При совместном действии массы засыпанного грунта и возможного
водоизмещения оболочка сжимается по вертикали под действием силы
G
=
G
1
+
G
2
(боковым давлением пренебрегаем):
G
=
Rg
(2
ρh
+
πρ
в
R
)
.
(1)
В случае обводненной среды кроме выталкивающей силы на тру-
бопровод будет действовать гидростатическое давление, зависящее от
изменяющейся глубины
y
как
p
y
=
ρ
в
gy
с градиентом 10 кПа/м (при
плотности воды
ρ
в
= 1000
кг/м
3
). Среднее внешнее гидростатическое
давление на реальный заглубленный МН крайне слабо разгружает вну-
треннее гидростатическое давление транспортируемого продукта, и
при расчете ресурса прочности внешнее давление воды
p
y
далее во
внимание не принимается.
Возможная геологическая кривизна при прокладке МН в условиях
местного рельефа вызывает статический изгиб трубопровода в вер-
тикальной плоскости, и значение изгибающего момента
M
kr
в зави-
симости от кривизны
K
R
и изгибной жесткости
EJ
трубы можно
определить как
M
kr
=
K
R
EJ,
(2)
где
J
=
1
64
π
(
D
4
−
d
4
)
— момент инерции поперечного сечения оболоч-
ки трубы с внутренним диаметром
d
;
E
— модуль упругости материала
трубы.
Текущая температура трубопровода
Т
2
во время эксплуатации
обычно отличается от начальной температуры
Т
1
при строительстве,
и под действием температурного перепада
Δ
Т
=
Т
2
−
Т
1
в оболочке
возникают продольные силы
N
т
, зависящие от продольной жестко-
сти
EF
сечения трубы и коэффициента температурного расширения
материала
α
(для стали
α
= 1
,
2
∙
10
−
5
град
−
1
):
N
т
=
−
α
Δ
Т
∙
EF.
(3)
Сила
N
т
вызывает осевое сжатие МН при
Δ
Т
>
0
и растяжение
при
Δ
Т
<
0
.
Гидростатическое давление
P
g
транспортируемого продукта вызы-
вает кольцевые растягивающие силы
N
p
в стенке трубы
N
p
= 0
,
5
dP
g
,
(4)
а также осевые силы
N
μ
=
μN
p
, зависящие от коэффициента Пуассона
μ
, и
N
gos
= (1
−
K
z
)
F
0
P
g
с коэффициентом защемления
K
z
трубопро-
вода в грунте при давлении
P
g
на торцевую площадь трубы
F
0
=
1
4
πd
2
:
N
p
z
=
N
μ
+
N
gos
.
(5)
Поперечная, сжимающая трубу сила
G
(1) вызывает кольцевой
изгиб и сжатие стенки оболочки с переменными по окружности
ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Машиностроение”. 2011. № 4 25
