Ндс напряженно деформированное состояние
Опубликовано: 14.05.2024
Рассмотрим работу балки в зоне чистого изгиба.
В начале I стадии НДС напряжения в бетоне и арматуре носят преимущественно упругий характер (рис А), зависимость между напряжениями и деформациями – линейная, эпюры нормальных напряжений в бетоне сжатой и растянутой зон сечения – треугольные. С увеличением нагрузки на элемент в бетоне растянутой зоны развиваются неупругие деформации (рис Б), эпюра напряжений становится криволинейной, напряжения приближаются к пределу прочности бетона при растяжении . Этим характеризуется конец I стадии НДС. В этот момент нагрузка достигает 10-15% от разрушающей. При дальнейшем увеличении нагрузки в бетоне растянутой зоны образуются трещины (II стадия НДС).
· Трещины в растянутой зоне бетона отсутствуют;
· Деформации в сжатом бетоне, сжатой и растянутой арматуре носят упругий характер (бетон и арматура работают совместно по всей длине балки).
Стадия I положена в основу расчета конструкций по образованию трещин.
В этом случае рассматривается приведенная эпюра напряжений.
Эпюра напряжений в растянутой зоне принимается прямоугольной с ординатой Высота сжатой зоны бетона х определяется расстоянием от нейтральной оси, проходящей через нулевое значение эпюры напряжений до верха сжатой зоны.
II стадия начинается с момента появления трещин и заканчивается по достижению ими предельных значений. Это соответствует увеличению нагрузки до 60-65% от величины разрушающей. С определенным шагом по длине элемента возникают вертикальные трещины. В интервалах между трещинами сцепление арматуры с бетоном сохраняется, и по мере удаления от краев трещины растягивающие напряжения в бетоне увеличиваются, а в арматуре уменьшаются. С дальнейшим увеличением нагрузки в бетоне сжатой зоны возникают неупругие деформации, эпюра нормальных напряжений искривляется, а ордината максимального напряжения перемещается с края сечения в его глубину. Большая часть растянутой зоны бетона исключается из работы. Растягивающие усилия воспринимает арматура и небольшой участок бетона. Раскрытие трещин и напряжение в арматуре вызывают увеличение деформации растянутой зоны, при этом происходит смещение нейтральной оси вверх.
· В растянутой зоне бетона появляются трещины;
· Деформации в сжатом бетоне носят упруго-пластический характер;
· Растягивающие напряжения воспринимает арматура и участок бетона над трещиной.
II стадия НДС соответствует эксплуатационному состоянию и поэтому принята в основу расчетов по деформациям и ширине раскрытия трещин.
Напряжения в бетоне растянутой зоны не учитываются.С достаточной степенью точности в сжатой зоне эпюра напряжений рассматривается треугольной. Растягивающие напряжения воспринимаются арматурой.
III стадия НДС (Стадия разрушения) 1 случай
С дальнейшим увеличением нагрузки напряжения в арматуре достигают физического (условного) предела текучести, напряжения в бетоне сжатой зоны под влиянием нарастающего прогиба элемента и сокращения высоты сжатой зоны также достигают значений временного сопротивления сжатию. Разрушение железобетонного элемента начинается с арматуры растянутой зоны и заканчивается раздроблением бетона сжатой зоны. Такое разрушение носит пластический характер.
III стадия НДС (Стадия разрушения) 1 случай ( )
· Разрушение начинается с растянутой арматуры и заканчивается раздроблением сжатого бетона;
· Характер разрушения пластический;
· Полностью используется несущая способность арматуры.
III стадия НДС 1 случай положена в основу расчета изгибаемого элемента по прочности.
Криволинейная эпюра напряжений в сжатом бетоне приводится к прямоугольной, высота сжатой зоны х3.
III стадия НДС (Стадия разрушения) 2 случай
2 случай III стадии НДС возможен в элементах с избыточным армированием. Разрушение происходит по бетону сжатой зоны. Стадия II переходит в стадию III внезапно. Разрушение переармированных элементов всегда носит хрупкий характер при неполном использовании растянутой арматуры.
III стадия НДС (Стадия разрушения) 2 случай ( )
· Разрушение начинается с сжатого бетона;
· Характер разрушения хрупкий, мгновенный;
· Прочность растянутой арматуры полностью не используется;
· Коэффициент армирования элемента .
В практике проектирования второй случай III стадии НДС не допускается!
2014-02-09
6288
Лекция №6. Основы теории сопротивления железобетона
Коррозия железобетона и меры защиты от нее
Собственные напряжения в железобетоне
Защитный слой бетона в железобетонных элементах
Защитный слой необходим для обеспечения совместной работы арматуры с бетоном, защиты арматуры от внешних воздействий, высокой температуры, агрессивной среды и т.д.
