Menu

Предварительно напряженная (растянутая) моноопора

Допустимая высота моноопоры ограничена величиной суммарного допустимого напряжения, появляющегося в ее опасном сечении под воздействием на нее поперечных и продольных сил. В основе рассматриваемого способа повышения допустимых высот и сил нагружения моноопоры заложено уменьшение напряжения в ее опасном сечении от воздействия продольных сил.

В продольном (осевом) направлении моноопора нагружена силами собственной тяжести, тяжести расположенных на ней механизмов, а также силами, возникающими в процессе выполнения технологических операций при бурении. Силы тяжести вызывают в моноопоре напряжения сжатия. Силы технологических операций могут вызывать сжатие (например, при спуске и извлечении из скважины бурового снаряда) и растяжение моноопоры (например, при вдавливании грунтоносов или пенетрационно-каротажных зондов в породы). В первом случае силы технологических операций складываются с силами тяжести, во втором - вычитаются из них.

При изгибе моноопоры указанные силы приводят также к возникновению значительных дополнительных изгибающих моментов и, следовательно, напряжениям изгиба. Для моноопор, эксплуатируемых в проеме плавоснования (схемы I и II), наихудшее напряженное состояние имеет место, когда технологическая сила сжимающая (см. раздел 5.4). Для уменьшения этих напряжений предлагается выполнить моноопору предварительно напряженной. Это означает, что еще до нагружения моноопоры силами тяжести и сжимающими технологическими ее растягивают и она находится в напряженном состоянии.

Напряжение от предварительного растяжения моноопоры при нагружении ее силами тяжести буровых механизмов и сжимающими силами технологических операций будет уменьшаться на величину напряжения сжатия, которое способны вызвать в моноопоре указанные суммарные силы ее продольного нагружения. При определенных соотношениях напряжения от предварительного растяжения моноопоры и сил продольного ее нагружения в опасном сечении моноопоры будет либо напряжение растяжения, которое значительно меньше первоначального или близко нулю, либо напряжение сжатия.

Для практической реализации такого решения предлагается секции моноопоры выполнять из концентрично установленных труб, соответствующие концы каждой секции герметично соединять элементами замкового соединения и в образованной полости между наружной и внутренней трубами создавать давление воздуха (рис. 7.3).

Герметизацию полости между внутренней и наружной трубами секции можно обеспечить путем сварки их концов с ниппелем и муфтой замкового соединения. Для нагнетания в образованную полость воздуха и последующего контроля за величиной давления в ней в теле ниппеля или муфты замкового соединения может быть смонтировано ниппельное устройство.

При погружении в породы морского дна моноопоры из двухтрубных секций ударами по их соединительным элементам подводным кольцевым ЗС (см. разд. 6.2.2, рис. 6.5), наружный диаметр первых трех-четырех замков от башмака должен быть примерно на 0,03 м больше наружного диаметра труб секций. Наружные диаметры остальных замковых соединений и наружных труб секций могут быть одинаковыми, т.е. моноопора выше ударяемых замков может быть гладкоствольной.

 

[image]

Рис. 7.3. Схема моноопоры из предварительно растянутых трубчатых секций:

1 - башмак; 2, 6 - ниппель и муфта соединительного замка соответственно; 3, 5 - наружная и внутренняя трубы секции соответственно; 4 - воздушная полость секции; p - давление воздуха в полости трубчатой секции

И в том и в другом случае толщина стенки замкового соединения, перекрывающего толщины стенок двух труб и зазор между ними, является достаточной для выполнения резьбы с крупным шагом и конусностью. Это, в отличие от моноопор с муфтовым соединением их труб, существенно облегчает трудно выполнимое, особенно в условиях качки плавоснования, навинчивание труб больших диаметров и ускоряет процессы монтажа и демонтажа моноопоры.

Допускаемая высота моноопоры из секций двойных труб даже без приведения их в предварительно напряженное состояние будет больше допускаемой высоты моноопоры из секций одинарных труб. Моноопора из двойных труб представляет собой более жесткую и прочную металлоконструкцию, так как ее наружные и внутренние трубы по высоте в каждой секции жестко соединены между собой и приведенная суммарная их толщина стенки ближе к оптимальной.

Величина силы предварительного растяжения двухтрубной моноопоры определяется произведением величины давления воздуха в полости ее секции на площадь поперечного сечения между ее внутренней и наружной трубами. Площадь поперечного сечения зависит от наружных диаметров труб и толщины стенки наружной трубы. Необходимое давление воздуха в полости между трубами определяется расчетным путем в зависимости от прочности труб моноопоры и предполагаемых максимально возможных сил ее продольного нагружения.

Возможность осуществления настоящего способа повышения допустимой высоты моноопоры и пределов ее нагружения продольными силами проиллюстрируем на примере предварительного растяжения моноопоры высотой 55 м.

Исходя из рациональности сочетания прочности моноопоры и удобства ее монтажа и демонтажа, наружный диаметр ее секций примем равным 0,324 м. Учитывая достаточность максимального диаметра большинства разведочных скважин, диаметр внутренней трубы секции можно принять равным 0,168 м. Для уменьшения массы секций используем наружные и внутренние трубы с толщиной стенок 0,01 м.

