No abstract

Для проведения ремонта подземных магистральных нефтепроводов зачастую возникает необходимость подъема трубопровода, что предполагает перемещение заполненной трубы в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Хотя выполнение ремонтных работ в большинстве случаев происходит в условиях остановки перекачки нефти, в сечении трубопровода, как правило, действует продольное усилие, обусловленное температурным перепадом и внутренним давлением столба перекачиваемого продукта из-за вертикального профиля. Известно, что практически всегда трубопровод имеет начальную кривизну оси, и в этом случае продольное усилие существенно влияет на технологические параметры ремонта. В статье приведено решение задачи определения технологических параметров ремонта криволинейного участка трубопровода с учетом продольного сжимающего усилия. Проведен анализ напряженно-деформированного состояния поднимаемого при выполнении ремонта трубопровода в зависимости от радиуса кривизны основания, направления изгиба оси трубопровода, высоты подъема, температурного перепада. Полученное решение может быть использовано при разработке проекта ремонта подземного трубопровода для оценки протяженности участка вскрытия траншеи и определения усилия на крюк трубоукладчика. To repair underground main pipelines, it is often necessary to lift the pipeline, which requires moving the filled pipe in the vertical and horizontal planes. At that, a longitudinal force acts in the pipeline section, as a rule, due to temperature difference and internal hydrostatic pressure. It is known that almost always the pipeline axis is curved, and, in this case, the longitudinal force significantly affects technological parameters of the repair. The paper provides a solution to the problem of determining repair technological parameters for the pipeline curved section taking into account longitudinal compressive force. Analysis of stress-strain state of the pipeline being lifted during repair depending on the base curvature radius, direction of pipeline axis bending, lifting height, and temperature difference was carried out. The resulting solution can be used in the development of an underground pipeline repair project to estimate the length of trench opening section and to determine the force acting on the pipe-layer hook.

Рассмотрена задача упругопластического деформирования тонкостенной трубы при комбинированном нагружении изгибающим моментом, осевой силой и внутренним давлением. Решение задачи осуществлено по разработанной методике с помощью математического пакета Matcad численным методом, основанным на деформационной теории пластичности и безмоментной теории оболочек. Для упрощения решения предложено сведение двумерной задачи к одномерной задаче о деформировании балки, материал которой имеет различные диаграммы деформирования при сжатии и растяжении в осевом направлении. Проведено сравнение с результатами численного решения двумерной задачи методом конечных элементов в упругопластической постановке. Результаты расчета по инженерной методике совпадают с точным решением с точностью, необходимой для практического применения. Полученные результаты упругопластического решения для изгибающего момента в сечении трубопровода при комбинированном нагружении позволяют уточнить известное критериальное соотношение прочности сечения трубопровода с кольцевым дефектом в сторону снижения перебраковки. Применение разработанной методики позволяет ранжировать участки трубопровода с непроектным изгибом по степени близости к предельному состоянию при комбинированном нагружении изгибающим моментом, продольным усилием и внутренним давлением. The problem of elastic plastic deformation of a thin-walled pipe under co-binned loading by bending moment, axial force and internal pressure is considered. The problem is solved by the developed method using the Matcad mathematical package by a numerical method based on the deformation theory of plasticity and the momentless theory of shells. To simplify the solution of the problem, it is proposed to reduce a twodimensional problem to a one-dimensional problem about beam deformation, the material of which has different deformation diagrams under compression and tension in the axial direction. Comparison with the results of numerical solution of the two-dimensional problem with the finite element method in the elastic plastic formulation is carried out. The obtained results of the elastic-plastic solution for the bending moment in the pipeline section under combined loading make it possible to clarify criterion ratio of the strength of the pipeline section with an annular defect in the direction of reducing the rejection. Application of the developed approach allows to rank pipeline sections with non-design bending in the steppe close to the limit state under combined loading of the pipeline with bending moment, longitudinal force and internal pressure.

