Калькулятор прочности профильной трубы: Расчет прямоугольной трубы на прогиб и изгиб

alexxlab | 28.04.1996 | 0 | Разное

Содержание

Расчет прямоугольной трубы на изгиб для различных конструкций

Прямоугольная труба относится к профильным изделиям, которые, на сегодняшний момент используются не только в промышленном строительстве, но и в бытовом. Из подобных труб на собственном участке можно построить гараж, беседку навез. С профильной трубой очень любят работать сотрудники рекламной отрасли, которые изготавливают из таких труб заготовки для рекламных щитов и коробов.

Прямоугольные трубы выдерживают большие нагрузки, в том числе и динамические, устойчивы к коррозии. Именно поэтому они получили такое широкое распространение. Однако, чтобы правильно и, главное, безопасно использовать профильную трубу в строительстве, вне зависимости от масштабов такого строительства, необходимо уметь рассчитывать нагрузку на описываемые изделия, знать, какой изгиб может выдержать труба, не лопнув.

Что представляет собой прямоугольная труба?

Прямоугольная металлическая труба представляет собой металлическое изделие длиной в несколько метров. Прямоугольная труба имеет сечение соответствующей формы. Его площадь может быть самой разной. Все параметры таких труб регулируются специальными ГОСТами – документами, исходящими от государства. Требование того, чтобы все габариты соответствовали ГОСТам, связано со следующим:

  • труба, произведенная по ГОСТу, будет соответствовать требованиям безопасности. Если труба изготовлена в кустарных условиях, то есть вероятность, что пропорции не соответствуют требованиям безопасности. Есть опасность, что изделие не выдержит нагрузок и станет причиной обрушения конструкции;
  • при расчете нагрузок на трубу, не требуется измерять каждое конкретное изделие. Его параметры установлены ГОСТом, следовательно, можно брать данные из данного документа.

Изделия изготавливаются из различных видов стали. Некоторые марки стали не требуют дополнительной обработки. Это, например, так называемая, нержавейка. Сталь, которая боится коррозии, должна быть обработана специальными растворами или краской.

Строения из профильной трубы

Выше упоминалось, что из прямоугольных труб можно изготавливать самые разные металлоконструкции.
Изготавливая конструкцию из металлического профиля, необходимо особое внимание уделить расчетам. Правильные расчеты обеспечат надежность строения.

Если говорить о легких конструкциях, на которые не воздействуют небольшие нагрузки, то здесь расчеты, безусловно, должны быть произведены, но, даже если в них будут какие-либо ошибки, то это не критично. Нельзя допускать ошибок при расчетах нагрузок, в том числе, связанных с изгибом труб, если сооружаются серьезные здания.

Сопротивление материала

Каждый материал имеет точку сопротивления. Этому учат в учебных заведениях технического направления. При достижении указанной точки, материал может лопнуть, а конструкция, соответственно, рассыпаться. Таким образом, когда рассчитывается надежность какой-либо строительной конструкции, учитывается не только то, каковы габариты элементов конструкции, а также и то, из какого материала они сделаны, каковы особенности данного материала, какую нагрузку при изгибе он сможет выдержать. Учитываются и условия окружающей среды, в которых будет находиться конструкция.

Расчет на прочность осуществляется по нормальному напряжению. Это связано с тем, что напряжение распространяется по поверхности прямоугольной трубы неравномерно. В точке оказания давления и на краях трубы оно будет разным. Это необходимо понимать и учитывать.

Стоит добавить, что профильные трубы могут проверяться на изгиб и на практике. Для этого существует специальное оборудование. В нем труба изгибается, фиксируется её напряжение. Отмечается напряжение, при котором труба разрывается.

Необходимость практических экспериментов связана со следующим:

  • на практике могут иметь место отступления от ГОСТов. Если строение масштабное, то не следует доверять цифрам. Все необходимо проверить опытным путем;
  • в случае, если трубы произведены не в заводских условиях, например, сварены из металлического уголка, то, исходя из теоретических расчетов, нельзя понять, какое напряжение при изгибе выдержит труба.

Как узнать правильность расчетов?

Каждый материал, в том числе и металл, из которого изготавливаются прямоугольные трубы, имеет показатель нормального напряжения. Напряжение, возникающее на практике, не должно превышать данный показатель. Необходимо также учитывать, что сила упругости тем меньше, чем большие нагрузки воздействуют на трубу.

Помимо этого, нужно учитывать и формулу M/W. Где изгибающий момент оси действует на сопротивление изгибу.

Для получения более точных расчетов, изображается эпюра, то есть изображение детали, максимально отражающее особенности данной детали, в данном случае, прямоугольной трубы.

Самое главное

При расчете сопротивления профильной трубы при изгибе, необходимо пользоваться достижениями такой науки, как сопротивление материалов. Какие выводы из этого можно сделать? А вывод простой: все расчеты должны осуществлять профессионалы, которые отлично разбираются в сопротивлении материалов, которые не допустят ошибок.

Экономия на привлечении специалиста к расчетам может, позже, выйти боком. Сооружение просто-напросто может рассыпаться.

Расчет балки на прочность онлайн калькулятор

Балка длиной L загружена равномерно распределенной нагрузкой q либо сосредоточенной силой P, которые необходимо будет задать (как собрать нагрузки на балку можно получить тут Сбор нагрузок (калькулятор).
Все геометрические размеры сечения можно задать самому, поэтому в калькуляторе реализован огромный выбор самых различных балок: труба, швеллер, профильная труба, двутавр, уголок, пластина и др.
Расчет проходит по нормальным и касательным напряжениям, которые возникают из-за поперечной силы.
Касательные напряжения получаем по формуле Журавского и производим проверку с использованием главных напряжений по 3-ей теории прочности.

В онлайн расчет входят такие материалы, как сталь нескольких классов (С235, С245, С255, С345) и дерево трех сортов.

Для расчета вам необходимо:
1. Выбрать форму поперечного сечения (труба, швеллер, профильная труба, двутавр, уголок, пластина и др.)
2. Выбрать материал (сталь, дерево)
3. Выбрать необходимую расчетную схему
4. Выбрать вид нагрузки (распределенная по длине балки либо сосредоточенная)
5. Указать геометрические размеры, указанные на картинках
6. Задать нагрузку (нагрузку можно рассчитать онлайн здесь)


Также есть возможность выбора расчетной схемы: шарнир-шарнир, заделка-шарнир, заделка-заделка, свободный конец балки.
Коэффициенты поправки расчетного сопротивления дерева на изгиб приняты следующие:
Mдл = 0.66 – совместное действие постоянной и кратковременной снеговой нагрузок
Mв = 0.9 – нормальные условия эксплуатации дерева (влажность менее 12%)
Mт = 0.8 – эксплуатация дерева при температуре 50 градусов
Mсс = 0.9 – срок эксплуатации конструкции 75 лет

При расчете уже учитывается собственный вес конструкции.


Последние изменения
1. Добавлена возможность расчета балки при сосредоточенной нагрузке
– Добавлена проверка устойчивости стенки и полки двутавра, швеллера, уголка, профильной трубы
– Исправлено расчетное сопротивление дерева на изгиб согласно СП 64.13330.2017 “Деревянные конструкции”
– Исправлены расчетные сопротивления стали
– Исправлено допустимое эквивалентное напряжение при действии нормальных и касательных напряжений
– Добавлена возможность поворота швеллера

Если данный калькулятор оказался Вам полезен – не забывайте делиться им с друзьями и коллегами ссылкой в соц.сети, а также посмотреть другие строительные калькуляторы онлайн, они простые, но здорово облегчают жизнь строителям и тем, кто решил сам строить свой дом с нуля.

Расчет нагрузок на опору — схемы нагрузок, формулы расчета, примеры

Оптический кабель, как правило, является дополнительным элементом ВЛ. При подвесе ОКСН на действующих ВЛ всегда возникают дополнительные нагрузки, которые не были учтены при расстановке опор на этапе проектирования ВЛ, а также при выборе и расчете фундаментов или закреплений в грунте. Если в проектной документации не провести расчет допустимых нагрузок на опоры, то в процессе эксплуатации, это может привести к выходу из строя не только линии связи, но и к аварийной ситуации на линии электропередачи, перебоям с поставкой электроэнергии потребителям и длительному и дорогостоящему восстановительному ремонту.