Конструктивные требования к защитному слою бетона в железобетонных конструкциях приведены в СНиП 2.03.01-84* «Бетонные и железобетонные конструкции».
1) при значительном перепаде температур возникают внутренние напряжения, происходит снижение прочности бетона, прочности сцепления арматуры с бетоном.
2) т.к. арматура обладает модулем упругости, в 10…20 раз превышающем модуль деформации бетона, то когда бетон испытывает пластические деформации, арматура – только упругие, соответственно арматура воспринимает часть нагрузки и разгружает бетон, сдерживая в нем развитие деформаций ползучести, т.е. происходит перераспределение усилий;
3) усадка и ползучесть действуют одновременно и совместно влияют на работу конструкции под нагрузкой;
4) релаксация напряжений арматуры и бетона;
5) напряжение от ползучести бетона при быстром разгружении тяжело и длительно нагруженных конструкций. В момент снятия нагрузки обратимые (упругие) деформации бетона вызывают в бетоне начальные напряжения растяжения, которые могут превышать предел прочности бетона на растяжение.
Коррозия бетона – из-за недостаточной плотности бетона; от воздействия фильтрующей воды, разрушающей цементный камень (белые хлопья на поверхности бетона); под влиянием газовой или жидкой агрессивной среды.
Коррозия арматуры – продукт коррозии имеет больший объем, чем арматура, соответственно создается значительное давление на окружающий слой бетона, вдоль стержней возникают трещины и отколы бетона с обнажением арматуры.
Меры защиты от коррозии железобетона:
- снижение фильтрующей способности бетона (спец. добавки);
- повышение плотности бетона;
- увеличение толщины защитного слоя бетона;
- применение лакокрасочных покрытий, оклеечной изоляции;
- применение кислотостойких бетонов.
Основные задачи:
1. Оценка напряженно-деформированного состояния железобетонной конструкции.
- Определение конфигурации элемента.
- Определение площади бетона.
- Определение требуемого количества рабочей арматуры.
Рассмотрим три характерных стадии напряженно-деформированного состояния в зоне чистого изгиба железобетонного элемента при постепенном увеличении нагрузки.
I стадия. В начале I стадии бетон растянутой зоны сохраняет сплошность, работает упруго, эпюры нормальных напряжений в бетоне сжатой и растянутой зон близки к треугольным (рис. 20, а). Усилия в растянутой зоне воспринимает в основном бетон. Напряжения в арматуре незначительны.
Стадия I – стадия упругой работы элемента. С увеличением нагрузки развиваются неупругие деформации растянутой зоны, эпюра напряжений становится криволинейной (рис. 20, б). Величина напряжений приближается к временному сопротивлению бетона на осевое растяжение. Конец I стадии наступает, когда деформации удлинения крайних волокон достигнут (предельная растяжимость). Вместо криволинейной эпюры напряжений в растянутой зоне для упрощения принимают прямоугольную с ординатой Rbtn (Rbt,ser).
а) б)
Рис. 20. I стадия НДС:
а – начало I стадии; б – конец I стадии.
По I стадии рассчитывают элементы на образование трещин и деформации – до образования трещин.
II стадия. В бетоне растянутой зоны интенсивно образуются и раскрываются трещины. В местах трещин растягивающие усилия воспринимает арматура и бетон над трещиной под нулевой линией. На участках между трещинами – арматура и бетон работают еще совместно.
По мере возрастания нагрузки напряжения в арматуре приближаются к пределу текучести Rs, т.е. происходит конец II стадии.
Эпюра нормальных напряжений в бетоне сжатой зоны по мере увеличения нагрузки за счет развития неупругих деформаций искривляется (рис. 21). Стадия II сохраняется значительное время, характерна для эксплуатационных нагрузок.
По II стадии рассчитывают величину раскрытия трещин и кривизну элементов.
III стадия.Стадия разрушения элемента. Самая короткая по продолжительности. Напряжения в арматуре достигают предела текучести, а в бетоне – временного сопротивления осевому сжатию. Бетон растянутой зоны из работы элемента почти полностью исключается.
2 характерных случая разрушения:
1. Пластический характер разрушения.
Начинается с проявления текучести арматуры, вследствие чего быстро растет прогиб и развиваются трещины.
Участок элемента, на котором наблюдается текучесть арматуры и пластические деформации сжатого бетона, искривляется при постоянном предельном моменте (рис. 22, а). Такие участки называются пластическими шарнирами.
Напряжения в сжатой зоне бетона достигают временного сопротивления сжатию и происходит его раздробление.
2. При избыточном содержании растянутой арматуры происходит хрупкое (внезапное) разрушение от полного исчерпания несущей способности сжатой зоны бетона при неполном использовании прочности растянутой арматуры (рис. 22, б).
III стадия используется в расчетах на прочность.
