Menu

Расчет напряженно- деформированного состояния моноопоры

Определенное сочетание параметров внешних нагрузок с характеристиками моноопоры может привести к ее разрушению или к возникновению таких деформаций, при которых осуществлять с нее технологические операции по бурению скважин опасно и неэффективно. Поэтому на стадии проектных работ необходимо выполнять поверочные расчеты моноопорных оснований. Цель таких расчетов: 1) определение максимального напряжения в моноопоре и его сравнение с напряжением, допускаемым по условию надежности ее работы при заданных эксплуатационных режимах; 2) определение максимальных углов поворота моноопоры и их сравнение с нормативно допустимыми по условию удовлетворительной работы оборудования.

Размеры поперечного сечения моноопоры по сравнению с длиной и радиусом кривизны ее осевой линии малы. Поэтому при расчете моноопор следует применять стержневую модель. В механике стержней приняты в качестве аксиом следующие классические допущения.

  1. Материал стержня (моноопоры) подчиняется закону Гу- ка, и возникающие в нем максимальные напряжения остаются меньше предела пропорциональности.

  2. Плоские до деформации поперечные нормальные к продольной оси сечения стержня остаются нормальными и плоскими также после деформации, т.е. сдвиги не учитываются (гипотеза Бернулли).

  3. Осевая линия стержня считается нерастяжимой.

  4. Различные, но статически эквивалентные, локальные нагрузки вызывают в стержне одно и то же (за исключением местных напряжений) напряженное состояние (принцип Сен- Венана).

Бурение с моноопоры эффективно при угле поворота ее верхнего поперечного сечения не более, чем 10° (« 0,17 рад) от вертикали. Поэтому исследование напряженно-деформированного состояния моноопоры можно ограничить областью указанного предела ее углового отклонения. В этой области расчет моноопоры допустимо выполнять по линейной теории изгиба, которая основана на предположении, что под действием нагрузок перемещения конструкции остаются малыми по сравнению с ее длиной, а квадраты углов (в радианах) поворота оси моноопоры остаются малыми по сравнению с единицей. Использование линейной теории позволяет свести решение задачи к рассмотрению только линейных дифференциальных уравнений равновесия.

Напряженное состояние моноопоры складывается из напряжений изгиба, сжатия и кручения. Определяющим является напряжение изгиба. В режимах эксплуатации моноопоры оно значительно превосходит напряжения сжатия и кручения.

При малых перемещениях и углах поворота моноопоры для расчета напряжений сжатия и кручения, в отличие от напряжений изгиба, не имеет значения, какое положение займет моноопора под действием внешней нагрузки, какова форма ее изогнутой линии. Достаточно иметь данные только о внешней продольной нагрузке, внешнем крутящем моменте и геометрии моноопоры. Поэтому основной задачей расчета напряженного состояния моноопоры является нахождение значений внутренних изгибающих моментов в ее опасных сечениях.

Для моноопоры постоянного поперечного сечения опасным (с максимальным напряжением) можно считать сечение с максимальным изгибающим моментом. Для моноопоры переменного поперечного сечения из-за изменяющегося по высоте момента сопротивления наиболее опасным может стать сечение, в котором внутренний изгибающий момент может быть меньше максимального. Расчет моноопоры целесообразно начинать с определения ее напряженно-деформированного состояния в равновесном положении, т.е. со статического расчета, который выполняют, как правило, для всех проектируемых конструкций. Он позволяет получить первое общее представление об их работоспособности. В статическом расчете все действующие на моноопору нагрузки рассматриваются как квазистатические, т.е. постоянные во времени. Переменным во времени нагрузкам присваивается их максимальное значение.

Волновое давление на моноопорные основания в течение периода прохождения через них волны непостоянно. Поэтому оно становится причиной вынужденных поперечных колебаний моноопор. Теоретические и натурные исследования колебаний морских свайных сооружений, установленных на глубинах 1030 м, показали [33], что при определенных сочетаниях геометрических характеристик этих сооружений и режимов эксплуатации происходит резкое увеличение амплитуд их колебаний. Это свидетельствует о том, что период и основная частота собственных колебаний сооружений в этих случаях оказались близки или совпали с периодом и частотой сил волнового давления (резонанс).

