ГОСТ 32388-2013. Межгосударственный стандарт. Трубопроводы технологические. Нормы и методы расчета на прочность, вибрацию и сейсмические воздействия

16. Расчет трубопровода на сейсмостойкость

 

16.1. Общие положения

16.1.1. Расчет на сейсмостойкость является обязательным этапом поверочного расчета трубопроводов, расположенных на площадках с сейсмичностью 7, 8 и 9 баллов по шкале MSK-64, независимо от вида прокладки (подземная или надземная).

16.1.2. Расчет трубопроводов на сейсмические воздействия проводят после выполнения расчетов на статические и циклические нагрузки и подтверждения его прочности при этих нагрузках.

16.1.3. Цели поверочного расчета на сейсмостойкость:

- проверка прочности и устойчивости элементов трубопровода;

- проверка сейсмических нагрузок от трубопровода на опоры и оборудование;

- проверка перемещений трубопровода: оценка взаимных смещений, соударений элементов трубопровода и окружающих конструкций, предотвращение сброса трубопровода с опор при сейсмическом воздействии;

- разработка мероприятий, направленных на повышение сейсмостойкости, в случаях, когда расчет не подтверждает обеспечения требований сейсмостойкости: установка компенсирующих устройств, дополнительных креплений, изменение пространственной конфигурации трубопровода, установка демпферов, гасителей колебаний и т.д. Антисейсмические мероприятия для надземных трубопроводов и трубопроводов бесканальной прокладки рассматриваются в рекомендуемом Приложении К.

16.1.4. Поверочный расчет необходимо вести с учетом действия эксплуатационных и сейсмических нагрузок по этапам 7 и 8. По этапу 7 оценивают прочность и устойчивость, а по этапу 8 оценивают нагрузки на оборудование, на опоры и конструкции, оценку перемещений и для низкотемпературных трубопроводов - статическую прочность и устойчивость.

16.1.5. Задание на расчет сейсмостойкости трубопровода должно включать в себя следующие данные:

- категория сейсмостойкости трубопровода согласно 16.1.6;

- расчетная сейсмичность площадки, на которой расположен трубопровод, согласно 16.1.7;

- в случае если трубопровод расположен на относительно легкой и гибкой строительной конструкции (на эстакаде, высоких опорах), то требуется знание параметров, необходимых для определения жесткости и массы строительной конструкции и ее фундамента;

- в случае если трубопровод расположен в массивном многоэтажном здании или на массивной многоярусной строительной конструкции (см. 16.2.7), то требуются поэтажные спектры ответа для трех различных направлений воздействия, полученные для относительного демпфирования в соответствии с 16.2.4 настоящего стандарта;

- в случае если трубопровод защемлен в грунте, а также в случае протяженных наземных трубопроводов, требуются значения скоростей распространения продольных, поперечных волн и волн Релея (, , ), максимальных перемещений грунта (, ), максимальных скоростей движения грунта , динамических модулей упругости (модулей Юнга) грунта и коэффициентов Пуассона ;

- для трубопроводов, присоединенных к оборудованию или строительным конструкциям, должны быть известны величины смещений опорных точек при независимых колебаниях оборудования или конструкций (см. рисунок 16.3).

16.1.6. При расчете на сейсмические воздействия установлены три категории трубопроводов в зависимости от требований к их сейсмостойкости:

- категория Is - трубопроводы, которые сохраняют свою работоспособность во время и после расчетного землетрясения. Функционирование трубопровода не прерывается или частично прерывается во время сейсмического воздействия, но восстанавливается после прекращения сейсмического воздействия, без вмешательства персонала, а также трубопроводы, функционирование которых необходимо во время сейсмического воздействия для обеспечения безопасности эксплуатации и предотвращения развития аварийных ситуаций, например, трубопроводы систем пожаротушения;

- категория IIs - трубопроводы, которые могут иметь незначительные повреждения и сбой в работе во время расчетного землетрясения; после землетрясения работоспособность восстанавливается самостоятельно или в результате незначительного вмешательства эксплуатационного персонала, а также трубопроводы, обеспечивающие выполнение противоаварийных мероприятий и восстановление технологического процесса после прохождения сейсмического воздействия;

- категория IIIs - трубопроводы, которые могут иметь значительные повреждения и сбой в работе во время расчетного землетрясения. После землетрясения работоспособность восстанавливается в результате ремонта.