Рис. 22. III стадия НДС:
а – 1 случай разрушения; б – 2 случай разрушения.
Экзаменационный билет № 12
1. Нагельные соединения. Классификация. Признаки напряженно-деформированного состояния. Расчет.
Нагелем называется длинный гибкий стержень (пластинка), который, соединяя элементы деревянных конструкций между собой, препятствует их взаимному сдвигу. Сам нагель при этом работает преимущественно на поперечный изгиб.
Нагели используются в стыках растянутых элементов, в составных стержнях и балках на податливых связях, в узлах деревянных ферм. Нагельные соединения отличаются податливостью: усилия распределяются между нагелями достаточно равномерно, что способствует повышению надежности таких соединений. Простота изготовления и надежность нагельных соединений обеспечили их распространение и в современном строительстве.
Классификация нагелей:
– по материалу: стальные (С 245, С 255); деревянные (из твердых пород древесины: дуба, березы); пластмассовые (из конструкционных стеклопластиков, типа АГ-4с);
– по форме поперечного сечения: цилиндрические (болты, штыри, гвозди, шурупы, глухари – шурупы большого диаметра с головкой под ключ); пластинчатые (нагели Деревягина);
– по способу постановки: собственно нагели, устанавливаемые в предварительно просверленные отверстия, при этом диаметр отверстия равен диаметру нагеля (dотв=dнаг); нагели, завинчиваемые в предварительно просверленные отверстия, при этом dотв= 0,8dнаг (шурупы и глухари); нагели диаметром менее 6 мм (гвозди), забиваемые в древесину без предвари-тельного сверления отверстий;
– по способу приложения внешних сил и числу швов, пересекаемых одним нагелем, различают два вида нагельных соединений (рис.2.5): симметричные (двух- и многосрезные) и несимметричные (одно-, двух- и многосрезные).
Напряженно-деформированное состояние — совокупность напряжений и деформаций, возникающих при действии на материальное тело внешних нагрузок, температурных полей и других факторов.
Совокупность напряжений полностью характеризует напряжённое состояние частицы тела. Эту совокупность записывают в виде тензора напряжений, <\displaystyle T_<\sigma >> 
<\displaystyle
Основные виды напряжённо-деформированного состояния (НДС)
До сих пор мы рассматривли в основном простейшие виды НДС – растяжение – сжатие, плоский чистый сдвиг и их комбинацию (рис. 3.3).
а) б) в)
Рис. 3.3
Они встречаются при растяжении и сжатии стержня и его кручении, а также при изгибе (рис. 3.4). При растяжении и сжатии (рис. 3.4,а) осевая и поперечные деформации определяются законами Гука и Пуассона:
а) Растяжение б) Кручение
в) Изгиб
Рис. 3.4
При плоском чистом сдвиге (рис. 3.4,б) деформация сдвига
Часто на практике встречаются двухосное растяжение и его комбинация с чистым сдвигом (рис. 3.5).
а) б)
Рис. 3.5
В последнем случае состояние называют плоским напряжённым состоянием. Оно возникает в тонкостенных элементах конструкций, таких как плиты (пластины) и оболочки (рис. 3.6).
При двухосном растяжении деформации в направлениях x и y могут быть найдены на основании законов (11) для одноосного растяжения. Представим на основании принципа независимости действия сил (напряжений ) в виде суммы деформаций в каждом из направлений x и y от этих сил:
а) б)
Рис. 3.6
Для плоского напряжённого состояния (рис. 3.6,б) с учётом (12) получаем:
При трёхосном растяжении (рис. 3.7,а) на основании законов (11) аналогичным образом получаем:
а) Трёхосное б) Плоская
в) Объёмное напряжённое растяжение деформации состояние
Рис. 3.7
Если сложить соотношения (15), то получим закон упругого изменения объёма:
где – относительное изменение объёма, (17)
– модуль объёмной деформации. (18)
На практике часто встречается напряжённое состояние, изображённое на рис. 3.7,б. Оно возникает в удлинённых телах со стеснённой в этих направлениях деформацией. Примером могут служить подпорная стенка, тело плотины, железнодорожный рельс и др. В этих случаях призматическое тело как бы зажато между двумя опорами, а нагрузка вдоль тела остаётся неизменной (рис. 3.8).
а) б) в) г)
Рис. 3.8
Произвольная точка А тела при деформации остаётся лежать в одной плоскости, параллельной плоскости x, y. Напряжённое состояние отличается от плоского тем, что возникает напряжение . Соответствующее деформированное состояние тела носит название плоской деформации. Относительные деформации определяются соотношениями закона Гука, полученные использованием принципа независимости действия сил (напряжений). Накладывая на соотношения (5) при трёхосном растяжении плоский чистый сдвиг с напряжениями , получаем:
Характерным примером возникновения объёмной НДС могут служить контактные задачи. Например, задачи о контакте колёс вагона с рельсами, задача о вдавливании шарика в подшипнике, шаровой опоры в фундамент и др. (рис. 3.9,а).
