Аналитический метод расчета заглубленных магистральных трубопроводов при сейсмическом воздействии с учетом локальных колебаний

• Автор: Денисов, Григорий Валентинович
• Шифр специальности: 05.23.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 99 с. : ил.

Оглавление
Введение
1 Особенности спектра собственных колебаний сложных конструкций
1.1 Дискретный и сплошной спектры механических колебаний
1.2 Локальные формы колебаний
1.3 Протяженные конструкции на упругом основании со сплошным спектром
частот собственных колебаний
1.4 Выводы
2 Динамика трубопровода без массовых включений на однородном упругом и вязко-упругом основании
2.1 Динамика трубопровода на упругом основании
2.2 Динамика трубопровода на вязко-упругом основании
2.3 Длина участка распространения колебаний для случая вязко-упругого основания
2.4 Выводы
3 Динамика трубопровода с точечным массовым включением на однородном основании
3.1 Низкочастотные колебания. Ловушечные моды
3.2 Высокочастотные колебания. Коэффициенты отражения и прохождения волн
3.3 Выводы
4 Динамика трубопровода с протяженной неоднородностью в виде участка на кусочнооднородном основании
4.1 Низкочастотные колебания. Ловушечные моды
4.2 Высокочастотные колебания. Коэффициенты отражения и прохождения волн
4.3 Выводы
5 Оценка напряженного состояния участков трубопровода с массовыми и жесткостными неоднородностями
5.1 Напряжения при низкочастотных локальных колебаниях
5.2 Напряжения при низкочастотных ловушечных колебаниях
5.3 Напряжения при высокочастотных колебаниях

5.4 Методика оценки напряженного состояния
5.5 Выводы
Заключение
Список литературы

Введение
Актуальность темы исследования. Развитие трубопроводной системы не может быть реализовано без обеспечения высокого уровня надежности сооружений. Совершенствование технологий возведения и проектирования, применение новых материалов, строительство в сейсмически опасных районах, приводит к необходимости совершенствования расчетного аппарата.
Результаты многочисленных обследований реальных подземных трубопроводов, перенесших землетрясения, позволяют заключить, что наиболее опасными с точки зрения обеспечения прочности при динамических воздействиях являются зоны примыкания к другим трубопроводам, зданиям, сооружениям и конструктивным включениям, а так же участки сооружения, расположенные в областях с резким изменением свойств грунтов основания (Гехман, Зайнетдинов, 1988; Рашидов, Ан, 2014; Сейсмостойк. магистрал. трубопров. .. , 1980). При этом, основными фиксируемыми повреждениями подобных участков являются: разрывы, срез, смятие, гофрообразование и расстройство соединений (Гехман, Зайнетдинов, 1988; Чирков, Шутов, 2009; Flores-Berrones, Liu, 2003). Аналогичные последствия были зафиксированы и после землетрясения в Японии в 2011 (Miyajima, 2012).
Следует отметить, что повреждения заглубленных трубопроводов, не доступных визуальному осмотру, зачастую приводят к вторичным последствиям землетрясения, таким как пожары, подтопление территорий, просадки дневной поверхности и т.п. (Потапов, Ревелис, 2009). В этой связи к данным сооружениям требуется предъявлять повышенные требования обеспечения надежности.
На фоне повышенной аварийности указанных участков заглубленных трубопроводов, в действующих нормативных документах (СП 14.13330.2011, СП 36.13330.2012, СТО Газпром 2-2.1-249-2008) отсутствуют какие-либо специальные указания по расчету подобных, особых, частей сооружений.
Степень разработанности. Расчеты заглубленных трубопроводов на сейсмическое воздействие стали проводить сравнительно недавно. Крупномасштабные исследовательские работы в нашей стране были выполнены во второй половине XX в. В то время исследованиями вопросов сейсмостойкости занимались A.C. Гехман (Гехман, 1993), В.В. Болотин, Ш.Г. Напетваридзе, Б. Мардонов, P.M. Мукурдумов, В.В. Спиридонов, Т.Р. Рашидов, Г.Х. Хожметов (Рашидов, Хожметов, Мардонов, 1975), В.П. Ильин и другие. На основе мирового опыта эксплуатации трубопроводов и анализа последствий землетрясений, был разработан сравнительно простой аналитический метод расчета сооружений, основанный на гипотезе

Анализируя полученные результаты, в первую очередь, следует отметить достаточно высокое значение частоты отсечки для средних грунтовых условий (15 20 Гц). Далее,
трубопроводы с погонной массой меньше 1000 кг/м, при равных грунтовых условиях, характеризуются более высокой частотой отсечки, чем сооружения с большей массой. С учетом максимальной величины преобладающей частоты колебаний грунта, фиксируемой при землетрясениях, 35 Гц (Бирбраер, 1998), можно сказать, что тяжелые трубопроводы являются более динамичными, чем относительно легкие (с массой < 1000 кг/м).
В этой связи показательными являются результаты исследований (Сейсмостойк. магистрал. трубопров. .. , 1980), проводимых на трубах диаметром 122 мм, заглубленными на 50 см. Было установлено, что при преобладающем периоде колебаний грунта 0,66 -*• 0,73 с (8,6 ч-
9,5 Гц), амплитуды колебаний сооружения и массива совпадают, при этом, частота колебаний трубы была близка к частоте входящего импульса. Согласно Рисунку 2.1.3, ориентировочно, минимальная частота отсечки должна составлять 50 Гц, таким образом, данная нагрузка не могла вызвать собственных колебаний трубы, а ее перемещения должны полностью определяться перемещением окружающего грунтового массива, что и было зафиксировано в ходе эксперимента.
Другой эксперимент (Сейсмостойк. магистрал. трубопров. .. , 1980) проводился на стальных трубах 1200 х 11,7 заглубленных на 1,1 м. Было установлено, что при периодах колебаний грунтового массива 0,7 ч- 2,7 с (0,37 ч- 1,43 Гц), трубопровод и грунт перемещаются совместно. Полученные результаты соответствуют поведению трубопровода при частотах, ниже частоты отсечки, которая в данном случае, согласно Рисунку 2.1.3, оценивается в 30 Гц.