В связи с этим при проектировании подвеса ВОК на ВЛ следует определять суммарные расчетные нагрузки на конструкции опор от всех фазных проводов, грозозащитного троса и ВОК с учетом ветровых нагрузок и гололедных отложений и сопоставлять их с допустимыми. В случае превышения нагрузок рекомендуется усиление опор, фундаментов или закреплений в грунте, замена опор или уменьшение пролетов путем подстановки новых опор.

Рис. 1. Упавшая опора ВЛЭП.

До середины 60-х годов в СССР расчет стальных и деревянных опор производился по методу допускаемых напряжений, а расчет железобетонных опор и оснований фундаментов опор из любого материала — по методу разрушающих нагрузок. В настоящее время расчет опор и их оснований производится по новому методу — методу предельных состояний.

Опоры, фундаменты или закрепления в грунте должны быть рассчитаны на сочетания расчетных нагрузок нормальных режимов по первой и второй группам предельных состояний, а также аварийных и монтажных режимов ВЛ по первой группе предельных состояний.

Расчет следует выполнить для каждого типа опоры, фундамента или закрепления в грунте.

При подвесе ОКСН или ОКГТ в межфазном пространстве, если нагрузки от них являются дополнительными, то в проекте должны быть представлены результаты расчетов опор, фундаментов или закреплений в грунте на нагрузки от ОК.

Предельные состояния, по которым производится расчет фундаментов или закреплений в грунте опор ВЛ, подразделяются на две следующие группы:

Первая группа включает предельные состояния, которые ведут к потере несущей способности элементов или к полной непригодности их в эксплуатации, т. е. к их разрушению любого характера. К этой группе относятся состояния при наибольших внешних нагрузках и при низшей температуре, т. е. при условиях, которые могут привести к наибольшим изгибающим или крутящим моментам на опоры, наибольшим сжимающим или растягивающим усилиям на опоры и фундаменты.

Вторая группа включает предельные состояния, при которых возникают недопустимые деформации, перемещения или отклонения элементов, нарушающие нормальную эксплуатацию, к этой группе относятся состояния при наибольших прогибах опор.

Метод расчета по предельным состояниям имеет целью не допускать, с определенной вероятностью, наступления предельных состояний первой и второй групп при эксплуатации, а также первой группы при строительстве ВЛ.

При разработке проектной документации оформленные результаты расчета нагрузок от ОК на опоры каждого типа должны содержать:

1) Титульный лист с указанием титула и наименования ВЛ; схемы с местом крепления ОК на опоре с размерами; информацию о ПО, в котором рассчитаны нагрузки; при расчете нагрузок без применения программных средств должны быть приведены ссылки на нормативные документы и справочную литературу, в соответствии с которой выполнен расчет; должны быть указаны номер и тип опоры; климатические условия расчета (ветровое давление, толщина стенки гололеда), региональные коэффициенты или коэффициенты перегрузки; схема расположения векторов вертикальной, поперечной и продольной составляющих, из которой однозначно понятно в какой системе координат («провод» или «опора») получены нагрузки; должны быть указаны длины пролетов, смежных с рассчитываемой опорой; типы фазных проводов, ГТ и/или ОКГТ, ОКСН, ОКНН и ОКФП, подвешенных до и после рассчитываемой опоры.

2) Первый лист отчета для промежуточной опоры должен содержать расчет на сочетание расчетных нагрузок нормальных и аварийных режимов по первой группе предельных состояний.

3) Первый лист отчета для анкерно-угловой опоры должен содержать расчет на сочетание расчетных нагрузок нормальных, аварийных и монтажных режимов по первой группе предельных состояний.

4) Второй лист отчета для промежуточной, а также анкерно-угловой опоры, должен содержать расчет на сочетание расчетных нагрузок нормальных режимов по второй группе предельных состояний.

Расчет дополнительных нагрузок на опору от подвеса ВОК

Нагрузки, соответствующие условиям эксплуатации конструкции или сооружения, называются нормативными нагрузками. В расчетах опор и их оснований принимают расчетные нагрузки, получаемые путем умножения нормативных нагрузок на коэффициенты перегрузки. Эти коэффициенты определены в зависимости от вероятности превышения нагрузок различных видов и от состояния линии, так называемого режима.

При расчете дополнительных нагрузок на опору от подвеса ВОК следует рассматривать следующие режимы работы:

  • Нормальный режим. Ветра нет, гололеда нет.
  • Режим максимального ветра под углом 45° к линии. Ветровой напор 100% под углом 45° к линии, гололеда нет.
  • Режим максимального ветра перпендикулярного линии. Ветровой напор 100% перпендикулярно линии, гололеда нет.
  • Режим гололеда с ветром. Ветровой напор 25% перпендикулярно линии, максимальный гололед.
  • Аварийный режим. Одностороннее тяжение (обрыв оптического кабеля), ветер и гололед отсутствуют.
  • Монтажный режим. Для промежуточной опоры: ветер и гололед отсутствуют, учитываются вес монтажной оснастки и монтажника. Для анкерной опоры: одностороннее тяжение, ветер и гололед отсутствуют, учитываются вес монтажной оснастки и монтажника.

На опору от подвеса на нее ВОК будут действовать 3 типа сил:

  • G — вертикальная сила, обусловленная силой тяжести ВОК, гололеда и монтажника;
  • P — горизонтальная поперечная сила, обусловленная воздействием ветра на ВОК;
  • T — горизонтальная продольная сила, тяжение ВОК в нижней точке кривой провеса.

Итоговое тяжение кабеля H — это суперпозиция этих сил.

Рис. 2. Дополнительные силы, прикладываемые к промежуточной опоре со стороны оптического кабеля

Рис. 3. Дополнительные силы, прикладываемые к анкерной опоре со стороны оптического кабеля

Алгоритм расчета сводится к следующему: находятся нормативные нагрузки, действующие на опору в рассматриваемом режиме, затем эти нагрузки умножаются на коэффициенты и получаются значения расчетных нагрузок. Расчетные нагрузки от ВОК в сумме с расчетными нагрузками от троса и проводов сравниваются с допустимыми нагрузками для конкретной опоры.

Расчет внецентренно-сжатой колонны.

Тут конечно же возникает вопрос: а как рассчитать остальные колонны, ведь нагрузка к ним будет приложена скорее всего не по центру сечения? Ответ на этот вопрос сильно зависит от способа крепления навеса к колоннам. Если балки навеса будут жестко крепиться к колоннам, то при этом будет образована достаточно сложная статически неопределимая рама и тогда колонны следует рассматривать как часть этой рамы и рассчитывать сечение колонн дополнительно на действие поперечного изгибающего момента, мы же далее рассмотрим ситуацию когда колонны, показанные на рисунке 1, соединены с навесом шарнирно (колонну, обозначенную красным цветом, мы больше не рассматриваем). Например оголовок колонн имеет опорную площадку — металлическую пластину с отверстиями для болтового крепления балок навеса. По разным причинам нагрузка на такие колонны может передаваться с достаточно большим эксцентриситетом:

Рисунок 2. Эксцентриситет приложения сосредоточенной нагрузки к колонне из-за прогиба балки навеса.

Балка, показанная на рисунке 2, бежевым цветом, под воздействием нагрузки немного прогнется (почему это произойдет, обсуждается отдельно) и это приведет к тому, что нагрузка на колонну будет передаваться не по центру тяжести сечения колонны, а с эксцентриситетом е и при расчете крайних колонн этот эксцентриситет нужно учитывать. Более точное определение эксцентриситетов зависит от жесткости колонны и балки, но мы в данном случае не будем учитывать жесткости и для надежности примем максимально неблагоприятное значение эксцентриситета. Случаев внецентренного нагружения колонн и возможных поперечных сечений колонн существует великое множество, описываемое соответствующими формулами для расчета. В нашем случае для проверки сечения внецентренно-сжатой колонны мы воспользуемся одной из самых простых:

(N/φF) + (Mz/Wz) ≤ Ry (3.1)

Т.е. предполагается, что внецентренное нагружение имеется только относительно одной оси.

