Определение напряжений

5.2.6.1. Напряжения определяются в концевых и промежуточных сечениях трубопровода. Внутренние силовые факторы (изгибающие моменты Мх, MyJ кру­тящий момент Мг и осевая сила Nz)t принимаемые

Рис. 5.9. Колено, выполненное сваркой из прямых секторов (секторное колено)

Для расчета напряжении, определяются расчетом трубопровода по соответствующему этапу.

5.2.6.2. Определение напряжений на этапе I полного расчета

5.2.6.2.1. На этапе I полного расчета трубопровода определяются эффективные напряжения в его попе­речных сечениях. Формулы, служащие для вычисле­ния этих напряжений, получены по методу предель­ного состояния и характеризуют напряженное состо­яние поперечного сечения в целом.

5.2.6.2.2. Для поперечных сечений прямолиней­ных и криволинейных труб эффективное напряжение определяется по формуле

(см. также п. 5.2.6.2.3).

: • (3)

Приведенное напряжение от внутреннего давления вычисляется по формуле

P[DH-(s-Cl)]

2фи,(5-Сг)

Значение допуска на утонение стенки су принимает­ся по техническим условиям на поставку труб, идущих на изготовление трубопровода.

Величина коэффициента прочности при ослабле­нии сварными соединениями <рш принимается в соот­ветствии с данными раздела 4.2 Норм.

Продольное напряжение от изгибающего момента и осевой силы и напряжение кручения вычисляются по формулам:

‘0,8 ^М2 + М2 |iV2f

~ К

<Pbu,W

(4)

2IV

Момент сопротивления W и площадь поперечного сечения F определяются по формулам:

W=0,0982Z>;

>3

Н

»

F = ns(DH-s).

Коэффициент прочности поперечного сварного стыка при изгибе (р6ш принимается в соответствии с раз­делом 4.2 Норм.

Коэффициент перегрузки kn принимается по п. 5.2.6.2.4.

5.2.6.2.3. Для криволинейных труб, геометриче­ский параметр которых удовлетворяет условию X < 1,4, дополнительно к расчету по п. 5.2.6.2.2 вычисляется эффективное напряжение по формуле

Vj/ w

Значения величин и 4у принимаются по графи­кам на рис. 5.10 и 5.11. Значение опр определяется по формуле (3), а значение [а] — по данным раздела 2 Норм. При X > 0,05 значение £2 можно определять так­же по формуле

Q = 0.93X 0-755.

Коэффициент перегрузки ka принимается соглас­но п. 5.2.6.2.4.

5.2.6.2.4. При выполнении расчета трубопровода без существенных упрощений (учтены все ответвле­ния и опоры и т. д.) и при его монтаже по действую­щим инструкциям коэффициент перегрузки kn при­нимается равным 1,4.

Если дополнительно к указанным условиям про­изводится специальная корректировка затяжки пру-

Рис. 5.11. Коэффициент ¥

Жин промежуточных опор для учета отклонений фак­тических значений весовой нагрузки, жесткости пру­жин опор и температурных перемещений от приня­тых в расчете значений, а также выполняется налад­ка трубопровода, может быть принято kn = 1,2.

Для несложных малогабаритных трубопроводов, когда не применяются промежуточные опоры, а на­пряжения от весовой нагрузки малы (не более 10 МПа), также можно принимать ka = 1,2.

5.2.6.2.5. Для равнопроходного или почти равно — проходного тройникового узла (отношение наружно­го диаметра к меньшему не более 1,3) вычисляется эф­фективное напряжение по формуле п. 5.2.6.2.3, при­чем геометрический коэффициент трубы А, в данном случае определяется как отношение толщины стенки к среднему радиусу поперечного сечения (А. = s/r).

Расчет по настоящему пункту выполняется для сечений всех трубопроводных участков, сходящихся в данном тройниковом узле (рис. 5.12).

Напряжение а и т вычисляются соответственно по формулам (3) и (4), а напряжение ctMS — по формуле

5.2.6.3. Определение напряжении на этапе II

Полного расчета

5.2.6.3.1. На этапе II полного расчета определя­ются эквивалентные напряжения, соответствующие наиболее напряженным точкам поперечных сечений трубопровода.