а) б)
Рис. 3.9
Кубик, опущенный в воду (рис. 3.9,б), будет испытывать всестороннее сжатие напряжениями
где - удельный вес воды.
Другим близким примером могут служить полупространства, представляющие собой модель грунтовой среды. Слой грунта толщины z оказывает на нижележащие слои давление , где - удельный вес грунта. Напряжения . Деформации , и согласно (12):
называется коэффициентом бокового давления среды. Если =0,5, то и частица будет испытывать всестороннее сжатие, т.к.:
При этом изменение объёма так как . Такая среда называется несжимаемой.
Рис. 3.10
Его можно разложить на сумму двух состояний – трёхосное растяжение и сложный сдвиг в трёх координатных плоскостях. На основании принципа независимости действия сил (напряжений), используя (19) и , получаем:
Уравнения (20) можно разрешить относительно напряжений:
Коэффициент называют модулем Коши – Ламе.
Из (20), (21) следует ещё одна форма записи обобщённого закона Коши – Гука в форме трёх законов:
1. Закон упругого изменения объёма
Складывая в (20) относительные удлинения, получаем:
где - относительное изменение объёма, - модуль деформации.
2. Закон упругого формоизменения
Составим на основании (20), (23) выражение:
Аналогично можно найти разности . В результате получаем соотношения
представляющие закон упругого формоизменения. Соотношения (24) связывают компоненты девиаторов напряжений и деформаций.
3. Закон упругого упрочнения материала
называют модулем девиатором напряжений.
Подставляя полученные выражения в (25), находим:
носит название модуля- девиатора деформаций.Соотношение (26) выражает собой закон упругого упрочнения материала. В частном случае простого растяжения и соотношение (26) принимает вид
Таким образом, закон упругого упрочнения (26) с точностью до постоянного множителя совпадает графически с упругим участком диаграммы растяжения.
2. Деревянные перекрытия.
Оформление расчетных материалов расчетно-графической работы
Четкие правила унифицируют письменное составление расчетов для каждой РГР, вне зависимости от предмета исследования. В случае расчетных материалов действуют правила:
· Символы для составления формул должны обязательно соответствовать международной системе единиц (СИ);
· Числовые значение величин в формуле обязательны;
· Итоговый результат требует указание размерности, промежуточные вычисления не указываются;
· Степень точности числовых значений до тысячных;
· Формулы разделяются точкой с запятой, если между ними нет текста.
Оформление графических материалов РГР
Основа расчетно-графической работы это обилие схем, графиков и формул. Они переплетаются с пояснительным текстом, и вместе создают грамотный и логично-построенный результат. Правила соответствуют ГОСТ и подразумевают:
· Обязательно наличие схемы перед каждым новым расчетом.
· Нумерация схем сквозная. Пример: 1 – Расчетная схема и название схемы.
· Схемы размещаются так, чтобы удобно было их рассматривать и согласно размеру страницы.
· Переменные величины в диаграммах указываются в виде шкал и в произвольном масштабе.
· На осях и координатах диаграмм указываются делительные штрихи.
· Поле графика должно быть заполнено согласно масштаба координатов.
· Надписи на схемах и диаграммах выполняют чертежным шрифтов по ГОСТ 2.304-81.
Следуя четкому и понятному алгоритму оформления, можно составить грамотную РГР. Польза ее составления заключается в получении практического опыта и оценки за труды. Оформлять лучше сразу же в процессе создания, чтобы экономить время и сделать все корректно.
Экзаменационный билет № 12
1. Нагельные соединения. Классификация. Признаки напряженно-деформированного состояния. Расчет.
Нагелем называется длинный гибкий стержень (пластинка), который, соединяя элементы деревянных конструкций между собой, препятствует их взаимному сдвигу. Сам нагель при этом работает преимущественно на поперечный изгиб.
Нагели используются в стыках растянутых элементов, в составных стержнях и балках на податливых связях, в узлах деревянных ферм. Нагельные соединения отличаются податливостью: усилия распределяются между нагелями достаточно равномерно, что способствует повышению надежности таких соединений. Простота изготовления и надежность нагельных соединений обеспечили их распространение и в современном строительстве.
