iPotrubí.cz

iPříručka:

Návrh a pevnostní výpočet pro potrubí v zemi

iPříručka je ve formátu   .pdf

Obsah:

1. Vytvoření potrubní třídy pro potrubí v zemi. 10

1.1. Proč vytvářet potrubní třídu?. 10

1.2. Systémy značení potrubní třídy. 10

1.3. Všeobecné základní vzorce a výpočty pro tvorbu potrubní třídy v zemi 11

1.3.1. Použité veličiny a jednotky. 11

1.3.2. Potrubní třídy pro zatížení potrubí vnitřním tlakem.. 11

1.3.2.1. Membránový stav napjatosti 11

1.3.2.2. Vzorce pro výpočet membránových napětí 12

1.3.2.3. Součinitel tlaku pro tvarovky. 13

1.3.3. Potrubní třídy pro zatížení potrubí vnitřním podtlakem.. 14

1.3.4. Potrubní třídy pro potrubí podzemí 15

1.3.5.1. Působení svislých zatížení na potrubí 15

1.3.5.2. Zatížení svislým zatížením od hmotnosti nadloží (násypu) 15

1.3.5.5. Potrubí zatížené nadložím.. 15

1.3.5.6. Omezení tloušťky stěny příčnou deformací či tuhostí 16

1.3.5.7. Odlišnosti pro výpočet tloušťky stěny trubky pro plynovody v zemi 16

1.4. Údaje v dokumentu potrubní třídy. 17

1.4.1. Základní údaje a složení potrubní třídy. 17

1.4.2. Tlakoteplotní  tabulka. 17

1.4.3. Výpočet tloušťky stěny. 18

1.4.4. Přídavky tloušťky stěny trubky. 19

1.4.4.1. Znázornění a označení přídavků. 19

1.4.4.2. Korozně-erozní přídavek. 19

1.4.4.3. Záporná výrobní tolerance tloušťky stěny trubky. 20

1.4.4.4. Plynovody – stanovení tloušťky stěny. 22

1.5. Komponenty potrubní třídy pro prosté průmyslové potrubí v zemi 24

1.5.1. Používané materiály. 24

1.5.1.1. Oceli 24

1.5.1.2. Plasty. 27

1.5.2. Komponenty ocelové. 30

1.5.2.1. Trubky ocelové. 30

1.5.2.2. Tvarovky ocelové. 33

1.5.2.3. Hladké ocelové ohyby ocelové ohnuté. 34

1.5.2.4. Svařované T-kusy a tvarovky. 35

1.5.2.5. Kompenzátory pro použití v zemi 36

1.5.2.6. Typy zakončení komponent svarem.. 37

1.5.2.7. Povrchová úprava pro prosté ocelové potrubí v zemi 37

1.5.3. Komponenty plastové. 38

1.5.3.1. Trubky a tvarovky z plastů. 38

1.5.3.2. Spojování plastů. 39

1.6. Komponenty potrubní třídy pro parovody a horkovody v zemi 40

1.6.1. Sdružené předizolované potrubí 40

1.6.1.1. Konstrukce sdruženého potrubí 40

1.6.1.2. Rozdělení projektu do tříd. 41

1.6.1.3. Používané materiály. 41

1.6.1.4. Komponenty. 42

1.6.2. Suvné potrubí 43

1.6.2.1. Konstrukce suvného potrubí 43

1.6.2.2. Používané materiály. 43

1.6.2.3. Komponenty. 44

1.6.3. Vakuované potrubí 44

1.6.3.1. Konstrukce vakuovaného potrubí 44

1.6.3.2. Používané materiály. 45

1.6.3.3. Komponenty. 45

1.6.3.4. Typy zakončení pro spojování svarem.. 45

1.7. Komponenty potrubní třídy pro plynovody a ropo vody. 45 

1.7.1. Rozdělení plynovodů. 45

1.7.2. Používané materiály. 45

1.7.1.1. Oceli 45

1.7.1.2. Plasty. 46

1.7.2. Tvarovky, hladké ohyby a příruby ocelové. 46

1.7.2.1. Tvarovky a příruby. 46

1.7.2.2. Hladké ohyby ohnuté. 47

1.7.2.3. Chráničky. 47

1.7.2.4. Povrchová úprava pro prosté ocelové potrubí v zemi 48

1.7.2.5. Technické normy pro ocelové plynovody v zemi 48

1.7.3. Komponenty plastové pro plynovody. 49

1.7.3.1. Trubky a tvarovky plastové pro rozvod zemního plynu. 49

1.7.3.2. Chráničky. 50

1.8. Komponenty potrubní třídy pro vodovody a kanalizaci 50

1.8.1. Používané materiály. 50

1.8.1.1. Oceli 50

1.8.1.2. Litiny. 51

1.8.1.3. Plasty. 51

1.8.2. Komponenty ocelové a litinové. 53

1.8.2.1. Trubky. 53

1.8.2.2. Tvarovky všeobecně. 55

1.8.2.3. Normalizované tvarovky. 56

1.8.2.4. Typy zakončení a možnosti spojování potrubních komponent. 56

1.8.2.5. Chráničky. 57

1.8.3. Komponenty plastové. 57

1.8.3.1. Trubky a tvarovky z plastů. 57

1.8.3.2. Typy spojování 59

1.8.3.3. Chráničky. 59

2. Trasování potrubí v zemi. 60

2.1. Všeobecné poznámky. 60

2.2. Způsoby kompenzace tepelné roztažnosti potrubí v zemi 60

2.2.1. Kompenzace tepelné roztažnosti vodorovného potrubí svým tvarem včetně U-kompenzátorů s použitím kompenzačních polštářů. 60

