In article present the developed methodology will allow monitoring pipeline displacements under changes in operating conditions, as well as simulating unfavorable processes (thawing of soil, formation of taliks, violation of thermal insulation). The planning of the experiment was carried out to obtain the calculated mechanical characteristics of the soil, depending on the temperature and humidity, used to calculate the stress-strain state of the pipeline. A mathematical computer model has been developed to determine the radius and temperature field of the thawing halo around the pipeline. A template for displaying experimental data for their use in the finite element analysis of pipeline displacements during soil thawing is presented.
Актуальность исследования обусловлена необходимостью разработки эффективных технологий для обеспечения сохранности проектного положения участков магистрального трубопровода в районахc несплошным характером распространения мерзлоты. Особую актуальность работа имеет с учетом активного освоения северных и арктических нефтегазоносных районов России. Цель: разработать проектное решение и конструкцию подземных опор для закрепления нетеплоизолированных участков газопровода в сезонно-тающих и многолетнемерзлых грунтах при островном характере мерзлоты. Объекты: магистральный трубопровод, закрепленный в мерзлых грунтах. Методы: анализ и систематизация российского и зарубежного опыта теоретических и практических исследований, аналитические расчеты и компьютерное моделирование с применением программного обеспечения ANSYS на основе современных положений строительной механики и теории упругости. Результаты. Рассмотрены существующие типы опор и подвесок трубопроводов в разрезе их применимости для целей крепления подземных участков нефте- и газопроводов в многолетнемерзлых и сезонно-тающих грунтах, в том числе в местах пересечения островной мерзлоты, ледяных линз и бугров пучения. По результатам выполненного анализа возможных нагрузок и ограничений уже существующих опорных конструкций трубопроводов при рисках всплытия и провисания подземных участков в протаявшей траншее предложена конструкция подземных анкерных опор и сделаны выводы о преимуществах их применения. Для расчета нагрузок и определения требуемых размеров и количества анкеров, сечений тросов растяжек и хомута для крепления трубопроводабыла разработана конечно-элементная модель, эффективность которой подтверждена аналитическим путем и экспериментально на разработанном испытательном стенде.
Актуальность. В статье рассматривается проблема строительства и эксплуатации трубопроводов на участках распространения пучинистых грунтов. Рассматриваемая проблема является актуальной, поскольку одной из основных причин, осложняющих процесс прокладки трубопроводных систем в северных районах, является морозное пучение, заключающееся в многократном увеличении объема влажных грунтов при замерзании. Металл труб подземных магистральных трубопроводов при их эксплуатации на участках распространения пучинистых грунтов подвергается существенным деформациям, происходящим из-за неконтролируемых подвижек грунта вследствие процесса морозного пучения. Данное силовое взаимодействие подземного трубопровода и мерзлого грунта может стать причиной возникновения аварийных ситуаций. Цель: создать 3D-модель взаимодействия трубопровода с мерзлым пучинистым грунтом для того, чтобы имитировать процесс пучения грунта и выявить графическую зависимость напряжений и деформаций, возникающих в трубопроводе, от перемещения грунта. Объекты: участок трубопровода, проложенный на участках распространения пучинистых грунтов. Методы. В процессе исследования была изучена литература и нормативные документы по строительству и эксплуатации сооружений в многолетнемерзлых грунтах и проведен анализ влияния пучинистых грунтов на здания и сооружения, а также проведено моделирование в программном комплексе Ansys. В работе анализируется процесс взаимодействия многолетнемерзлых грунтов с подземным трубопроводом в программном комплексе AnsysWorkbench. Результаты. Авторами выполнено моделирование процесса пучения грунта и проведена оценка напряженно-деформированного состояния трубопровода, проложенного на участках распространения пучинистых грунтов, в программном комплексе AnsysWorkbench. С помощью разработанной модели получены и проанализированы значения напряжений и полных деформаций стенки трубы при контакте с мёрзлым грунтом, построена графическая зависимость наблюдаемых величин при усилении процесса пучения и увеличении участка пучения.
Link for citation: Rakhmatullina Yu.A., Alekseev V.A., Sultanmagomedov T.S., Khasanov R.R. Method of analysis of the stress-strain state of a base-centering device and a pipeline when carrying out the complex of emergency and recovery repairs. Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Geo Аssets Engineering, 2023, vol. 334, no. 7, рр.7-16. In Rus. The relevance of the research is caused by the need to carry out calculations of the stress-strain state of the support-centering device and the pipeline, when the device under consideration is exposed to it, when the axes are displaced due to the presence of residual stresses when carrying out a complex of emergency repair by cutting out a defective section of the pipeline. The purpose of the study is to assess the possibility of using the design of the device and to calculate the stress-strain state of the device when the axes of the boundary sections of the pipeline are displaced due to the release of prestresses during the emergency repair complex for cutting out the defective section of the pipeline. Methods: methods of classical theoretical mechanics, soil mechanics, finite element method. Results. Based on the patent, a preliminary 3D model of the support-centering device and a method for analyzing the boundary conditions and loads affecting the device and the pipeline during the emergency repair complex were developed. The calculation of SSS (stress-strain state) was carried out, where the following results were obtained: when the frame is displaced down/up by 100 mm in the device, respectively, along the length and displacement, stresses arise at the junctions of the enclosing ring and the frame, as well as on the «lugs», exceeding the yield strength of steel; the coefficient of friction μ for the considered diameter of 1020 mm should not exceed 0,15 to prevent the occurrence of areas of plastic deformation of the pipeline during the emergency repair complex for cutting out a defective area in swamp conditions.
The significant part of the frozen soils, common of the northeastern regions of the laying of pipelines, loses its bearing capacity when the temperature rises to the values of melting ice. In turn, the loss of the design position of the pipeline section located in the thawed soil area causes unacceptable deformations, which can lead to incidents and accidents. The most dangerous places arise at the boundaries of sites with different soils properties, and primarily at the border of frozen and thawed soils. Currently, to evaluate the thermal interaction of pipelines with frozen thawing soils, data are used for ordinary thawed soils, however standard methods are not suitable in these cases, since they do not take into account a sharp change in the properties of frozen soils during thawing. The authors conducted studies of soil resistance (coefficient of soil reaction) to the longitudinal displacements of the pipeline depending on the temperature and humidity of the soil. For this purpose, an experimental model of a pipeline in frozen ground was developed. The main characteristics of the model and the experimental technique are described in detail. The results of studies of the coefficient of soil reaction in the longitudinal direction, as well as the ultimate shear stresses depending on the temperature and humidity of the soil, the type of soil and the depth of the pipeline are presented. The dependence of the coefficient of soil reaction on the ratio of the depth of the pipeline to its diameter is shown. It was established that at a temperature t = –8... –10 °С and humidity w = 10...15 %, the highest value of the coefficient of soil reaction is achieved. In the absence of moisture, the temperature does not affect the coefficient of soil reaction. The lowest coefficient of soil reaction for frozen soils is achieved at a positive soil temperature.
scite is a Brooklyn-based organization that helps researchers better discover and understand research articles through Smart Citations–citations that display the context of the citation and describe whether the article provides supporting or contrasting evidence. scite is used by students and researchers from around the world and is funded in part by the National Science Foundation and the National Institute on Drug Abuse of the National Institutes of Health.
hi@scite.ai
10624 S. Eastern Ave., Ste. A-614
Henderson, NV 89052, USA
Copyright © 2024 scite LLC. All rights reserved.
Made with 💙 for researchers
Part of the Research Solutions Family.