ОПОРЫ ТРУБОПРОВОДА
Открытые трубопроводы закрепляются в анкерных опорах. Анкерные опоры, воспринимая различные силы, действующие на трубопровод, обеспечивают его устойчивость на трассе. Промежуточные опоры поддерживают трубопровод в пролете между анкерными опорами. Конструкции промежуточных опор должны позволять перемещаться разрезному трубопроводу при осевых деформациях. На осадочных грунтах опорные устройства должны обеспечивать высотную регулировку трубопровода в пролете.
Обычно расстояние между анкерными опорами принимается не более 150—200( м. При малом угле наклона трубопровода к горизонту и расположении компенсатора в середине пролета расстояние между анкерными опорами может быть увеличено до 350—400 м.
Анкерные опоры бывают закрытые и открытые. В закрытых анкерных опорах бетон окружает поверхность трубы по всему периметру. В открытых опорах оболочка трубопровода крепится в опоре при помощи хомутов и стоек и доступна для осмотра и ремонта.
Заделка трубы в анкерную опору должна быть надежной. Передача осевых усилий трубопровода на фундамент опоры осуществляется при помощи анкерных колец. В-закрытых опорах (рис, 17-14) оболочка трубы и анкерные кольца заделываются в бетон по всему периметру. В опорах открытого типа (рис. 17-15) крепление осуществляется при помощи анкерных колец, тяг, шарниров ограниченной подвижности, а также анкерных ферм, заделываемых нижней частью в бетон фундамента. Бандажированные трубопроводы крепятся при помощи воротников, которые опираются в торец анкерной опоры. Это освобождает бандажи от продольной силы и предохраняет их от перемещений по оболочке трубы.
Выбор типа анкерной опоры зависит от сдвигающего усилия, грунта в основании, угла поворота колена трубопровода, условий производства работ. На нескальных грунтах подошва анкерной опоры обычно делается горизонтальной или с небольшим обратным уклоном и должна быть заглублена ниже глубины промерзания. При скальном грунте подошву опоры делают уступами (ступенями) с опорными площадками, по возможности перпендикулярными равнодействующей всех сил. При прочном скальном основании анкерная опора может быть уменьшена за счет анкеровки ее в скалу. Масса анкерной опоры, ее размер и форма основания должны обеспечивать устойчивость опоры. При этом проверяются комбинации сил при наполненном и при опорожненном трубопроводе, при повышении и понижении температуры.
Бетонирование закрытой опоры (рис. 17-14) производится в две очереди. Сначала бетонируется основание опоры, а затем устанавливается оболочка трубы с анкерными кольцами, которые заливаются бетоном второй очереди. В открытых опорах в забетонированном фундаменте оставляются штрабные гнезда для анкеров или опорных закладных частей. Монтаж трубы производится после бетонирования закладных частей.
Напряжения по основанию и в различных элементах анкерной опоры не должны превосходить допускаемых. Напряжения по основанию должны быть только сжимающими, для чего равнодействующая сил, действующих на опору, и веса самой опоры не должна выходить из ядра сечения у основания опоры.
В зависимости от способа опирания трубопровода на фундамент различают два типа промежуточных опор: катков ые и седловые. Опора каткового типа с опорными кольцами состоит из трех узлов: приваренного к оболочке опорного кольца, опорных устройств и фундамента (рис. 17-16).. Опорное кольцо выполняется с двумя симметричными точками опирания, наиболее выгодно опирать кольцо по концам его горизонтального диаметра.
Опорные устройства Подразделяются на два типа: скользящие и катковые. При нагрузках на опору больше 50—100 кН (5,0—10,0 тс) применяются катковые опорные устройства, благодаря чему уменьшаются размеры фундамента и увеличиваются пролеты между опорами. На рис. 17-17 показано опорное катковое устройство с клиньями, позволяющими производить высотную регулировку оси трубопровода до 70 мм.