2.2.2. Kompenzace tepelné roztažnosti kompenzátory vlnovcovými axiálními 61

2.2.3. Kompenzace tepelné roztažnosti sdruženého potrubí 62

2.2.4. Kompenzace tepelné roztažnosti suvného potrubí 63

2.2.5. Kompenzace tepelné roztažnosti vakuovaného potrubí 63

2.3. Umístění a uložení potrubí v zemi pro horkovody. 64

2.3.1. Všeobecně. 64

2.3.2. Umístění a konstrukce pevného bodu v zemi 64

2.3.3. Uložení potrubí u T-kusů a odboček v zemi 64

2.3. Umístění a uložení potrubí v zemi pro plynovody. 65

2.3.4. Uložení potrubí v případě předpokládaných pohybů podloží 66

2.4. Výpočty potřebné pro trasování potrubí 66

2.4.1. Použité veličiny a jednotky. 66

2.4.2. Výpočet vyložení U-kompenzátoru. 67

2.4.3. Výpočet velikosti a druhu kompenzačních polštářů. 68

2.4.4. Výpočet potrubí v případě předpokládaného pohybu podloží 69

2.4.5. Potrubí při překonávání vodních toků či nádrží po dně. 69

2.4.6. Uložení potrubí přímo na zemi (na terénu) 70

2.5. Minimální vzdálenosti potrubí mezi sebou a ostatními překážkami 71

2.5.1. Minimální vzdálenost mezi dvěma potrubími a potrubím a ostatními překážkami 71

2.5.5. Seznam použitých norem.. 72

3. Ostatní důležité poznatky týkající se potrubí. 73

3.1. Použité veličiny a jednotky. 73

3.2.  Membránový a momentový stav napjatosti 74

3.2.1. Membránový stav napjatosti 74

3.2.2. Momentový stav napjatosti všeobecně. 74

3.2.3. Membránové síly a napětí pro válcový útvar. 75

3.2.4. Membránové síly a napětí pro kuželový útvar a anuloid. 77

3.2.5. Prodlužování přímého potrubí způsobeného vnitřním tlakem – Bourdonův jev. 77

3.3. Tenkostěnné potrubí a základní vzorce. 78

3.3.1. Vzorce pro výpočet charakteristických hodnot potrubního průřezu. 78

3.3.2. Vzorce pro výpočet potrubních hodnot, započítáme-li i délku. 80

3.4. Součinitel tlaku. 80

3.4.1. Součinitel tlaku pro tvarovky typu kolena a redukce. 80

3.4.2. Součinitel tlaku pro tvarovky typu T-kusy. 81

3.5. Charakteristické číslo, SIF a poddajnost 83

3.5.1. Definice charakteristického čísla a součinitelů. 83

3.5.2. Příklady použití součinitelů v případě ohybu. 84

3.5.2.1. Charakteristické číslo pro ohyb. 84

3.5.2.2. Určení součinitele intenzifikace napětí (SIF) pro ohyb. 84

3.5.2.3. Určení součinitele poddajnosti pro ohyb. 85

3.5.3. Součinitelé poddajnosti a intenzifikace napětí podle ČSN EN 13480-3 a podle ČSN EN 13941-1. 85

3.5.4. Součinitelé poddajnosti a intenzifikace napětí podle ASME B31J 85

3.6. Primární a sekundární napětí a redistribuce napětí v průřezu trubky. 87

3.6.1. Primární a sekundární napětí 87

3.6.2. Trvalé deformace a přerozdělování sekundárního napětí ve stěnách přímé trubky. 87

3.6.3. Trvalé deformace a přerozdělování sekundárního napětí ve stěnách ohybu. 90

3.7. Různé způsoby a metody výpočtů potrubí v zemi 91

3.7.1. Metoda dovoleného napětí 91

3.7.2. Metoda zatěžovacích součinitelů. 92

4. Základní vlastnosti zemin.. 94

4.1. Veličiny a jednotky všeobecné. 94

4.2. Klasifikace zemin ve stavebnictví. 95

4.3. Charakteristické vlastnosti zemin. 97

4.4. Hodnoty charakteristických vlastností zemin. 98

4.5. Napjatost, deformace, pevnost a tlak zeminy. 99

4.6. Stlačitelnost a zhutňování zeminy. 99

4.7. Druhy výkopu. 101

5. Zatížení potrubí a jejich reakce v zemi. 102

5.1.      Zatížení od vnitřního tlaku a vlastní hmotnosti - trvalá zatížení 102

