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

16.5. Расчет надземного трубопровода методом динамического анализа

16.5.1. Расчет на сейсмостойкость можно проводить методом динамического анализа с использованием расчетных акселерограмм на отметке установки опор трубопровода. При оценке прочности в этом случае используют динамические прочностные характеристики конструкционных материалов и грунта, и должно быть учтено взаимодействие трубопровода с опорными конструкциями, грунтом и примыкающим оборудованием.

Требования настоящего пункта рекомендуется применять для конструкций трубопроводов, представляющих собой динамические системы с высокой степенью геометрической, физической или конструктивной нелинейности, для объектов повышенного уровня ответственности, отказы которых могут привести к тяжелым экономическим, социальным и экологическим последствиям, для трубопроводов, оснащенных системой сейсмоизоляции и другими системами регулирования сейсмической реакции.

16.5.2. Прямые динамические расчеты трубопроводов с системами сейсмоизоляции, с адаптивными системами сейсмозащиты, динамическими гасителями колебаний, демпфирующими устройствами и другими сейсмозащитными элементами следует выполнять при научном сопровождении и при участии организаций, имеющих право на выполнение такого вида работ.

16.5.3. Прямые динамические расчеты трубопроводов на низких опорах следует выполнять с использованием расчетных акселерограмм , , где i - номер составляющей вектора колебаний; - максимальное значение амплитуды ускорений; - нормированная на единицу функция, описывающая колебание грунта во времени.

Величину ускорения колебаний на максимальной горизонтальной составляющей вектора сейсмических движений в точке , находящейся в сейсмической зоне с интенсивностью I на соответствующей карте общего сейсмического районирования, рассчитывают с помощью формулы

 

(16.24)

 

где d - расстояние от точки до середины отрезка прямой, проведенной через эту точку так, чтобы длина отрезка D, отсекаемого ограничивающими зону изосейстами, была минимальной. Значение d положительное, если точка расположена относительно середины отрезка в сторону возрастания сейсмической балльности, и отрицательное - в сторону уменьшения;

- приращение сейсмической балльности в результате влияния местных грунтовых условий площадки, полученное при проведении ее сейсмического районирования.

16.5.4. Допускается использование расчетных акселерограмм, построенных на основе инструментальных записей сильных и промежуточных по величине землетрясений, зарегистрированных непосредственно на строительной площадке, либо в условиях, близких к условиям площадки проектируемого трубопровода, или использование синтезированных расчетных акселерограмм, построенных с учетом условий площадки и ее положения относительно опасных сейсмогенных зон. При отсутствии инструментальных записей для генерации расчетных акселерограмм могут использоваться расчетные методы и данные о приращении сейсмической балльности в результате влияния местных грунтовых условий площадки - , полученные при проведении ее сейсмического микрорайонирования. Если сейсмическое микрорайонирование площадки не проводилось, ускорение необходимо определять с учетом возможного изменения сейсмичности площадки из-за влияния местных грунтовых условий.

16.5.5. При оценке сейсмостойкости трубопроводов, установленных на перекрытиях здания или сооружения, в качестве внешнего сейсмического воздействия используют акселерограммы движения опор и креплений, полученные из расчета сооружения для отметок их установки (поэтажные акселерограммы).

16.5.6. Максимальные значения ускорения относятся к горизонтальным составляющим колебаний. При отсутствии инструментальных записей значения вертикальных ускорений основания допускается принимать равными 0,7 значений горизонтальных ускорений.

16.5.7. При раздельном использовании в расчетах трубопроводов на действие горизонтальных и вертикальных акселерограмм следует принимать наиболее опасные направления сейсмических воздействий.

16.5.8. Динамический расчет систем с конечным числом степеней свободы может быть выполнен по неявной или явной вычислительной схеме с учетом геометрической, физической или конструктивной нелинейности.

В случае использования неявной вычислительной схемы расчет проводят методами численного интегрирования систем дифференциальных уравнений вида

 

(16.25)

 

где [M] - матрица масс (инерции);

[B] - матрица демпфирования;

[C] - матрица жесткости;

, , {x} - векторы относительных ускорений, скоростей и перемещений соответственно;

{R} - вектор реактивных сил от нелинейных связей. Вектор этих сил, действующих в направлении обобщенных координат системы, представляет собой сумму реакций дополнительных нелинейных связей системы: демпферов, амортизаторов, кусочно-линейных систем (упругих опор с зазорами, выключающихся связей), элементов сухого трения и т.п.;

- ускорение основания расчетной модели (акселерограмма);

- вектор направляющих косинусов.

Результирующий вектор внешних нагрузок {F}, действующих на систему в любой момент времени, определяют по формуле

 

(16.26)

 

По вычисленному значению вектора {F} определяют внутренние усилия и напряжения в расчетных сечениях трубопровода.

16.5.9. В качестве расчетных откликов принимают их наибольшие и наименьшие значения, возникающие в каждом сечении трубопровода за весь период времени, рассматриваемый в расчете. При этом расчетные отклики должны приниматься не ниже откликов, определенных по линейно-спектральной теории.