CC BY
65
В современных системах управления рыночной экономики эффективными являются нормативно-правовой, финансовостраховой и планировочный методы регулирования деятельности строительного комплекса.
На уровне территориальных общин действенным механизмом управления становится градостроительная документация, в первую очередь генеральный план города, план зонирования, детальные планы территорий [3]. Градостроительная документация закладывает основные параметры объемов работ и направлений деятельности строительного комплекса, виды строительных объектов: экономичное жилье, уникальные стройки, инфраструктурные объекты, но механизм ее реализации отсутствует.
Страховые методы призваны обеспечить контроль за качеством строительного производства, страхование строительных рисков, однако не создана необходимая правовая основа.
Наиболее разработаны государственные нормы и стандарты, определяющие допустимые количественные характеристики прочности, энерго- и теплоэффективности строительных материалов, зданий и сооружений [2], но при этом отсутствует механизм использования инновационных технологий.
Горизонтальные взаимосвязи государственных органов, частного сектора и строительных компаний поддерживаются сугубо инициативно профессиональными объединениями и общественными организациями.
В результате деятельность строительного комплекса приняла стихийный характер и не направлена на задачи реализации генеральных планов городов, решение назревших социальных проблем. Необходимо создавать новые формы проектностроительных организаций, ориентированных на реализацию муниципальных строительных программ [1].
Подводя итоги, следует отметить, что в настоящее время новые механизмы регулирования строительной деятельности не обеспечены законодательной, нормативно-правовой основой, а также государственной поддержкой, адаптированными к политике децентрализации.
Выводы и рекомендации
Таким образом, первоочередными задачами оптимизации системы регулирования деятельности строительного комплекса являются:
принятие муниципальных программ реализации генеральных планов с определением задач, и ресурсного обеспечения строительного комплекса;
подготовка государственных и муниципальных программ строительства жилья для различных социальных групп населения с возможностью привлечения частного капитала, средств населения и кредитных ресурсов с гарантиями их защиты в законодательстве;
создание резерва коммунального жилищного фонда для оперативного расселения в условиях массовой реконструкции устаревшего жилого фонда, чрезвычайных ситуаций и др.
формирование финансово-экономических механизмов использования инновационных ресурсосберегающих и экофильных технологий строительными организациями;
разработка стандартов и нормативов предельно допустимых эксплуатационных затрат на 1 кв. м поэтажной площади для различных типов жилых и общественных зданий, обеспечение обязательности использования ресурсосберегающих экофильных строительных технологий;
создание новых форм проектно-строительных организаций с участием муниципального и частного капитала, а также соответствующих форм управления через совет директоров, правление акционеров и др.;
оптимизация системы страхования строительных рисков и доступности кредитных ресурсов для строительных организаций;
муниципальное регулирование соотношения цены продажи 1 кв. м относительно его сметной стоимости.
Таким образом, следует подчеркнуть назревшую общественную потребность в разработке градостроительного кодекса, устанавливающего механизмы регулирования деятельности строительного комплекса. Развитие системы нормативно-правовых, финансовых и планировочных регулирующих механизмов обеспечит устойчивое и планомерное развитие городов Украины.
Литература
1. Броневицкий С. Теоретико-методологические основы организации муниципальных архитектурно-строительных групп». Сборник статей «Градостроительство и территориальное планирование», Киев: КНУБА, 2010 № 38, стр. 75-83.
2. ДБН В.1.2-2:2006. Нагрузки и воздействия. Нормы проектирования.- К.: Минстрой Украины. 2006.
3. [Электронный ресурс] URL: http://zakon1.rada.gov.ua/laws/show/2780- Закон Украины «О регулировании
градостроительной деятельности» Верховна Рада Украгни; Закон от 17.02.2011 № 3038-VI (дата обращения 22 апреля 2015).