Трубопроводы, которые при разрушении могут вызвать повреждение оборудования более высокой категории сейсмостойкости, следует относить к категории того оборудования, которое они могут повредить.

Принадлежность трубопроводов к той или иной категории сейсмостойкости определяют проектной документацией и данными заводов-изготовителей.

При соответствующем обосновании заказчик вправе повысить требования к сейсмостойкости (отнести трубопровод к категории с меньшим номером).

16.1.7. Интенсивность сейсмических воздействий в баллах по шкале MSK-64 (сейсмичность) для района расположения трубопровода следует принимать на основе комплекта карт общего сейсмического районирования.

Количественную оценку сейсмичности площадки расположения трубопровода с учетом грунтовых и гидрогеологических условий следует проводить на основе сейсмического микрорайонирования, которое является составной частью инженерных изысканий и выполняется с соблюдением требований соответствующих нормативных документов.

В районах, для которых отсутствуют карты сейсмического микрорайонирования, допускается определять сейсмичность площадки строительства согласно СП 14.13330.2011 [1], таблица 1.

16.1.8. Сейсмичность для трубопроводов, защемленных в грунте, и параметры сейсмических колебаний грунта назначают без учета заглубления - как для сооружений, расположенных на поверхности земли.

16.1.9. Полный отклик S от сейсмических воздействий по направлениям осей X, Y и Z вычисляют:

- для трубопроводов категории Is как сумму отклика от статических воздействий из расчета по этапам 7 и 8 в соответствии с 16.1.4 и квадратного корня из суммы квадратов откликов , и (ККСК);

- для трубопроводов категорий IIs и IIIs как сумму отклика от статических воздействий из расчета по этапам 7 и 8 в соответствии с 16.1.4 и наибольшего из откликов , и .

Здесь отклик - ответная реакция конструкции на сейсмическое возмущение в определенном сечении трубопровода (перемещение, напряжение, внутреннее усилие, нагрузка на опору и т.д.). Если при вычислении откликов используются условия прочности (таблица 9.1), то они принимаются как для этапов 7 и 8;

, и - отклики при сейсмическом воздействии вдоль направлений осей X, Y и Z соответственно.

16.1.10. При вычислении откликов от сейсмических воздействий расчет проводят при нулевом расчетном давлении P, при этом характеристики материала принимают при расчетной температуре t.

16.1.11. Полный отклик в сечении трубопровода состоит из трех частей:

1) отклик от инерционных нагрузок, действующих на надземную часть трубопровода, вычисляют по одному из трех методов по выбору проектной организации:

- линейно-спектральная теория сейсмостойкости (см. 16.3),

- метод эквивалентной статической нагрузки (см. 16.4),

- метод динамического анализа (см. 16.5);

2) отклик от воздействия деформаций грунта при прохождении продольных, сдвиговых сейсмических волн и волн Релея (см. 16.6);

3) отклик от взаимных смещений опор трубопровода при прохождении сейсмических волн и смещений присоединенного оборудования или строительных конструкций, вызванных сейсмическим воздействием (см. 16.7).

Полный отклик вычисляют как квадратный корень из суммы квадратов откликов от инерционных нагрузок, деформаций грунта и сейсмических смещений опор.

16.1.12. При определении допускаемых напряжений для расчета на сейсмические воздействия характеристики длительной прочности и можно не учитывать. Но в этом случае следует учитывать эффект старения материала для высокотемпературных трубопроводов, для чего пределы прочности и текучести , , , умножают на коэффициент 0,8 для всех сталей, кроме аустенитных.