Основные силовые факторы, определяющие напряженное состояние трубопроводов — это внутреннее давление в трубе, ее собственный вес и нагрузка с учетом заполнения продуктами или отложениями и сопутствующих конструкций. Эти факторы могут быть между собой в разных соотношениях. При изучении характера напряженного состояния трубопровода очевидно возникновение от внутреннего давления кольцевых растягивающих ак и продольных напряжений опр (при закрытых заглушках). Кроме того, поперечная нагрузка вызывает продольные напряжения изгиба сгИзг — сжимающие для верхней части поперечного сечения и растягивающие для нижней, а также кольцевые напряжения. Таким образом, трубопровод находится в условиях сложного напряженного состояния.
Пренебрегая, вследствие их незначительности, радиальными напряжениями, можно ограничиться рассмотрением плоского напряженного состояния. Учитывая, что для малоуглеродистой стали, которую в основном применяют для трубопроводов, текучесть наступает между условиями Сен-Венана и Мизеса, тяготея к условию Сен-Венана, можно рассмотреть только условие (V. 1) применительно к точке с разнозначными главными напряжениями. Так как кольцевые напряжения от поперечной нагрузки в наиболее напряженных точках поперечного сечения совпадают по знаку с продольными, то при оценке напряженного состояния их не учитывают. Кольцевые напряжения от внутреннего давления в промышленном трубопроводе при максимальных нагрузках составляют менее 10 % продольных напряжений и не превышают 5 % предела текучести. Для рассматриваемых трубопроводов низкого давления, исходя из выражения (У.2), следует рекомендовать Кх = 0,95. Это позволяет сделать вывод о том, что изгибаемые трубопроводы низкого давления можно рассматривать в условиях линейного напряженного состояния под действием продольных напряжений. Экспериментальные исследования таких трубопроводов подтверждают превалирующее влияние на их несущую способность продольных «апряжений и показывают, что после достижения ими предела текучести дальнейшее увеличение нагрузки приводит к резкому нарастанию прогибов.
Возникновение нормальных сжимающих напряжений вызывает необходимость учета возможной потери устойчивости, влияющей на несущую способность трубопровода. Полученные значения позволили по методике, рекомендованной [34], вычислить критические напряжения потери устойчивости, зависимость которых от толщины стенки для разных диаметров труб. График наглядно подтверждает, что для большинства труб значения критических напряжений потери устойчивости ниже, чем расчетное сопротивление стали ВСтЗсп. Лишь незначительное количество труб можно рассчитать по прочности без учета возможной потери устойчивости.
На рис. У.2 показаны области размеров трубопроводов, предельное состояние которых определяется прочностью и устойчивостью. Принят материал труб ВСтЗсп пределом текучести от = 225 МПа. Полученные данные свидетельствуют о напряженном состоянии, при котором напряжения, вызванные изгибом трубопровода, давлением на заглушку и продольными силами от температурных деформаций достигают значений стой и стенка трубы разрушается
