نيروهای برشی لوله ها
نيروهای برشی لوله ها
نيروهای برشی لوله ها
فشار داخلي
فشار داخلي بزرگترين فشار كاري سيستم عمل كننده ( MDPCياMDPA )است. لذا فشار آزمون سيستم (STPطبق تعريف در EN773و EN805) صورت مي گيرد.
فشار كاري سيستم ناشي از فشار استاتيكي، فشار پمپ و فشار ضربه قوچ مي باشد. تكميل يك خط لوله بر مبناي فشار آزمون سيستم است.
–٣–١٤محاسبات
طبق راهنمايي هاي ورقه كار ATV-DVW2,A127در دسامبر ١٩٨٤تاكنون محاسبه معمول استحكام خالص(گواهي تنش) توسط يك محاسبه تركيبي استحكام و تغيير شكل جايگزين گشت كه بر مبناي محاسبات Watkinsاست.
مطابق روش فوق جهت محاسبه لوله هاي مدفون شونده در كنار محاسبه سيستم هاي لوله صلب(سفتي خمش) توانايي تغيير شكل ماده (نرمي خمش)محاسبه مي شود.
در محاسبه بستر محيط بصورت ساختاري و المان هاي مربوطه تحمل كننده نيز بررسي مي شوند، لذا استحكام سفتي سيستم بستر/ لوله مهم است.
همچنين بوسيله تغيير شكل افقي لوله فشار مثبت خاك با اثر محافظتي آن وارد محاسبه مي شود.
اصول پايه كاربرد روش هاي محاسبه در EN1610جهت خط لوله نصب شده به خصوص لوله گذاري و مهار كردن مشخص شده است.
به علاوه درورقه كار ،A139 ،ATV-DVWKدر DIN4124و ZTV89به اين موضوع توجه شده است.
كميت مشخصه براي بستر / لوله سفتي آن است. سفتي سيستمي VRBكه با درجه مورد نياز فشارهاي واكنشي مهار كننده افقي معين مي شود:
VRB=8 . S0
در اينجا S0سفتي لوله و SBhسفتي مهار كننده افقي است. مورد دوم با مدول سفتيE2 نسبت كامل دارد: SBh=0.6 ζ .E2
فاكتور 0.6گسترش تنش در بستر تحت واكنش هاي فشاري مهار كننده افقي را در نظر مي گيرد. ضريب تصحيح كننده ζماژول هاي تغيير شكل متفاوت بستر نزديك لوله (E2)و بستر خطي نزديك محل حفاري يعني نزديك منطقه خط لوله (E3) و پهناي حفاري را در نظر مي گيرد.
جهت توصيف مفهوم سفتي سيستم VRBشكل ١–١٤بكار مي رود.
تحت اثر بار عمودي qvيك نرمي خمش در جهت مقابل يك سفتي خمش در مسير افقي شكل مي گيرد و لذا واكنش هاي فشاري روي بستر غيرفعال، فعال شده ايجاد مي شود.
شكل 1-14اثر بار/ سفتي سيستم: شكل a-1-14سفتی خمش در لوله SBh
اين امر به تغيير شكل لوله بصورت معكوس تاثير مي گذارد. فشار واكنش مهار كننده
ناشي از تغيير شكل لوله به شكل پارابوليك با زاويه باز °120قرار مي گيرد.( شكل 2-14)
qh*=Ch qv.qv +Ch qv.qv
VRB- Ch,qh*
شكل b-1-14نرمي خمش در لوله
ش لوله
شكل 2-14واكنش مهار كننده با نرمي خمش در لوله
با:
(qv=λRG.PE+PV (14-5
(λB. PE+γb.da/2) (14-6
qh=kz
ch,qh ، ch ,qvو * ch, qhارزش هاي تغيير شكل در ممان خمشي هستند.
سفتي سيستم لوله/بستر (VRB=SR/SBH) اين اطلاع را مي دهد كه لوله چقدر در بستر تغيير شكل مي دهد و چقدر فشار واكنش بستر فعال مي شود.
شكل :٣–١٤توضيح مفهوم سفتي سيستم
در حالت حد مرزي بين رفتار سفتي خمش كه اثر فشار واكنش بستر qhمشخص نيست نرمي خمش لوله كه در امنيت قرارگيري انحصاري نيست به وسيله فشار واكنش مهار كننده مشخص مي شود، VRB=1مي شود.
سفتي خمش لوله داراي سفتي سيستمي ، VRB>1و نرمي خمش در لوله داراي (3-14 است.)شكلVRB<1
حد رياضي بين رفتار خمش نرم و سفت در آگوست ٢٠٠٠در ورقه كار ATV VRB=1 باDVWK, A1273 مشخص شده است.
Sie betrug bis da to VRB=0.1 . بوده استVRB=0.1 كه تاكنون تعريف جديد قابل توجه است چون هميشه تعداد زيادي لوله از مواد مختلف در محاسبات در “محدوده مرزي” قرار مي گيرند.
به عنوان مثال در لوله هاي چدن نشكن مقادير داده شده محاسبه اي آنها براي VRBعمدتاً بين 0.01و 0.99قرار مي گيرند.
VRB=1يك حد با معني است.
لذا محاسبات نرمي خمش لوله هاي چدن نشكن قاعده دار مي شوند و به صورت اساسي يك گواهي تغيير شكل حاصل مي شود.