В данном случае, когда сечение самой нагруженной колонны мы уже определили, нам достаточно проверить, подходит ли такое сечение для остальных колонн по той причине, что задачи строить сталелитейный завод у нас нет, а мы просто рассчитываем колонны для навеса, которые будут все одинакового сечения из соображений унификации.

Что такое N, φ и Ry мы уже знаем.

Формула (3.1) после простейших преобразований, примет следующий вид:

F = (N/Ry)(1/φ + ez·F/Wz) (3.2)

так как максимально возможное значение изгибающего момента Мz = N·ez, почему значение момента именно такое и что такое момент сопротивления W, достаточно подробно объясняется в отдельной статье.

Сосредоточенная нагрузка N на колонны, обозначенные на рисунке 1 синим и зеленым цветом, составит 1500 кг. Проверяем требуемое сечение при такой нагрузке и ранее определенном φ = 0.425

F = (1500/2050)(1/0.425 + 2.5·3.74/5.66) = 0.7317·(2.353 + 1.652) = 2.93 см2

Кроме того, формула (3.2) позволяет определить максимальный эксцентриситет, который выдержит уже рассчитанная колонна, в данном случае максимальный эксцентриситет составит 4.17 см.

Требуемое сечение 2.93 см2 меньше принятого 3.74 см2, а потому квадратную профильную трубу с размерами поперечного сечения 50х50 мм с толщиной стенки 2 мм можно использовать и для крайних колонн.

Примечание: Вообще-то изгибающий момент от эксцентриситета в наиболее опасном сечении, расположенном примерно посредине высоты колонны, будет в 2 раза меньше, соответственно и требуемая площадь сечения тоже будет немного меньше. Но как я уже говорил, при выполнении расчета не специалистом дополнительный запас по прочности никогда не помешает. К тому же в данном случае мы все равно принимаем большую площадь сечения из конструктивно-эстетических соображений.

Нормативные нагрузки на опору

Нормативная горизонтальная продольная нагрузка T ищется как проекция тяжения H на горизонтальную продольную ось.

Расчет вертикальной нагрузки на опору в рассматриваемом режиме, обусловленную силой тяжести ВОК и гололеда G, выполняется не через проекцию тяжения на вертикальную ось, а напрямую, используя расчет приведенный в ПУЭ. Следует помнить, что весовая нагрузка в пролете распределяется на обе опоры поровну если точки подвеса расположены на одной высоте. В общем случае весовая нагрузка от ВОК действует на опору от точки закрепления на опоре и до самой нижней точки кривой провеса кабеля.

Нормативную горизонтальную поперечную нагрузку, обусловленную воздействием ветра на ВОК P, можно найти не через проекцию тяжения на горизонтальную поперечную ось, а также напрямую. Следует помнить, что ветровая нагрузка в пролете распределяется на обе опоры поровну.

Рис. 4. Суммарный вектор нагрузки H, направленный вдоль кабеля

Изменения, внесенные в работу калькулятора

Исправления, внесенные от 20 июня 2021 года, стали:

1.включили проверку стоек по значению гибкости.

2.включили возможность расчета уголков спаренного и крестообразного типа.

3.включили функцию расчета швеллера, который имеет форму короба или двутавра.

4.включили проверку уголка согласно главным осям.

Исправления, внесенные от 8 сентября 2021 года включают:

1.добавление проверки локальной устойчивости стенок либо полок в двутавре, или швеллере, или уголке, также металлического профиля.

Исправления, внесенные от 2 декабря 2021 года, включают:

1.исправление расчетного параметра сопротивления деревянного материала на сжатие в разделе СП под названием «Деревянные конструкции».

2.исправление коэффициентов расчетного значения по длине, применяемые для материала из дерева.

3.исправление замечаний, отображающих итоговые расчеты.

Расчетные нагрузки на опору

Расчетные нагрузки рассчитываются путем умножения нормативных нагрузок на следующие коэффициенты.

Горизонтальная поперечная нагрузка P умножается на:

  • γnw — коэффициент надежности по ответственности, принимаемый равным: 1,0 — для ВЛ до 220 кВ; 1,1 — для ВЛ 330–750 кВ и ВЛ, сооружаемых на двухцепных и многоцепных опорах независимо от напряжения, а также для отдельных особо ответственных одноцепных ВЛ до 220 кВ при наличии обоснования;
  • γfP — коэффициент надежности по ветровой нагрузке, равный 1,3 при расчете по первой группе предельных состояний и 1,1 при расчете по второй группе предельных состояний;
  • γр — региональный коэффициент, принимаемый от 1 до 1,3. Значение коэффициента принимается на основании опыта эксплуатации и указывается в задании на проектирование. В большинстве случаев равен единице.

Вертикальная нагрузка G умножается на:

  • γnw — коэффициент надежности по ответственности, принимаемый равным: 1,0 — для ВЛ до 220 кВ; 1,3 — для ВЛ 330–750 кВ и ВЛ, сооружаемых на двухцепных и многоцепных опорах независимо от напряжения, а также для отдельных особо ответственных одноцепных ВЛ до 220 кВ при наличии обоснования;
  • γfG — коэффициент надежности по гололедной нагрузке равный 1,6 для районов по гололеду III и выше;
  • γd — коэффициент условий работы, равный 1 при расчете по первой группе предельных состояний и 0,5 при расчете по второй группе предельных состояний;
  • γр — региональный коэффициент, принимаемый равным от 1 до 1,5. Значение коэффициента принимается на основании опыта эксплуатации и указывается в задании на проектирование. В большинстве случаев равен единице.

Горизонтальная продольная нагрузка T умножается на:

  • γfT — коэффициент надежности по нагрузке от тяжения, равный 1,3 при расчете по первой группе предельных состояний и равный 1 при расчёте по второй группе предельных состояний.

Пример расчета металлической центрально-сжатой колонны:

Имеется: желание сделать навес возле кирпичного дома приблизительно следующего вида:

Рисунок 1. Расчетная схема навеса размером 10 на 6 метров с колоннами высотой 2.5 метра.

В данном случае единственной центрально-сжатой колонной при любых условиях закрепления и при равномерно распределенной нагрузке будет колонна, показанная на рисунке 1 красным цветом. Кроме того и нагрузка на эту колонну будет максимальной. Колонны, обозначенные на рисунке синим и зеленым цветом, можно рассматривать как центрально-сжатые, только при соответствующем конструктивном решении и равномерно-распределенной нагрузке, колонны, обозначенные оранжевым цветом, будут или центрально сжатыми или внецентренно-сжатыми или стойками рамы, рассчитываемой отдельно. В данном примере мы рассчитаем сечение колонны, обозначенной красным цветом. Для расчетов примем постоянную нагрузку от собственного веса навеса 100 кг/м2 и временную нагрузку 100 кг/м2 от снегового покрова.

2.1. Таким образом сосредоточенная нагрузка на колонну, обозначенную красным цветом, составит:

N = (100+100)·5·3 = 3000 кг

2.2. Принимаем предварительно значение λ = 100, тогда по таблице 2 коэффициент изгиба φ = 0.599 (для стали с расчетной прочностью 200 МПа, данное значение принято для обеспечения дополнительного запаса по прочности), тогда требуемая площадь сечения колонны:

F = 3000/(0.599·2050) = 2.44 см2

2.3. По таблице 1 принимаем значение μ = 1 (так как кровельное покрытие из профилированного настила, должным образом закрепленное, будет обеспечивать жесткость конструкции в плоскости, параллельной плоскости стены, а в перпендикулярной плоскости относительную неподвижность верхней точки колонны будет обеспечивать крепление стропил к кирпичной стене), тогда радиус инерции

i = 1·250/100 = 2.5 cм

2.4. По сортаменту для квадратных профильных труб данным требованиям удовлетворяет профиль с размерами поперечного сечения 70х70 мм с толщиной стенки 2 мм, имеющий радиус инерции 2.76 см. Площадь сечения такого профиля 5.34 см2. Это намного больше, чем требуется по расчету.