Эксплуатация в резонансных режимах негативно отражается на напряженно-деформированном состоянии сооружений и нередко становится причиной их разрушений. А так как интервал глубин акваторий 10-30 м представляет для бурения с моноопорных оснований большой практический интерес, можно ожидать, что статический расчет не всегда будет способен дать полное представление о возникающих в них напряжениях и деформациях. Поэтому во многих случаях для моноопор дополнительно необходимо выполнять динамический расчет.

Основные задачи динамического расчета моноопоры для бурения в конкретных гидрологических условиях моря следующие: определение возможных частот равнодействующей волновой нагрузки; определение частоты колебаний системы моноопора - буровые механизмы; определение гидрологических условий и режимов работы, при которых происходит резкое ухудшение напряженно-деформированного состояния моноопоры из-за совпадения частоты равнодействующей волновой нагрузки с частотой собственных колебаний системы моноопора - буровые механизмы (резонанс). Эксплуатировать моноопору в резонансном режиме нерационально. Поэтому для бурения в указанных гидрологических условиях необходимо выбрать моноопору с иной геометрией ее поперечного сечения.

Распределение массы моноопоры по высоте обусловливает существование бесконечного множества ее собственных частот. Однако многочисленными наблюдениями и экспериментами установлено, что на практике вынужденные колебания морских свайных сооружений осуществляются по первой собственной форме колебаний [33]. Этой форме соответствует первая (основная) собственная частота. Следовательно, из бесконечного спектра собственных частот колебаний системы моноопора - буровые механизмы достаточно определять только первую. А оценку возможности возникновения в процессе эксплуатации моноопорного основания резонансных режимов следует давать, сравнивая первую собственную частоту моноопоры с частотой действия волновой нагрузки.

Характер зависимости частоты равнодействующей волновой нагрузки от времени и высоты морской волны описан в разделе 3. Первую собственную частоту колебаний системы моноопора - буровые механизмы можно определить, исследовав процесс собственных колебаний этой системы.

В процессе эксплуатации моноопора подвергается нагруже- нию технологическими силами, направление действия которых жестко связано с ориентацией верхнего сечения моноопорного основания. Эти силы по своей природе не консервативны. В системах, нагруженных неконсервативными силами, возможно возникновение динамической потери устойчивости [4, 10]. При этом сколь угодно малое случайное импульсное возмущение даже в отсутствие других нагрузок переменного характера приводит к развитию колебаний с нарастающими амплитудами. Поэтому при проектировании моноопорных оснований следует уделять внимание и вопросу их динамической устойчивости. Ответ на этот вопрос можно получить, проанализировав характер колебаний моноопоры, возникающих после возмущения.

Для практического расчета напряженного состояния моноопоры, выявления резонансных режимов эксплуатации и решения вопроса о ее устойчивости необходимо:

  1. разработать расчетные схемы моноопорного основания;

  2. получить уравнения равновесия и собственных колебаний моноопоры;

  3. предложить методы и приемы решений полученных уравнений.

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:2447 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:5014 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:2404 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Наши рекомендации

Еще материалы

Визначення координат, відстаней і кутів …

Географічні координати точки А (рис. 3.5) широту φ і довготу λ визначають на плані або карті, користуючись мінутними шкалами рамок трапеції. Для визначення широти через точку А проводять лінію паралельно...

30-05-2011 Просмотров:4519 Інженерна геодезія

Механические приборы

Для ускоренного приближенного определения амплитуд при небольшом числе точек измерения используют вибромарку (рис. 1.16, а). Вибромарка представляет собой вычерченный на плотной бумаге равнобедренный треугольник. Основание треугольника имеет размер Н =...

19-03-2013 Просмотров:2999 Обследование и испытание сооружений

Розподіл свердловин за групами ремонтів

Маючи рівняння зміни дебіту в часі, розподіляємо всі механізовані свердловини за термінами проведення поточних ремонтів на дві групи: свердловини, які економічно доцільно ремонтувати тільки після повного зносу насоса; свердловини, на яких економічно...

19-09-2011 Просмотров:2899 Підземний ремонт свердловин