Методика установки и расчёта упорных блоков для укладки в грунт трубопроводов из армированного пластика

После выхода предыдущей статьи о поведении труб из армированного пластика в грунте мы получили много запросов, как правильно укладывать FRP-трубопроводы в грунте, а главное, как выполнять корректную установку и расчет упорных блоков, необходимых для такого класса труб.

Мы решили помочь нашим коллегам и потенциальным клиентам и поделиться основной полезной информацией по этой теме.

1 Места расстановки упорных блоков поможет определить только прочностной расчет трубопроводной системы в специализированном ПО (СТАРТ, CARSAR II, AutoPIPE), а размер упорных блоков можно рассчитать по специальной методике.

Упорные блоки для FRP-трубопроводов, как правило, проектируются аналогично тем, которые указаны в стандартных деталях. Для блоков под горизонтальные отводы, переходы, тройники, заглушки и крышки по возможности следует использовать лицевую поверхность прямоугольной формы. Разумный диапазон соотношения глубины к ширине для прямоугольной поверхности должен составлять от 1 до 3.

При расчете распорного усилия (F) используется наружный диаметр (OD).

Рассчитайте распорное усилие или результирующую силу для отводов (для элементов, отличных от отвода, используется другая формула).

 где P - расчетное давление

       A - площадь поперечного сечения трубы

       θ - угол отвода

Что касается грунта основания − существует две теории давления грунта, которые обычно используются при проектировании опорных блоков. Первая теория – это метод проектирования вертикальных анкерных плит в песке, вторая − проектирование неуравновешенного давления для подземных водоводов.

Призываем вас не использовать концепцию проектирования, основанную на несущей способности.

2 Для блоков в устойчивых породах оцените сопротивление грунта с точки зрения краткосрочной и долгосрочной прочности на сдвиг и используйте для проектирования наименьшее из двух значений сопротивления.  Расчетное чистое сопротивление грунта для блока должно быть по меньшей мере в 1,5 раза больше расчетного распорного усилия.

В этом материале мы рассмотрим один пример конструкции − бетонные упорные блоки с горизонтальным отводом. Наша задача − определить размер упорного блока, необходимого для отвода диаметром 700 с углом поворота 45°.

Конструктивные параметры:

Высота поверхности земли в месте отвода = 40,9 м.

Высота основания отвода = 38.8 м.

Гидродинамическое давление = 0,55 МПа

Расчетное давление P = 1,14 МПа

Наружный диаметр трубы (OD) = 720 мм

Определите, требуется ли специальная конструкция блока.

Стандартная деталь для упорных блоков с горизонтальными отводами используется только для водопроводных магистралей диаметром до 400 мм, поэтому наша конструкция является специальной.

3 Мы спроектируем блок, используя ту же общую конфигурацию блока, что и стандартная деталь, и определим требуемые специальные конструктивные размеры.

Определяем расчетные параметры грунта

Инженерные изыскания грунта, расположенные у предполагаемого отвода, показывают следующие конструктивные параметры грунта:

Илистый песок без грунтовых вод

γ - удельный вес грунта = 1920 кг/м3

φ - угол трения грунта = 25°

  коэффициент активного давления грунта = 0,41

где

Определяем распорное усилие для горизонтального отвода

Рис.1. Упорный блок для горизонтального отвода

Предположим размер блока и определим вес предлагаемого блока

wt - вес бетонного блока на ширину

γc = 2400 кг/м3 (удельный вес бетона)

Используя стандартный тип блока, примем следующие размеры блока − см. рисунок 2.

Рис.2. Пример блока

F = 0,6 м

E = h = 1,8 м

D = l = 3,3 м

G = 1,5 м

Fp = 1,2 м

Тогда

Определяем нормальное активное давление грунта.

Определим тангенциальное активное давление грунта.

Определяем коэффициент давления грунта для тангенциального давления грунта перед блоком:

Определяем коэффициент давления грунта для нормального давления грунта перед блоком:

 принимаем с рисунка 3 для 

Рис.3. Определение коэффициента давления грунта

Определяем сопротивление анкера.

Тогда эффективная длина  блока:

Получаем из рисунка 4 для соотношения 0,77:

Подставляем в формулу выше и находим истинное значение эффективной длины:

Рис.4. Коэффициент эффективной длины блока

Коэффициент сопротивления блока, , определяется по рисунку 5 на основании отношения h/H = 0,86. В нашем случае коэффициент равен 

Рис.5. Коэффициент сопротивления блока.

4 Следующим действием определяем сопротивление блока и его коэффициент запаса прочности.

FS=Q/R > 1,5

FS = 538 480 / 355 246 Н = 1,52

Условие прочности выполняется: 1,52> 1,5

ВЫВОД

Рассчитанные размеры блока являются достаточными для указанной работы трубопровода: стандартная геометрия блока с размерами D = 3,3 м, E = 1,8 м, F = 0,6 м, G = 1,5 м.

Представленный анализ показывает, правильно ли были выбраны изначальные размеры блока.

Аналогичные методики расчета существуют, если отвод находится не в горизонтальной плоскости, а в вертикальной − отдельно для верхнего и нижнего отвода.

Отдельно рассматривается ситуация, когда упорные блоки находятся под тройниками или заглушками.

Если вам интересно направление прочностных расчётов, пожалуйста, свяжитесь с нашими специалистами ЧУ ДПО «Институт САПР и ГИС» (входит в Группу компаний «Русский САПР») и закажите обучение по интересующей программе – например, по определению мест установки упорных блоков или специализированный практический курс по расчету размеров упорных блоков под разные типы фитингов.

Оставайтесь на нашем канале и узнавайте много нового.

Работайте с нами, работайте с удовольствием!

Наталья Гаврилина

Руководитель направления по системам инженерного анализа

АО "Бюро САПР"