2.5.1. Мы можем увеличить гибкость колонны, при этом требуемый радиус инерции уменьшится. Например, при λ = 130 коэффициент изгиба φ = 0.425, тогда требуемая площадь сечения колонны:

F = 3000/(0.425·2050) = 3.44 см2

2.5.2. Тогда

i = 1·250/130 = 1.92 cм

2.5.3. По сортаменту для квадратных профильных труб данным требованиям удовлетворяет профиль с размерами поперечного сечения 50х50 мм с толщиной стенки 2 мм, имеющий радиус инерции 1.95 см. Площадь сечения такого профиля 3.74 см2, момент сопротивления для этого профиля составляет 5.66 см3.

2.6. Проверим, является ли принятый профиль допустимым по предельной гибкости. Точное значение гибкости составит

λ = 250/1.95 = 128.2

значение коэффициента а составит

а = 3000/(0.425·2050·3.74·1.1) = 0.837

тогда предельно допустимое значение гибкости

λmax = 180 — 60·0.837 = 129.8 > 128.2

Требования по предельно допустимой гибкости нами соблюдены.

Вместо квадратных профильных труб можно использовать равнополочный уголок, швеллер, двутавр, обычную трубу. Если расчетное сопротивление стали выбранного профиля больше 220 МПа, то можно пересчитать сечение колонны. Вот в принципе и все, что касается расчета металлических центрально-сжатых колонн, добавлю только, что если вы занимаетесь расчетом не профессионально и все возможные нагрузки не только учесть, но даже представить не можете, то не используйте значение λ > 80. Чем меньше гибкость, тем надежнее конструкция. Если вы обратили внимание, то в таблице 2 не предусмотрены значения гибкости превышающие 220, хотя теоретически гибкость может составлять и 300 и 1000, просто рассматривать стержни с такой гибкостью в качестве несущих не имеет никакого смысла — очень уж нестабильны.

Если следовать приведенной выше рекомендации, то даже трубы сечением 70х70х2 мм будет недостаточно, а потребуется труба сечением 80х80х3 мм, для которой радиус инерции составляет i = 3.12 см и соответственно гибкость будет λ = 250/3.12 = 80.1. Например, вы рассчитываете точно такой же навес, но не соединенный с относительно жесткой кирпичной стеной, а отдельно стоящий. В этом случае значение коэффициента скорее будет μ = 2, но вы, не вникая в сложности взаимоотношений строительных конструкций, решили, что вполне хватит и μ = 1. В этом случае принятое ограничение по гибкости позволит защитить вашу конструкцию от разрушения, ведь при μ = 2 значение расчетной длины колонны составит lef = 2·250 = 500 см, а гибкость колонны λ = 500/3.12 = 160.25 т.е. на пределе максимально допустимого (и даже за пределом). Если же вы не ошиблись с выбором расчетной схемы, но все равно воспользовались рекомендованным ограничением гибкости λ ≤ 80, то в результате вы получите повышенный запас по прочности и некоторое удорожание конструкции. Что лучше: сделать конструкцию с повышенным запасом прочности или полностью ее переделывать после обрушения — выбирать вам.

И еще, приложение нагрузки точно по центру тяжести колонны и абсолютная вертикальность колонны возможны только в теории, на практике всегда возникает некоторый эксцентриситет приложения нагрузки и если для колонн сечением 40х40 см изменение точки приложения нагрузки на несколько миллиметров или даже целый сантиметр можно и не учитывать, задавшись соответствующим коэффициентом запаса по прочности, то для колонны сечением 5х5 см такое отклонение может быть критическим. Почему? Сейчас разберемся.

Дополнительные нагрузки на опору от ОКГТ

Такие нагрузки возникают и требуют расчета в том случае, если ОКГТ больше и тяжелее грозотроса по типовому проекту. В большинстве случаев ОКГТ легче троса, так как ОКГТ производится из стальных проволок, плакированных алюминием и проволок из алюминиевого сплава.

Рис. 6. Схематичное изображение сечения ОКГТ.

Рис. 7. Схематичное изображение сечения ГТК.

Метод начальных параметров

Метод начальных параметров, является довольно универсальным и простым методом. Используя этот метод можно записывать формулу для вычисления прогиба и угла поворота любого сечения балки постоянной жесткости (с одинаковым поперечным сечением по длине.)

Под начальными параметрами понимаются уже известные перемещения:

  • в опорах прогибы равны нулю;
  • в жесткой заделке прогиб и угол поворота сечения равен нулю.

Учитывая эти хитрости, их называют еще граничными условиями, определяются перемещения в других частях балки.

Дополнительные нагрузки на опору от ОКНН

Учитываются:

  1. Нагрузка на провод/трос от ОКНН с учетом увеличения воздействия гололеда и ветра;
  2. Временное воздействие монтажного оборудования (навивочной машины).

Рис. 10. Для расчета ОКНН используется эквивалентный диаметр ГТК.

Рис. 11. Применение навивочной машины.

Примером расчета нагрузок на опору может служить результат работы в конфигураторе «ВОЛС на ВЛ с ОКСН». Смотрите по ссылке ниже подробный пример расчета с указанием источников нормативной и методологической информации:

Конфигуратор предназначен для автоматизации различных этапов проектирования подвесных ВОЛС:

  • выбора и подсчета необходимых комплектующих (кабель, арматура, муфты),
  • осмечивания проекта по материалам,
  • предоставления готовых чертежей по типовым узлам и решениям,
  • проверки соответствия проектных решений актуальным нормативным документам и методикам,
  • проверки совместимости различных материалов и узлов между собой.

Конфигуратор позволяет выполнить следующие автоматизированные расчеты:

  • выбор марки кабеля,
  • расчет оптимальных строительных длин,
  • подбор виброгасителей и составление схемы виброгашения,
  • расчет тяжений и стрел провеса,
  • расчет нагрузок на опоры от подвеса ВОК,
  • расчет на сближение с фазными проводами при различных климатических воздействиях и при возникновении пляски,
  • расчет наведенного электрического потенциала вблизи опоры и определение допустимых точек подвеса ОКСН (выдача результата из проведенных ранее расчетов для типовых опор).

Перейти в конфигуратор «ВОЛС на ВЛ с ОКСН»
Если вы являетесь инженером-проектировщиком или руководителем проектного отдела строительной организации, занимающейся строительством магистральных ВОЛС и хотели бы повысить свою квалификацию или квалификацию специалистов вашего отдела, рекомендуем вам обучение на курсе «Проектирование ВОЛС». Актуальное расписание ближайших занятий, программу курса и всю информацию по вопросам подачи заявок на обучение вы сможете найти в разделе «Обучение».

Посмотреть все доступные курсы

Илья Смирнов, технический эксперт, преподаватель ВОЛС.Эксперт

Момент инерции

Геометрическая характеристика, которая получила название момент инерции, важна при проведении расчетов на прогиб балки. Формула позволяет вычислить эту величину, мы приведем ее немного ниже.

При вычислении момента инерции нужно обращать внимание на то, что размер этой характеристики зависит от того, какова ориентация элемента в пространстве. При этом наблюдается обратно пропорциональная зависимость между моментом инерции и величиной прогиба. Чем меньше значение момента инерции, тем больше будет значение прогиба и наоборот. Эту зависимость достаточно легко отследить на практике. Каждый человек знает, что доска, положенная на ребро, прогибается гораздо меньше, чем аналогичная доска, находящаяся в нормальном положении.

Подсчет момента инерции для балки с прямоугольным сечением производится по формуле:

Нагрузка на профильную трубу: таблица, формулы расчета

Допустимая нагрузка на профильную трубу, таблица показателей регламентированы строительными нормами. Эти параметры являются важными характеристиками конструкций, которые применяют при вычислениях.

Профильная труба под нагрузкой

Нагрузка, действующая на профильную трубу

Предельная прочность профильной трубы характеризуется той нагрузкой, которую сможет выдержать изделие. Нормативные показатели нагрузок имеются в СП 20.13330.2011.

Различают такие нагрузки:

  1. Постоянные, при которых вес и усилие не меняются в течение длительного времени. Их создают конструкции зданий, грунты, а также давление стационарных предметов.
  2. Длительные, происходящие от действия перегородок, оборудования, материалов, вследствие усадки грунта и перепадов влажности.
  3. Кратковременные, происходящие от действия оборудования, силы веса людей, автомашин, климатических воздействий, от снега, льда, изменения температуры, порывов ветра.
  4. Особые — это сейсмические воздействия, результаты взрыва, при которых происходят колебания состава грунтов, а также произошедшие в результате аварий или пожаров.

