نیروهای برشی لوله ها

–فشار داخلی

فشار داخلی بزرگترین فشار کاری سیستم عمل کننده ( MDPCیاMDPA )است. لذا فشار آزمون سیستم  (STPطبق تعریف در EN773و EN805) صورت می گیرد.
فشار کاری سیستم ناشی از فشار استاتیکی، فشار پمپ و فشار ضربه قوچ می باشد. تکمیل یک خط لوله بر مبنای فشار آزمون سیستم است.

–٣–١۴محاسبات

طبق راهنمایی های ورقه کار ATV-DVW2,A127در دسامبر ١٩٨۴تاکنون محاسبه معمول استحکام خالص(گواهی تنش) توسط یک محاسبه ترکیبی استحکام و تغییر شکل جایگزین گشت که بر مبنای محاسبات Watkinsاست.
مطابق روش فوق جهت محاسبه لوله های مدفون شونده در کنار محاسبه سیستم های لوله  صلب(سفتی خمش) توانایی تغییر شکل ماده (نرمی خمش)محاسبه می شود.
در محاسبه بستر محیط بصورت ساختاری و المان های مربوطه تحمل کننده نیز بررسی می شوند، لذا استحکام سفتی سیستم بستر/ لوله مهم است.
همچنین بوسیله تغییر شکل افقی لوله فشار مثبت خاک با اثر محافظتی آن وارد محاسبه می شود.
اصول پایه کاربرد روش های محاسبه در EN1610جهت خط لوله نصب شده به خصوص لوله گذاری و مهار کردن مشخص شده است.
به علاوه درورقه کار ،A139 ،ATV-DVWKدر DIN4124و ZTV89به این موضوع توجه شده است.
کمیت مشخصه برای بستر / لوله سفتی آن است. سفتی سیستمی VRBکه با درجه مورد نیاز فشارهای واکنشی مهار کننده افقی معین می شود:
VRB=8 . S0
در اینجا S0سفتی لوله و SBhسفتی مهار کننده افقی است. مورد دوم با مدول سفتیE2 نسبت کامل دارد: SBh=0.6 ζ .E2
فاکتور ۰٫۶گسترش تنش در بستر تحت واکنش های فشاری مهار کننده افقی را در نظر می گیرد. ضریب تصحیح کننده ζماژول های تغییر شکل متفاوت بستر نزدیک لوله (E2)و بستر خطی نزدیک محل حفاری یعنی نزدیک منطقه خط لوله (E3) و پهنای حفاری را در نظر می گیرد.
جهت توصیف مفهوم سفتی سیستم VRBشکل ‌١–١۴بکار می رود.
تحت اثر بار عمودی qvیک نرمی خمش در جهت مقابل یک سفتی خمش در مسیر افقی شکل می گیرد و لذا واکنش های فشاری روی بستر غیرفعال، فعال شده ایجاد می شود.
شکل ۱-۱۴اثر بار/ سفتی سیستم: شکل a-1-14سفتی خمش در لوله SBh

این امر به تغییر شکل لوله بصورت معکوس تاثیر می گذارد. فشار واکنش مهار کننده
ناشی از تغییر شکل لوله به شکل پارابولیک با زاویه باز °۱۲۰قرار می گیرد.( شکل ۲-۱۴)
qh*=Ch qv.qv +Ch qv.qv
VRB- Ch,qh*
شکل b-1-14نرمی خمش در لوله
ش لوله
شکل ۲-۱۴واکنش مهار کننده با نرمی خمش در لوله

با:
(qv=λRG.PE+PV (14-5
(λB. PE+γb.da/2) (14-6
qh=kz
ch,qh ، ch ,qvو * ch, qhارزش های تغییر شکل در ممان خمشی هستند.
سفتی سیستم لوله/بستر  (VRB=SR/SBH) این اطلاع را می دهد که لوله چقدر در بستر تغییر شکل می دهد و چقدر فشار واکنش بستر فعال می شود.
شکل :٣–١۴توضیح مفهوم سفتی سیستم

در حالت حد مرزی بین رفتار سفتی خمش که اثر فشار واکنش بستر qhمشخص نیست نرمی خمش لوله که در امنیت قرارگیری انحصاری نیست به وسیله فشار واکنش مهار کننده مشخص می شود، VRB=1می شود.
سفتی خمش لوله دارای سفتی سیستمی ، VRB>1و نرمی خمش در لوله دارای (۳-۱۴ است.)شکلVRB<1
حد ریاضی بین رفتار خمش نرم و سفت در آگوست ٢٠٠٠در ورقه کار ATV  VRB=1 باDVWK, A1273 مشخص شده است.
Sie betrug bis da to VRB=0.1 . بوده استVRB=0.1 که تاکنون تعریف جدید قابل توجه است چون همیشه تعداد زیادی لوله از مواد مختلف در محاسبات در “محدوده مرزی” قرار می گیرند.
به عنوان مثال در لوله های چدن نشکن مقادیر داده شده محاسبه ای آنها برای VRBعمدتاً بین ۰٫۰۱و ۰٫۹۹قرار می گیرند.
VRB=1یک حد با معنی است.
لذا محاسبات نرمی خمش لوله های چدن نشکن قاعده دار می شوند و به صورت اساسی یک گواهی تغییر شکل حاصل می شود.
راهنمایی: در صورتیکه لوله در زمین دارای مهار کننده سفت تراز بستر اطراف باشد، جریان نیرو در لوله متمرکز می شود، هر چقدر لوله نرم تر باشد نیرو از محیط لوله گذر
می کندو هر چقدر لوله سفت تر باشد تمرکز بار بیشتر است.