5.2.6.3.2. Для прямолинейных труб и криволиней­ных труб с А. > 1,0 используется формула

У/////////^

Рис. 5.12. Расчетные сечепия тройникового узла

Коэффициент перегрузки ka принимается по п. 5.2.6.2.4, а коэффициент прочности сварного соеди­нения при изгибе фЬц; — по данным раздела 4.2 Норм.

(6)

5.2.6.3.3. Для криволинейных труб (при любом значении А,) вычисления производятся по следующим четырем формулам:

=f)/tl(0,6a;m’ +|°.cvw,|p„ + 0,5wanp j2+{kamm )2;

Ст.» + XjM,)|p)n +|0,GftnMy|ym +0.5^GDp]J+(feQMJ2;

= + + ^ J + (kaMf;

Для оценки прочности берется большее из четы­рех значений.

Величина Мэ определяется по формуле

RD, А

M,=-pW

Г S 100 158

Где а — начальная эллиптичность (овальность) попе­речного сечения, %; значение ее принимается согласно п. 5.2.6.8.

Изгибающий момент Мх действует в плоскости оси криволинейной трубы, а момент Му — в плоскости, перпендикулярной к плоскости оси трубы (рис. 5.13). Момент Мх считается положительным, если направ­лен в сторону увеличения кривизны оси трубы.

Коэффициент хэ используется для учета уменьше­ния напряжений, обусловленных начальной эллип­тичностью сечения, вследствие ползучести. Его мож­но определять по формуле

Хо = 0,6%, причем х принимается по рис. 5.5.

Рис. 5.13. Изгибающие моменты в сечении криволинейной трубы

Коэффициент принимается согласно п. 5.2.6.2.4,

\М0\ А коэффициент k* при М > 0 и —— — >

‘ 1Ч + — Kn

К 2Хз

При-

Нимается =—; в остальных случаях k"n=kn.

К

Коэффициенты ут и рт определяются по п. 5.2.6.6. Напряжение опр подсчитывается по формуле (3).

5.2.6.3.4. Для равнопроходного или почти равно — проходного тройникового узла (отношение большего наружного диаметра к меньшему не более 1,3) вычис­ляется эквивалентное напряжение по формуле

=^yl(o,6kaymylM2x + Ml + Wanp)2 + (knMj, (7)

Причем коэффициент Ym находится по п. 5.2.6.6 в зави­симости от геометрического параметра А., определяе­мого в данном случае как отношение толщины стенки к среднему радиусу поперечного сечения (A, = s/r), и па­раметра о), определяемого по формуле

03=1,82——.

Я,*

Расчет по формуле (7) выполняется для сечений всех трех трубопроводных участков, сходящихся в данном тройниковом узле (эти сечения обозначены на рис. 5.12).

Входящее в формулу (7) значение напряжения апр определяется по формуле (3).

Подсчет а, W, F производится по геометрическим размерам, соответствующим расчетным сечениям. Значения силовых факторов принимаются в соответ­ствии с рис. 5.14.

5.2.6.4. Определение напряжений на этапе III полного расчета

5.2.6.4.1. На этапе III полного расчета определя­ются эквивалентные максимальные условные напря­жения цикла ОуП1ах (размахи эквивалентных напря-

Z

І* К Рис. 5.14. Силовые факторы в поперечном сечении троиникового узла

Жений, соответствующие переходу трубопровода из холодного состояния в рабочее и обратно).

(8)

5.2.6.4.2. Для прямолинейных труб и криволиней­ных труб с А, > 1,0 применяется формула

^max =Vo,75a^p + a^+3T2.

Напряжения опр, т, огМЫ вычисляются соответ­ственно по формулам (3), (4), (5).

Углах ^у

(8a)

161

5.2.6.4.3. Для криволинейных труб (при любом значении X) вычисления производятся по следующим формулам:

= ~ +2Л/Э)|ут +|ftnMv|Pm + Wanp]2 + (2кгМг)2;

= ~ ^ + 2 М3 )|рт +1 KM, I Ym + wra, J + (2kn M, )2;

=^yj[\(KMx+2M,)\ym + 2WonpJ +(2knMj;

= ^ >/[КЧ| + 2 vraup J + (2каМг )2.

