода следующие:

630×8мм,

l - 200м,

Р = 6 МПа,

q₀ = 270 Па,

диаметртросов 19 мм,

жесткостьтросов EF = 2,65·10⁷ Па,

V = 2 м/с, продукт транспортировки - нефть (рис. 1,3).

Рис. 3. Схема висячего перехода (в плане) светровыми тросами и растяжками

Определяем Апо формуле (9):

;

;

Δр=4,386см; Δt=12 см.

60×Ц/l²×105=4626,2×60/20000⁴=6,6×10^-6 А;

;

;

;

;

;

;

;

;

Послепредварительных вычислений получаем:

1,24×10^-8А²+1,16×10^-4 А-0,1322=0

откуда А = 1030,4см,

Н₀ =2,366×1030,4+2203,2 = 2438,06 + 2203,2 = 4641,26кг ~ 46412,6 Н.

Определяем U_max no формулам пп. 3.1,3.2,3.3

;

;

;

;

;

.

Послепредварительных вычислений получаем:

;

ω₁ =8,189×10^-1

U=1200×0,819/20,8 =47,24 с^-2;

;

;

.

Определяемдисперсию перемещения для второй частоты:

;

ω₂ =1,28 1/с;

U=1200×1,28/20,8=73,9;

;

.

Определяемдисперсию перемещения для третьей части:

;

ω₃ =1,939 1/с;

U=1200×1,939/20,8=111,87;

;

;

;

;

;

.

Самым невыгоднымзагружением является отсутствие температурного воздействия:

Н_н = 7597,1кг.

Разрывноеусилие в канате диаметром 19 ммравно 10450,0 кгс. Фактический запас прочности составляет К = 19450,0/7597 =2,56 > 2,02. Таким образом, сечение троса назначено правильно.

ЛИТЕРАТУРА

1СНиП II-6-74. Нагрузкии воздействия .М., 1976.

2Рекомендации по расчету прочности стальных канатов, применяемых в строительныхметаллических конструкциях. М., ЦНИИПСК, 1982.