Исследование универсальных гибких защитных бетонных матов (угзбм)



Скачать 477.14 Kb.
страница1/4
Дата01.05.2013
Размер477.14 Kb.
ТипИсследование
  1   2   3   4


Федеральное агентство по образованию РФ

ГОУ ВПО Воронежский государственный Архитектурно-строительный университет
Центр научных исследований и судебных экспертиз в строительстве

(ЦНИСЭС)
394006, Воронеж, ул. ХХ лет Октября, д.52. корпус 5, каб. 5214.

Тел. 8 (0732) 71-51-01; 77-40-43

E-mail: unr@vgasu.vrn.ru тел./факс. 8 (0732) 71-54-30



Лицензия




Утверждаю

Рег. № ГС-1-36-02-21-0-3664007626-000465-2




Ректор ВГАСУ

от 12 сентября 2002 года




(подпись) И.С.Суровцев

(Печать)


Исследование универсальных гибких защитных бетонных матов (УГЗБМ)
Гидравлические расчеты


Договор от 21 февраля 2005 года № 09/05-10

Директор ЦНИСЭС







Руководитель экспертной группы

(подпись)

Ю.В.
Мясищев



Воронеж -2005



Содержание




Наименование раздела

Страница

Содержание

2

Введение

3

Сопротивляемость УГЗБМ процессу скручивания

5

Нагрузки и воздействие потока воды на подводные трубопроводы, защищенные УГЗБМ

9


Ударное воздействие внешних предметов на сооружения, защищенные

УГЗБМ

14


Воздействие ледяного покрова на трубопровод, защищенный УГЗБМ

18


Эффективность использования УГЗБМ для защиты подводного трубопровода от размыва грунта

22


Заключение

25


Рекомендации

26


Список использованной литературы

27


Приложение

28


Введение
Пересечение водных преград магистральными трубопроводами наиболее часто осуществляется путем строительства подводного перехода. Такие переходы, несмотря на их сравнительно небольшой удельный объем в общем объеме строительства магистральных трубопроводов, являются наиболее ответственными сооружениями. Это обусловлено сложностью строительства и ремонта подводных трубопроводов, что предъявляет повышенные требования к качеству выполняемых работ при сооружении подводных переходов.

При проектировании и строительстве подводных переходов должны быть предусмотрены и выполнены специальные мероприятия, которые обеспечили бы надежную, безаварийную эксплуатацию перехода в течение длительного времени. Так, например, необходимо исключить возможность воздействия на трубопроводы льда, плавающего леса, топляка и других предметов, предохранить изоляцию трубопровода от повреждений, обеспечить балластировку или утяжеление трубопроводов, обладающих положительной плавучестью, а также исключить деформацию русла под трубопроводом и механические повреждения трубопроводов судовыми якорями, лотами и другими предметами. Вместе с тем, часто выполнение заглубления подводных трубопроводов ниже предельного профиля размыва русла весьма затруднительно, а при пересечении рек с быстрым течением, сложенных легко размываемыми мелкопесчаными грунтами, практически невозможно. Подводная траншея в этих условиях до укладки трубопровода быстро заносится грунтом. При этом возникает сложная задача обеспечения надежности эксплуатации подводных трубопроводов, прокладываемых выше предельного профиля размыва.

Наиболее сложные условия работы возникают для трубопроводов, проложенных по дну водотоков или выше предельного профиля размыва русла реки и подверженных воздействию ледяного покрова, как в зимний, так и, особенно, в весенний период. Наиболее опасно в период весеннего ледохода воздействие льда. При подъеме горизонта воды и ледяного покрова, а также передвижках льда происходит перемещение вмерзших в лед конструктивных элементов сооружения.

Подводные трубопроводы подвергаются воздействию речного потока как в строительный период при укладке трубопровода, так и во время эксплуатации, особенно при укладке трубопровода на дно или частичном оголении трубопровода в результате размыва дна в створе перехода. Имеющийся опыт эксплуатации подводных трубопроводных переходов [1], [2] подтверждает опасность явлений гидродинамического воздействия водного потока, приводящих зачастую к разрушению сооружения или его отдельных элементов, и указывает на необходимость особого внимания к гидродинамическому воздействию и всем его проявлениям. Так, например, по данным [1], из 60 аварий на подводных переходах, причины которых установлены с достаточной достоверностью, в 52 случаях, что составляет 88,4%, в аварийное состояние приходили трубопроводы, не заглубленные в дно. Сюда же следует отнести разрывы труб при их вибрации, механических повреждениях и повреждениях льдом.

