Інженерна оцінка міцності надземного переходу нафтопроводу, спорудженого в гірській місцевості

Abstract

Викладено результати досліджень, спрямованих на розвиток методології інженерної оцінки напружено-деформованого стану надземних переходів нафтопроводів, споруджених у гірських районах. З метою здійснення силового аналізу нафтопровід моделювали трубчастим стрижнем, який на прилеглих до надземного переходу ділянках контактує з ґрунтовою основою за гіпотезою Фусса-Вінклера. На завершальному етапі оцінки міцності надземний перехід схематизували тонкостінною оболонкою. Таке моделювання надземного переходу дозволило враховувати вплив на поведінку нафтопроводу властивостей ґрунтової основи, і при цьому подати остаточні результати у вигляді простих аналітичних виразів, які є зручними для інженерної практики. Для реальної конструкції надземного переходу нафтопроводу “Дружба” на основі одержаних результатів побудовано графіки розподілу зусиль та переміщень вздовж осі споруди. Звернуто увагу на характер перерозподілу зусиль у нафтопроводі при зміні жорсткості ґрунтової основи та на крайові ефекти, які виникають на прилеглих ділянках надземного переходу. Вказано на можливість граничного переходу до результатів розрахунку, які отримують при використанні елементарної “жорсткої” моделі споруди. З урахуванням двовимірного термопружного стану нафтопроводу визначено максимальні осьові напруження, які виникають під час його експлуатації. Остаточну оцінку міцності здійснено за енергетичним критерієм.

The research results, aimed at developing of the methodology for engineering evaluation of the stress-strain state of the overground oil pipeline sections that were built in mountainous areas, are provided. To perform power analysis, the pipeline was modeled with the help of the tubular rod that in accordance with the Fuss-Winkler hypothesis contacted with the ground basis on the sections adjacent to the overground ones. At the final stage of the strength evaluation the overground section was depicted with a thin-wall shell. Such modeling of the overground section allowed to consider the influence of the ground basis properties on the oil pipeline behavior and thus present the final results in the form of simple analytical expressions that are useful for engineering practice. The distributions of forces and displacements along the structure axis were made on the basis of the obtained results for the actual design of the overground section of the “Druzhba” oil pipeline. Attention was paid to the nature of redistribution of forces in the oil pipeline when the ground basis stiffness was changed, as well as to the edge effects that occurred on the sections adjacent to the overground one. The possibility of boundary transition to the calculation results that are obtained with the help of the elementary “rigid” structure model was mentioned. The maximum axial stresses that occur during the oil pipeline operation were determined with the account of its twodimensional thermoelastic state. The final strength evaluation was carried out in accordance with the energy criterion.