4. Плешкановская А., Савченко Е.; науч. ред.: Фильваров Г. Города и эпохи. - Киев: Логос: Ин-т Урбанистики, 2011 . - 229 с.
5. Харитонов Ю., Подаенко Ю. Инновационная модель развития объектов коммунальной инфраструктуры. Сборник статей Энергосбережение и энергоэффективность в строительстве. КНУБА, 2015, выпуск 7, стр. 308-313.
References
1. Bronevitskiy S. Theoretical and methodological basis for the organization of municipal architectural group. Sat. article "Urban development and territorial planning", Kiev: KNUBA, 2010 No. 38, pp. 75-83.
2. DBN V. 1.2-2:2006. Load and impact. Norm proektirovaniya.- K.: The Ministry Of Construction Of Ukraine. - 2006.
3. [Electronic resource] http://zakon2.rada.gov.ua/laws/show/K2 3038-VI. The law of Ukraine "On regulation of urban development" (Accessed April 22, 2015).
4. Pleshkanovska A., Savchenko E.; scientific. edited by: Filivarov G. The city and the era. - Kiev : Logos : Institute of Urban studies, 2011. - 229 p.
5. Kharitonov Yu., Podenco Y. Innovative model of development of municipal infrastructure. Sat. article energy «Conservation and efficiency in construction». KNUBA, 2015, issue 7, pp. 308-313.
Бурков П.В.1, Буркова С.П.2
1Доктор технических наук, 2кандидат технических наук,
Национальный исследовательский Томский политехнический университет АНАЛИЗ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ТРУБОПРОВОДА С УКЛАДКОЙ ПО
МОРСКОМУ ДНУ
Аннотация
В статье представлены результаты компьютерного моделирования процесса нагружения а также рассмотрено, что расчёт на смятие является важным механическим расчётом, влияющим на окончательное принятие решения о толщине стенки трубы.
Ключевые слова: напряженно-деформированное состояние, напряжения, метод конечных элементов, концентраторы напряжений.
42
Burkov P.V.1, Burkova S.P.2
'Doctor of Technical Sciences, 2Candidate of Technical Sciences,
National Research Tomsk Polytechnic University
ANALYSIS OF STRESS-STRAIN STATE OF PIPELINES WITH LAYING ON THE SEA BED
Abstract
The article presents the results of computer simulation of the process of loading and considered that the calculation for bearing calculation is an important mechanical influencing the final decision on the pipe wall thickness.
Keywords: stress and strain state, stress, finite element method, stress concentrators.
Основные перспективные разработки нефтегазовых месторождений в Российской Федерации ведутся в северных морях. Ввиду истощения известных месторождений на суше, а также в свете возрастающих потребностей человечества в нефти и газе, морская добыча нефти активизируется и имеет тенденцию к количественному устойчивому росту, о чем недвусмысленно свидетельствуют статистические данные: по состоянию на 2012 год: около 30 процентов мировой добытой нефти и добытого газа приходилось на морские месторождения [1].
Россия обладает огромной по протяженности морской северной границей и солидной частью Арктики, поэтому в сочетании с мировой тенденцией актуальность морской добычи высока. Одним из наиболее распространенных способов транспортировки углеводородных продуктов является трубопроводный транспорт, но конструирование и эксплуатация морских газо- и нефтепроводов - это отдельная сложная конструкторская цель, одной из задач которой является расчет трубопровода на локальное смятие как критерий потери работоспособности трубопровода [2-6], что обуславливает актуальность настоящей работы.
Целью данной работы является расчет напряженно-деформируемых участков морского трубопровода.
Повреждение трубопровода может произойти уже в процессе его укладки на морское дно с судна. В этой статье напряженнодеформируемого состояние исследовалось с помощью метода конечных элементов, реализованного в САПР Autodesk Inventor Professional 2015, который достаточно давно зарекомендовал себя как надежное средство решения инженерных прикладных задач широкого класса. Морское дно предполагается жестким. Локальное смятие в состоянии равновесия всей конструкции трубопровода представляет собой потерю устойчивости первоначальной формы оболочки трубы (смятие носит вид излома или коробления) под действием:
- внешнего гидростатического давления;
- изгибающего момента;
- продольного усилия в трубопроводе.
