Моделирование анкеров, используемых для объектов нефтегазовой отрасли Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 624.154

А.В. Грузин, A.V. Gruzin, e-mail:polyot-m@mail.ru

Е.О. Фомин, E.O. Fomin, e-mail: z-prorok@mail.ru

А.Ю. Ваганов, A.Y. Vaganov, e-mail: alex.vaganov94@gmail.ru

Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия

Omsk State Technical University, Omsk, Russia

62

Динамика систем, механизмов и машин, № 1, 2014

МОДЕЛИРОВАНИЕ АНКЕРОВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ДЛЯ ОБЪЕКТОВ НЕФТЕГАЗОВОЙ ОТРАСЛИ

MODELING OF ANCHORS FOR OIL AND GAS INDUSTRY OBJECTS

Представлены предварительные результаты экспериментального изучения влияния формы поперечного сечения анкера на его несущую способность.

There are presented the preliminary results of an experimental study of the influence of cross-sectional shape of the anchor on its bearing capacity.

Ключевые слова: анкер, поперечное сечение, сила сопротивления.

Keywords: anchor, cross-section, resistance force.

В настоящее время развитие нефтегазового комплекса России осуществляется в основном за счёт освоения новых месторождений, расположенных в сложных климатических, геокриологических и сейсмических условиях. Для обеспечения стабильного пространственного положения зданий и сооружений, узлов и механизмов, участвующих в транспортировке и хранении углеводородов в условиях знакопеременных нагрузок часто возникает необходимость использований анкерных устройств [1,2]. Ранее выполненными исследованиями [2] было установлено, что использование рациональных сечений анкеров и висячих свай позволяет увеличить их удельную несущую способность на величину до 3,3 раза в сравнении с традиционными сечениями в форме круга и квадрата. Таким образом, разработка прогрессивных конструкций анкерных устройств позволила бы сократить материальные затраты на их производство без снижения несущей способности.

С целью уточнения влияния формы анкера на его несущую способность было принято решение об изготовлении моделей и проведении серии лабораторных исследований. Как правило, анкеры изготавливают из металла, бетона или железобетона. Для изготовления моделей был использован цементный раствор: 2 части цемента марки М-400, 2 части песка средней крупности и 1 часть воды. Для всех моделей анкеров из стальной проволоки класса 2 диаметром 0,9 мм был изготовлен пространственный проволочный каркас. Для заливки моделей были изготовлены три формы - квадратного, круглого и треугольного поперечного сечения. Таким образом, были изготовлены модели анкеров одинаковой длины с равной площадью поперечного сечения в форме квадрата, круга и равностороннего треугольника (см. рисунок 1) [1]. Габариты существующего стенда для проведения испытаний накладывают ограничения на максимальную длину моделей. В свою очередь, электропривод, установленный на стенде, имеет ограничение по усилию извлечения. Поэтому длина моделей анкеров была принята равной 480 мм, а площадь поперечного сечения - 1684 мм .

Рис. 1. Модели анкеров

Динамика систем, механизмов и машин, № 1, 2014

При проведении экспериментальных ис- следований анкер 1 размещают вертикально в грунтовом массиве 2 (см. рисунок 2). Верхний торец анкера с помощью троса 4 прикреплён к измерительному наконечнику динамометра 5, подвешенного в свою очередь на тросе 6, переки- нутом через опорный блок 7 и закреплённом на барабане 8, установленном на валу электропри- вода 9. Включение электропривода 9 и после- дующая намотка троса 6, перекинутого через опорный блок, на барабан, закреплённый на валу электропривода, приводит к движению анкера вертикально вверх из грунтового массива. Одно- временно с началом движения анкера из динамо- метра в ЭВМ 11 по интерфейсу 10 передаётся значение тягового усилия Б, которое отображает- ся на экране ЭВМ графически.

В ходе экспериментальных исследований из-за ограниченной мощности электропривода, глубина погружения анкера в грунт была уста- новлена равной 240 мм. Как видно из приведён- ных графиков (см. рисунок 3), для анкера с квад- ратным поперечным сечением максимальные значения силы Бтр. сопротивления извлечению

Рис. 2. Схема стенда для исследования моделей анкеров

изменялись в диапазоне от 30,0 Н до 32,7 Н. Статистическая обработка полученных данных позволила установить нормативное значение силы сопротивления извлечению., которое составило 30,7 Н.

Для анкера цилиндрической формы максимальные значения силы Бтр. сопротивления извлечению изменялись в диапазоне от 11,6 Н до 18,5 Н (см. рисунок 4). Нормативное значение силы Бтр. сопротивления извлечению для цилиндрического анкера составило15,3 Н. Для анкера с поперечным сечением в виде треугольника максимальные значения силы Бтр. сопротивления извлечению изменялись в диапазоне от 17,5 Н до 21,0 Н (см. рисунок 5). Нормативное значение силы Бтр. сопротивления извлечению для анкера с поперечным сечением в

64

Рис. 3. Изменение силы сопротивления извлечению для анкеров с квадратным поперечным сечением

Динамика систем, механизмов и машин, № 1, 2014 виде треугольника составило 19,6 Н.

Рис. 4. Изменение силы сопротивления извлечению для анкеров с круглым поперечным сечением

Рис. 5. Изменение силы сопротивления извлечению для анкеров с треугольным поперечным сечением

Таким образом, в ходе выполненных исследований была отработана технология изготовления моделей анкеров в лабораторных условиях. На базе существующего оборудования

65

Динамика систем, механизмов и машин, № 1, 2014

собран стенд для проведения испытаний изготовленных моделей, уточнены их массогаба-ритные характеристики. Максимальное значение силы сопротивления извлечению (до 32,7 Н) для анкеров с квадратным поперечным сечением объясняется высокой шероховатостью боковой поверхности модели (деревянная форма для заливки анкера). Модели с треугольным и круглым поперечными сечениями из-за схожей технологии изготовления (пластиковая форма для заливки анкера) имеют одинаковую шероховатость боковой поверхности. Увеличение силы сопротивления извлечению для анкера с треугольным сечением по сравнению с круглым сечением на 28,7 % обусловлено большей площадью контакта боковой поверхности с грунтом [2].

Библиографический список

1. Грузин А.В., Грузин В.В. Анализ удельной несущей способности свай с различной формой поперечного сечения. // Актуальные проблемы современности: Международный научный журнал. - Караганда : Болашак-Баспа, 2009. - №12(46). - С. 27-30.

2. Грузин А.В., Грузин В.В., Абраменков Э.А. Грунтовые среды в условиях статического и динамического нагружения. - Омск : ОмГТУ, 2009. - 135 с.