Например, нужно подсчитать допустимые нагрузки на материал для навеса. В СП имеются формулы для расчета давления, есть таблицы для каждого типа воздействий. Учитывается сочетание всех видов давления.

Классификация нагрузок

При покупке труб нужно учитывать параметры, и какое давление они смогут выдержать. Профильные трубы применяют для каркаса разных сооружений, выбирать эти конструкции нужно точно.

Достоинствами профильных труб считаются:

  • прочность;
  • легкость;
  • стойкость к различным воздействиям;
  • несложная установка.

При строительстве беседки не подсчитывают воздействия, потому что легкие конструкции не подвергаются действию больших усилий. А при создании каркаса крупного сооружения надо провести вычисление воздействий на конструкцию. Балки устойчивы к разным повреждениям, но они имеют предел. Если воздействия будут подсчитаны правильно, то профиль под давлением грунта, слоя снега прогибается. Если снег убрать, балка вернется в исходное состояние. Если превысить допустимую силу, труба может поломаться.

Поэтому при покупке профиля подбирают:

  • размеры;
  • сечение;
  • давление на каркас;
  • характеристики стали;
  • силы, которые могут воздействовать на изделие во время эксплуатации.

Таким образом, можно точно вычислить, какую нагрузку держит профильная труба.

Расчетные схемы

Точный расчет нагрузки на профильную трубу начинают с выбора схемы расчета. Сначала вычисляют силу, действующую на конструкцию. Следующий этап — построение схемы нагрузки на профильную трубу с учетом всех действующих сил, размеров и сечения опор. После этого применяют нормативные параметры, имеющиеся в ГОСТ, делают инженерные расчеты. Для простоты вычислений можно использовать онлайн калькулятор, который содержит программы с формулами.

Максимальные нагрузки

Выбирая профиль, нужно учесть допустимый вес, который может выдержать балка или стойка в данном месте расположения. Показатель представлен в качестве распределенной силы, которая приложена в центре профиля. Под действием нагрузки труба согнется, но когда усилие прекратится, придет в исходное положение.

Если максимальная нагрузка превышена, это приведет к поломке конструкции. В расчетах учитывают совместную силу, которая действует на всю длину опоры. Поэтому балки не должны быть слишком большими. Установка мощной трубы может быть невыгодна с экономической точки зрения и вследствие утяжеления всей конструкции.

В этом случае устанавливают добавочные опоры, что дает возможность повысить допустимое давление. Чтобы определить величину предельной силы, можно применить калькулятор.

Методы расчета нагрузки

Используют такие способы расчета:

  • по калькулятору;
  • по таблицам;
  • с применением формул.

Перед расчетами выполняют чертеж, чтобы выяснить виды воздействий. Если профиль фиксируют одним концом, то выполняют расчет прямоугольной трубы на изгиб. Когда профиль крепят на опорах с 2 сторон, расчет делают на сжатие.

При вычислениях по таблицам показатели максимальной силы уже подсчитаны. Этот способ более простой, тут даются результаты расчетов для разных типов профиля. Имеется предельное значение усилия, которое может выдержать профиль. Из имеющихся методик расчета конструктор может выбрать наиболее приемлемый способ.

Для расчетов созданы специальные таблицы. Показатель момента инерции находят в таблице ГОСТ 8639-82. Параметры профиля прямоугольной формы даются в ГОСТ 8645-68.

Расчет на изгиб выполняют по формуле: σ = M/W, где M — представляет изгибающий момент, W — момент сопротивления трубы. Чем больше W, тем меньше усилие в конструкции. Чтобы найти M, надо знать длину профиля и уровень деформации стали. Это значение дается в ГОСТ. Чтобы вычислить значение W, нужно знать величину балки. Затем показатели ставят в формулу и производят вычисления.

Стойка из профильной трубы: расчет какой вес выдержит

Профильная труба является популярным мебельным и строительным элементом, с помощью которого сооружаются довольно прочные конструкции. Для многих читателей может быть открытием, но труба может быть изготовлена не только из стали, но и дерева, и бетона. По крайней мере, это отражено в типовых вычислениях, речь идет о колоннах из этого материала.

Трубы бетонные

Расчет стойки из профильной трубы по отношению к нагрузке, которую она может выдержать учитывает площадь сечения профиля, сопротивление материала, его гибкость, напряжение, инерцию по X и Y, расчетную длину. Значения подставляются в формулу, решение представляет собой суммарную нагрузку. Для практических задач используют упрощенную схему.

Профильная труба и способы использования

Профиль можно применять в сборке практически любых конструкций, промышленного, коммерческого и бытового назначения. В быту ее часто используют для сборки систем хранения вещей, в качестве аквариумной подставки, для навесов на балконе или веранде. На профиле может удерживаться мебель: стол, барная стойка, телевизионная подставка, поручни для занятий. Профиль часто применяется в коммерческом строительстве, из него собирают лестницы, различные легконесущие конструкции для террас, навесов, подиума и сцены.

Разновидности профильных труб

Список можно продолжить, профиль подходит для различных решений, поэтому часто привлекает мастеров, использующих его в строительстве и дизайне. Чаще всего из  трубы изготавливают опору под барную стойку, держатели для шкафа купе или аквариумную подставку. Наиболее щепетильно нужно отнестись к подставке для аквариума и учесть постоянно оказываемую нагрузку. В зависимости от этого параметра выбирается материал для изготовления.

Подставка под аквариум из проф трубы

Проект каркаса и поиск оптимума

Для начала можно порекомендовать сделать чертеж, от которого можно будет отталкиваться в расчетах. При наличии верхней рамы и нескольких опор, на которые будет распределяться напряжение, в зависимости от формы усилие можно будет распределить на несколько стоек. Стоит отметить, что при большей высоте конструкции, несущая способность отдельной профильной опоры будет уменьшаться за счет крутящего момента. При необходимости получения более высокой металлоконструкции добавляют несколько опор, которые связывают ребрами жесткости, равномерно распределяющими напряжение.

Металлоконструкция из профильной трубы

Например, так делаются стойки для навеса из профильной трубы, опирающегося на стену дома. При наличии опорной стены можно не обвязывать направляющие металлокаркаса, а рассчитать плечо, которое упирается в стену. Учитывайте, что в ГОСТе рассматриваются стандартные случаи расчета металлоконструкций.

Аквариумная подставка из профиля, исходя из вышесказанного, должна представлять собой опору с 3-4 ножками. При этом можно остановиться на одной опоре и шарнирных креплениях, распределяющим нагрузку. Для вычисления напряжения учитывается постоянная масса воды в аквариуме и стекла. Сколько выдержит конкретная аквариумная или барная опорная колонна, нужно оценивать по формуле.

Для начала сделайте проект металлоконструкции с указанием точных размеров, а потом проведите подсчеты с учетом суммарного напряжения. Проект можно подготовить в программе SketchUP.

Расчет

Определим оптимальное сечение колонны:

F = N/Ry,

где F – сечение,  N – напряжение по центру тяжести и действия совокупных сил на элемент, Ry – сопротивление выбранного материала (постоянная величина, определяется по таблице).

Работа над проектом в программе SketchUP

Эта формула может использоваться только для получения приблизительных данных, причем обязательно нужно выбирать сечение с запасом, так как напряжение будет направлено не только центрально, но и распределено. В связи с этим могут делаться различные кронштейны, которые компенсируют угловой момент силы, возникающий от действия распределенного напряжения.

Еще одним важным параметром является продольный изгиб, его учет позволит точнее определить сечение колонны:

F = N/φR,

где φ – коэффициент продольного изгиба, который принимают за 0,5–0,8.

Вычисления обычно проводятся с двухкратным запасом. При этом мастера используют значение  φ=0,25 для получения сечения 1-5 колонн конструкции.

Особенности крепежа и распределения напряжения

Металлические стойки под навес из профильной трубы опираются на фундамент и одну из стен. При этом опора может быть выполнена с различным шарнирным соединением. Такая опора может удерживать при достаточной прочности материала довольно большой вес. Скорректировать общий объем можно с помощью типов крепежа, установленной прямо или под наклоном.