Очевидно, что изгибная деформация трубы морского трубопровода естественным образом возникает во время строительства трубопровода и наиболее опасна во время укладки трубы на морское дно. Если говорить в целом, то при строительстве морского трубопровода необходимо решить два основных вопроса:
- найти допускаемое усилие натяжения трубы, при котором сочетания напряжения изгиба и напряжения сжатия вследствие гидростатического давления не привели бы к локальному смятию трубы;
- найти допускаемую дополнительную весовую нагрузку на единицу длины трубы, при которой указание выше напряжения не приведут к смятию трубы.
Как показывает практика строительства подводных трубопроводов, расчет трубы на локальное смятие является важным механическим расчетом, влияющим на окончательное принятие решения о толщине стенки трубы. Применение проектировочных норм различных стран дает достаточно близкие результаты, ненамного превышающие результаты расчетов толщины стенки на чистое смятие. Данное обстоятельство говорит в пользу доводов о том, что глубины воды является приоритетной характеристикой при выборе толщины стенки трубопровода. Исследуем напряженно-деформированное состояние морского трубопровода на примере трубопровода «Голубой поток», соединяющего РФ с Турцией. Проектные характеристики данного трубопровода следующие:
- диаметр - 610мм;
- толщина стенки - 31,8 мм;
- максимальное внешнее гидростатическое давление - 21,17 МПа;
- предел текучести - 580 Н/мм2;
- временное сопротивление разрыву - 590 Н/мм2.
Рассмотрим ситуацию укладки трубопровода с наклонной рампы судна-трубоукладчика, изгибающегося по S-траектории. Договоримся, что имеется ограничение перемещения вдоль оси, на трубопровод действуют сила тяжести, подводное давление и сила реакции опоры в точке соприкосновения трубопровода с морским дном. В силу того, что максимальная глубина черного моря составляет 2150 м, тогда максимальное гидростатическое давление будет равным 21,17 МПа. Расчет производится на основе трубы длиною 25 м с максимальным гидростатическим давлением для того, чтобы была возможность задать необходимый запас прочности.
Результаты и обсуждения
Используя программный пакет Autodesk Inventor Professional 2015 проведем расчет трубопровода и определим опасные зоны.
43
Рис. 1 - Напряжение, возникающее в трубопроводе
Рис. 2 - Напряжение, возникающее в сварном соединении
На рисунке 1 показаны напряжения по Мизесу, возникающие в трубопроводе. Различным цветом обозначены различные напряжения, соотношение цветов и напряжения изображено на шкале слева. Наибольшее напряжение (рис. 2) возникает вблизи сварного шва и «ограничителя передвижения», на практике это могут быть анкерные якоря, используемые для закрепления трубопровода на морском дне.
Практически по всей длине трубопровода (рис. 3) обеспечивается необходимая величина запаса прочности, что подтверждается практикой - газопровод “Голубой Поток” исправно функционирует, несмотря на огромные давления.
44
Рис. 3 - Коэффициент запаса прочности
Из рис. 4 мы видим, что даже в сильно нагруженной зоне обеспечивается практически двукратный запас прочности.
Распространение напряжения в околошовной зоне
“ 400
01
5
I
01
X
К
о.
с
(0
X
200
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Расстояние от шва, см
Рис. 4 - Напряжения в зависимости от удалённости от сварного шва
0
Выводы
Оценка напряжений, возникающих в трубопроводе, показала необходимость обязательного моделирования, что позволило бы рассчитать нагрузку на трубопровод. Кратко резюмируя, можно сказать, что по всему трубопроводу обеспечивается необходимый запас прочности, в зонах сварных соединений запас прочности - практически двукратный.