Классификация нагелей:
– по материалу: стальные (С 245, С 255); деревянные (из твердых пород древесины: дуба, березы); пластмассовые (из конструкционных стеклопластиков, типа АГ-4с);
– по форме поперечного сечения: цилиндрические (болты, штыри, гвозди, шурупы, глухари – шурупы большого диаметра с головкой под ключ); пластинчатые (нагели Деревягина);
– по способу постановки: собственно нагели, устанавливаемые в предварительно просверленные отверстия, при этом диаметр отверстия равен диаметру нагеля (dотв=dнаг); нагели, завинчиваемые в предварительно просверленные отверстия, при этом dотв= 0,8dнаг (шурупы и глухари); нагели диаметром менее 6 мм (гвозди), забиваемые в древесину без предвари-тельного сверления отверстий;
– по способу приложения внешних сил и числу швов, пересекаемых одним нагелем, различают два вида нагельных соединений (рис.2.5): симметричные (двух- и многосрезные) и несимметричные (одно-, двух- и многосрезные).
Напряженно-деформированное состояние — совокупность напряжений и деформаций, возникающих при действии на материальное тело внешних нагрузок, температурных полей и других факторов.
Совокупность напряжений полностью характеризует напряжённое состояние частицы тела. Эту совокупность записывают в виде тензора напряжений, <\displaystyle T_<\sigma >>
<\displaystyle
Основные виды напряжённо-деформированного состояния (НДС)
До сих пор мы рассматривли в основном простейшие виды НДС – растяжение – сжатие, плоский чистый сдвиг и их комбинацию (рис. 3.3).
а) б) в)
Рис. 3.3
Они встречаются при растяжении и сжатии стержня и его кручении, а также при изгибе (рис. 3.4). При растяжении и сжатии (рис. 3.4,а) осевая и поперечные деформации определяются законами Гука и Пуассона:
а) Растяжение б) Кручение
в) Изгиб
Рис. 3.4
При плоском чистом сдвиге (рис. 3.4,б) деформация сдвига
Часто на практике встречаются двухосное растяжение и его комбинация с чистым сдвигом (рис. 3.5).
а) б)
Рис. 3.5
В последнем случае состояние называют плоским напряжённым состоянием. Оно возникает в тонкостенных элементах конструкций, таких как плиты (пластины) и оболочки (рис. 3.6).
При двухосном растяжении деформации в направлениях x и y могут быть найдены на основании законов (11) для одноосного растяжения. Представим на основании принципа независимости действия сил (напряжений ) в виде суммы деформаций в каждом из направлений x и y от этих сил:
а) б)
Рис. 3.6
Для плоского напряжённого состояния (рис. 3.6,б) с учётом (12) получаем:
При трёхосном растяжении (рис. 3.7,а) на основании законов (11) аналогичным образом получаем:
а) Трёхосное б) Плоская
в) Объёмное напряжённое растяжение деформации состояние
Рис. 3.7
Если сложить соотношения (15), то получим закон упругого изменения объёма:
где – относительное изменение объёма, (17)
– модуль объёмной деформации. (18)
На практике часто встречается напряжённое состояние, изображённое на рис. 3.7,б. Оно возникает в удлинённых телах со стеснённой в этих направлениях деформацией. Примером могут служить подпорная стенка, тело плотины, железнодорожный рельс и др. В этих случаях призматическое тело как бы зажато между двумя опорами, а нагрузка вдоль тела остаётся неизменной (рис. 3.8).
а) б) в) г)
Рис. 3.8
Произвольная точка А тела при деформации остаётся лежать в одной плоскости, параллельной плоскости x, y. Напряжённое состояние отличается от плоского тем, что возникает напряжение . Соответствующее деформированное состояние тела носит название плоской деформации. Относительные деформации определяются соотношениями закона Гука, полученные использованием принципа независимости действия сил (напряжений). Накладывая на соотношения (5) при трёхосном растяжении плоский чистый сдвиг с напряжениями , получаем:
Характерным примером возникновения объёмной НДС могут служить контактные задачи. Например, задачи о контакте колёс вагона с рельсами, задача о вдавливании шарика в подшипнике, шаровой опоры в фундамент и др. (рис. 3.9,а).
а) б)
Рис. 3.9
Кубик, опущенный в воду (рис. 3.9,б), будет испытывать всестороннее сжатие напряжениями
где - удельный вес воды.
Другим близким примером могут служить полупространства, представляющие собой модель грунтовой среды. Слой грунта толщины z оказывает на нижележащие слои давление , где - удельный вес грунта. Напряжения . Деформации , и согласно (12):
называется коэффициентом бокового давления среды. Если =0,5, то и частица будет испытывать всестороннее сжатие, т.к.:
При этом изменение объёма так как . Такая среда называется несжимаемой.
Напряженно-деформированное состояние (НДС) - состояние изделия, возникающее в результате воздействия нагрузок.
Смотри также родственные термины:
Напряженно-деформированное состояние (НДС) газопровода - состояние, при котором в металле труб газопровода возникают внутренние напряжения, вызванные воздействием внешних и внутренних нагрузок и воздействий.
3.9 напряженно-деформированное состояние (НДС) сооружения и/или основания: Пространственное распределение напряжений и деформаций в системе «сооружение-основание», развивающихся в процессе их взаимодействия.
