СП 40-102-2000 => Приложение д . Методика прочностного расчета трубопроводов из полимерных материалов при подземной прокладке (общие...

ПРИЛОЖЕНИЕ Д

 

МЕТОДИКА ПРОЧНОСТНОГО РАСЧЕТА ТРУБОПРОВОДОВ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ПОДЗЕМНОЙ ПРОКЛАДКЕ (ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ)

 

 

Прочностной расчет трубопроводов из полимерных материалов, уложенных в земле, рекомендуется сводить к соблюдению неравенства:

для напорных трубопроводов

; (Д.1)

для самотечных трубопроводов

; (Д.2)

для дренажных трубопроводов

, (Д.3)

где e_p - максимальное значение деформации растяжения материала в стенке трубы из-за овальности поперечного сечения трубы под действием грунтов (q_гр, МПа) и транспортных нагрузок (q_т, МПа);

e - степень растяжения материала стенки трубы от внутреннего давления воды в трубопроводе;

e_с - степень сжатия материала стенки трубы от воздействия внешних нагрузок на трубопровод;

e_pp - предельно допустимое значение деформации растяжения материала в стенке трубы, происходящей в условиях релаксации напряжений;

e_pп - предельно допустимая деформация растяжения материала в стенке трубы в условиях ползучести;

К_зд - коэффициент запаса, учитывающий вид перфорации в стенках трубы, который можно принять при круговом отверстии в гладкостенной трубе - 2,3; круговом отверстии в стекло- (базальто) пластиковой трубе - 3,0; щелевом отверстии со скругленными углами (соотношение сторон 8:1, например, 25 на 3) - 1,3; для других условий величина К_зд должна приводиться в нормативных документах.

Значение e_p может быть определено по формуле

, (Д.4)

где К_s - коэффициент постели грунта для изгибающих напряжений, учитывающий качество уплотнения, его можно принимать: при тщательном контроле - 0,75, при периодическом контроле - 1,0, при отсутствии контроля - 1,5;

К_зY - коэффициент запаса на овальность поперечного сечения трубы, принимается равным: 1,0 - для напорных и самотечных трубопроводов и 2 - для дренажных трубопроводов;

Y - относительное укорочение вертикального диаметра трубы в грунте, устанавливается как предельно допустимое значение

, (Д.5)

где Y_гр - относительное укорочение вертикального диаметра трубы под действием грунтовой нагрузки;

Y_т - то же, под действием транспортных нагрузок;

Y_м - относительное укорочение вертикального диаметра трубы, образовавшееся в процессе складирования, транспортировки и монтажа. Его можно приближенно принимать по таблице Д.1.

 

Таблица Д.1

 

Кольцевая жесткость	Yм при степени уплотнения грунта
G0 оболочек трубы, Па	до 0,85	0,85-0,95	более 0,95
До 276 000	0,06	0,04	0,03
276 000-290 000	0,04	0,03	0,02
Больше 290 000	0,02	0,02	0,01

 

, (Д.6)

где K_t - коэффициент, учитывающий запаздывание овальности поперечного сечения трубы во времени и зависящий от типа грунта, степени его уплотнения, гидрогеологических условий, геометрии траншеи, может принимать значения от 1 до 1,5;

K_w - коэффициент прогиба, учитывающий качество подготовки ложа и уплотнения, можно принимать: при тщательном контроле - 0,09, при периодическом - 0,11, при бесконтрольном ведении работ - 0,13;

К_гр - коэффициент, учитывающий влияние грунта засыпки на овальность поперечного сечения трубопровода, можно принять равным 0,06;

Е_гр - модуль деформации грунта в пазухах траншеи, МПа;

К_ж - коэффициент, учитывающий влияние кольцевой жесткости оболочки трубы на овальность поперечного сечения трубопровода, можно принимать равным 0,15;

, (Д.7)

где g - удельный вес грунта, Н/м³;

Н_тр - глубина засыпки трубопровода, считая от поверхности земли до уровня горизонтального диаметра, м;

G₀ - кратковременная кольцевая жесткость оболочки трубы, МПа;

, (Д.8)

где E₀ - кратковременный модуль упругости при растяжении материала трубы, МПа;

I - момент инерции сечения трубы на единицу длины, определяемый по формуле

; (Д.9)

m - коэффициент Пуассона материала трубы, приводится в нормативной документации;

, (Д.10)

где K_y - коэффициент уплотнения грунта;

q_т - транспортная нагрузка, принимаемая по справочным данным для гусеничного, колесного и другого транспорта, МПа;

n - коэффициент, учитывающий глубину заложения трубопровода, при H < 1 n = 0,5;

К_ок - коэффициент, учитывающий процесс округления овализованной трубы под действием внутреннего давления воды в водопроводе (Р, МПа)

, (Д.11)

где q_c - суммарная внешняя нагрузка на трубопровод, МПа;

; (Д. 12)

; (Д.13)

; (Д.14)

, (Д.15)

где s₀ - кратковременная расчетная прочность при растяжении материала трубы, МПа;

E₀, E_t - кратко- и долговременное значения модуля упругости при растяжении материала трубы на конец срока службы эксплуатации трубопровода, МПа.