Расчетные данные соответствуют практическим данным, что позволяет рекомендовать Autodesk Inventor 2015 как инструмент проектирования оборудования и линейной части магистральных трубопроводов. Установлено, что широко известные подходы к учету гидростатической нагрузки в расчёте трубопровода, а также расчёт на смятие является важным механическим расчётом, влияющим на окончательное принятие решения о толщине стенки трубы.
Литература
1. Bogoyavlensky V. Prospects and problems of the arctic shield oil and gas fields development. [электронный ресурс]// Oil and Gas Research Institute of the Russian Academy of Sciences,2012. URL: http://burneft.ru/archive/issues/2012-11/1 , (дата обращения:
19.02.2014).
2. Бурков П.В., Буркова С.П., Тимофеев В.Ю., Ащеулова А.А. и Клюс О.В. Анализ напряженно-деформированного состояния трубопровода в условиях вечной мерзлоты Вестник Кузбасского государственного технического университета., 2013. — №. 6., - С. 77-79.
3. P.V. Burkov, D.Y. Chernyavsky, S.P. Burkova, A. Konan Simulation of pipeline in the area of the underwater crossing , IOP Conference Series: E. and Env. Sc. 21 (2014) 1-5.
4. P.V. Burkov, K. G. Kalmykova, S. P. Burkova, T. T. Do, Research of stress-deformed state of main gas-pipeline section in loose soil settlement. IOP Conference Series: E. and Env. Sc. 21 (2014) 5-7.
5. P.V. Burkov, S.P. Burkova, V.Y. Timofeev, Analysis of stress concentrators arising during MKY.2SH-26/53 support unit testing. Appl.ied Mech.anics and Mat.erials: 682 (2014) 216-223.
6. P.V. Burkov, S.P. Burkova, V.Y. Timofeev, Justifying a method of balancing crank-and-rod mechanism of mining roadheader. Applied Mechanics and Materials: 682 (2014) 270-25.
45
References
1. Bogoyavlensky V. Prospects and problems of the arctic shield oil and gas fields development. [электронный ресурс]// Oil and Gas Research Institute of the Russian Academy of Sciences,2012. URL: http://bumeft.ru/archive/issues/2012-11/1 , (дата обращения:
19.02.2014).
2. P.V. Burkov, S.P. Burkova, V.Yu. Timofeev, A.A. Ashcheulova, O.V. Klyus Stress and strain state analysis of pipeline under permafrost conditions. Vest. KuzSTU, 6 (2013) 77-79.
3. P.V. Burkov, D.Y. Chernyavsky, S.P. Burkova, A. Konan Simulation of pipeline in the area of the underwater crossing , IOP Conference Series: E. and Env. Sc. 21 (2014) 1-5.
4. P.V. Burkov, K. G. Kalmykova, S. P. Burkova, T. T. Do, Research of stress-deformed state of main gas-pipeline section in loose soil settlement. IOP Conference Series: E. and Env. Sc. 21 (2014) 5-7.
5. P.V. Burkov, S.P. Burkova, V.Y. Timofeev, Analysis of stress concentrators arising during MKY.2SH-26/53 support unit testing. Appl.ied Mech.anics and Materials: 682 (2014) 216-223.
6. P.V. Burkov, S.P. Burkova, V.Y. Timofeev, Justifying a method of balancing crank-and-rod mechanism of mining roadheader. Applied Mechanics and Materials: 682 (2014) 270-25.
Бурков П.В.1, Буркова С.П.2
'Доктор технических наук, ^Кандидат технических наук, Национальный исследовательский Томский политехнический
университет
ТРЕХМЕРНОЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ ТРУБЫ С РУЧЕЙКОВЫМ ИЗНОСОМ
ПРИ СЛОЖНОМ НАГРУЖЕНИИ
Аннотация
Обоснована актуальность исследований, направленных на решение проблемы определения отдельных напряженнодеформированных состояний. Обозначены пути создания решений это проблемы.