Промежуточные опоры седлового типа применяются при диаметрах трубы менее 0,82 м.
РАСЧЕТ УСТОЙЧИВОСТИ АНКЕРНОЙ ОПОРЫ
Расчет устойчивости анкерной опоры производится при наиболее невыгодном сочетании нагрузок и воздействий. Все силы, действующие на трубопровод и опору, приводятся к равнодействующим, направленным вдоль и нормально к оси трубопровода со стороны нижнего и верхнего участков. На рис. 17-18 показана схема сил/действующих на анкерную опору. Силы Ав и Ан являются равнодействующими осевых усилий на верхнем и нижнем участках трубы (см. § 17-3, Б). Эти силы дают результирующую в колене трубопровода Rj_- Нормальные составляющие веса трубы и воды в промежуточных пролетах, прилетающих к анкерной опоре, дают результирующие силы N и и Nn. Равнодействующая этих сил RN складывается с равнодействующей осевых сил RA. Таким образом получается результирующая сила RQ от всех нагрузок и воздействий. В свою очередь результирующая сила R0 может быть разложена на две составляющие: вертикальную Ry и горизонтальную Rx.
Для трубопровода с выпуклым коленом (см. рис. 17-10) невыгодными будут нагрузки при.заполненном водой трубопроводе, так как в этом случае равнодействующая RA сил внутреннего давления направлена вверх. При вогнутом колене наиболее неблагоприятное сочетание нагрузок получается при- опорожненном трубопроводе, когда не будет равнодействующей RA, прижимающей опору к основанию.
В разрезном трубопроводе (см. рис. 17-6,6) при температурных деформациях необходимо рассмотреть сочетания нагрузок при повышении температуры окружающего воздуха, так как при этом возникнут осевые усилия от трения в компенсаторе и на промежуточных опорах, направленные вниз.
Вес анкерной опоры определяется исходя из условия ее устойчивости на сдвиг по подошве основания, которое в общем виде, согласно 17-7 , может быть записано как
Для принятой расчетной схемы действия сил на анкерную опору трубопровода (рис. 17-18) условие устойчивости (17-21) будет иметь
Коэффициент пс принимается для основных сочетаний нагрузок— 1, для особых — 0,9. Коэффициент условий работы т принимается равным 1 за исключением специально оговоренных случаев (см. СНиП II-16—76). Коэффициент надежности принимается в соответствии с 17-7 для сооружений I класса — 1,25; II класса—1,2; III класса — 1,15.
При заданных нормативах и принятой схеме действия сил из условия устойчивости (17-21а) определяется вес анкерной опоры. Конструкция и вес анкерной опоры уточняются исходя из условий напряженного состояния по основанию опоры.
При определении напряжений в основании анкерной опоры трубопровод с выпуклым коленом считают опорожненным, а трубопровод с вогнутым коленом — заполненным водой. При конструировании анкерной опоры стремятся получить более равномерную эпюру сжимающих и не допускать растягивающих напряжений в основании опоры. Напряжения по краям основания опоры могут быть определены по формуле внецентренного сжатия
Для опор на мягких грунтах необходимо сравнить максимальные напряжения с расчетным сопротивлением грунта. В зависимости от вида основания подошва анкерной опоры выполняется плоской или ступенчатой. На нескальных грунтах подошва выполняется плоской. При этом необходимо предусмотреть мероприятия по снижению противодавления грунтовых вод (дренаж, шпунт и т. п.). При скальном основании подошву опоры выполняют ступенями. При этом стремятся ориентировать их перпендикулярно равнодействующей всех сил, включая вес анкерной опоры. Если скала трещиноватая, то основание цементируется. При необходимости опора закрепляется в основании при помощи анкеров.
Фундаментная часть промежуточной опоры воспринимает на себя действие нормальной составляющей собственного веса трубопровода и воды, а также осевой силы трения. Расчет фундаментной части промежуточной опоры аналогичен расчету анкерной опоры.