Стандартный крепеж колонны делают следующим образом:

  • к фундаменту, верхние боковые;
  • к фундаменту, нижние боковые крепления;
  • к фундаменту, верхние и нижние боковые;
  • нижнее к фундаменту, верхнее к потолку;
  • нижнее плюс боковое к стене.

Используя эту схему, можно убедиться, что наиболее устойчивыми являются опоры с верхним креплением к потолку и нижним к фундаменту. Следующей по устойчивости является металлическая колонна с нижним фундаментным и двумя боковыми креплениями. Другие типы используются для крепежа стекла. Если общая высота сооружения достаточно большая, ставится несколько боковых креплений, равномерно распределяющих нагрузку на боковую стену.

Таким образом, барная стойка из профильной трубы и стекла будет надежно закреплена при креплении к полу и столешнице. При достаточно массивной конструкции рекомендуем добавить боковые ребра жесткости, это придаст некоторый индустриальный лоск в стиле «лофт». Их точная регулировка сделает использование более эргономичным.

Монтаж металлоконструкции

Монтаж каркаса проводится в следующей последовательности:

  • устанавливаются и крепятся вертикальные направляющие к фундаменту;
  • проводится  монтаж креплений – верхних или боковых;
  • делается регулировка;
  • для отдельностоящих сооружений проводится монтаж верха, связывая между собой вертикальные колонны.

При наличии проекта и четкого представления, о какой нагрузке может идти речь, монтаж делается в течение нескольких часов. Для крепежа стекла горизонтально, вертикально и под наклоном можно использовать стекловолоконный профиль.

Расчеты и типовые решения

Чтобы избежать трудоемких вычислений, которые без знания физики и использования калькулятора могут содержать в результате ошибки, рекомендуем использовать типовые решения с минимальной нагрузкой на колонну. Также получить желаемое помогут надежные подвижные шарнирные соединения, для крепления под наклоном и распределения углового момента.  В этом случае важно рассчитать, сколько выдержит такая опора.

Такой подход позволяет рассчитать различную мебель со стальными опорами, крепления в шкафу, при этом быть уверенными в их надежности и долговечности. Регулировка обычно позволяет надежно укрепить конструкцию. Выбирайте качественную сталь от зарекомендовавшего себя российского производителя, так можно избежать покупки продукции низкого качества.

Как рассчитать достаточный размер прямоугольной трубы под нагрузку? – Мысли и идеи

Анурьев справочник конструктора машиностроителя том1 (самое начало)

 

Если я вас правильно понял то ваш трап это по сути балка со свободно опертыми концами

Для расчёта вам нужно знать длину трапа и ту нагрузку которую создаёт ваш байк.

По идее такие штуки считаются исходя из условия жесткости (чтобы гнулось но не более определенной величины)

потому как вариант, что при закате мотоцикла трап стал колесом а потом выпрямился назад когда мотоцикл убрали, забавен но не удобен.

А именно это даст вам расчёт на прочность. (выдерживало нагрузку без необратимых изменений)

 

Определимся с условиями прогиба (v) как правило это некая доля от длины пролёта (L) я бы поставил 1/200, меньше 1/150 уже будет стрёмно.

 

Модуль упругости стали (E) 2100000 кгс/см2

 

Допустим ваш трап имеет длину (L) 2,5м (250см)

Байк весит 0,5т следовательно создаст нагрузку (P) 500кгс

Прогиб нас устроит 1/200 (v=250/200=1,25см)

 

Наша формула v=P*L^3/48*E*J

 

Нам надо найти минимально допустимый момент инерции нашей балки (J)

 

Преобразуем формулу J=P*L^3/48*E*v

 

Считаем J=500*250^3/48*2100000*1. вернуться к содержанию

Разновидности навесов

Для укрытия людей и предметов от воздействий природы зачастую строят навес из поликарбоната. Он применяется для защиты:

автомобильной стоянки;

зоны отдыха барбекю и игровых площадок;

точек мелкой торговли;

открытых бассейнов и душевых площадок;

входов в подъезды, въездных ворот, калиток.

При входе в частный дом или подъезд дома вместо навеса оборудуется козырек, но он тоже требует расчета.

Форма крыши для навеса зависит от желания. Они могут иметь следующие формы:

ровную или наклонную прямую;

одно или двухскатную;

выгнутую или вогнутую;

купольную или арочную;

пирамидальную или многогранную.

Исходя их формы крыши проводится сборка пояса из профильной трубы. Каждый пояс имеет свой тип и может быть:

сегментный;

полигональный;

трапециевидный или двускатный;

параллельный;

односкатный;

консольный;

треугольный. вернуться к содержанию

Размеры конструкции

В зависимости от места расположения фермы, ее формы и погодных условий проводится укрытие определенным материалом: металлический профиль, поликарбонат, профильный настил, асбестовые листы и др.

Каждый из материалов имеет свои стандартные размеры. Эти размеры могут служить основой при расчете общей длины конструкции, размеров между опорами. Для этого ширину и длину фермы надо сделать кратной размеру плит. Если размеры фермы рассчитывать под размеры плит, которыми она будет накрываться, то это уменьшит строительные отходы. Размер панели при расчете необходимо учитывать с учетом нагрузки, которую будет нести вся конструкция.

Характерным отличием может быть то, что в случае, когда общая длина фермы превысит 36 метров, необходимо выполнить строительный подъем.

Расчет высоты конструкции проводится исходя из того, для каких целей она изготавливается. Готовая конструкция не должна быть меньше 1.8 метра, средней высоты человека. вернуться к содержанию

Форма крыши и материал

От угла наклона навеса зависит длина стропил под его монтаж и марка кровельного материала.

Угол наклона от 22 до 30 градусов. Такой угол устанавливается на фермах, которые монтируются в регионах с высокой уровнем выпадения снежных осадков. Предпочтение тут отдается поясу из профильной труби треугольной формы. Крышу такого навеса рекомендуется накрывать прямыми асбестовыми или волнистыми листами, разного рода металлическим профилем.

Угол наклона от 15 до 22 градусов. Крыши навесов с таким углом наклона монтируются при высоких показателях ветровых нагрузок и имеют двускатную форму. Они отличаются небольшой парусностью и укрываются зачастую металлическими кровельными покрытиями.

Угол наклона от 6 до 15 градусов. Самые простые односкатные навесы. Могут накрываться поликарбонатом или профильным настилом.

Для определения несущей способности крыши или допустимой нагрузки, которую она может выдержать, рекомендуется использовать онлайн калькулятор. вернуться к содержанию

Материал для каркаса и опор

Каркас навеса состоит из опор, прогонов и обрешетки. Размеры этих металлоконструкций напрямую зависят от общих размеров фермы. Установлены эти величины требованиями ГОСТ 23119-78 и 23118-99.

Опоры могут быть изготовлены из стальной трубы круглой, диаметром от 4 до 10 см или же сделаны из стальной трубы профилированной, размером 0.8х0.8 см. Рассчитывая шаг монтажа опор, надо учесть то, что расстояние между опорами не должно превышать 1.7 метра. Нарушение этого правила может привести к потере прочности и надежности всей фермы.

Обрешетка выполняется из стальной трубы профилированной, размером 0.4х0.4 см. Она может быть выполнена из дерева или металла. От материалов изготовления зависит шаг монтажа обрешетки. Продольная деревянная обрешетка устанавливается с шагом в 25-30 см, металлическая обрешетка монтируется с шагом 70-80 см.

Прогоны для навесов с длиной пролета до 4.5 метров выполняются из металлического профиля 0. вернуться к содержанию

Расчет онлайн калькулятор

Представленный выше вариант расчета является самым простым. Существует много формул и вариантов для расчета навесов в зависимости от их форм, размеров, назначения. Для человека с хорошими знаниями сопромата и механики просто воспользоваться формулами и провести расчет. Ведь от того, насколько точны вычисления и низка погрешность, будет зависеть длительность службы навеса.