6 Нормы расчета..

Для оценки прочности принимается наибольшее из значений, получаемых по этим формулам.

ІМІ If

При М > 0 (см. п. 5.2.6.3.3) и J—k+ — Х Мх 4 " k

X V. п

Ft* = —; в остальных случаях k"n=kn.

К

Величины Мэ, ут, Pm, W определяются так

Же, как при расчете по формулам (6).

5.2.6.4.4. Для равнопроходного или почти равно — проходного тройникового узла (отношение большего наружного диаметра к меньшему не более 1,3) также производится расчет для сечений всех трех участков, сходящихся в тройниковом узле (рис. 5.12), по фор­муле

GVn. ax + 2Wanpj2 + (2/?пM2)2. (9)

Определение входящих сюда величин выполняет­ся так же, как при вычислении их по формуле (7).

5.2.6.5. Определение напряжений на этапе IV полного расчета

5.2.6.5.1. На этапе IV полного расчета определяют­ся эквивалентные напряжения, соответствующие наи­более напряженным точкам сечений трубопровода.

5.2.6.5.2. Для прямолинейных труб и криволиней­ных труб с X > 1,0 используется формула

^кв =V<4/*+3T2. (10)

Значениях и а мы определяются по формулам (4) и (5).

5.2.6.5.3. Для криволинейных труб (при любом значении А.) вычисления производятся по формулам:

(10a)

Для оценки прочности берется большее из получа­емых по этим формулам значений.

Коэффициент Хз! определяется по формуле

Хэ1 = "0,75,

W

Где 5 — коэффициент, принимаемый по рис. 5.6.

М 1

К +— П К

, при­

В случае когда М < 0 и —->-

2Хзі

Нимается k*=—; в противном случае k*n=kn.

К

Величины, входящие в приведенные формулы, определяются так же, как при расчете по формулам (6). Величина Мэ определяется при рабочем давлении.

5.2.6.5.4. Для равнопроходного или почти равно — проходного тройникового узла (отношение большего наружного диаметра к меньшему не более 1,3) опре­деляются также эквивалентные напряжения для се­чений всех трех участков, сходящихся в тройнико — вом узле (см. рис. 5.12), по формуле

Аэ =±^0,6knyjMl + М2у )2 + (knM,f. (И)

Определение входящих сюда величин выполняет­ся так же, как при вычислении их по формуле (7); см. также п. 5.2.6.7,

5.2.6.6. Коэффициенты интенсификации напря­жений ут и Рт определяются по формулам:

10

Ут -0,75А £ 42(L—I2);

/=2,4

10 >1 Pm = fcp+1,5 £

<=2,4 1

Коэффициенты А 2 вычисляются по следующим формулам:

■^22 = ~Т‘ B

0,3125 Л

42 ~ -^2»

А4

0,4375

"*т52 ~ 12 »

А3

04687

■"82 — ^62» а2

_ 0,4812 «1

Величины kpJ alt а, а3, а4, 6 определяются по фор­мулам (1) и (2).

5.2.6.7. Для расчета трубопровода по этапу IV ко­эффициенты ут и (Зп должны определяться при р — О.

5.2.6.8. В том случае, когда отсутствуют данные о фактической величине начальной эллиптичности се­чений криволинейных труб, расчет напряжений в них по пп. 5.2.6.3.3, 5.2.6.4.3, 5.2.6.5.3 производится как при а — 0, так и при возможном наибольшем значении а, принимаемом по техническим условиям на изготов­ление или по согласованию с заводом-изготовителем.

Если величина начальной эллиптичности с < 3% , то в расчете напряжении эллиптичность не учитыва­ется (в расчетных формулах применяется а ~ 0).

Для низкотемпературных трубопроводов значе­ние начальной эллиптичности сечения а следует при­нимать с увеличением в 1,8 раза.

5.2.6.9. Напряжения в секторных коленах с чис­лом секторов более двух можно определять по приве­денным формулам для криволинейных труб. При оп­ределении значения геометрического параметра^ для секторного колена величина радиуса R вычисляется по п. 5.2.5.8.