راهنمايي: در صورتيكه لوله در زمين داراي مهار كننده سفت تراز بستر اطراف باشد، جريان نيرو در لوله متمركز مي شود، هر چقدر لوله نرم تر باشد نيرو از محيط لوله گذر
مي كندو هر چقدر لوله سفت تر باشد تمركز بار بيشتر است.
جدول :١–١٤مثال نرمي خمش و سفتي خمش لوله
-4-14نيروهاي برشي
تقسيم بندي خمش نرم و خمش سفت در لوله ها مبناي تعيين ممان خمشي Mو تغيير شكل Δdلوله ها است. مطابق توزيع فشار در محيط لوله ممان خمشي Mو نيروي نرمال Nبراي بارهاي خارجي مانند وزن مربوطه و پر شدن آب تعيين مي شود. نيروي مورب در مسير حلقه به علت اندكي قابل توجه نيست.
مقدار ممان Mو نيروي نرمال Nطبق قوانين استاتيك تحقيق مي ود. با مقدار MوN نيروهاي برشي طبق معادلات زير بدست مي آيد:
یا
راهنمايي: در سيستم سفتي كمتر، يعني در مسير نرمتر لوله ممان كمتر مي باشد. اين امر به خصوص براي لوله هاي چد نشكن با اندازه اسمي بزرگتر كه در آنها سفتي سيستم به صورت كلي كمتر از 0.1است، معتبر است.
٥–١٤-تغيير شكل ها
مطابق توزيع فشار در محيط لوله، تغيير قطر عمودي Δdvدر ادامه بارهاي خارجي طبق معادلات زير مي تواند محاسبه گردد، به صورتيكه از اثر كم پر شدن آب به تغيير شكل
صرف نظر مي شود:
| Δdv = 2.rm/8.S0 . (Ch,qv .qv+ Cn,qh+Ch,qh*. qh*) (25-14) |
| لذا داريم: |
S0=ER.I/dm³
بار كلي بر لوله qvمساوي ضرب بار زمين pدر فاكتور تمركز به علاوه بار ترافيكي است:
(٢٦–١٤)
qv=m.p+pv
تمركز بار روي لوله ناشي از جابجايي تنش است كه به اثرات زير وابسته است.
• اثر نسبي گسترده شدن بار بر لوله:
a¹=a.E1/E2>0.25
• پوشش(مدفون شدن) نسبي:
h/da
• نسبت سفتي:
Vs=SR/[C.V].SBV
• پهناي حفاري نسبي:
b/da
در برخي از موارد لوله ها به صورت اضافي با خمش در مسير طولي، بارگذاريمي شوند. مثلاً در:
• در حفاري زير خط يك لوله از قبل نصب شده بارها بوسيله زمين و بار ترافيكي روي قسمت آزاد لوله وارد مي شوند.(شكل٤–١٤)
• نشت بستر، بارگذاري روي لوله ها بصورتي است با حركت بستر سازگاري دارد(شكل 5-14 )
شكل 4-14: بارگذاري لوله ها به وسيله بار زمين و بار ترافيكي
شكل 5-14: بارگذاري لوله ها به وسيله نشت زمين
در اينجا بايد توجهات خاص صورت گيرد:
ابتدا بايد اين ارزيابي صورت گيرد كه كدام اندازه اسمي بيشتر توسط خمش و كدام بيشتر
توسط بارگذاري موضعي مورد خطر قرار دارد:
در حالت بارگذاري طبق شكل ٤–١٤حداكثر تنش خمش бbبرابر است با:
| Бb=p.b.l/8.w | (٢٧–١٤) |
| همچنين با بار خارجي يكساني pتنش موضعي бsبصورت زير محاسبه | |
| مي شود: | |
| Бs=0.375 . | (28-14) |
p.dm/s²
به وسيله شكل گيري ممان مقاومتي wو جانشيني ، حد اندازه اسمي DN бrبدست مي آيد كه” محدوده خطر” هر دو از يكديگر جدا مي باشند.
DN бr=0.7 . ³√ (29-14)
B.l.s
: مي شودl=1.600mm وB=1200mm براي
DN бr=90 . mm بر حسبs (30-14)
³√s
در حالت زير نشت زمين نيز وارد محاسبه مي شود)شكل:(4-14
نشت زمين توسط شكاف (نشت) زمين Δطول اثر آن Lمي شود.
دراين حالت بزرگترين ممان تنش خمشي бbدر لوله هست:
| Бb=3. | (31-14) E.da/L² . Δ با قراري به جاي نسبت бb/Eو حل طبق آن Δمي شود: (٣٢–١٤) |
| Δ=ε . L²/3 . |
da
–٦–١٤تنش ها
تنش هاي ناشي از بارها طبق قواعد عمومي فني حاصل مي شوند:
| Б=N/A | (٣٣–١٤) ±M/W .αK |
با ضريب تصحيح αKكه جهت در نظر گرفتن خم مربوط به پخ لبه داخلي و خارجي مي باشد.
فشار داخلي با قرار گرفتن لوله تحت تنش ناشي از فشار داخلي ، pتنش ها در مسير محيط تا مسير طول و در مسير شعاع حاصل مي شوند.
در لوله هاي سركاسه دار (بدون پيوندهاي مهار كننده نيروي طولي) تنش ها در مسير طولي نسبتاً صفر مي باشند. هنگاميكه خمشي در مسير طولي موجود نيست تنش ها در مسير
محيطي با توجه به المان هاي شعاعي طبق فرمول Kesselمحاسبه مي شوند:
