Menu

Obliczenia sprawdzające

16. Obliczenia sprawdzające (na podstawie mat. firmy PRIM Lublin)

16.1 "A1" - Pojedyncze duże oddziaływanie

16.2 "A2" - Stopniowe odkształcenie plastyczne

16.3 "B1" - Zmęczenie niskocyklowe

16.4 "B2" - Zmęczenie wysokocyklowe

16.5 "C1" - Miejscowe wyboczenie

16.6 "C2" - ogólna niestabilność

16.7 "D" - przydatność do użytku

16.8 Stany graniczne "PUR"


  

 

16.1 „A1” - POJEDYNCZE DUŻE ODDZIAŁYWANIE.


Ostateczny stan graniczny wywołany przez pojedyncze obciążenie – wytrzymałość na dopuszczalne obciążenie. W przypadku prostych odcinków rur o temperaturze T≤140°C naprężenie obwodowe od
ciśnienia wewnętrznego należy obliczyć za pomocą wzoru.

gdzie:

p - obliczeniowe naprężenie obwodowe na skutek ciśnienia [N/mm2],
z - współczynnik obliczeniowy wytrzymałości złącza zwykle =1,
- tmin - nominalna grubość ścianki pomniejszona o tolerancje grubości i naddatek na korozję.
Zasadniczo

γm - cząstkowy współczynnik bezpieczeństwa =1,25, W przypadku współczynnika cząstkowego dla ciśnienia =1,2 do obliczeń należy zastosować   
W przypadku rozpatrywania stanu granicznego dla kształtek należy zastosować współczynniki koncentracji naprężeń, np. dla łuków:

oraz trójników

16.2 „A2” - STOPNIOWE ODKSZTAŁCENIE PLASTYCZNE.


Stan graniczny „A2” dotyczy stopniowego zgniatania i stopniowego narastania naprężeń. Stan graniczny narastających naprężeń w całkowicie unieruchomionych odcinkach

gdzie
γ- współczynnik bezpieczeństwa =0,7
ΔT - maksymalna dodatnia różnica temperatury [o],

σ - naprężenie obwodowe na skutek ciśnienia [N/mm2], liczone wg

Narastające odkształcenia plastyczne mogą być wywołane wyłącznie na skutek bardzo wysokiego
ciśnienia oraz dużej średnicy rurociągu, natomiast nie wystąpią gdy spełnione są:
- wymagania stanu granicznego A1
- wymagania stanu granicznego C1
- p≤0,2 MPa.

 

16.3 „B1” - ZMĘCZENIE NISKOCYKLOWE.


Stan graniczny – zmęczenie niskocyklowe (wielokrotne uplastycznienie-osiągnięcie granicy plastyczności) jest zasadniczo podstawowym stanem granicznym sprawdzanym dla rurociągów
ciepłowniczych. Wytrzymałość na uszkodzenie zmęczeniowe należy sprawdzać uwzględniając zmiany obciążeń przewidywanych w całym okresie trwałości eksploatacyjnej systemu. Ma on znaczenie zwłaszcza w przypadku kształtek: łuków, trójników i zwężek. Powinien być sprawdzony także dla prostych odcinków rurociągów. Do sprawdzenia tego stanu niezbędne jest przeprowadzenie analizy globalnej rozpatrywanego układu. Dopuszczalną wytrzymałość na pęknięcie zmęczeniowe można sprawdzić za pomocą wzoru Plmgrena-Minera:

gdzie
ni - liczba cykli zmian naprężeń o amplitudzie ΔSi w okresie oczekiwanej trwałości eksploatacyjnej (dla sieci cieplnej preizolowanej 30 lat)
Ni - liczba cykli zmian naprężeń o amplitudzie ΔSi wywołująca pęknięcie, którą można obliczyć z wzoru

i - liczba różnych zakresów naprężenia γfat - współczynnik wytrzymałości na pęknięcie zmęczeniowe, wg tabeli T-1.