جدول :١–١۴مثال نرمی خمش و سفتی خمش لوله

-۴-۱۴نیروهای برشی

تقسیم بندی خمش نرم و خمش سفت در لوله ها مبنای تعیین ممان خمشی Mو تغییر شکل Δdلوله ها است. مطابق توزیع فشار در محیط لوله ممان خمشی Mو نیروی نرمال Nبرای بارهای خارجی مانند وزن مربوطه و پر شدن آب تعیین می شود. نیروی مورب در مسیر حلقه به علت اندکی قابل توجه نیست.
مقدار ممان Mو نیروی نرمال Nطبق قوانین استاتیک تحقیق می ود. با مقدار MوN نیروهای برشی طبق معادلات زیر بدست می آید:

یا

راهنمایی: در سیستم سفتی کمتر، یعنی در مسیر نرمتر لوله ممان کمتر می باشد. این امر به خصوص برای لوله های چد نشکن با اندازه اسمی بزرگتر که در آنها سفتی سیستم به صورت کلی کمتر از ۰٫۱است، معتبر است.
۵–١۴-تغییر شکل ها

مطابق توزیع فشار در محیط لوله، تغییر قطر عمودی Δdvدر ادامه بارهای خارجی طبق معادلات زیر می تواند محاسبه گردد، به صورتیکه از اثر کم پر شدن آب به تغییر شکل
صرف نظر می شود:

Δdv = 2.rm/8.S0 . (Ch,qv .qv+ Cn,qh+Ch,qh*. qh*) (25-14)

لذا داریم:

S0=ER.I/dm³
بار کلی بر لوله qvمساوی ضرب بار زمین pدر فاکتور تمرکز به علاوه بار ترافیکی است:
(٢۶–١۴)
qv=m.p+pv
تمرکز بار روی لوله ناشی از جابجایی تنش است که به اثرات زیر وابسته است.
• اثر نسبی گسترده شدن بار بر لوله:
a¹=a.E1/E2>0.25
• پوشش(مدفون شدن) نسبی:
h/da
• نسبت سفتی:
Vs=SR/[C.V].SBV
• پهنای حفاری نسبی:
b/da
در برخی از موارد لوله ها به صورت اضافی با خمش در مسیر طولی، بارگذاریمی شوند. مثلاً در:
• در  حفاری زیر خط یک لوله از قبل نصب شده بارها بوسیله زمین و بار ترافیکی روی قسمت آزاد لوله وارد می شوند.(شکل۴–١۴)
• نشت بستر، بارگذاری روی لوله ها بصورتی است با حرکت بستر سازگاری دارد(شکل ۵-۱۴ )
شکل ۴-۱۴: بارگذاری لوله ها به وسیله بار زمین و بار ترافیکی

شکل ۵-۱۴: بارگذاری لوله ها به وسیله نشت زمین

در اینجا باید توجهات خاص صورت گیرد:
ابتدا باید این ارزیابی صورت گیرد که کدام اندازه اسمی بیشتر توسط خمش و کدام بیشتر
توسط بارگذاری موضعی مورد خطر قرار دارد:
در حالت بارگذاری طبق شکل ۴–١۴حداکثر تنش خمش бbبرابر است با:

Бb=p.b.l/8.w
(٢٧–١۴)

همچنین با بار خارجی یکسانی pتنش موضعی бsبصورت زیر محاسبه

می شود:

Бs=0.375 .
(۲۸-۱۴)

p.dm/s²
به وسیله شکل گیری ممان مقاومتی wو جانشینی ، حد اندازه اسمی DN бrبدست می آید که” محدوده خطر” هر دو از یکدیگر جدا می باشند.
DN бr=0.7 . ³√ (۲۹-۱۴)
B.l.s
: می شودl=1.600mm وB=1200mm برای
DN бr=90 . mm بر حسبs (30-14)
³√s
در حالت زیر نشت زمین نیز وارد محاسبه می شود)شکل:(۴-۱۴
نشت زمین توسط شکاف (نشت) زمین Δطول اثر آن Lمی شود.
دراین حالت بزرگترین ممان تنش خمشی бbدر لوله هست:

Бb=3.
(۳۱-۱۴)
E.da/L² . Δ
با قراری به جای نسبت бb/Eو حل طبق آن Δمی شود:
(٣٢–١۴)

Δ=ε . L²/۳ .

da

–۶–١۴تنش ها

تنش های ناشی از بارها طبق قواعد عمومی فنی حاصل می شوند:

Б=N/A
(٣٣–١۴)
±M/W .αK

با ضریب تصحیح αKکه جهت در نظر گرفتن خم مربوط به پخ لبه داخلی و خارجی می باشد.
فشار داخلی با قرار گرفتن لوله تحت تنش ناشی از فشار داخلی ، pتنش ها در مسیر محیط تا مسیر طول و در مسیر شعاع حاصل می شوند.
در لوله های سرکاسه دار (بدون پیوندهای مهار کننده نیروی طولی) تنش ها در مسیر طولی نسبتاً صفر می باشند. هنگامیکه خمشی در مسیر طولی موجود نیست تنش ها در مسیر
محیطی با توجه به المان های شعاعی طبق فرمول Kesselمحاسبه می شوند:

 
 
 
 
 
 
نوشته نیروهای برشی لوله ها اولین بار در فروش لوله و اتصالات – قیمت لوله فولادی. پدیدار شد.
Source: poliestil