Расчет на прочность трубы

11.03.2023 Монтаж труб трубопровод, расчет

Содержание

1 Расчет на прочность трубы
2 6.1. Расчет трубопроводов на прочность
3 Расчет трубопроводов на прочность
4 Расчет трубы на прочность
- 4.1 Цилиндрическая обечайка. Расчет в Excel.
- 4.2 Заключение
5 Расчет на прочность трубы
- 5.1 Оглавление

Расчет на прочность трубы

ИНСТТУТ ПО МОНТАЖНЫМ И СПЕЦИАЛЬНЫМ

СТРОИТЕЛЬНЫМ РАБОТАМ (ВНИИмонтажспецстрой)

по расчету на прочность технологических стальных

трубопроводов на Р_у до 10 Мпа

от 4 сентября 1986 г. №41 ОД

Рекомендовано к изданию решением секции конструкций, технологии и механизации монтажных работ научно-технического совета ВНИИмонтажспецстроя Минмонтажспецстроя СССР.

Устанавливает нормы и методы расчета на прочность технологических стальных трубопроводов, разработка которых осуществляется в соответствии с «Инструкцией по проектированию технологических стальных трубопроводов Р_у до 10Мпа» (СН527-80).

Для инженерно-технических работников проектных и строительных организаций.

При пользовании Пособием следует учитывать утвержденные изменения строительных норм и правил и госдарственных стандартов, публикуемые в журнале «Бюллетень строительной техники», «Сборнике изменений к строительным нормам и правилам» Госстроя СССР и информационном указателе «Государственные стандарты СССР» Госстандарта.

Пособие предназначено для расчета на прочность трубопроводов, разрабатываемых в соответствии с «Инструкцией по проектированию технологических стальных трубопроводов Р_у до 10 Мпа» (СН527-80) и служащих для транспортирования жидких и газообразных веществ давлением до10 Мпа и температурой от минус 70 до плюс 450 °С.

Приведенные в Пособии методы и расчеты применяются при изготовлении, монтаже, контроле трубопроводов и их элементов в соответствии с ГОСТ 1737-83 по Гост 17380-83, с ОСТ 36-19-77 по ОСТ 36-26-77, с ОСТ 36-41-81 по ОСТ 36-49-81, с ОСТ 36-123-85 и СНиП 3.05.05.-84.

Пособие не распространяется на трубопроводы, прокладываемые в районах с сейсмичностью 8 баллов и более.

Основные буквенные обозначения величин и индексы к ним приведены в прил. 3 в соответствии с СТ СЭВ 1565-79.

Пособие разработано институтом ВНИИмонтажспецстрой Минмонтажспецстроя СССР (д-р техн. наук Б.В. Поповский, кандидаты техн. наук Р.И. Тавастшерна, А.И. Бесман, Г.М. Хажинский).

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Физические и механические характеристики сталей следует определять по расчетной температуре.

1.2. Расчетную температуру стенки трубопровода следует принимать равной рабочей температуре транспортируемого вещества в соответствии с проектной документацией. При отрицательной рабочей температуре за расчетную температуру следует принимать 20°С и при выборе материала учитывать допустимую для него минимальную температуру.

1.3. Расчет на прочность элементов трубопроводов следует производить по расчетному давлению Р с последующей проверкой на действие дополнительных нагрузок, а также с проверкой на выносливость при выполнении условий п. 1.18.

1.4. Расчетное давление следует принимать равным рабочему давлению в соответствии с проектной документацией.

1.5. Расчетные дополнительные нагрузки и соответствующие им коэффициенты перегрузок следует принимать по СНиП 2.01.07-85. Для дополнительных нагрузок, не приведенных в СНиП 2.01.07-85, коэффициент перегрузки следует принимать равным 1,2. Коэффициент перегрузки для внутреннего давления следует принимать равным 1,0.

РАСЧЕТ ДОПУСКАЕМОГО НАПРЯЖЕНИЯ

1.6. Допускаемое напряжение [s] при расчете элементов и соединений трубопроводов на статическую прочность следует принимать по формуле

1.7. Коэффициенты запаса прочности по временному сопротивлению n_b, пределам текучести n_y и длительной прочности n_z следует определять по формулам:

1.8. Коэффициент надежности g трубопровода следует принимать по табл. 1.