Ключевые слова: напряженно-деформированное состояние, напряжения, метод конечных элементов, концентраторы напряжений.
Burkov P.V.1, Burkova S.P.2
'Doctor of Technical Sciences, 2Candidate of Technical Sciences,
National Research Tomsk Polytechnic University
THREE-DIMENSIONAL STRESS-STRAIN STATE WITH PIPE-BELT WEAR UNDER COMPLEX LOADING
Abstract
The urgency of research aimed at solving the problem of determining the individual stress-strain states. The ways of creating solutions this problem.
Keywords: stress and strain state, stress, finite element method, stress concentrators.
Для предотвращения аварий трубопроводов, необходимо установить влияние изменения условий и параметров эксплуатации на прочность и устойчивость трубопровода, а также найти потенциально опасные участки. Нахождение этих участков, наряду с техническими средствами, такими как внутритрубная диагностика, замеры напряжений в стенке трубы, определение положения трубопровода, осуществляется расчетным путем из решения задачи прочности и устойчивости. Анализ постановок этих задач, содержащихся в исследованиях последних лет, показывает, что тема актуальна и открыта для исследований. Проблема исследования пространственных напряженно-деформированного состояния трубы в связи с его коррозией с учетом различных видов нагружения не было сказано до сих пор. В сущности, проблемы определения отдельных напряженно-деформированных состояний под действием внутреннего давления находятся в стадии рассмотрения^-6]. Кроме того, проблемы определения состояния напряжение-деформация, как правило, решается в моделях оболочки трубы. Следует отметить, что большинство трубопроводов, подверженных интенсивному внутреннему износу, эксплуатируются без наружной изоляции. Частые порывы трубопроводов, вызванные «канавочным» износом, требуют поиска новых технических решений, направленных на обеспечение их безопасной эксплуатации, повышение долговечности и стабильности функционирования. Опыт эксплуатации трубопроводов сбора нефти показывает, что «канавочное» (ручейковое) коррозионно-механическое разрушение и коррозионная усталость являются наиболее опасными видами разрушения. Ручейковая коррозия - коррозия канавочного типа, образуется вдоль продольных и кольцевых швов, а также в местах расхождения стыков изоляционного покрытия труб. Защита нефтепромысловых трубопроводов от «канавочной» (ручейковой) коррозии, вызванной взаимодействием металла трубы и перекачиваемой коррозионно-активной среды, является актуальной в настоящее время во многих регионах России, особенно на месторождениях Западной Сибири. Поэтому заявление и решения задачи определения трехмерного напряженно-деформированного состояния моделей труб с коррозионным дефектом под действием внутреннего давления, трения, вызванные потоком нефтепродукта и температуры, обсуждаемой в данной статье, важно для трубопроводных систем.
Целью данной работы является оценка данных полученных внутритрубным инспекционным прибором, определение типов дефектов преобладающих на данном участке, получению достоверной информации о техническом состоянии коллектора, постройка 3D модели коллектора с дефектами при помощи компьютерного моделирования в среде Autodesk Inventor, а также расчет нагрузок и напряжений.
За основу для расчетов возьмем реальные данные по глубине и ширине коррозионного повреждения (ручейковой коррозии) из заключений по результатам технического диагностирования трубопровода. Исходные данные для построения и расчета модели трубы с коррозией:
- рабочее давление - 2,5 МПа;
- диаметр трубы - 168 мм;
- толщина стенки трубы - 11 мм;
- марка стали трубы - сталь 20;
- максимальная глубина ручейковой коррозии - 5,8 мм;
- максимальная ширина коррозионного повреждения трубы - 21 мм.
Так как процесс ручейковой коррозии в трубе это сложный физико-химический процесс и при наличии его в трубе возникает канавка сложной формы (рис. 1).
46
