В настоящее время все большее распространение получают бестраншейные способы прокладки трубопроводов. Положительными особенностями их использования является сокращение объема земляных работ, увеличение скорости укладки трубопроводов и т.д. В частности, повышенный интерес вызывает плужный метод бестраншейной прокладки полиэтиленовых трубопроводов. В случае использования этого метода при движении трубоукладчика грунт разрабатывается рыхлителем, который находится сзади него, и труба, сматываясь с бухты, укладывается на заданную рыхлителем глубину, проходя и изгибаясь по направляющему устройству.
Если следовать существующему своду строительных норм и правил [1], то работа такой машины возможна при температуре окружающего воздуха не ниже +5ºС, т.к. при меньших значениях разматывание труб с бухт запрещено с позиции нарушения прочностных свойств. Указанное регламентирование температурной области использования подобных трубоукладчиков существенно ограничивает их применение в условиях Российской Федерации, т.к. на большей ее части значительный промежуток времени в году температура окружающего воздуха отрицательна. В то же время с позиций грунтовых условий прокладка трубопроводов на слабонесущих и болотистых грунтах при их промерзании в зимний период технологически более эффективна.
Существующие в нормативных документах ограничения на изгиб трубы при различных температурах относятся к полиэтилену ПЭ63, т.к. они перенесены из ранее действовавших документов, в которых использование этой марки для газопроводов было возможно. В данный момент использование для газопроводов труб из полиэтилена ПЭ63 запрещено, т.е. возможно использовать только марки полиэтилена, начиная с ПЭ80. Таким образом, ограничения, введенные ранее, требуют проверки с точки зрения их правомерности для новых марок полиэтилена.
Целью проводимых исследований было определение допустимых радиусов изгиба направляющего устройства при отрицательных температурах, при прохождении по которому труба из полиэтилена ПЭ80 сохраняла бы свои прочностные характеристики.
Анализ методов расчета на прочность гибких длинномерных труб с позиции теории прочности криволинейных стержней и с учетом особенности конструкции для плужного способа бестраншейной прокладки трубопровода показал, что описание напряженно-деформированного состояния гибкой трубы требует учета нелинейных характеристик материала.
Для расчета допустимых диаметров изгиба в известной математической модели [3], удовлетворяющей этому требованию, необходимо знать прочностные характеристики материала трубы, т.е. модуль упругости и предел текучести.
С целью учета нелинейных свойств материала трубы используется понятие переменного (секущего) модуля (Ec), который определяется по следующему соотношению:
(1)
где
- модуль упругости материала (МПа); b - коэффициент, определяющий изменение жесткости материала от величины деформации (МПа -2);
- интенсивность напряжений (МПа).
В институте неметаллических материалов Сибирского отделения Российской академии наук
проводились испытания на растяжение труб из полиэтилена ПЭ80 при температурах +20, 0, -20 , -40, -60ºC [2]. Анализируя полученные диаграммы, были получены прочностные характеристики полиэтиленовых труб, которые представлены в таблице 1
Таблица 1 Прочностные характеристики трубы ПЭ80
| Температура, ºС | Модуль упругости, МПа | Предел текучести, МПа |
| 20 | 770 | 19,5 |
| 0 | 1240 | 27 |
| -20 | 1770 | 32,5 |
| -40 | 2220 | 36,9 |
| -60 | 2790 | 44,5 |
В результате аппроксимации данных, приведенных в таблице, получено, что модуль упругости зависит от температуры следующим образом (достоверность аппроксимации R2 составляет 0,99):
E0 = -25T + 1260, (2)
E0 – модуль упругости материала трубы при заданной температуре, МПа.где Т – температура окружающего воздуха, ºС;
Зависимость предела текучести от температуры выглядит следующим образом (R2 = 0,97):
σт = -0,325T + 26,3, (3)
где σт – предел текучести материала трубы при заданной температуре, МПа.
Используя полученные зависимости, математическая модель расчета на прочность трубы была преобразована с целью определения допустимых радиусов изгиба трубы при отрицательных температурах.
Расчет по полученной модели позволяет определить минимально-допустимые радиусы изгиба полиэтиленовой трубы в условиях различных температур, при которых она сохранит свои прочностные характеристики.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
- СП 42-103-2003 Проектирование и строительство газопроводов из полиэтиленовых труб и реконструкция изношенных газопроводов.
- Стручков А.С. Хладостойкость и особенности сопротивления разрушению нефтегазовых пластмассовых труб. Автореф. дис. … д-ра техн. наук. – Якутск, 2005. – 34 с.
- Якубовская С.В. Теоретические основы повышения надежности полимерных газораспределительных и сборных сетей. Автореф. дис. … д-ра техн.наук. – Тюмень, 2005. – 36 с.
Библиографическая ссылка
Лавров И.Г. УТОЧНЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ПОЛИЭТИЛЕНОВЫХ ТРУБ ДЛЯ РАСЧЕТА ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ // Фундаментальные исследования. – 2007. – № 1. – С. 45-46;URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=2281 (дата обращения: 16.04.2024).