Расчет на прочность трубы
Расчет на прочность трубы ИНСТТУТ ПО МОНТАЖНЫМ И СПЕЦИАЛЬНЫМ СТРОИТЕЛЬНЫМ РАБОТАМ (ВНИИмонтажспецстрой) по расчету на прочность технологических стальных трубопроводов на Р у до 10

Источник: www.rosteplo.ru

6.1. Расчет трубопроводов на прочность

Рис. 6.4. Распределение напряжений в трубопроводе.

Трубопровод, уложенный в грунт, в течение всего периода эксплуатации находится под воздействием внешних сил. Эти силы вызывают сложные напряжения в теле трубы и стыковых соединениях, главные среди них продольное σ_а, кольцевое σ_τ и радиальное

Радиальное напряжение обусловлено внутренним давлением (равно ему и противоположно по направлению):

Кольцевое напряжение возникает от действия внутренней и внешнего давлений. Определяют его по классической формуле Мариотта

где р – внутреннее давление, D – внутренний диаметр трубы, δ – толщина стенки трубы.

Продольное напряжение, возникающее от внутреннего давления

где μ — коэффициент Пуассона (μ = 0,3 для стали).

Продольное напряжение от изменения температуры трубы определяется по формуле Гука

где α — коэффициент линейного расширения металла, (а = 0,000012 1/°С),

Е = 2,1 · 10 5 МПа — модуль упругости стали при растяжении, сжатии, изгибе, t₂ — температура воздуха во время укладки трубопровода в траншею, t₁ — наименьшая температура грунта на глубине укладки трубы.

Наиболее опасны разрывающие усилия, а не сжимающие, и для их уменьшения следует стремиться к сокращению разности температур t₂– t₁. Для уменьшения продольных напряжений сваренный трубопровод опускают в траншею в наиболее холодное время суток (рано утром).

Из всех напряжений наиболее опасны кольцевые.

Большие продольные напряжения появляются в трубе при ее холодном упругом изгибе (из-за неровностей рельефа). Они вычисляются следующим образом:

где D_н – наружный диаметр трубы, р — радиус изгиба.

В настоящее время магистральные трубопроводы рассчитывают по методу предельных состояний. Под предельным понимают такое состояние конструкции, при котором ее нормальная дальнейшая эксплуатация невозможна. Различают три предельных состояния: 1) по несущей способности (прочности и устойчивости конструкций, усталости материала), при достижении которого конструкция теряет способность сопротивляться внешним воздействиям или получает такие остаточные деформации, которые не допускают ее дальнейшую эксплуатацию,

по развитию чрезмерных деформаций от статических динамических нагрузок, при достижении которого в конструкции, сохраняющей прочность и устойчивость, появляются деформации или колебания, исключающие возможность дальней шей эксплуатации,

по образованию или раскрытию трещин, при достижении которого трещины в конструкции, сохраняющей прочность и устойчивость, появляются и раскрываются до такой величины, которой дальнейшая эксплуатация конструкции становится возможной.

Прочность трубопровода будет сохраняться при условии если максимальные воздействия сил будут меньше минимальное несущей способности трубы

n · p · D ≤ 2 · δ · R₁ , (6.1)

где n — коэффициент перегрузки, D — внутренний диаметр трубы, R₁ — расчетное сопротивление металла трубы и сварных соединений (R₁ — несущая способность трубы).

где =σ_в — нормативное сопротивление растяжению материала труб (равно пределу прочности материала труб), k_1, m_1, m₂ – коэффициенты условий работы.

Так как D = D_н – 2δ, то из формулы (6.1) получим

Для того чтобы не было чрезмерных пластических деформаций, необходимо выполнить условие

n · p · D ≤ 0,9 · 2δ ·

где = σ_т (пределу текучести материала труб).

Принимается большее значение δ₁, полученное по формулам (6.2) и (6.3).

Минимально допустимая толщина стенки трубы при существующей технологии выполнения сварочно-монтажных работ должна быть больше диаметра трубы и не менее 4 мм.

Суммарная продольная нагрузка в наиболее тяжелый период эксплуатации должна быть меньше несущей способности трубы (R₁):

минимально допустимый радиус изгиба

где Δt — должно быть взято со знаком плюс, чтобы R₁ получить наибольшим.

Для ориентировочного и быстрого определения р_дон можно воспользоваться формулой

Действительные радиусы р упругого изгиба трубопровода в вертикальной и горизонтальной плоскостях трассы должны быть больше р_дон

Расчет на прочность трубы
6.1. Расчет трубопроводов на прочность Рис. 6.4. Распределение напряжений в трубопроводе. Трубопровод, уложенный в грунт, в течение всего периода эксплуатации находится под воздействием

Источник: studfiles.net

Расчет трубопроводов на прочность

Рис. 6.4. Распределение напряжений в трубопроводе.

