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

16.6. Расчет подземного трубопровода бесканальной прокладки

16.6.1. Усилия и перемещения в подземном трубопроводе бесканальной прокладки определяют от его совместных деформаций с окружающим грунтом при прохождении сейсмических волн. При обосновании сейсмостойкости таких трубопроводов необходимо учитывать усилия и перемещения, которые могут возникать из-за попадания различных сечений трубопровода, анкерных опор, поворотов и ответвлений в разные фазы сейсмических волн.

16.6.2. Усилия и перемещения в трубопроводах, связанные с прохождением сейсмических волн, надлежит определять с учетом направления движения для следующих типов волн:

- продольная (P-волна);

- поперечная (S-волна);

- волна Релея (R-волна).

Все три типа волн характеризуются скоростью распространения в различных грунтах , , , длиной , , и направлением смещения точек массива грунта относительно направления распространения волны (рисунок 16.2). Фронт волны движется вдоль некоторого заданного вектора, и точки с максимальными перемещениями грунта в различные моменты времени могут совпадать с различными сечениями трубопровода (отводами, ответвлениями, мертвыми опорами и т.д.).

 

 

Рисунок 16.2. Характер движения точек грунта

при прохождении продольных волн P,

волн сдвига S и волн Релея R

 

16.6.3. Следует рассматривать наиболее невыгодное сочетание фазы, направления движения и типа сейсмической волны при определении откликов для каждого отдельного сечения трубопровода. Если трубопровод имеет сложную пространственную конфигурацию, то выполняют несколько расчетов для различных типов волн и их фазового смещения (см. 16.6.4). Эпицентр землетрясения может находиться в любом направлении от рассчитываемого трубопровода, поэтому необходимо рассмотреть несколько возможных направлений распространения фронта сейсмических волн. По результатам расчета для каждого сечения выбирают наихудшее значение отклика из всех рассмотренных вариантов.

По результатам расчета в случае невыполнения условий сейсмостойкости принимают решение об изменении схемы трубопровода, а затем проводят повторный расчет трубопровода.

Примеры определения напряжений в трубопроводах бесканальной прокладки от сейсмических воздействий для некоторых частных случаев приведены в Приложении И.

16.6.4. Для вычисления откликов (напряжений, перемещений и т.д.) трубопровода произвольной пространственной конфигурации с учетом сил продольного трения и бокового отпора грунта при прохождении P-, S- и R-волн в заданном направлении расчет следует вести методами строительной механики с помощью специализированных компьютерных программ.

Грунт, окружающий трубу, моделируется так же, как и при статическом расчете, большим числом нелинейно-упругих связей, расставленных с определенным шагом вдоль и поперек оси трубопровода в вертикальном и горизонтальном направлениях. При этом, в отличие от статических расчетов, должны использоваться динамические модуль деформации грунта (модуль Юнга) и коэффициент Пуассона, определяемые по данным сейсморазведки. Коэффициенты сцепления и угол внутреннего трения грунта принимают такими же, как при статических расчетах.

Прохождение сейсмических волн моделируется принудительным смещением связей, моделирующих взаимодействие трубопровода с грунтом в соответствии с деформациями грунта при прохождении сейсмических волн определенного типа и в определенном направлении, а затем вычисляют возникающие при этом усилия и напряжения в трубопроводе.

Должно быть рассмотрено несколько вариантов направления движения фронта P-, S- и R-волн и несколько вариантов их фазовых смещений.

16.6.5. Максимальную скорость движения грунта при землетрясении следует определять по данным сейсмического микрорайонирования (по велосиграммам). Если такие данные отсутствуют, то рекомендуется принимать в зависимости от категории грунта по сейсмическим свойствам:

- для мягких грунтов (категория III) ;

- для скальных грунтов (категории I и II) .

16.6.6. Максимальное горизонтальное и вертикальное перемещение грунта при землетрясении следует определять по данным сейсмического микрорайонирования (по сейсмограммам).

При отсутствии более точных данных для надземных трубопроводов максимальное горизонтальное перемещение грунта допускается определять по формуле

 

(16.27)

 

а максимальное вертикальное перемещение грунта принимать равным .

16.6.7. Скорости распространения в грунтовом массиве продольной , поперечной и волн Релея определяют по данным сейсморазведки. На стадии разработки проектной документации значения , и допускается принимать по справочным данным.

Скорость волны Релея допускается определять по формуле

 

(16.28)

 

где коэффициент k < 1 есть корень уравнения

 

(16.29)

 

здесь - динамический коэффициент Пуассона грунта.