Характерною особливістю роботи надземного трубопровідного переходу, як стержневої конструкції, є його взаємодія з прилеглими підземними ділянками. Масив ґрунту для них є не лише додатковим навантаженням, але і середовищем, в якому розвиваються деформації. Через нестабільність кліматичних умов фізико-механічні властивості ґрунту зазнають змін, впливаючи на міцність споруди. У разі значного віку трубопроводу змін зазнають і механічні характеристики трубних сталей. Ці зміни можуть призводити до зниження коефіцієнту запасу міцності споруди та підвищувати ризик аварій. Тому при оцінкових розрахунках на міцність слід прагнути урахувати всі суттєві фактори, які впливають на поведінку надземного переходу трубопроводу, в тому числі і фактор терміну експлуатації.

Аналітична частина. При виконанні силового та деформаційного аналізу трубопровід моделювали трубчастим стержнем, який на прилеглих до надземного переходу ділянках контактує з ґрунтовою основою за гіпотезою Фусса-Вінклера (рис. 1). Вплив на споруду власної ваги трубопроводу, ваги продукту в трубах, а також ваги ґрунту на підземній ділянці моделювали рівномірно розподіленими навантаженнями з інтенсивностями q₁ та q₂. Також врахували напруження від внутрішнього тиску та температурного перепаду. Зазначимо, що після завершення силового та деформаційного аналізу поведінки споруди і переході до більш детального розгляду питань міцності, трубопровід моделювали тонкостінною оболонкою. Усі дослідження проводили в геометрично та фізично лінійній постановці.

Такий підхід на етапі моделювання споруди дозволив коректно враховувати вплив на поведінку трубопроводу властивостей ґрунтової основи, і при цьому отримати кінцеві результати у вигляді простих аналітичних виразів.

Рис. 1. Схема надземного переходу трубопроводу

Експериментальна частина. Щоб одержати реальні характеристики міцності споруди в стані тривалої експлуатації, застосовано методику визначення границі текучості та міцності матеріалу труб у польових умовах за результатами вимірювань твердості портативним електронним динамічним твердоміром ТЭМП–3. Особливістю застосованого підходу є попереднє тарування шкали твердоміра для конкретної марки сталі за результатами випробувань на розтяг та твердість зразків, виготовлених із тамплетів, які були вирізані під час ремонтних робіт з ділянок діючого трубопроводу.

Запропонований аналітико-експериментальний підхід реалізували при оцінці міцності реальної конструкції надземного переходу нафтопроводу “Дружба”, який споруджено в гірській місцевості.

Загалом представлена в доповіді модель надземного переходу дозволяє здійснити строгу математичну постановку цілої низки практичних задач і одержати їх розв’язки в аналітичному чи числово-аналітичному виді. Для цього достатньо в поданих розв’язках врахувати крайові умови, які відповідають конкретній інженерній задачі. Наприклад, це проектувальні розрахунки надземних переходів з проміжними опорами чи підвісами, оцінка міцності трубопроводів в гірських зонах повільного сповзання ґрунту (коли під частиною трубопроводу з’являється порожнина), визначення позаштатних напружень в підземних трубопроводах, які споруджені в карстових зонах тощо.