Введение к работе
Актуальность работы. Магистральные гвзо-, нефте- и продук-топровода относят к клвсоу ответственных технических объектов. Аварии трубопроводов, сопровождающиеся потерей целостности, представляют значительную угрозу для жизни и здоровья людей, влекут за собой крупные экономические и социальные потери. Необходимым условием обеспечения эксплуатационной надэкности трубопровода является обеспечение конструктивной надеаности линейных частей трубопроводов по отношении к действущим на него нагрузкам и воздействиям., Линейные части трубопроводов работают в сложных, не вполнэ определенных и трудно контролируемых условиях. Помимо эксплуатационных нагрузок от внутреннего давления, они испытывают дополнительные нагрузки от взаимодействия о окружающей средой, Неоднородность грунтовых условий вдоль трассы является одним из основных источников повреждений и разрушений трубопроводов особенно в северных и северо-восточных районах страны. Среди внешних силовых факторов наиболее неблагоприятное воздействие на подземный трубопровод оказывают процессы морозного пучения грунтов. .
К настоящему времени создан нормативный базис, регламентирующий прочностнш расчеты и проектирование трубопроводных конструкций, однако ряд специальных вопросов находится в стадии разработки. К ним относятся вопросы, связанные с уточнением нагрузок и воздействий, построением моделей взаимодействия трубопровода о окружающей средой в слохных природно-климатических условиях. Разработки отой группы служат -теоретичэской основой для выработки конкретных рекомендаций и технических решений по обеспечению эксплуатационной надежности трубопроводов.
Цель работы состоит в разработке методов и математического обеспечения для расчета трубопроводов, прокладываемых в промерзающих пучинистых грунтах.
Основные задачи:
провести экспериментальные исследования предельных состояний трубопроводов в условиях, моделирующих нагрузки от морозного пучения; .
разработать расчетные метода прогнозирования предельной
несущей способности цилиндрических оболочек при контактном наг-ружекии жестким штампом о использованием модели кестко-пласти-ческой оболочки при больших перемещениях;
разработать алгоритмы и программы для ЭВМ, предназначенные для получения расчетных оценок величины предельного момента, предельного контактного усилия, характеристик деформированного состояния в зависимости от условий нагружения и уровня по-вреадении в конструкции.
разработать комбинированную расчетную модель взаимодействия подземного трубопровода с единичным бугром пучинистого грунта, учитывающую предельное сопротивление грунта вертикальным перемещениям трубопровода и выдергиванию его из грунта;
получить решение задачи о деформировании трубопровода на границе грунтов с различной интенсивностью пучения;
разработать процедуру и пакет программ для расчетного прогнозирования вероятности безотказной работы трубопровода по отношению к заданной системе предельных состояний.
Научную новизну диссертационной работы составляют:
результаты экспериментального исследования предельных состояний трубопровода.в условиях, моделирующих нагрузки от морозного пучения, оценки предельной несущей способности цилиндрических оболочек при контактном нагружения жесткими штампами и при изгибе после потери устойчивости;
расчетные методы прогнозирования предельной несущей способности цилиндрических оболочек при контактном нагружении жестким штампом в условиях свободного и стесненного деформирования;
метода расчета и результаты численного анализа взаимодействия трубопровода с единичным бугром пучения;
решение задачи определения напряженно-деформированного состояния трубопровода при срезе на границе грунтов с различной интенсивностью пучения;
разработка расчетной процедуры прогнозирования показателей конструкционной надежности на основе статистического моделирования размеров бугров пучения и оценки числа выбросов за пределы допустимой области.
Практическая ценность работы.
Разработанные методы расчета трубопроводов в условиях морозного пучения позволяют получить прогнозные оценки напряжений и деформаций трубопроводов при контактном взаимодействии с грунтом. Расчетные метода и пакеты программ могут быть применены как на стадии проектирования для анализа возможных конструктивных решений, так и на стадии эксплуатации при контроле технического состояния конструкции и выборе технических решений, обеспечиваадше поддержание требуемого уровня надекности.
Апробация работы.
Результаты диссертационной работы докладовэлись на: Всесоюзных конференциях "Проблемы оптимизации и надежности в строительной механике", Вильнюс, 1983 и 1988 г.г.; научно-технической конференции "Проблемы численного моделирования и автоматизации проектирования инженерных конструкций", Ленинград, 1986 г.; XI и XII конференциях молодых ученых ИМАШ АН СССР "Актуальные проблемы машиноведения", 1987 и 1939 г.г.; - научном семинаре кафедры "Динамика и прочность машин" (Московского энергетического института, 1987 г.
Объем работы.
Диссертация состоит из семи глав, сводки результатов и перечня используемой литературы. Работа изложена на 25S стр. машинописного текста, содержит 93 рис., 13 таблиц. Список литературы включает 117 наименований.