3.28 напряженно-деформированное состояние (НДС) сооружения или основания: Состояние объекта, характеризуемое контролируемыми уровнями значений напряжений и деформаций.
Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации . academic.ru . 2015 .
- Напряженно-деформированное состояние
- Напряженно-деформированное состояние (НДС) газопровода
Смотреть что такое "Напряженно-деформированное состояние (НДС)" в других словарях:
Напряженно-деформированное состояние (НДС) газопровода — состояние, при котором в металле труб газопровода возникают внутренние напряжения, вызванные воздействием внешних и внутренних нагрузок и воздействий. Источник: РД 12 411 01: Инструкция по диагностированию технического состояния подземных… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
напряженно-деформированное состояние (НДС) сооружения или основания — 3.28 напряженно деформированное состояние (НДС) сооружения или основания: Состояние объекта, характеризуемое контролируемыми уровнями значений напряжений и деформаций. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
напряженно-деформированное состояние (НДС) сооружения и/или основания — 3.9 напряженно деформированное состояние (НДС) сооружения и/или основания: Пространственное распределение напряжений и деформаций в системе «сооружение основание», развивающихся в процессе их взаимодействия. Источник: СП 23.13330.2011: Основания… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Напряженно-деформированное состояние — (НДС) конструкции совокупность внутренних напряжений и деформаций, возникающих при действии на неё внешних нагрузок, температурных полей и других факторов. НДС определяется расчётными и экспериментальными методами в виде распределения напряжений … Энциклопедия техники
Напряженно-деформированное состояние — (НДС) состояние изделия, возникающее в результате воздействия нагрузок. Источник: МДС 53 2.2004. Диагностирование стальных конструкций (согласован Росстроем 20.01.2005) … Официальная терминология
Напряженно-деформированное состояние — 12. Напряженно деформированное состояние состояние преднапряженных железобетонных строительных конструкций, ограждающих ЗЛА, характеризующееся усилиями натяжения арматурных пучков, проходящих внутри бетона. Источник: НП 010 98: Правила устройства … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Состояние газопровода напряженно-деформированное — Напряженно деформированное состояние (НДС) газопровода состояние, при котором в металле труб газопровода возникают внутренние напряжения, вызванные воздействием внешних и внутренних нагрузок и воздействий. Источник: ПОСТАНОВЛЕНИЕ… … Официальная терминология
НДС — НДС трёхбуквенная аббревиатура: НДС Налог на добавленную стоимость. ЭС НДС название программы «Электронная система обмена информацией об уплаченных суммах косвенных налогов» между налоговыми органами Республики Беларусь и… … Википедия
НДС (значения) — НДС трёхбуквенная аббревиатура: НДС Налог на добавленную стоимость. ЭС НДС название программы «Электронная система обмена информацией об уплаченных суммах косвенных налогов» между налоговыми органами Республики Беларусь и… … Википедия
НДС — начальник дежурной смены воен. НДС Национально демократический союз Армения, Боливия Словарь: С. Фадеев. Словарь сокращений современного русского языка. С. Пб.: Политехника, 1997. 527 с. НДС Национальный демократический союз … Словарь сокращений и аббревиатур
Изложены методические основы анализа оценки напряженно-деформированного состояния магистральных газопроводов с дефектными сварными стыками с учетом концентрации напряжений в дефектных сварных стыках для установленных минимальных радиусов упругого изгиба трубопровода.
Целями анализа напряженно-деформированного состояния (НДС) участков магистральных газопроводов (МГ) с дефектными сварными стыками являются:
1. Определение максимальных напряжений в стенке трубопровода на основе статического расчета с учетом дефектов сварных соединений – концентраторов напряжений и значений минимального радиуса упругого изгиба трубопровода.
2. Проверка прочности и отсутствия пластических деформаций с учетом концентрации напряжений в дефектных сварных соединениях для установленных минимальных радиусов поворота.
3. Определение напряжений в стенке трубопровода и дефектных сварных соединениях для использования их в расчетах остаточного ресурса и разрешенного давления.
Оценка НДС магистральных газопроводов с дефектными сварными соединениями производится проверкой прочности сварного соединения с дефектами на участке поворота с минимальным радиусом упругого изгиба из условия:
Для оценки НДС при определении остаточного ресурса в ПАО «Газпром» рекомендуется использовать нормативный документ Р Газпром 2-2.3-437-2010 «Методика расчета остаточного ресурса сварных соединений линейной части газопроводов» [1] (аналог). При расчете остаточного ресурса согласно [1] учитывают давление газа, температуру эксплуатации и изгибающий момент в случае отклонения оси трубы от прямолинейной траектории. Результаты экспериментальных измерений напряжений в процессе диагностического обследования используют для уточнения и проверки расчетного НДС, а оценку НДС и расчет ресурса выполняют с помощью специального программного комплекса «Ресурс» [11].