5.1.1. Použité veličiny a jednotky. 102

5.1.2. Zatížení tlakem, přímé i odvozené zatížení 102

5.1.2.1. Zatížení tlakem.. 102

5.1.2.2. Zatížení potrubí axiální silou od vlnovcového kompenzátoru. 103

5.1.2.3. Zatížení potrubí vnitřním podtlakem.. 103

5.1.2.4. Zatížení zkušebním tlakem pro houževnaté materiály. 104

5.1.2.5. Napěťová zkouška (sresstest) u plynovodů a ropovodů. 104

5.1.3. Zatížení vlastní hmotností tekutiny, potrubí a izolace a potrubních dílů. 105

5.1.3.1. Hmotnost potrubí 105

5.1.3.2. Hmotnost tekutiny. 105

5.1.3.3. Hmotnost izolace a povrchové ochrany. 106

5.2. Svislá zatížení od hmotnosti nadloží (násypu) – trvalá zatížení 106

5.2.1. Veličiny a jednotky všeobecné. 106

5.2.2. Působení nadloží (zasypu) na potrubí – svislá složka geostatického napětí 107

5.2.3. Výpočet svislé složky způsobené třením zemin v případě úzkého výkopu. 109

5.2.4. Hypotéza zemní klenby. 109

5.2.5. Zatížení zhutněním nadloží 110

5.3. Zatížení povrchu terénu a jeho roznášení konstrukcí komunikace – příležitostná zatížení 110

5.3.1. Zatížení povrchu terénu. 110

5.3.2. Roznášení zatížení povrchu terénu konstrukcí komunikace. 112

5.4.      Vodorovný boční tlak zeminy na potrubí při širokém výkopu od svislého tlaku zeminy. 113

5.4.1.  Použité veličiny a jednotky. 113

5.4.2. Vodorovný boční tlak zeminy na potrubí při širokém výkopu od svislého tlaku zeminy. 114

5.5. Vodorovné osové a boční zatížení potrubí od teploty. 116

5.5.1.  Použité veličiny a jednotky. 116

5.5.2. Vodorovné osové zatížení potrubí od teploty. 117

5.5.3. Boční tlak zeminy způsobený tepelnou roztažností potrubí– zatížení od teploty. 119

5.5.4. Boční tlak zeminy způsobený tepelnou roztažností potrubí při instalaci dilatačních polštářů– zatížení od teploty. 120

5.6.      Zatížení potrubí pohyby podloží 121

5.6.1.  Použité veličiny a jednotky. 121

5.6.2. Pokles podloží pružností zeminy. 122

5.6.3. Poddolované podloží 122

5.6.4. Podloží s nedokončeným konsolidačním sedáním.. 124

5.6.5. Pohyb podloží vlivem zemětřesení 125

5.6.6. Podemleté podloží vodou – nepředpokládané přetvoření zeminy. 125

5.6.7. Podloží tvořené zeminou saturovanou vodou. 126

5.7.      Shrnutí působení zatížení na potrubí 126

5.7.1.  Použité veličiny a jednotky. 126

5.7.2. Shrnutí působení zatížení v příčném směru trubky. 127

5.7.3. Kombinace zatížení potrubí pod zemí vnitřním tlakem či podtlakem a zatížení zeminou. 129

6. Mezní stavy pro potrubí v zemi. 130 

6.1. Uspořádání mezních stavů potrubí 130

6.2. Mezní stavy únosnosti pro potrubí pod zemí- seznam.. 130

6.3. Mezní stavy použitelnosti pro potrubí pod zemí- seznam.. 131

6.4. Vyhodnocování mezních stavů únosnosti 131

6.4.1. Použité veličiny a jednotky. 131

6.4.2. Vyhodnocování membránového napětí v případě houževnatých materiálů. 133

6.4.2.1. Vyhodnocení napětí od vnitřního tlaku v případě metody dovoleného napětí 133

6.4.2.2. Vyhodnocení napětí od vnitřního tlaku v případě metody zatěžovacích součinitelů. 134

6.4.3. Vyhodnocování membránového a ohybového napětí -vyhodnocení napětí od všech trvalých zatížení 135

6.4.3.1. Vyhodnocení membránového a ohybového napětí od všech trvalých zatížení v případě metody dovoleného napětí 135

6.4.3.2. Vyhodnocení membránového a ohybového napětí od všech trvalých zatížení v případě metody zatěžovacích součinitelů. 135