T-1 Tabela współczynników bezpieczeństwa

 

Si - obliczeniowy zakres naprężeń.


W rozpatrywanych sytuacjach za „cykl obciążenia” należy rozumieć jeden pełny przebieg obciążeń to znaczy dwukrotność obliczonej średniej wartości amplitudy. Tabela T-2 przedstawia równoważną liczbę
pełnych cykli zmian obciążenia dla różnych typów rurociągów ciepłowniczych.

 

T-2 Liczba cykli dla różnych typów rurociągów

 

16.4 „B2” - ZMĘCZENIE WYSOKOCYKLOWE.


Zgodnie z uwagami normy EN 13941, stan graniczny zmęczenia wysokocyklowego ma znaczenie
tylko w odniesieniu do rurociągów o dużych średnicach, cienkiej warstwy gruntu przykrywającego
rurociąg i dużego natężenia ruchu kołowego lub rurociągów napowietrznych narażonych na drgania.

 

16.5 „C1” - MIEJSCOWE WYBOCZENIA.


Sprawdzenie stanu granicznego miejscowego wyboczenia lub wygięcia zabezpiecza rurociąg przed
powstawaniem miejscowych wyboczeń i pofałdowań. Jeżeli możliwe jest wykazanie, że miejscowe
wyboczenie lub pofałdowanie nie spowodują pęknięcia oraz jeżeli spełnione są pozostałe
wymagania normy EN 13941 to w zespolonych rurociągach preizolowanych ułożonych bezpośrednio
w gruncie uplastycznienie od ściskania może występować w całym przekroju. Stan graniczny dla wygięcia odcinków prostych rurociągu, określony na podstawie wyboczenia miejscowego można określić jako

 

W przypadku całkowicie unieruchomionych odcinków stan graniczny dla przyrostu naprężeń wyniesie

natomiast przyrostu temperatury

W przypadku owalizacji rurociągu średni promień rm jest zastępowany wyrażeniem

przy czym musi być spełniony warunek owalizacji przekroju

 


gdzie d' – średnica po owalizacji.

 

16.6 „C2” - OGÓLNA NIESTABILNOŚĆ


Stan ten określany jako „wyboczenie i utrata stanu równowagi w systemie rurociągów” można
podzielić na dwa zakresy:
1. stateczność pionową – czyli zabezpieczenie rurociągu przed wyboczeniem pionowym na skutek dużych sił w rurociągu i zbyt małego przykrycia rurociągu
2. stateczność pozioma – czyli zabezpieczenie rurociągu przed wyboczeniem na skutek prowadzonych obok pracującego rurociągu prac ziemnych związanych z innym uzbrojeniem terenu.

 

STATECZNOŚĆ PIONOWA
Stateczność pionową należy zbadać gdy:
- warstwa gruntu przykrywającego rurociąg jest zbyt mała,
- występuje wysoki poziom wód gruntowych ewentualnie okresowo wody powierzchniowe,
- nad rurociągiem prowadzone są wykopy pod inne uzbrojenie terenu.
Zapobiec wyboczeniu można wtedy gdy obciążenie pionowe naziomu spełnia warunek: 

gdzie
γs - współczynnik bezpieczeństwa = 1,1
I - moment bezwładności pojedynczego rurociągu [N - osiowa siła ściskająca w pojedynczym
rurociągu [N],
fo - wstępne ugięcie [m], wg

Dla odcinków rurociągu całkowicie unieruchomionych przez tarcie

gdzie
As - powierzchnia przekroju rury stalowej [mm2],

α- współczynnik rozszerzalności cieplnej stali [mm/moK],

ΔT - przyrost temperatury [o],
υ- współczynnik Poisona dla stali = 0,3,
σp - naprężenie obwodowe na skutek ciśnienia [N/mm2],
P - maksymalne ciśnienie robocze [N/mm2],
Ap - powierzchnia na którą działa ciśnienie.

