УДК 622.692.4
В. И. Л а р и о н о в, П. А. Н о в и к о в,
А. К. Г у м е р о в
АНАЛИЗ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО
СОСТОЯНИЯ ТРУБОПРОВОДА НА УЧАСТКАХ
С КАРСТАМИ
Приведен расчет напряженно-деформированного состояния линей-
ной части магистральных трубопроводов, выполненный методом
конечных элементов. Рассмотрены перемещения трубопровода в
грунте в вертикальной и горизонтальной плоскостях, вдоль оси
трубопровода, а также сопротивление грунта в разных плоско-
стях, независимых друг от друга.
E-mail:
Ключевые слова
:
трубопровод, магистральный, карсты, деформация,
анизотропный отпор, нелинейные пружины.
Подземные магистральные трубопроводы — это протяженные объ-
екты, которые проходят не только через стабильные районы с устой-
чивыми грунтами, но и районы с активными проявлениями грунто-
вых изменений, в том числе через болота, реки, сейсмические разло-
мы, многолетнемерзлые грунты, участки с карстовыми проявлениями,
склоны и овраги. Пересекая карстовые полости и провалы, нефтепро-
вод деформируется вместе с грунтом под действием собственного веса
и веса грунта, а также под воздействием перепада температуры и вну-
треннего давления [1]. Схемы состояния трубопровода в зоне карсто-
вых полостей, характерных для термокарстов, приведены на рис. 1,
а
,
в зоне карстовых провалов — на рис. 1,
б
.
Рассмотрим случай, когда трубопровод проходит над карстовой
воронкой.
Расчетная схема модели с указанием всех нагрузок и воздействий
представлена на рис. 2.
Решение основывается на системе дифференциальных уравнений
EJ
x
d
4
v
dz
4
−
N
(
z
)
d
2
v
dz
2
=
q
y
(
z
);
d
2
w
dz
2
=
−
q
z
(
z
)
πDEδ
т
,
(1)
где
v
и
w
— вертикальное и продольное смещение трубы;
q
y
(
z
)
и
q
z
(
z
)
— вертикальная и продольная нагрузки на трубу;
E
— модуль упру-
гости металла трубы;
N
(
z
)
— продольная (осевая) сила, Н;
J
у
(
z
)
—
момент инерции поперечного сечения трубы относительно вертикаль-
ной оси
у
, совпадает с
J
x
(
z
)
.
60 ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Машиностроение”. 2012. № 3
