4.2.1 Схема нагружения подземного трубопровода

Уложенный в грунт трубопровод испытывает кольцевые, продольные и радиальные напряжения (рис. 4.3).

Кольцевые напряжения σ_к возникают под действием разности внутреннего и внешнего давления (P – P_o). Величина σ_к определяется из условия равновесия части трубы, отсечённой плоскостью, проходящей через её ось. Согласно гипотезе тонкостенных оболочек под действием разности давлений (P – P_o) на единице длины трубопровода создается разрывающее усилие равное , гдеD_ср – диаметр серединного волокна. Ему противодействует сила сопротивления , где – толщина стенки трубы.

Поскольку в условиях равновесия они равны, то можем записать

, (4.1)

Если в качестве внешнего давления принять атмосферное, то P – P_a=p – есть избыточное давление в трубопроводе. С учётом того, что толщина стенки много меньше диаметра согласно [19] получим

. (4.2)

Продольные напряжения создаются под действием

1) внутреннего давления

;

2) перепада температур

,

где ∆Т – расчетный температурный перепад, обусловленный различием температур эксплуатации трубопровода и замыкания его стыков при строительстве;

4. изгибающих усилий

,

где R_И – радиус изгиба трубопровода.

Знак плюс при расчете относится к растягивающим напряжениям, а знак минус – к сжимающим. Напряжения изгиба возникают на поворотах трассы трубопровода, а также при прохождении через вершины и впадины профиля трассы.

Таким образом, суммарная величина продольных напряжений составляет

. (4.3)

Радиальные напряжения малы и в расчетах не учитываются. Кроме того, при расчетах на прочность пренебрегают давлением грунта и воздействием подвижных нагрузок (автомобили, сельскохозяйственные машины, строительная техника), так как они незначительны и компенсируются внутренним давлением [2, 19–20].