Устойчивость подводного трубопровода зависит от силового воздействия потока и величины отрицательной плавучести. Для нефте- и продуктопроводов необходимая отрицательная плавучесть обеспечивается, как правило, весом продукта и труб, а для газопроводов – весом труб и искусственно создаваемой пригрузки в виде балласта. Утяжеление трубопроводов выполняют чугунными или железобетонными отдельными грузами и в виде сплошных покрытий трубы бетоном или асфальтобетоном. Это усложняет производство работ, увеличивает стоимость и создает дополнительные трудности при протаскивании трубопровода через водяную преграду. Сплошное бетонирование связано со значительной трудоемкостью его нанесения, а также приводит к увеличению жесткости трубопровода и, следовательно, увеличению минимального радиуса его кривизны при укладке.

Для защиты оголенных или недостаточно заглубленных подводных трубопроводов и их противокоррозионной изоляции от механических повреждений, предотвращения размыва течением участков дна, берегоукреплений, а также для пригрузки подводных трубопроводов, обладающих положительной плавучестью, ЗАО Предприятие подводно-технических работ «Петр» разработало универсальное защитное бетонное покрытие, защищенное патентом РФ № 2129635.

Покрытие изготовлено в виде универсального гибкого защитного бетонного мата (УГЗБМ), состоящего из набора 36 бетонных блоков, соединенных между собой замоноличенным искусственным канатом [3]. Для капитального ремонта частично оголенного трубопровода рекомендуется использовать УГЗБМ модели № 1, конструкция которого показана на рис.1 (Приложения), а схема ремонта – на рис. 2 (Приложения). При прокладке подводного трубопровода по дну водотока без его заглубления рекомендуется использовать УГЗБМ модели № 5, конструкция которого показана на рис.3 (Приложения), а схема положения трубопровода после завершения процесса укладки на рис. 4 (Приложения).

Габаритная длина УГЗБМ составляет 2860 мм, габаритная ширина – 1340 мм, а максимальная высота 240 мм. Вес УГЗБМ модели № 1 составляет 1276 кг, а модели № 5 – 1597 кг. УГЗБМ модели № 1 состоит из 36 одинаковых бетонных блоков типа 1, а УГЗБМ модели № 5 имеет 4 бетонных блока типа 1, 8 бетонных блоков типа 5 и 24 бетонных блока типа 6, соединенных между собой замоноличенным искусственным канатом согласно рис. 3. Основные размеры бетонных блоков приведены в табл. 1.

УГЗБМ изготовляется путем бетонирования в формообразующую оснастку. При изготовлении УГЗБМ в качестве соединительного арматурного каната применяются искусственные канаты диаметром от 10 до 25 мм из полипропилена, полиамида или полиэфира с разрывной нагрузкой от 1500 до 15000 кг.

Применение УГЗБМ для защиты подводных трубопроводов позволяет обеспечить достаточную прочность и устойчивость трубопровода при воздействии на него течений, льда и других предметов, исключает устройство подводной траншеи и необходимость дополнительной пригрузки трубопровода.

Таблица 1


Тип блока

основание, мм

вершина, мм

высота, мм

Бетонный блок типа 1

300х300

190х190

240

Бетонный блок типа 5

300х300

190х235

240

Бетонный блок типа 6

300х300

280х280

240
Габаритные размеры бетонных блоков
Применение УГЗБМ, в отличие от сплошного бетонного покрытия трубопровода, не приводит к увеличению его жесткости и, следовательно, увеличению минимального радиуса кривизны при его укладке, а также устраняется при этом значительная трудоемкость нанесения сплошного балластного покрытия. Применение УГЗБМ избавляет также от необходимости выполнять футеровку трубопровода и позволяет протаскивать его по любым типам спусковых дорожек, а также любым грунтам с полной гарантией сохранения изоляции. Все это дает возможность снизить стоимость строительства и эксплуатации подводного перехода, повысить надежность работы и значительно увеличить срок эксплуатации подводного трубопровода, который при качественном выполнении проекта и контроле за строительством будет равен или превышать расчетный срок эксплуатации всего магистрального трубопровода.