Трубопровод, уложенный в грунт, в течение всего периода эксплуатации находится под воздействием внешних сил. Эти силы вызывают сложные напряжения в теле трубы и стыковых соединениях, главные среди них продольное σ_а, кольцевое σ_τи радиальное

Радиальное напряжение обусловлено внутренним давлением (равно ему и противоположно по направлению):

где р – внутреннее давление, D – внутренний диаметр трубы, δ – толщина стенки трубы.

Продольное напряжение, возникающее от внутреннего давления

где μ— коэффициент Пуассона (μ = 0,3 для стали).

Продольное напряжение от изменения температуры трубы определяется по формуле Гука

где α— коэффициент линейного расширения металла, (а = 0,000012 1/°С),

Из всех напряжений наиболее опасны кольцевые.

где D_н – наружный диаметр трубы, р — радиус изгиба.

2) по развитию чрезмерных деформаций от статических динамических нагрузок, при достижении которого в конструкции, сохраняющей прочность и устойчивость, появляются деформации или колебания, исключающие возможность дальней
шей эксплуатации,

3) по образованию или раскрытию трещин, при достижении которого трещины в конструкции, сохраняющей прочность и устойчивость, появляются и раскрываются до такой величины, которой дальнейшая эксплуатация конструкции становится
возможной.

n · p · D ≤ 2 · δ · R₁ , (6.1)

где = σ_в — нормативное сопротивление растяжению материала труб (равно пределу прочности материала труб), k_1, m_1, m₂ – коэффициенты условий работы.

Так как D = D_н – 2δ, то из формулы (6.1) получим

Для того чтобы не было чрезмерных пластических деформаций, необходимо выполнить условие

n · p · D ≤ 0,9 · 2δ ·

где = σ_т (пределу текучести материала труб).

Принимается большее значение δ₁, полученное по формулам (6.2) и (6.3).

минимально допустимый радиус изгиба

где Δt — должно быть взято со знаком плюс, чтобы R₁ получить наибольшим.

Для ориентировочного и быстрого определения р_дон можно воспользоваться формулой

Расчет трубопроводов на прочность
Расчет трубопроводов на прочность Рис. 6.4. Распределение напряжений в трубопроводе. Трубопровод, уложенный в грунт, в течение всего периода эксплуатации находится под воздействием внешних

Источник: megalektsii.ru

Расчет трубы на прочность

С опорами, стойками, колоннами, емкостями из стальных труб и обечаек мы сталкиваемся на каждом шагу. Область использования кольцевого трубного профиля неимоверно широка: от дачных водопроводов, столбиков заборов и опор козырьков до магистральных нефтепроводов и газопроводов, .

. огромных колонн зданий и сооружений, корпусов самых разнообразных установок и резервуаров.

Труба, имея замкнутый контур, обладает одним очень важным преимуществом: она имеет значительно большую жесткость, чем открытые сечения швеллеров, уголков, С-профилей при одинаковых габаритных размерах. Это означает, что из труб конструкции получаются легче – их масса меньше!

Выполнить расчет трубы на прочность при приложенной осевой сжимающей нагрузке (довольно часто встречающаяся на практике схема) на первый взгляд довольно просто – поделил нагрузку на площадь сечения и сравнил полученные напряжения с допускаемыми. При растягивающей трубу силе этого будет достаточно. Но не в случае сжатия!

Есть понятие — «потеря общей устойчивости». Эту «потерю» следует проверить, чтобы избежать позднее серьезных потерь иного характера. Подробнее об общей устойчивости можете при желании почитать здесь. Специалисты – проектировщики и конструкторы об этом моменте хорошо осведомлены.

Но есть еще одна форма потери устойчивости, которую не многие проверяют – местная. Это когда жесткость стенки трубы «заканчивается» при приложении нагрузок раньше общей жесткости обечайки. Стенка как бы «подламывается» внутрь, при этом кольцевое сечение в этом месте локально значительно деформируется относительно исходных круговых форм.

Предложенная далее программа выполняет комплексный проверочный расчет трубы на прочность и устойчивость в Excel при воздействии внешних нагрузок и давлений на круглую обечайку.

Для справки: круглая обечайка – это лист, свернутый в цилиндр, кусок трубы без дна и крышки.

Расчет в Excel основан на материалах ГОСТ 14249-89 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. (Издание (апрель 2003 г.) с Поправкой (ИУС 2-97, 4-2005)).

Цилиндрическая обечайка. Расчет в Excel.

Работу программы рассмотрим на примере простого часто задаваемого в Интернете вопроса: «Сколько килограммов вертикальной нагрузки должна нести 3-х метровая стойка-опора из 57-ой трубы (Ст3)?»

Исходные данные:

Значения для первых 5-и исходных параметров следует взять в ГОСТ 14249-89. По примечаниям к ячейкам их легко найти в документе.

В ячейки D8 – D10 записываются размеры трубы.

В ячейки D11– D15 пользователем задаются нагрузки, действующие на трубу.

При приложении избыточного давления изнутри обечайки значение наружного избыточного давления следует задать равным нулю.

Аналогично, при задании избыточного давления снаружи трубы значение внутреннего избыточного давления следует принять равным нулю.

В рассматриваемом примере к трубе приложена только центральная осевая сжимающая сила.

Внимание. В примечаниях к ячейкам столбца «Значения» содержатся ссылки на соответствующие номера приложений, таблиц, чертежей, пунктов, формул ГОСТ 14249-89.

Результаты расчетов:

Программа вычисляет коэффициенты нагрузок – отношения действующих нагрузок к допускаемым. Если полученное значение коэффициента больше единицы, то это означает, что труба перегружена.

В принципе, пользователю достаточно видеть только последнюю строку расчетов – суммарный коэффициент общей нагрузки, который учитывает совместное влияние всех сил, момента и давления.

По нормам примененного ГОСТа труба ø57×3,5 из Ст3 длиной 3 метра при указанной схеме закрепления концов «способна нести» 4700 Н или 479,1 кг центрально приложенной вертикальной нагрузки с запасом

Но стоит сместить нагрузку от оси на край сечения трубы – на 28,5 мм (что на практике может реально произойти), появится момент:

М =4700*0,0285=134 Нм

И программа выдаст результат превышения допустимых нагрузок на 10%:

Не стоит пренебрегать запасом прочности и устойчивости!

Всё — расчет в Excel трубы на прочность и устойчивость закончен.

Заключение

Конечно, примененный стандарт устанавливает нормы и методы именно для элементов сосудов и аппаратов, но что нам мешает распространить эту методику на другие области? Если вы разобрались в теме, и запас, заложенный в ГОСТе, считаете чрезмерно большим для вашего случая – замените значение коэффициента запаса устойчивости n_y с 2,4 на 1,0. Программа выполнит расчет вообще без учета какого-либо запаса.

Значение 2,4, применяемое для рабочих условий сосудов, может служить в иных ситуациях просто ориентиром.

С другой стороны — очевидно, что, рассчитанные по нормативам для сосудов и аппаратов, стойки из трубы будут работать сверхнадежно!

Предложенный расчет трубы на прочность в Excel отличается простотой и универсальностью. С помощью программы можно выполнить проверку и трубопровода, и сосуда, и стойки, и опоры – любой детали, изготовленной из стальной круглой трубы (обечайки).

Уважающих труд автора прошу скачать файл с программой после подписки на анонсы статей в окне, размещенном наверху страницы или в конце статьи!

Расчет трубы на прочность
Расчет трубы на прочность и устойчивость. Расчет в Excel суммарного влияния внешних нагрузок – сил, моментов и давлений на прочность круглых обечаек.

Источник: al-vo.ru

Расчет на прочность трубы

сканы: bap
обработка: Armin

Изд. 2 , перераб. и дополн. М., изд-во “Недра”

Книга посвящена в опросам прочностных расчетов различных трубопроводов нефтеперерабатывающих, нефтехимических и химических заводов и других промышленных предприятий, располагающих системой трубопроводов, а также трубопроводов, применяемых для транспорта нефти, газа и нефтепродуктов.
С единой точки зрения метода предельных состояний рассмотрены расчеты отдельных элементов трубопроводов, трубопроводов , работающих в условиях самокомпенсации температурных воздействий, трубопроводов, укладываемых на опоры, подземных и надземных магистральных трубопроводов, подземных трубопроводов, укладываемых в районах горных разработок, колебаний трубопроводов.
Книга содержит большое число расчетных формул, графиков и таблиц, систематизирующих и облегчающих труд проектировщика, и предназначена для инженеров и техников, работающих в области расчета, проектирования и монтажа трубопроводов различного назначения.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ РАСЧЕТА ПО ПРЕДЕЛЬНЫМ СОСТОЯНИЯМ
Основы расчета по предельным состояниям
Основные законы упруго-пластических деформаций
Ползучесть материалов
Колебания и усталость материалов

РАСЧЕТ ОТДЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ТРУБОПРОВОДОВ
Общпе положения
Расчет кривых труб на внутреннее давление
Расчет гибкости кривых труб
Расчет сварных из секторов кривых труб
Влияние внутреннего давления на гибкость кривых труб при изгибе
Напряжения в кривых трубах
Учет совместного воздействия внутреннего давления и изгиба
Расчет кривых труб на усталостную прочность
Расчет неусиленных тройников
Расчет усиленных тройников
Рекомендации по проектированию тройниковых соединений
Расчет конических переходов
Сферические заглушки
Линзовые компенсаторы

РАСЧЕТ ТРУБОПРОВОДОВ НА ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ
Основные понятия
Методы расчета трубопроводов на температурные воздействия
Расчет простых трубопроводов методом сил
Определение единичных перемещений плоских простых трубопроводов
Определение температурных перемещений плоских простых трубопроводов
Решение системы канонических уравнений способом Гаусса
Определение усилий в элементах плоских простых трубопроводов
Типовые схемы расчета плоских простых трубопроводов
Расчет плоских простых трубопроводов способом “упругого центра”
Формулы для расчета плоских простых трубопроводов различной конфигурации на температурные воздействия
Расчет плоских простых трубопроводов с шарнирами
Графики для определения вылета и упругого отпора П-образных компенсаторов
Приближенный способ расчета пространственных простых трубопроводов
на температурные воздействия

РАСЧЕТ ТРУБОПРОВОДОВ, УКЛАДЫВАЕМЫХ НА ОПОРЫ
Определение толщины стенки трубы
Определение допускаемого пролета трубопроводов
Определение нагрузок, действующих на опоры трубопроводов

РАСЧЕТ ПОДЗЕМНЫХ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ
Основные положения
Силовые воздействия, влияющие на работу трубопроводов
Требования к трубам для магистральных трубопроводов
Определение толщины стенок труб магистральных трубопроводов
Минимально допустимая толщина стенок труб
Глубина заложения магистральных трубопроводов
Расчет анкерных креплений трубопроводов
Определение толщины стенок защитных кожухов для пропуска трубопроводов под железнодорожными насыпями
Расчет асбестоцементных труб

РАСЧЕТ НАДЗЕМНЫХ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ
Общие положения
Основы расчета
Расчет балочных и консольных переходов
Расчет надземных трубопроводов при прокладке их “змейкой”
Расчет компенсаторов при надземной прокладке трубопроводов
Определение нагрузок , действующих на опоры надземных магистральных
трубопроводов

РАСЧЕТ ПОДЗЕМНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ, УКЛАДЫВАЕМЫХ В РАЙОНАХ ГОРНЫХ РАЗРАБОТОК
Основные положения
Характер деформаций земной поверхности в районах горных разработок
и их влияние на работу трубопроводов
Величина деформаций земной поверхности
Продолжительность процесса сдвижения земной поверхности
Безопасная глубина подработки
Определение деформаций земной поверхности применительно к
расчету трубопроводов
Расчет трубопроводов
Конструктивные мероприятия по защите трубопроводов от вредного
влияния горных разработок

РАСЧЕТ ТРУБОПРОВОДОВ НА КОЛЕБАНИЯ
Собственные частоты колебаний трубопроводов, лежащих на жестких опорах
Собственные частоты колебаний трубопроводов, имеющих упругие опоры
Собственная частота колебаний Л-образного компенсатора
Собственные частоты колебаний арочных трубопроводов
Колебания висячих трубопроводов
Динамическое действие ветровой нагрузки на трубопроводы
Мероприятия по уменьшению колебаний
Расчет трубопроводов на сейсмические воздействия

Приложения
Приложение I. Геометрические характеристики и вес труб
Приложение II. Значения модулей упругости и коэффициентов линейного расширения трубных сталей
Приложение III. Механические характеристики металла труб в состоянии поставки

Камерштейн А
Библиотека: Расчет трубопроводов на прочность. Справочная книга. Инженерные сети

Источник: dwg.ru

(function(w, d, c, s, t){w[c] = w[c] || [];w[c].push(function(){gnezdo.create({tizerId: 158971,containerId: 'containerId158971'});});})(window, document, 'gnezdoAsyncCallbacks');"+"ipt>";