, (Д.16)

где К_з - коэффициент запаса, должен приводиться в нормативных документах.

Если в результате расчетов значение левой части выражения (Д.1) будет больше 1, то следует повторить расчеты при других характеристиках материала труб или укладки трубопровода.

Далее проверяют устойчивость оболочки трубы против действия сочетания нагрузок: для напорных сетей - грунтовые и транспортные q_c, от грунтовых вод, Q_гв, а также возможного возникновения вакуума Q_вак в трубопроводе, для самотечных сетей - q_гр + Q_гв, для дренажных сетей - с использованием выражения

, (Д. 17)

где К_уг - коэффициент, учитывающий влияние засыпки грунта на устойчивость оболочки, можно принять 0,5, а для соотношения Q_гв : q_т =4:1 - равным 0,07;

- коэффициент, учитывающий овальность поперечного сечения трубопровода, при 0£Y£0,05 К_ов = 1 - 0,7 Y;

К_зу - коэффициент запаса на устойчивость оболочки на действие внешних нагрузок, можно принять равным 3;

G_t - длительная кольцевая жесткость оболочки трубы, МПа, определяется по формуле

. (Д.18)

Пример расчета на прочность подземного канализационного трубопровода

Дано. Трубы с наружным диаметром 1200 мм, ПНД, среднелегкого типа с толщиной стенки s=46,2 мм (ГОСТ 18599) укладываются в траншею на глубину Н_тр = 5 м в сети самотечной канализации. В условиях строительства по поверхности над трубопроводом возможно перемещение тяжелого транспорта с давлением на грунт q_т = 0,01 МПа. Высота грунтовых вод - 1 м от поверхности земли. Требуется подобрать грунт для засыпки.

Решение. Для засыпки на месте строительства принимаем грунт с удельным весом g =18 кН/м³. Значения кратко- и долговременного модулей упругости ПНД - Е₀ = 800 МПа и Е_t = 200 МПа.

1. Определяем грунтовую нагрузку q_гр = gН_тр = 18·5 = 90 кН/м² =0,09 МПа.

2. Определяем общую нагрузку q_с = q_гр +q_т = 0,09 + 0,01 = 0,1 МПа

3. Определяем кратковременную кольцевую жесткость оболочки трубы по (Д.8, Д.9)

МПа.

4. Определяем относительное укорочение вертикального диаметра трубы под действием грунтовой нагрузки по (Д.6) при К_ок = 1

или 3,7%,

принимаем К_t - как среднее значение, равным 1,25;

K_w - с учетом периодического контроля равным 0,11;

K_ж - равным 0,15;

К_гр - равным 0,06;

Е_гр - равным 5 МПа (для средних условий).

5. Определяем укорочение вертикального диаметра трубы под действием транспортной нагрузки по (Д.10)

или 0,3%.

6. Определяем относительное укорочение вертикального диаметра трубы по (Д.5), приняв Y_м=2% (для G₀ > 0,29 МПа и степени уплотнения грунта 0,85-0,95 по таблице Д.1)

.

7. Определяем максимальное значение степени растяжения материала в стенке трубы из-за овальности поперечного сечения трубопровода под действием нагрузок по (Д.4) при K_s = 1 м

К_зY = 1;

или 1%

8. Определяем степень сжатия материала стенки трубы, происходящего под действием внешних нагрузок на трубопровод по (Д.14)

или 0,16%

9. Определяем допустимую степень растяжения материала в стенке трубы, происходящего в условиях релаксации по (Д.15) при s = 25 МПа

или 6,25%.

10. Определяем допустимую степень растяжения материала в стенке трубы, происходящего в условиях ползучести по (Д.16)

или 1,6%.

11. Проверяем прочность по (Д.2)

, что меньше 1,

т.е. принятые данные по грунту засыпки и его уплотнения удовлетворяют прочностным требованиям для данного трубопровода.