Rys. Schemat obliczeniowy do obliczania Q

 

Obciążenie Q można obliczyć:

gdzie:

Gw - efektywny ciężar warstwy gruntu nad rurociągiem odniesiony do 1 m długości, liczony wg

gdy poziom wody gruntowej znajduje się poniżej rurociągów.
G - efektywny ciężar własny rury preizolowanej odniesiony do 1 m długości,
SF - siłą ścinająca wynikająca z nacisku gruntu w stanie spoczynku liczona wg

gdy poziom wody gruntowej znajduje się poniżej rurociągów.


Oznaczenia we wzorze jak w innych częściach. Jeżeli poziom wody gruntowej znajduje się nad
rurociągiem, należy uwzględnić gęstość gruntu i siłę wyporu rurociągu.

 

STATECZNOŚĆ POZIOMA
W wypadku projektowania załamań kompensacyjnych, niewielkich odchyleń kątowych, rur giętych czy przewidywanego prowadzenia równoległych wykopów należy zabezpieczyć rurociąg przed niekontrolowanym przemieszczeniem. Należy pamiętać, że w przypadku prowadzenia równoległych wykopów powinno się wziąć pod uwagę możliwość zmniejszenia oddziaływania tarcia na rurociąg.
O ile stateczność pionowa to prawidłowy sposób ułożenia rurociągu o tyle stateczność pozioma to
bezpieczne prowadzenie prac w obrębie ułożonego i eksploatowanego rurociągu ciepłowniczego.
Stan ten zasadniczo powinien być sprawdzany przez projektantów innych sieci uzbrojenia podziemnego.
Reakcję gruntu od jednego rurociągu można obliczyć z wzoru

przy czym dla dwóch rurociągów do obliczeń dalszych przyjmujemy 2P. Jeżeli głębokość sąsiadujących wykopów przekracza co najmniej 0,1 m głębokość posadowienia rurociągu (spód rury preizolowanej)
należy przeprowadzić obliczenia stateczności. W pozostałych przypadkach głębokość wykopów
równoległych jest mniejsza stateczność z punktu widzenia wyboczenia poziomego jest zapewniona
jeżeli

dla podwójnego rurociągu oraz

dla pojedynczego rurociągu gdzie „x” jest odległością między zewnętrzną skrajnią rury a bokiem wykopu na poziomie osi rurociągu (lub średnią odległością skrajni pary rurociągów od boku wykopu) natomiast Kγps jest współczynnikiem nacisku gruntu i można przyjąć = 3.

 

16.7 „D” - PRZYDATNOŚĆ DO UŻYTKU


Stan graniczny „D” zwykle nie będzie miał znaczenia w odniesieniu do projektowania systemów
ciepłowniczych. Przykładami sytuacji w których ten stan graniczny może mieć znaczenie są np. dopuszczalne ugięcia rurociągu, różne osiadanie gruntu, oddziaływanie na armaturę, przejścia przez ściany itp.

 

16.8 STANY GRANICZNE „PUR”


Norma przewiduje także konieczności sprawdzenia oddziaływań jakie są wywierane na piankę poliuretanową będącą izolacją termiczną, a jednocześnie komponentem który odpowiada za zwartość zespołu rurowego. Przewidywane jest dokonanie sprawdzenia naprężeń ścinających osiowo dla pianki i rury stalowej, liczonych jako

oraz pianki i płaszcza osłonowego

lub praktyczniej

gdzie we wzorach:
F - jednostkowa siła tarcia [N/m],
do - średnica zewnętrzna rury stalowej [m],
Da - średnica wewnętrzna płaszcza osłonowego [m],
P - bierny nacisk gruntu na jednostkę długości [N/m],
k - liniowa podatność podłoża [N/m2],
vres - wypadkowe przemieszczenie rurociągów
w strefie kompensacyjnej.

(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});