6.4.3.2. Výpočet napětí ve stěně pro potrubí zatížené hmotností zeminy v nadloží pro úzký výkop. 136

6.4.3.3. Výpočet napětí ve stěně pro potrubí zatížené hmotností zeminy v nadloží s vytvarovaným ložem.. 138

6.4.4. Vyhodnocování membránového a ohybového napětí -vyhodnocení napětí od trvalých a občasných zatížení 139

6.4.4.1. Vyhodnocení membránového a ohybového napětí od trvalých a občasných zatížení v případě metody dovoleného napětí 139

6.4.4.2. Vyhodnocení membránového a ohybového napětí od trvalých a občasných zatížení v případě metody zatěžovacích součinitelů. 139

6.4.5. Vyhodnocení rozkmitu napětí od teplotní dilatace – kontrola plastické deformace od sekundárního napětí 140

6.4.5.1. Vyhodnocení rozkmitu napětí od teplotní dilatace v případě metody dovoleného napětí použité v ČSN EN 13480-3. 140

6.4.5.2. Vyhodnocení rozkmitu napětí od teplotní dilatace v případě metody dovoleného napětí použité v ASME B31.1 a B31.3. 140

6.4.5.3. Kontrola plastické deformace od sekundárního napětí v případě metody zatěžovacích součinitelů. 142

6.4.6. Pevnost závislá na čase – nízkocyklová únava. 142

6.4.7. Koroze a eroze a výpočet potrubí s nimi 145

6.4.8. Křehký lom u houževnatých materiálů a ochrana proti němu. 146

6.4.9. Imploze vnějším tlakem, stabilita vůči podtlaku ve vztahu se zatížením nadložím.. 148

6.5. Mezní stavy použitelnosti potrubí 148

6.5.1. Použité veličiny a jednotky. 148

6.5.2. Příčné deformace způsobené vzpěrem až k vychýlení nad zeminu - Vzpěr potrubí (globální nestabilita) 150

6.5.3. Místní boulení stěny. 151

6.5.4. Ovalizace příčného průřezu. 151

6.5.5. Deformace průřezu pro plasty a lamináty. 153

6.5.6. Mezní stavy pro PUR a PE v případě sdruženého potrubí 154

6.5.7.  Maximální zatížení hrdel ventilů v případě sdruženého potrubí 154

6.5.8. Vliv na mezní stavy, způsobené materiálovými veličinami  plastů. 155

7. Výpočet potrubí v zemi pomocí specializovaných programů.. 156

7.1. Metoda konečných prvků a její využívání pro uvedené programy. 156

7.1.1. Metoda konečných prvků. 156

7.1.2. Zjednodušení metody konečných prvků pro potrubní systémy. 158

7.2. Obvyklá základní struktura výpočetního programu pro pevnostní výpočet potrubí 159

7.2.1. Préprocesor. 159

7.2.2. Solver. 160

7.2.3. Postprocesor. 160

7.2.4. Přídavný výpočtový modul pro potrubí v zemi 161

7.3. Výpočet tuhostí a mezních zatížení pro program pro pevnostní výpočty potrubí 162

7.3.1. Základní podmínky podle L.C.Penga a možnost přímého zadání zatížení 162

7.3.2. Výpočet tuhosti nadloží (násypu) a její mezní hodnota. 163

7.3.3. Výpočet tuhosti zeminy působící v ose potrubí a její mezní hodnota. 164

7.3.4. Výpočet tuhosti zeminy, která působí z boku a její mezní hodnota. 164

7.3.5. Výpočet tuhosti zeminy podloží a její mezní hodnota. 164

8. Použitá literatura a literatura pro další studium... 166

8.1. Odborná literatura: 166

8.2. Firemní literatura. 167

8.3. Legislativa. 168

8.4. Technické normy. 168

8.4.1. Evropské normy. 168

8.4.2. České normy. 170

8.4.3. Technická pravidla a technické instrukce pro zemní plyn. 171

8.4.4. Německé normy (harmonizované k PED) 172

8.4.5. Normy USA. 172

8.5. Zajímavé internetové adresy. 173