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ Е

 

АКТ

О ПРОВЕДЕНИИ ВХОДНОГО КОНТРОЛЯ ПАРТИИ ТРУБ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ (СОЕДИНИТЕЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ)

 

полученных ____________________________________________________________________

наименование организации получателя

Трубы (соединительные детали) получены для систем _________________________________

водопровод, канализация и др.

давлением ________ МПа.

Мы, нижеподписавшиеся, комиссия в составе:

представители __________________________________________________________________

организация заказчика, должность, Ф.И.О

_______________________________________________________________________________

организация подрядчика, должность, Ф.И.О

_______________________________________________________________________________

эксплуатирующая организация, должность, Ф.И.О

провели входной контроль партии труб (соединительных деталей) № ____________________

диаметром _________________ мм, длиной ________________________ м (шт.),

поставленных ___________________________________________________________________

наименование фирмы, дата

из полимера типа _______________________________________________________________.

Партия состоит из ______________________________________________________________

шт., бухт или барабанов (ящиков соединительных деталей)

и соответствует __________________________________________________________________

российский или зарубежный стандарт

Количество труб Д_у ______ мм, длиной ______ м _____________________________________

(маркировка по стандарту)

Количество деталей Д_у ______ мм ________ шт. _____________________________________

(маркировка по стандарту)

Данные о сопроводительном сертификате ___________________________________________

Результат: партия труб (соединительных деталей) соответствует (не соответствует) российским стандартам и сопроводительным сертификатам и может (не может) быть допущена к монтажу.

 

Дата	Подписи
	От заказчика _______________________
	От подрядчика _____________________
	От эксплуатирующей организации _______________________

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ

1 ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

2 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

3 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВНУТРЕННИХ ВОДОПРОВОДНЫХ СЕТЕЙ

Рисунок 1 - Примеры расстановки неподвижных опор

Рисунок 2 - Прокладка трубопроводов в шахтах

Рисунок 3 - Схемы гнутого отвода и компенсатора

Рисунок 4 - Схемы расположения опор

4 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВНУТРЕННЕЙ КАНАЛИЗАЦИИ И ВОДОСТОКОВ

5 ПРОЕКТИРОВАНИЕ НАРУЖНОГО ВОДОПРОВОДА

6 ПРОЕКТИРОВАНИЕ НАРУЖНОЙ КАНАЛИЗАЦИИ, ВОДОСТОКОВ И ДРЕНАЖЕЙ

7 МОНТАЖ ТРУБОПРОВОДОВ

Рисунок 5 - Последовательность процесса сборки и стыковой сварки труб контактным нагревом

Рисунок 6 - Сварка труб муфтой с закладным нагревателем

Рисунок 7 - Установка зазора при стыковке труб

Рисунок 8 - Сварка седловых отводов с закладными нагревателями с трубой

8 ИСПЫТАНИЕ И СДАЧА ТРУБОПРОВОДОВ В ЭКСПЛУАТАЦИЮ

9 ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ МОНТАЖЕ ТРУБ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ

10 ТРАНСПОРТИРОВАНИЕ И ХРАНЕНИЕ ТРУБ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ

ПРИЛОЖЕНИЕ А. КЛАССИФИКАЦИЯ ТРУБ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ

ПРИЛОЖЕНИЕ Б. ПЕРЕЧЕНЬ НОРМАТИВНЫХ ДОКУМЕНТОВ

ПРИЛОЖЕНИЕ В (справочное). НОМОГРАММЫ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОТЕРЬ НАПОРА В ТРУБАХ

Рисунок В.1 - Номограмма для определения потерь напора в трубах диаметром 6-100 мм

Рисунок В.2 - Номограмма для определения потерь напора в трубах диаметром 100-1200 мм

Рисунок В.3 - Номограмма для определения поправочного коэффициента

Рисунок В.4 - Номограмма для определения поправочного коэффициента

ПРИЛОЖЕНИЕ Г (справочное). НОМОГРАММА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИАМЕТРА КАНАЛИЗАЦИОННОГО ТРУБОПРОВОДА

Рисунок Г.1 - Номограмма для определения диаметра канализационного трубопровода

ПРИЛОЖЕНИЕ Д. МЕТОДИКА ПРОЧНОСТНОГО РАСЧЕТА ТРУБОПРОВОДОВ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ПОДЗЕМНОЙ ПРОКЛАДКЕ

ПРИЛОЖЕНИЕ Е. АКТ О ПРОВЕДЕНИИ ВХОДНОГО КОНТРОЛЯ ПАРТИИ ТРУБ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