Значения сил продольного нагружения моноопоры примем максимально возможными, которые могут встречаться при бурении инженерно-геологических скважин: сила тяжести буровых механизмов 30 кН; сила тяжести моноопоры высотой 55 м из двойных труб указанных диаметров 64,2 кН; сила технологических операций, сжимающая и растягивающая моноопору соответственно 15 и 100 кН. Следовательно, максимальные значения сил продольного нагружения моноопоры составляют: вниз 110 кН; вверх 6 кН плюс сила, создаваемая давлением воздуха в полостях секций моноопоры.

Определим давление воздуха в полостях секций моноопоры, необходимое для того, чтобы напряжение в ее опасном сечении от действия продольных сил свести к нулю. Задача сводится к определению давления, которое, будучи умноженным на площадь сечения кольцевого зазора между наружной и внутренней трубами секции, обеспечит растягивающую силу, равную 110 кН.

Такую силу в секциях указанных характеристик способно создать давление в их полостях, равное 1,7 МПа. Повышение давления воздуха в полости секции на каждые 0,1 МПа увеличивает продольную силу нагружения моноопоры на 6,4 кН. Вычисления по условиям третьей теории прочности показывают, что допустимое давление в трубах таких размеров с допустимым напряжением даже всего 200 МПа составляет не менее 13,3 МПа, т.е. почти в 8 раз больше необходимого. При вдавливании в породы забоя измерительных зондов с силой 100 кН и давлении 1,7 МПа в полостях секций моноопоры напряжение растяжения в сечениях труб с толщинами стенок 0,01 м составит всего 57,8 МПа, что значительно меньше допустимого.

Напряжения в моноопоре от ее сжатия, изгиба и кручения уменьшаются по мере удаления от дна моря. Поэтому в моноопоре по мере удаления от ее нижней части можно использовать секции с уменьшающимися в их полостях расчетными значениями давления воздуха либо переходить на монтаж верхней части моноопоры из однотрубных секций и т.д.

Использование способа предварительного растяжения эффективно для увеличения допустимых высот и нагружений продольными силами не только буровых моноопорных оснований из двух коаксиально установленных друг в друга труб, но и высотных сооружений из однотрубных и комбинированных секций для другого назначения: опоры для подвески проводов, опоры зданий и т.д. Особенно эффективен этот способ для сооружений, нагружаемых большими продольными силами, например, морских многоопорных оснований для бурения глубоких нефтегазовых скважин (свидетельство № 17332 на полезную модель "Морское буровое основание", 2001 г.; патент РФ № 2180036 на изобретение "Способ повышения устойчивости и прочности морского бурового основания и морское буровое основание", 2002 г.).

Использование способа предварительного растяжения труб в этих конструкциях не требует дополнительных затрат металла и не увеличивает их массу. Здесь достаточно загерметизировать концы труб (приварить фланцы) ив их полостях создать необходимое давление воздуха.

Значения допустимых высот и параметров высотных сооружений, в которых планируется использовать способ предварительного растяжения их трубчатых элементов, должны определяться расчетным путем с учетом конкретных условий их нагружения. Решение этих задач возможно по формулам сложного сопротивления сооружений изгибу, кручению и сжатию, в том числе с использованием методики, изложенной, выше в разделах 4 и 5.

Оставьте свой комментарий

Оставить комментарий от имени гостя

0
  • Комментарии не найдены

Последние материалы

Заключение (Грунты)

При построении курса учитывалась необходимость его использования для различных гидротехнических специальностей и специализаций. В качестве основной части для студентов всех гидротехнических специальностей следует считать обязательным прочтение гл. 1—7. В гл. 8...

25-08-2013 Просмотров:3422 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Представления о решении задач нелинейной механики грунтов

На современном этапе развития нелинейного направления механики грунтов оформились два основных подхода к решению практических задач расчета грунтовых оснований и сооружений: нелинейно-упругий и упругопластический (А. К. Бугров, С. С. Вялов...

25-08-2013 Просмотров:6484 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Прочность грунтов при сложном напряженном состоянии

Для сред и материалов, обладающих сплошностью, предложено много различных условий прочности. Для оценки прочности грунтов наиболее широкое распространение получило условие Мора—Кулона (2.38), не содержащее промежуточного главного напряжения а2 и тем...

25-08-2013 Просмотров:3564 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Еще материалы

Геоморфологический уровень вулканизма

Геоморфологический уровень вулканических излияний определяется гипсометрическим положением фундамента вулканической области. Каждая региональная область вулканизма характеризуется определенным геоморфологическим уровнем, являющимся одним из факторов, обусловливающих интенсивность вулканизма. Другими факторами, определяющими интенсивность вулканизма, являются...

19-08-2010 Просмотров:4680 Структурная вулканология

Типы вулканизма в различных регионах

ВУЛКАНИЗМ, СВЯЗАННЫЙ С ЭПИГЕОСИНКЛИНАЛЬНЫМ ОРОГЕНЕЗОМ Вулканизм на стыке континентов и океанов (талассократонов) Структурные условия вулканических поясов геосинклинально-орогенных областей рассматриваются в западной части Тихого океана. Условной границей между геосинклинально-орогенным вулканическим поясом и областью...

19-08-2010 Просмотров:8130 Структурная вулканология

Спосіб бічного нівелювання

Спосіб бічного нівелювання широко застосовують для виносу осей при детальній розбивці й для установки будівельних конструкцій у проектне положення. Сутність способу полягає в тому, що по лінії, паралельної основної осі АВ...

30-05-2011 Просмотров:3577 Інженерна геодезія