Согласно [1], оценка напряженно-деформированного состояния – это комплексная диагностическая работа, требующая привлечения специализированной организации и создания условий для проведения комплексных измерений. Следующий этап – использование полученных данных в расчетах программного комплекса «Ресурс» - может быть выполнен исключительно ее разработчиком.
При условии соблюдения рекомендаций [1] необходимо привлечь на договорной основе специализированные организации по измерению НДС в трассовых условиях, геодезическому позиционированию и расчету НДС (комплексное диагностическое обследование); специализированную организацию по расчету ресурса, а это может быть только монополист – разработчик [1] c программным комплексом «Ресурс», дождаться его заключения по результатам комплексного обследования. Это означает, что до окончательного решения может пройти значительное время. Кроме того, в управлении, эксплуатирующем МГ, не всегда могут быть свободные средства для заключения договоров на комплексное диагностическое обследование. Все вышеизложенное относится к недостаткам данного способа оценки НДС.
Существенным недостатком данного способа оценки НДС также является необходимость выполнения большого объема земляных работ для откопки трубопровода и обеспечения доступа при измерении напряжений и геометрических параметров изогнутого участка, так как элементы сегмента круга (база определения прогиба и прогибы в вертикальной и горизонтальной плоскости) не являются выходными данными результатов внутритрубной дефектоскопии, и не все изогнутые участки могут быть аппроксимированы дугой окружности.
При оценке работоспособности и отбраковке дефектных кольцевых сварных стыков трубопроводов в соответствии с СТО Газпром 2-2.4-715-2013 «Методика оценки работоспособности кольцевых сварных соединений магистральных газопроводов» [2] максимальные суммарные продольные напряжения в трубопроводе от нормативных нагрузок и воздействий - рабочего давления, температурного перепада и упругого изгиба - определяются расчетным методом по формуле СП 36.13330.2012 «Свод правил. Магистральные трубопроводы» [3]:
Знак «+» в формуле (3) соответствует растягивающим напряжениям, знак «» - сжимающим напряжениям. Таким образом, при положительном расчетном температурном перепаде Δ T , второе слагаемое имеет знак «-», что соответствует возникновению на прилегающих участках сжимающих напряжений из-за сопротивления грунта продольному перемещению сечений изогнутого участка. Знак «-» в третьем слагаемом соответствует сжимающим напряжениям на сжатой части сечения упругого изгиба.
Радиус упругого изгиба ρ, входящий в формулу (3), описывается как «минимальный радиус упругого изгиба» без пояснений, а как же эту минимальную величину определять.
В настоящее время основным средством выявления дефектных сварных стыков на магистральных газопроводах является внутритрубная дефектоскопия (ВТД).
В последние годы ООО «Газпром трансгаз Уфа» совместно с НПО «Спецнефтегаз» разработали технологию выявления и первичной оценки потенциально опасных участков средствами ВТД. Суть ее заключается в непосредственном измерении радиуса изгиба трубопровода в процессе прохождения внутритрубного инспекционного снаряда при ВТД, что позволяет выявить потенциально опасные участки с непроектными (менее 1000·D) радиусами упругого изгиба и получить первичную оценку их НДС (третья составляющая формулы 3). Такой метод, реализованный путем анализа деформации трубопровода, можно считать прямым способом измерения НДС.
В отчете по внутритрубной дефектоскопии МГ «Уренгой - Новопсков» [4] представлены трубы с аномальными сварными стыками, с делением на три категории, в зависимости от степени опасности дефекта. Категории «а» – устранение в кратчайшие сроки, «в» – ремонт в рамках плановых мероприятий – подлежат обязательной идентификации в шурфах. Категория «с» – допустимые без проведения обследования – данные аномалии не должны привести к аварии до следующей инспекции. Категория «с» самая многочисленная, например, в отчете по внутритрубной дефектоскопии [4] количество аномальных стыков категорий «а» и «в» в сумме составляет 2+14=16, а стыков категории «с» – 193.
Дефектные сварные стыки, независимо от категории опасности, находящиеся в зоне непроектного (менее 1000·D) радиуса упругого изгиба трубопровода, подлежат идентификации в шурфах.
Если дефектная часть аномального стыка приходится на зону растяжения сечения с непроектным радиусом упругого изгиба, это должно быть поводом для назначения этого сварного стыка на вырезку или ремонт, так как наличие дефектов ослабляет сечение и снижает несущую способность трубы, испытывающей непроектные напряжения. Если дефектная часть аномального стыка приходится на зону сжатия сечения с непроектным радиусом упругого изгиба, то требуется оценка величины и знака суммарного продольного напряжения с учетом знака и величины температурного перепада, зависящих от времени замыкания монтажного стыка при строительстве.