Однако, защищая подводный трубопровод от статического и динамического воздействия водного потока, а также воздействия ледяного покрова в зимний и весенний периоды, УГЗБМ воспринимает эти воздействия на себя. Поэтому надежностью работы защиты, выполненной из УГЗБМ, будет определяться надежность работы и всего подводного перехода.

В настоящем отчете приводятся результаты расчетно-теоретического исследования гидродинамического воздействия потока на подводные трубопроводные переходы, защищенные УГЗБМ, выполненного по заданию ЗАО Предприятие подводно-технических работ «Петр».

1. Сопротивляемость УГЗБМ процессу скручивания
Положим, что УГЗБМ уложен на защищаемый трубопровод так, что передний ряд бетонных блоков по каким-то причинам оказался не прижатым ко дну русла реки (рис. 5). Под воздействием гидродинамического давления потока воды УГЗБМ будет отрываться, как показано на рис. 6. Определим скорость потока воды, при которой будет наблюдаться эффект скручивания УГЗБМ.

Для определения эффекта скручивания рассмотрим УГЗБМ, лежащей на дне водотока. Первый ряд поперечных блоков по каким-то причинам оказался повернутым под произвольным углом  к горизонту (рис. 7). Найдем скорость потока воды, при превышении которой угол наклона этого ряда блоков УГЗБМ к горизонту будет увеличиваться. При этом первый ряд поперечных блоков будет поворачиваться вокруг точки «А». Для этого составим уравнение моментов всех действующих на блоки первого поперечного ряда УГЗБМ сил относительно точки «А». Будем считать, что все блоки первого ряда повернуты к горизонту под одним и тем же углом . Это даст возможность рассмотреть плоскую задачу, то есть рассчитать эффект скручивания защитного мата единичной ширины (в=1м), или эффект скручивания только одного продольного ряда элементов УГЗБМ.

На блок первого поперечного ряда УГЗБМ, находящийся в воде и расположенный под углом  к горизонту, будут действовать следующие силы:

  1. Сила тяжести блока , приложенная в его центре тяжести и направленная вертикально вниз (рис. 7):

, (1.1)

где - вес одного УГЗБМ;

n – число бетонных блоков в одном мате.

Так как первый поперечный ряд УГЗБМ моделей № 1 и № 5 состоит из бетонных блоков типа 1, то сила тяжести блока кг.

  1. Архимедова подъемная сила , направленная вертикально вверх и приложенная в центре тяжести блока:

, (1.2)

где  - объемный вес воды (=1 000кг/м3 );

Vб – объем одного блока УГЗБМ.

Так как бетонные блоки УГЗБМ представляют собой двухстороннюю усеченную пирамиду с квадратным основанием размером 300х300 мм и квадратными вершинами размерами 190х190 мм, а высота блока равна 240 мм, то объем одного блока УГЗБМ равен:

м3,

а подъемная сила кг.

  1. Горизонтальная сила лобового сопротивления Fd, обусловленная гидродинамическим давлением потока воды на бетонный блок:



, (1.3)

где – коэффициент лобового сопротивления, зависящий от скорости потока, формы обтекаемого тела и состояние его поверхности (по данным [4] при обтекании потока параллелепипеда бесконечной длины 2);

S – площадь миделевого сечения, то есть площадь сечения тела плоскостью, перпендикулярной направлению движения потока;

- плотность жидкости;

- скорость, с которой жидкость воздействует на погруженное в нее тело.

Обозначая длину бетонного блока в его основании через , а высоту блока через h (рис. 7), получим:

.

Уравнение моментов всех сил, действующих на блок, относительно оси, проходящей через точку А, дает:

(1.4)

или .

Из последнего равенства найдем критическую скорость, при превышении которой при заданном угле  возможен дальнейший поворот блока относительно точки А:

. (1.5)

Для нашего случая, учитывая, что l =0,3м и h=0,24м, имеем:

.

Расчет по этой формуле критической скорости при различных углах поворота первого ряда блоков к горизонту приведен в табл. 2.

Таблица 2

Значения критической скорости при различных углах наклона блока к горизонту

,град

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

49,2

,м/с



5,35

3,62

2,83

2,36

2,03

1,79

1,60

1,45

1,32

1,22


Как видно из таблицы, чем больше угол наклона блока к горизонту, тем меньшая скорость требуется потоку, чтобы повернуть блок на еще больший угол. Это обусловлено тем, что при увеличении угла наклона блока к горизонту увеличивается сила лобового сопротивления за счет увеличения площади миделевого сечения, а также плечо этой силы относительно оси вращения, а момент силы тяжести уменьшается за счет уменьшения плеча этой силы.

Так как бетонные блоки УГЗБМ имеют скошенные боковые грани, наклоненные под углом  к горизонту, то первый ряд блоков имеет ограничения по углу поворота вторым рядом, то есть, как только первый ряд блоков повернется на угол, равный 2(90-), их наклонные боковые грани прижмутся к наклонным боковым граням второго ряда блоков и далее скручивание УГЗБМ будет осуществляться путем поворота второго ряда блоков вокруг точки В (рис.8) Так как тангенс угла наклона скошенной боковой грани бетонного блока к горизонту составляет:

,

а угол =65.4о, то максимальный угол поворота первого ряда блоков max=2(90-65,4)=49,2о. Таким образом, как только первый ряд блоков повернется на угол 49,2о, начнется поворот второго ряда блоков вокруг точки В. Рассмотрим этот случай.

Чтобы произошел поворот второго ряда блоков необходимо, чтобы момент силы лобового сопротивления относительно оси, проходящей через точку В, был больше момента относительно этой оси силы тяжести в воде блоков первого и второго ряда блоков (рис. 8). Уравнение момента всех сил относительно оси вращения, проходящей через точку В, дает:

, (1.6)

или учитывая, что h=0,24м; c =0,19м и l =0,3м, получим:

.

Откуда критическая скорость, при превышении которой возможен поворот второго ряда блоков, равна:

.

Как только второй ряд блоков повернется относительно горизонтальной плоскости на угол 49,2о, его наклонные боковые грани упрутся в боковые грани третьего ряда бетонных блоков, и начнется поворот третьего ряда блоков и т.д. до тех пор, пока весь мат не скрутится в рулон. Далее начнется качение рулона УГЗБМ под действием потока по дну вдоль русла реки.

Аналогичные расчеты показали, что критическая скорость, при превышении которой возможен поворот третьего ряда блоков, равна: = 2,29 м/с; для четвертого ряда блоков = 1,79 м/с, пятого - = 1,76 м/с, а шестого - = 1,69 м/с.

Оценим скорость потока, способную катить рулон УГЗБМ по дну вдоль русла реки. Для простоты положим, что УГЗБМ свернулся в правильный рулон в виде цилиндра и опирается на дно реки только одним бетонным блоком, то есть касание рулона происходит вдоль наружной площадки бетонного блока (рис. 9). На рулон при этом будут действовать следующие взаимно уравновешивающие силы: сила тяжести УГЗБМ - G, приложенная в центре тяжести рулона и направленная вертикально вниз, горизонтальная сила , обусловленная давлением потоком воды на цилиндрический рулон и приложенная к оси рулона, и реакция опоры R, приложенная в точке В, которая проходит через ось цилиндра О и уравновешивает силы G и . Значение , при которой еще возможно равновесие сил можно найти из подобия силового треугольника и треугольника (рис. 9). При этом

, откуда получается .

Учитывая, что мм, а

мм,

получим = 0,179G; при весе одного мата в воде G=732 кг =130,8 кг. Таким образом, если сила давления потока воды, превысит 130,8 кг, то начнется качение рулона по дну вдоль русла реки.

Учитывая, что сила Fd определяется по формуле (3), причем по данным [4] коэффициент лобового сопротивления шероховатого цилиндра СD 1,2 , а площадь миделевого сечения S=, где =1,34м- ширина мата; Dр=2АО=1,06м - диаметр цилиндрического рулона УГЗБМ, получим предельную скорость потока, при превышении которой начинается качение рулона по дну реки:



Таким образом, проведенные расчеты показали:

  1. Если первый поперечный ряд бетонных блоков расположен горизонтально, то УГЗБМ не подвергается процессу скручивания, то есть критическая скорость потока, при которой возможен процесс скручивания .

  2. При угле наклона первого поперечного ряда бетонных блоков к горизонту больше 10о наибольшее сопротивление процессу скручивания УГЗБМ оказывает второй поперечный ряд блоков, при этом придонная критическая скорость потока составляет . Для каждого последующего ряда бетонных блоков критическая скорость уменьшается и составляет:



  1. Предельная скорость потока, при превышении которой возможно качение свернутого в рулон УГЗБМ по дну реки, составляет .

При этом необходимо подчеркнуть, что указанные скорости являются придонными скоростями, то есть скорости у дна реки. Вместе с тем, гидрологические характеристики водотоков и проектные материалы подводных переходов ориентированы на средние скорости течения , представляющие собой частное от деления общего расхода на площадь живого сечения реки.

Распределение скоростей течения по вертикали рекомендуется принимать в соответствии с эпюрой скоростей, показанной на рис. 10 [1].

Как видно из рисунка, скорость у дна реки рекомендуется принимать равной 70% средней скорости. Тогда очевидно, что средняя скорость, при которой возможен процесс скручивания УГЗБМ, составляет .

Это значение скорости значительно превышает приводимые в гидрологических справочниках средние значения скоростей для равнинных рек. Так средние скорости реки Волги составляют от 0,7  1,5 м/с, Ангары – 1  2,5 м/с, Аму-Дарьи – 2,5  4 м/с [2].

Учитывая малую вероятность наклона сразу всего первого поперечного ряда бетонных блоков к горизонту, можно заключить, что УГЗБМ обладает достаточной сопротивляемостью процессу скручивания.



  1   2   3   4

Похожие:

Исследование универсальных гибких защитных бетонных матов (угзбм) iconРуководство программиста тс аннотация
Учпу типа nc-100, nc-110, nc-200, обеспечивающего управление металлообрабатывающим оборудованием, работающего как автономно, так...
Исследование универсальных гибких защитных бетонных матов (угзбм) iconСтр. ВведениеЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎK31. Описание угзбмўKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎk расчет устойчивости угзбм на откосах автомобильных дорог.ЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎK
Стр. ВведениеЎKЎKЎKЎKЎKЎK31. Описание угзбмўKЎKЎKЎKЎK расчет устойчивости угзбм на откосах автомобильных дорог.ЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎK
Исследование универсальных гибких защитных бетонных матов (угзбм) iconИнструкция по определению прочности бетонных сооружений всн 02-74 Срок введения IV квартал 1974 года
Нормы проектирования и распространяется на проектирование бетонных гидротехнических сооружений, материал которых испытывает в основном...
Исследование универсальных гибких защитных бетонных матов (угзбм) iconВзаимосвязь свойств универсальных упорядоченных полуавтоматов и полугрупп их входных сигналов
В настоящей заметке построена относительно элементарная интерпретация класса универсальных упорядоченных полуавтоматов [4] в классе...
Исследование универсальных гибких защитных бетонных матов (угзбм) iconИнструкция по монтажу и эксплуатации. Прожекторы в бетонных бассейнах и готовых сборно-разборных бассейнов устанавливаются по-разному
Подводные прожекторы в бетонных бассейнах устанавливаются на 400 – 700 мм ниже уровня зеркала воды (см рис. 1)
Исследование универсальных гибких защитных бетонных матов (угзбм) iconМонтаж сборных железобетонных и бетонных конструкций
В настоящей инструкции рассматривается порядок осу­ществления контроля качества и приемки работ по монтажу сборных бетонных и железобетонных...
Исследование универсальных гибких защитных бетонных матов (угзбм) iconМетодические рекомендации по укрытию населения в защитных сооружениях гражданской обороны в целях защиты населения в экстремальных условиях используются различные способы и средства
Ечно, в случае применения оружия обычных видов и современных средств массового поражения является укрытие в защитных сооружениях...
Исследование универсальных гибких защитных бетонных матов (угзбм) iconРеализация уполномоченным по охране труда защитных функций профсоюза по обеспечению прав работающих на здоровые и безопасные условия труда
Реализация профкомом защитных функций по охране труда осуществляется по двум основным направлениям
Исследование универсальных гибких защитных бетонных матов (угзбм) iconСухая штукатурка) Черновая гипсовая смесь для внутренних работ (стен, потолков). Применяется для отделки бетонных, кирпичных, газобетонных и т п
Применяется для отделки бетонных, кирпичных, газобетонных и т п поверхностей
Исследование универсальных гибких защитных бетонных матов (угзбм) iconЗакон Республики Бурятия о сохранении и воспроизводстве защитных лесных насаждений на землях сельскохозяйственного назначения
Настоящий Закон устанавливает правовые основы государственного регулирования использования, охраны, защиты и воспроизводства защитных...
Разместите кнопку на своём сайте:
ru.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©ru.convdocs.org 2016
обратиться к администрации
ru.convdocs.org