Ремонт трубопровода часто предусматривает его подъем трубоукладчиками, что предполагает перемещение заполненной трубы в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Для обеспечения безопасности проведения ремонтных работ необходима оценка напряженно-деформированного состояния ремонтируемого участка. Известна методика определения технологических параметров ремонта при перемещении прямолинейного трубопровода. Однако почти всегда трубопровод имеет начальную кривизну оси. В этой связи разработана методика определения технологических параметров ремонта участков подземного трубопровода с начальной кривизной оси. Проведен сравнительный анализ параметров ремонта методом изменения положения трубопровода с начальной кривизной и прямолинейного трубопровода. Приведены основные положения методики расчета. Рассмотрены случаи изгиба трубопровода в вертикальной плоскости выпуклостью вниз (вогнутая кривая) и выпуклостью вверх (выпуклая кривая), а также деформирование при разрезке. Исследована зависимость параметров ремонта от знака начальной кривизны участка трубопровода. Методика может быть использована при планировании ремонтных работ для определения нагрузок на крюки трубоукладчиков, расстояния между трубоукладчиками, высоты подъема (дозаглубления) трубопровода, протяженности ремонтируемого участка (участка вскрытия траншеи), а также для расчета вертикального перемещения и угла поворота торца реза при установлении геометрических параметров кривой вставки. Pipeline repairs often involve lifting by pipe-layers, which involves moving the filled pipe in both vertical and horizontal planes. To ensure the safety of repair work, it is necessary to assess the stress-strain state of the repaired area. There is a technique for determining the technological parameters of repair when moving a straight pipeline. However, the pipeline almost always has an initial axis curvature. Accordingly, an urgent scientific and practical task is to assess the influence of pipeline initial curvature on technological parameters of repair. For this purpose, a method has been developed for determining the technological parameters of repairing sections of an underground pipeline with initial axis curvature. A comparative analysis of the repair parameters by changing the position of pipeline with initial curvature and straight pipeline is carried out. Then the main provisions of the calculation method are given. Cases of pipeline bending in the vertical plane with a downward convexity (concave curve) and upward convexity (convex curve), as well as deformation during cutting, are considered. The dependence of repair parameters on initial curvature sign of the pipeline section is investigated. The technique can be used when planning repair work to determine pipe-layer hook loads, the distance between pipe-layers, the height of the pipeline rise (additional deepening), length of the section to be repaired (trench opening section), as well as for calculating the vertical displacement and angle of rotation of the cut end when establishing geometric parameters insertion curve.

Кривизна оси подземных трубопроводов, эксплуатируемых в сложных инженерно-геологических условиях может изменяться (увеличиваться) с течением времени. В этой связи важным является определение величины допустимого радиуса изгиба, при достижении которой трубопровод сохраняет прочность, однако с учетом возможного увеличения значения данного показателя требуется выполнение мероприятий по приведению трубопровода в нормативное положение и обеспечению его безопасной эксплуатации. Обзор научно-технической литературы показал, что методики определения предельных состояний стенки трубы и коэффициентов запаса прочности, учитываемых при проектировании трубопровода, рассмотрены во многих работах, при этом не уделяется внимание вопросу оценки предельно допустимого радиуса изгиба оси трубопровода в процессе эксплуатации. Целью авторов статьи является определение критерия допустимой кривизны оси бездефектного защемленного грунтом подземного трубопровода при комбинированном нагружении изгибающим моментом, осевой силой и внутренним давлением. В качестве предельно допустимого радиуса изгиба оси трубопровода предлагается показатель, при котором интенсивность максимальных фибровых напряжений равна нормативному пределу текучести металла труб. Данный радиус определяется с учетом упругопластического деформирования металла и зависит от основных конструктивных параметров трубопровода. The out-of-straightness of underground pipelines operated in severe geotechnical conditions can change (increase) over time. In this regard, it is important to determine permissible bend radius, at which the pipeline still retains strength, however, potential increase in the value of this indicator requires measures to be taken to bring the pipeline into a specified position and ensure its safe operation. Scientific and technical literature review shows that the methods for determination of limiting states of the pipe wall and the safety factors taken into account in the design of the pipeline have been considered in many papers, while no attention is paid to the estimation of the maximum permissible bend radius of the pipeline axis during operation. The aim of the authors of this article is to determine the permissible out-of-straightness criterion for defect-free ground-fixed underground pipeline under combined loading with bending moment, axial force and internal pressure. The indicator at which the intensity of maximum fiber stresses is equal to the rated yield point of the pipe metal is proposed as the maximum permissible bend radius of pipeline axis. This radius is determined with reference to the elastic-plastic deformation of metal and depends on the basic structural parameters of the pipeline.