Методика определения продольных напряжений, используемая в [2], имеет следующие недостатки:
1. Продольные напряжения от упругого изгиба, определяемые по третьему слагаемому уравнения (3), как
могут быть определены по этой формуле только на выпуклых участках рельефа местности при повороте оси трубопровода в вертикальной плоскости выпуклостью вверх [5].
2. Методика не поясняет, каким образом определить для эксплуатируемого трубопровода фактические значения радиуса изгиба в каждом конкретном сечении трубопровода для проверки условия упругости деформаций.
3. Методика не делает различий между случаями вертикального и горизонтального положения плоскости изгиба и между вогнутостью и выпуклостью изогнутой оси при повороте трубопровода в вертикальной плоскости.
При проектировании участков магистральных трубопроводов, прокладываемых путем свободного упругого изгиба по рельефу местности, в соответствии с СП 86.13330.2014 «Свод правил. Магистральные трубопроводы» [6] радиус поворота не должен быть менее нормативной величины, определяемой из условия:
где D – наружный диаметр трубопровода, м.
4. Нормативные документы [1] и [2] при анализе НДС участков с дефектными сварными стыками все участки, проложенные по радиусам изгиба менее ρ ≤ 1000·D, относят к непроектным и обязывают проводить их идентификацию в шурфах, в том числе и те, которые выявлены внутритрубными инспекционными снарядами в результате ВТД [7]. О недостатках диагностики и определения положения трубопровода, в том числе и радиусов изгиба, выше уже говорилось.
Практика строительства и эксплуатации трубопроводов показывает, что существует много криволинейных участков трубопроводов, уложенных по радиусу ρ ≤ 1000·D, где, тем не менее, деформации металла остаются упругими, и это подтверждается расчетами [7].
5. Методика оценки НДС, использованная в вычислительной программе внутритрубного диагностического комплекса, базируется на нормативных документах [1], [2] и других, более ранних, и использует формулу (5), которая применима только для выпуклых изогнутых участков трубопроводов и дает заниженные значения изгибных
6. Методика чисто документально, по характеристикам сварного шва (поперечное смещение кромок), без учета изгиба, отнесла дефекты сварного стыка к категории «с», которые идентификации в шурфах не подлежат. В результате образовался опасный дефект – трещина, которая подлежит немедленному удалению (т.е. относится к категории «а»).
Предлагаемый авторами метод оценки НДС трубопроводов с дефектными сварными соединениями позволяет упростить оценку НДС стенок магистральных газопроводов при идентификации дефектных сварных стыков, расположенных на участках упругого изгиба, что можно достичь следующим образом.
Оценка НДС изогнутых участков магистрального газопровода с дефектными сварными стыками включает расчет напряжений в стенке трубы с учетом радиуса упругого изгиба оси трубопровода и дефектов сварных соединений, являющихся концентраторами напряжений. Оценка выполняется по данным внутритрубной дефектоскопии, в которых выделяются участки с непроектными радиусами упругого изгиба (менее 1000·D), для которых идентифицируются и выделяются части трубопровода с выпуклыми и вогнутыми поворотами в вертикальной плоскости и участки горизонтальных поворотов. Отдельно для каждого типа изогнутого участка (выпуклый участок, вогнутый участок и участок горизонтального поворота) рассчитываются минимальные радиусы упругого изгиба ρmin по предлагаемым формулам с учетом всех эксплуатационных нагрузок и воздействий. Для участков с радиусами упругого изгиба, лежащими в интервале ρmin ≤ ρ 5 МПа; внутренний диаметр Dвн = 1,42 - 2∙0,0157 = 1,3886 м.
Для того, чтобы произвести расчеты по формуле (7), необходимо определить расчетные перепады температуры стенки трубы ΔТ:
при замыкании монтажного стыка в холодное время года:
ΔТхол = tэ – tзх = +25 – (-25) = +50°С;
при замыкании монтажного стыка в теплое время года:
ΔТтеп = tэ – tзт = +25 – (+35) = -10°С;
при совпадении температуры стенки при эксплуатации и расчетной температуры стенки при замыкании монтажного стыка:
ΔТ = tэ – tз = +25 – (+25) = 0°С.
Продольные напряжения от расчетных перепадов температуры:
- при замыкании монтажных стыков в холодное время года (при положительном перепаде температуры)
- при замыкании монтажных стыков в теплое время года (при отрицательном перепаде температуры):
Продольные напряжения от действия внутреннего давления при защемлении грунтом подземного трубопровода:
Суммируя напряжения в соответствии с формулой (7), получаем суммарные продольные (мембранные) напряжения, представленные в таблице 1.
Таблица 1 Продольные напряжения в растянутой и сжатой зонах сечения трубопровода, изогнутого по радиусу ρ = 1000·D = 1420 м
Читайте также: