Введение к работе
Актуальность темы. Интенсивное развитие гаэодобывающей промышленности России потребовало сооружения на вечномерзлых грунтах мощных трубопроводных систем, соединяющих отдаленные топливно-энергетические ресурсы Севера с Центральными промышленными районами. Трассы трубопроводов, пересекающие районы с весьма различными инженерно-геокриологическими условиями, нарушают веками сложившиеся температурные режимы вечномерзлых грунтов, что приводит к изменению их свойств и вызывает ( или активизирует ) мерзлотные процессы, такие, как термокарст, со-лифлюкция, пучение грунтов, повышение их температуры и т.п., что, в свою очередь, может привести к существенным повреждениям трубопровода и даже отказам в работе. Поэтому проектирование магистральных трубопроводов в условиях вечномерзлых грунтов требует составления долгосрочных научно-обоснованных прогнозов для обеспечения в дальнейшем их безаварийной эксплуатации и сохранения окружающей среды.
Одним из основных условий, необходимых для обеспечения надежной работы трубопроводов, является обеспечение устойчивости опор трубопроводов на слабых основаниях.
Из всех известных в настоящее время способов стабилизации и сохранения в мерзлом состоянии грунтов оснований, термо-зваи, как правило, целесообразнее всего применять при строительстве линейных объектов: трассы трубопроводов, опоры ЛЗіІ и г.п. В России сезоннодействующими охлаждающими устройствами ( термосифоны, тепловые трубы, охлаждающие установки, термо-зваи и т.д.) занимаются более десятка крупных научно-исследовательских и проектных институтов ( ВНИИОСП, ЛТИХП, Ленгипро-гранс, ВНИГНИ, Фундаментпроект, ПечорНИПИнефть, ПечорНИИпроект, ШС, ВНИИГАЗ, ВНИИСТ, ПНИИИС и др.) . В основном, это теоретические и экспериментальные исследования внутренних и внешних троцессов теплообмена сезоннодействующих охлаждающих устройств ( СОУ). Анализ исследований позволил установить," что до насто-щего времени отсутствует четкая методика расчета термосвай по іесущей способности применительно к проблемам трубопроводного їтроительстла.
Оценка несущей способности опор трубопроводов с применением термосвай позволяет обосновано определять необходимость и экономическую целесообразность использования термосвай в строительстве газотранспортных систем.
і Целью настоящей работы является повышение надежности
функционирования трубопроводных систем в условиях Крайнего Севера на основе применения в опорах трубопроводов усовершен ствованных конструкций термосвай, отвечающих современным тре бованиям, определение оптимальных условий установки и эксплу атации термосвай, определение несущей способности термосвай при переменном значении температуры боковой поверхности термосваи.
Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решался комплекс задач теплового и механического взаимо. действия термосвай с талыми и мерзлыми грунтами в лабораторных условиях и естественных условиях Крайнего Севера.
Научная новизна.
-
Разработана методика расчета несущей способности термосваи по предельной прочности смерзания металлической поверхности с грунтом.
-
Предложена математическая модель для определения
температуры боковой поверхности термосваи на контакте с грунтом в конце теплого периода года с учетом глубины погружения и теплопередачи по металлической стенке ее корпуса.
3. Определена зависимость средней по длине термосваи
температуры от грунтовых условий и конструкции термосвал.
Практическая ценность работы заключается в разработке усовершенствованных конструкций термосвай, отвечающих по своим техническим данным современным требованиям Строительства и зксплуатации в условиях Крайнего Севера, инженерных методик расчета теплового взаимодействия термосвай с окружающей средой и несущей способности термосвай, в определении оптимальной области применения термосвай в опорах трубопроводов в конкретных инженерно-геокриологических условиях. Результаты исследований вошли в "Предложения по применению термосвай в
строительстве", ВНИИСТ. 1992 г.
Конструкции жидкостных термосвай TCI, в исследованиях охлаждающей способности которых автор принимал участие, внедрены в промышленном масштабе в Ямбургском промпорту в 1986 г. Экономический эффект от внедрения составил около 820 тис. руб. ( в ценах 1984 г. ) .
Апробация работы.
Основные положения работы доложены:
на секции ученого совета ВНИИСТа "Прочность и надежность трубопроводов". - М.: 1986 г.;
на расширенном семинаре Отдела прочности и надежности конструкций трубопроводов. - И.: ВНИИСТ, 1992 г.;
на совместном семинаре лаборатории надежности газопроводных конструкций и лаборатории эксплуатации магистральных газопроводов. - ВНИИГАЗ, 1992 г.
Публикация работы.
Основное содержанке диссертации освежено в 5 печатных работах и 2 положительных решениях о зыдаче авторских свиде-1ельств.
Структура и объем работы.