280 / 457
Механики XXI веку. №15 2016 г.
280
Произведем оценку прочности узлов крепления. Используя правила расчета крепежных эле-
ментов на срез и смятие, условие пластичности Треска-Сен-Венана, можно вывести следующую рас-
четную формулу:
] [ )
( )
64(
2
2
2
2
2
2
.
Т
к
к к
к
к
y
x
экв
n d
d
q q
,
(1)
где δ
к
– толщина верхнего листа контактной поверхности опоры, δ
к
=
6×10
-3
м;
d
к
– диаметр крепеж-
ного изделия, работающего на срез,
d
к
= 40×10
-3
м;
n
к
– количество крепежных элементов,
n
к
= 6; [σ
Т
]
– предел текучести листа контактной поверхности опоры, [σ
Т
] = 245 МПа (сталь ВСт3сп по
ГОСТ16523-70). Величины горизонтальных проекций сил
q
x
,
q
x
могут быть получены согласно реко-
мендациям РД 10-400-01 из следующих зависимостей:
z
x
x
Qm q
,
z
y
y
Qm q
,
(2)
где
m
x
, m
y
– коэффициенты трения в контакте опора – опорная конструкция в соответствующих на-
правлениях. Примем
m
x
= m
y
=
m
= 0,3 (сталь по стали). Тогда формулу (1) можно представить в виде:
] [ )
()
2
128 (
2
2
2
2
.
Т
к
к к
к
к
z
экв
n d
d
mQ
.
(3)
Подставив численные значения, получим: σ
экв.
= 68,067×10
6
Па = 68,067 МПа < [σ
Т
]. Следова-
тельно, конструкция теплоизолированной (диэлектрической) опоры типа Т43.36 способна нести на-
грузку, указанную в каталоге для подобной неизолированной опоры типа Т14.40.
Рис. 5. Опора трубопровода Ду700 типа ОС-700
Очевидно, что расчет на прочность опор хомутового типа (рис.2, 5) будет целиком сводиться
к проверке прочности слоя изоляции. Следовательно, перспективы использования данных опор зави-
сят от прогресса в области развития твердых изоляционных материалов. Данные материалы должны
обладать значительной адгезией к материалу труб, упругостью, высокой прочностью. В качестве
примера отечественной разработки можно привести пенополимерминеральную (ППМ) изоляцию,
предложенную ОАО «Объединение ВНИПИэнергопром» для изоляции труб теплосетей. ППМ изоля-
ция представляет собой новый вид теплогидроизоляции, являющейся высоконаполненным компози-
ционным материалом, получаемым на основе полиизоционатов, полиольных композиций и мине-
рального наполнителя. Заявленный производителем предел прочности ППМ изоляции при сжатии
[σ
ппм
] = 1,5 МПа. Приведем расчет на прочность опоры типа ОС-700 для использования с ППМ изо-
лированными трубами, рис.5. Величина обжатия слоя ППМ изоляции хомутами
р
кн
должна обеспе-
чить неподвижность опоры от действия осевой нагрузки, предел прочности слоя изоляции должен
быть выше напряжений смятия хомутами в результате действия вертикальной и боковой нагрузок.
Пренебрегая податливостью хомутов и дополнительным обжатием при температурном расширении
трубы можно предложить следующую расчетную формулу:
])
(
[
ппм
х
x
х
z
y
кн
f
S q SQ q
p
,
(4)
где
f
ппм
– коэффициент трения между хомутом и ППМ изоляцией;
S
х
– проекция площади опорной
поверхности (хомут-изоляция),
S
х
=
L
х
·
d
х
·
n
х
. Здесь
L
х
– ширина хомута,
d
х
– диаметр хомута,
n
х
– коли-
чество хомутов.
Если принять (2), то (4) можно упростить: