Напруження у підземному трубопроводі від пошкодження основи поблизу анкерного кріплення

Анотація

Розглядаються питання міцності підземних трубопроводів, які експлуатуються за умов ускладнень геологічного чи техногенного характеру (рухи корінного ґрунту в зоні тектонічного розлому, взаємні переміщення та повороти скельних блоків тощо). Метою роботи є вивчення впливу обмеження рухомості трубопроводу, накладеного анкерним кріпленням, на напружений стан у стінці труби обабіч місця локального пошкодження основи. Дослідження статики трубопроводу проводили в геометрично лінійній постановці, моделюючи його стрижнем з трубчастим поперечним перерізом, а при розгляді питань міцності – безмоментною циліндричною оболонкою. Взаємодію труби з щільною основою через ґрунтову засипку описували за гіпотезою пружного прошарку Вінклера. Вивчали деформацію закріпленої анкером труби, спричинену локальними порушеннями суцільності основи, які моделювали заданими розривами поздовжнього переміщення та кута повороту блоків. Такий підхід дає можливість оцінювати міцність протяжних підземних комунікацій не за зовнішнім навантаженням від ґрунту, яке зазвичай є невідомим, а за спостережуваними параметрами рухів берегів розлому. Граничний стан трубопроводу під внутрішнім тиском транспортованого продукту та під додатковим навантаженням від кінематичного збурення досліджували за енергетичною теорією міцності. Сформулювали крайові задачі для диференціальних рівнянь розтягу-стиску та скруту прямолінійного стрижня з розривними правими частинами. На підставі аналітичних розв’язків задач вивчено вплив пошкоджень типу тріщин нормального відриву, зближення блоків основи та їх розвороту довкола осі труби на напружено-деформований стан трубопроводу. Побудовано графіки розподілу переміщень, кутів повороту та еквівалентних напружень Мізеса залежно від величини і напрямку взаємного переміщення та розвороту берегів розлому за різних віддалей від анкера до дефекту основи. Встановлено, що накладання додаткової в’язі у вигляді анкерного кріплення призводить до істотного підвищення еквівалентних напружень у трубі. Виявлено також, що для труби під внутрішнім тиском зближення блоків основи є небезпечнішим, аніж їх розходження.