При вращательном бурении моноопора испытывает реактивный крутящий момент. В результате в ее сечениях возникают касательные напряжения

т = M_K/W_p, (3.21)

где M_K - крутящий момент; W_p - полярный момент сопротивления кручению сечения моноопоры.

Для моноопор из труб круглого поперечного сечения W_p = = n(D - d )/ 16D, где D и d - наружный и внутренний диаметры моноопоры. Напряжения кручения не изменяются по высоте моноопоры постоянного сечения, не зависят от величины других нагрузок и положения, которое принимает изогнутая ось моноопоры в равновесном состоянии. Для их определения требуется знать только мощностную характеристику вращателя бурового станка и геометрию поперечного сечения моноопоры. Поэтому целесообразно уже сейчас дать оценку величин касательных напряжений, возникающих при вращательном бурении разведочных скважин, и их влияния на общее напряженное состояние моноопоры.

Для бурения разведочных скважин даже III группы (глубина по воде 300 м, по породам 500 м) достаточно иметь на буровом вращателе крутящий момент 1,4-1,6 кН-м. Значения касательных напряжений в сечениях моноопор из труб диаметрами 0,168 и 0,324 м с толщиной стенок 0,012 м при крутящем моменте даже 2 кН-м составляют 4,7 и 1,1 МПа соответственно. Эти значения малы по сравнению с пределом текучести материала моноопор на кручение, который обычно больше 300 МПа.

Под действием продольно-поперечного изгиба и кручения моноопора находится в двухосном напряженном состоянии. Для оценки влияния крутящего момента и создаваемого им напряжения на общее напряженное состояние моноопоры следует воспользоваться теорией наибольших касательных напряжений. По этой теории условное (без учета коэффициента запаса) допустимое нормальное напряжение в опасной точке моно-

Таблица 3.5

Расчетные значения [о_у] моноопоры из труб круглого сечения, кПа

опоры от сил продольно-поперечного изгиба может быть вычислено по условию прочности

где о_т - предел текучести материала моноопоры; т - касательное напряжение в опасной точке моноопоры от крутящего момента.

В табл. 3.5 приведены значения [Оу] для моноопор из труб диаметрами 0,168 и 0,324 м, рассчитанные по формуле (3.22) при значениях крутящего момента 2 кН-м (числитель) и 5 кН-м (знаменатель). Анализ данных этой таблицы позволяет сделать следующий вывод.

В инженерных расчетах моноопорного основания на прочность касательные напряжения от крутящего момента, возникающего при вращательном бурении, можно не учитывать. Даже при крутящем моменте в 2,5 раза большем, чем используемый на практике, [Оу] « о_т.

При использовании бурового оборудования со значительно большим крутящим моментом или моноопор с меньшим полярным моментом сечения расчеты необходимо выполнять с учетом напряжения кручения.