Если самостоятельное решение вопроса затруднительно, то лучше решить вопрос со специалистами. Провести расчет фермы для профильной трубы с использованием онлайн калькулятора для них не составит труда. Это даст возможность качественно и правильно составить проект, рассчитать марку и количество материалов, с точностью до 90 % определить стоимость конструкции.

 

Калькулятор прочности на напряжение прямоугольных стальных труб

Калькулятор прочности на напряжение прямоугольных стальных труб для расчета нормального напряжения, напряжения сдвига и напряжения фон Мизеса в критических точках заданного поперечного сечения прямоугольного полого конструктивного сечения.

Поперечная нагрузка на полое конструктивное сечение может быть вызвана нормальными и касательными напряжениями. одновременно на любом поперечном сечении ВСС.Нормальное напряжение в данном поперечном сечении изменяется по отношению к расстояние y от нейтральной оси, и оно наибольшее в самой дальней точке от нервная ось. Нормальное напряжение также зависит от изгибающего момента в сечения, а максимальное значение нормального напряжения в полом сечении конструкции возникает там, где изгибающий момент наибольший. Максимальное касательное напряжение возникает на нейтральной оси сечения HSS, где поперечная сила максимальна.

Примечание. Для получения дополнительной информации о тему см. в разделах «Касательные напряжения в тонкостенных элементах» и «Расчетные балок и валов на прочность» главы механики материалов .

Примечание.4 Расчет напряжения на участке A МПапсикси Нормальное напряжение [σ x_A ] — Напряжение сдвига [τ xy_A ] — Напряжение фон Мизеса при A [σ v_A ] — Расчет напряжения в разделе B Нормальное напряжение в B [σ x_B ] — Напряжение сдвига в B [τ xy_B ] — Напряжение фон Мизеса в B [σ v_B ] — Расчет напряжения на участке D Нормальное напряжение при D [σ x_D ] — Напряжение сдвига при D [τ xy_D ] — Напряжение фон Мизеса при D [σ v_D ] —

Примечание: используйте точку “.” в качестве десятичного разделителя.

Примечание. Напряжения — это положительные числа, и это величины напряжений в луч. Он не различает растяжение или сжатие конструкции. луч.

Примечание. Влияние концентрации напряжений не учитывается в расчетах.

Нормальное напряжение: Напряжение действует перпендикулярно поверхности (поперечному сечению).

Второй момент площади: способность поперечного сечения сопротивляться изгибу.

Напряжение сдвига: Форма напряжения, действующая параллельно поверхности (поперечному сечению), имеет режущий характер.

Напряжение: Средняя сила на единицу площади, вызывающая деформацию материала.

Погрузитесь в наше сравнение прочности, сравнивая уголки и стальные квадратные трубы друг с другом!

Практически для любого проекта, требующего металлической конструкции, прочность ее каркаса является одним из первых соображений.

Независимо от того, строите ли вы небоскреб или автомобиль, каркас, который вы создаете, должен соответствовать требованиям предполагаемого использования.

Среди самых прочных доступных строительных материалов уголки и квадратные трубы являются основными компонентами для создания каркаса, который и долговечен .

Несмотря на то, что оба они имеют схожие области применения, существуют ключевые различия в их способности выдерживать нагрузки, которые следует учитывать при реализации вашего проекта.

Давайте углубимся в сравнение уголка и стального уголка.стальные квадратные трубы укладываются друг на друга в отделе прочности.

Угловое железо Прочность

Угловое железо является одним из самых узнаваемых изделий из железа на рынке. Элементы углового железа, отличающиеся своей L-образной формой, находятся почти во всем, что вас окружает. От перекладин небоскреба до каркаса кровати или стиральной машины — вы найдете угловое железо.

Из-за своей формы уголки способны выдерживать большое давление .

Уголок с одним изгибом 90° является одним из самых прочных несущих элементов конструкции.Это потому, что он равномерно распределяет нагрузку по всей своей длине и сопротивляется изгибу . Имея только две стороны, меньше шансов, что давление, окружающее деталь, поставит под угрозу ее форму или целостность.

Однако из-за меньшего количества опорных сторон одноугольные железные балки подвержены скручиванию больше, чем другие конструкционные или механические стальные компоненты.

Угловые железные рамы: вместе прочнее

Угловые железные детали лучше работают вместе.

Вот почему уголки почти никогда не используются сами по себе ни в каких приложениях.

Чтобы предотвратить скручивание, металлические уголки скрепляются вместе, образуя каркас. Опорные конструкции, изготовленные из угловых железных рам — болтовых или сварных — имеют повышенную целостность поперечного сечения. Угловые железные рамы почти невозможно скрутить независимо от того, откуда исходит давление.

Прочность трубы квадратного сечения

Как и ее L-образный аналог, труба квадратного сечения отличается превосходной прочностью.

Часто используется в тех же целях, что и уголки, например:

  • Строительство зданий
  • Барьеры
  • Рамы транспортных средств

Прочность квадратных стальных труб определяется их формой.

Для изготовления требуется больше материала, квадратные трубы обычно толще, чем угловые или круглые трубы. Несмотря на то, что для изготовления требуется больше металла, его соотношение прочности и веса позволяет более легким деталям выдерживать больший вес. Это означает, что вы можете делать больше с меньшими затратами.

Квадратная труба с четырьмя одинаковыми сторонами имеет высокую прочность на растяжение и выдерживает экстремальные температуры и давление . Его форма также устойчива к скручиванию, раскалыванию и сжатию .

Однако квадратная форма трубы также является ее слабым местом.

Вертикальные кромки квадратных труб, подвергающиеся экстремальным нагрузкам, в сочетании с распределением натяжения приводят к потере прочности деталей. Это может привести к внутренней волнистости вдоль изгиба 90° и другим искажениям.

Квадратные трубы: производство для повышения прочности

Чтобы развеять любые опасения по поводу прочности квадратных труб, обратитесь к тому, как они производятся.

Несмотря на то, что форма может привести к некоторым проблемам с прочностью, квадратные трубы могут более чем соответствовать требованиям вашего проекта.

Трубы стальные любой формы изготавливаются одним из двух способов: горячей или холодной штамповкой.

В целом холодногнутые стальные трубы прочнее. Это связано с тем, что благодаря деформационному упрочнению он сопротивляется изгибу на 20% больше, чем трубы горячего формования.

Тем не менее, горячедеформированные стальные трубы можно сделать прочнее, чем холоднодеформированные, путем добавления сплавов во время обработки . Остерегайтесь: Любые загрязнения в горячедеформированной трубе делают детали восприимчивыми к изгибу.

Угловое железо против.Квадратная трубка: 

Независимо от того, что вы создаете, каркас вашего проекта является одним из его наиболее важных элементов . Никто не хочет строить что-то, что развалится при обычном использовании.

Тщательный выбор правильного материала для каркаса вашего проекта, будь то для структурных или механических целей, гарантирует, что ваш готовый продукт прослужит долго.

Хотите узнать больше о стальных трубах?

Загрузите наше руководство по проектированию гибки стальных труб!

Прочность обсадных и насосно-компрессорных труб

Наиболее важными механическими свойствами обсадных и насосно-компрессорных труб являются прочность на разрыв, сопротивление смятию и прочность на растяжение.Эти свойства необходимы для определения прочности трубы и проектирования обсадной колонны.

Минимальное внутреннее давление текучести (MIYP)

Если корпус подвергается внутреннему давлению выше, чем внешнему, говорят, что корпус подвергается разрывному давлению. Условия разрывной нагрузки возникают во время операций по управлению скважиной, испытаний на герметичность обсадной колонны, насосных операций и операций по добыче. MIYP тела трубы определяется по формуле внутреннего давления текучести, приведенной в Бюллетене API.5C3, Формулы и расчеты для свойств обсадных, насосно-компрессорных, бурильных и линейных труб . [1]

………………….(1)

где

P B = минимальное давление разрыва, psi,

Y p = минимальный предел текучести, psi,

t = номинальная толщина стенки, дюйм,

и

D = номинальный наружный диаметр трубы, дюйм.

Это уравнение, широко известное как уравнение Барлоу, рассчитывает внутреннее давление, при котором касательное (или кольцевое) напряжение на внутренней стенке трубы достигает предела текучести (YS) материала. Выражение может быть получено из уравнения Ламе для касательного напряжения, если сделать тонкостенное предположение, что D / t >> 1. Большинство обсадных труб, используемых на нефтяных месторождениях, имеют отношение D / t от 10 до 35. Коэффициент 0,875 в уравнении представляет собой допустимый производственный допуск, равный –12.5% от толщины стенки, указанной в API Bull. 5C2, Эксплуатационные характеристики обсадных, насосно-компрессорных и бурильных труб . [2] Давление при MIYP не означает, что труба будет разрываться или разрушаться, что происходит только тогда, когда касательное напряжение превышает предел прочности при растяжении (UTS). Таким образом, использование критерия предела текучести в качестве меры сопротивления внутреннему давлению трубы по своей сути является консервативным. Это особенно верно для материалов более низкого качества, таких как H-40, K-55 и N-80, у которых отношение UTS/YS значительно выше, чем у материалов более высокого качества, таких как P-110 и Q-125.Влияние осевой нагрузки на сопротивление внутреннему давлению обсуждается позже.

Прочность на смятие

Если внешнее давление превышает внутреннее, корпус разрушается. Такие условия могут существовать во время операций цементирования, расширения захваченной жидкости или опорожнения скважины. Прочность на смятие в первую очередь зависит от предела текучести материала и его коэффициента гибкости, D / t . Критерии прочности на смятие, приведенные в API Bull.5C3, Формулы и расчеты свойств обсадных труб, насосно-компрессорных труб, бурильных и линейных труб , [1] состоят из четырех режимов разрушения, определяемых пределом текучести и D / t . Каждый критерий обсуждается далее в порядке возрастания D / t .

Разрушение предела текучести

Коллапс предела текучести основан на текучести на внутренней стенке с использованием решения Lamé для упругости толстой стенки. Этот критерий вообще не представляет собой давление «схлопывания».Для толстостенных труб ( D / t < 15±), касательное напряжение превышает предел текучести материала до того, как произойдет разрушение из-за неустойчивости коллапса. ....................(2) В уравнениях обрушения используются номинальные размеры. Применимые соотношения D / t для предела текучести при разрушении показаны в таблице 1 .

  • Таблица 1. Диапазон формул предела текучести при разрушении

Пластиковый колпачок

Пластическое разрушение основано на эмпирических данных 2488 испытаний бесшовных обсадных труб К-55, Н-80 и П-110.Аналитического выражения, точно моделирующего поведение коллапса в этом режиме, получено не было. Регрессионный анализ приводит к уровню достоверности 95%, что 99,5% всех труб, изготовленных в соответствии со спецификациями Американского института нефти (API), выйдут из строя при давлении разрушения выше, чем давление разрушения пластика. Минимальное давление разрушения для пластического диапазона разрушения рассчитывается по уравнению 90 375. 3 .

………………….(3)

Коэффициенты A, B и C и применимый диапазон D / t для формулы пластического разрушения показаны в Таблица 2 .

  • Таблица 2 – Коэффициенты формулы и диапазоны D/t для разрушения пластика

Разрушение перехода

Переходный коллапс получается с помощью числовой кривой, подходящей для пластического и упругого режимов. Минимальное давление разрушения для зоны перехода от пластического к упругому, P T , рассчитывается с помощью уравнения . 4 .

………………….(4)

Коэффициенты F и G и применимый диапазон D / t для формулы переходного давления разрушения показаны в таблице 3 .

  • Таблица 3 – Коэффициенты формулы и диапазон D/t для свертывания перехода

Эластичный коллапс

Elastic Collapse основан на теоретическом отказе от упругой неустойчивости; этот критерий не зависит от предела текучести и применим к тонкостенным трубам ( D / t >

25±). Минимальное давление разрушения для упругого диапазона разрушения рассчитывается по формуле 90 375. 5 . ………………..(5) Применимый диапазон D / t для упругого разрушения показан в таблице 4 .

  • Таблица 4- Диапазон D/t для упругого смятия

Большинство нефтепромысловых труб разрушаются в «пластическом» и «переходном» режимах. Многие производители продают обсадную колонну с «высоким смятием», которая, по их утверждению, имеет рабочие характеристики смятия, превышающие рейтинги, рассчитанные по формулам API Bull.5C3, Формулы и расчеты для свойств обсадных, насосно-компрессорных, бурильных и линейных труб . [1] Эти улучшенные характеристики достигаются, главным образом, за счет использования лучших методов производства и более строгих программ обеспечения качества для уменьшения овальности, остаточного напряжения и эксцентриситета. Обсадная колонна с высокой разрушаемостью изначально была разработана для использования в более глубоких секциях скважин с высоким давлением. Использование обсадных труб с высоким сжатием получило широкое признание в отрасли, но некоторые операторы по-прежнему спорят о его использовании.К сожалению, все производители ’ претензии не были подтверждены квалификационными испытаниями соответствующего уровня. Если в конструкции требуется обсадная колонна с высоким разрушением, следует получить соответствующую консультацию эксперта для оценки требований производителя. s данные квалификационных испытаний, такие как отношение длины к диаметру, условия испытаний (концевые ограничения) и количество выполненных испытаний.

Эквивалентное внутреннее давление

Если труба подвергается как внешнему, так и внутреннему давлению, эквивалентное внешнее давление рассчитывается как

………………..(6)

где

p e = эквивалентное внешнее давление,

p o = внешнее давление,

p i = внутреннее давление,

и

Δ р = р o р i .

Чтобы обеспечить более интуитивное понимание смысла этой взаимосвязи, Eq.6 можно переписать как

………………….(7)

где

D = номинальный наружный диаметр,

и

d = номинальный внутренний диаметр.

В уравнении 7 , мы можем видеть внутреннее давление, приложенное к внутреннему диаметру, и внешнее давление, приложенное к внешнему диаметру. «Эквивалентное» давление, приложенное к внешнему диаметру, представляет собой разницу этих двух условий.

Осевая прочность

Осевая прочность тела трубы определяется по формуле предела текучести тела трубы, приведенной в API Bull.5C3, Формулы и расчеты для свойств обсадных, насосно-компрессорных, бурильных и линейных труб . [1]

………………….(8)

где

F y = осевая прочность тела трубы (единицы силы),

Y p = минимальный предел текучести,

D = номинальный наружный диаметр,

и

d = номинальный внутренний диаметр.

Осевая прочность является произведением площади поперечного сечения (на основе номинальных размеров) и предела текучести.

Комбинированные стрессовые воздействия

Все ранее приведенные уравнения прочности труб основаны на одноосном напряженном состоянии (т. е. состоянии, в котором только одно из трех главных напряжений отлично от нуля). Эта идеализированная ситуация никогда не возникает на нефтяных месторождениях, потому что труба в стволе скважины всегда подвергается комбинированным нагрузкам. Фундаментальной основой конструкции корпуса является то, что если напряжения в стенке трубы превышают предел текучести материала, возникает состояние разрушения.Следовательно, предел текучести является мерой максимально допустимого напряжения. Чтобы оценить прочность трубы в условиях комбинированного нагружения, одноосный предел текучести сравнивается с условием текучести. Возможно, наиболее широко принятый критерий текучести основан на теории максимальной энергии искажения, которая известна как условие текучести Хубера-Хенки-Мизеса или просто напряжение фон Мизеса, трехосное напряжение или эквивалентное напряжение. [3] Трехосное напряжение (эквивалентное напряжение) не является истинным напряжением.Это теоретическое значение, которое позволяет сравнить обобщенное трехмерное (3D) напряженное состояние с критерием одноосного разрушения (пределом текучести). Другими словами, если трехосное напряжение превышает предел текучести, это указывает на нарушение текучести. Трехосный коэффициент безопасности представляет собой отношение предела текучести материала к трехосному напряжению. Критерий текучести формулируется как ………………….(9) где

Y p = минимальный предел текучести, psi,

σ VME = трехосное напряжение, psi,

σ z = осевое напряжение, psi,

σ ϴ = касательное или кольцевое напряжение, фунт/кв. дюйм,

и

σ r = радиальное напряжение, psi.

Рассчитанное осевое напряжение σ z в любой точке площади поперечного сечения должно включать влияние:

  • Собственный вес
  • Плавучесть
  • Нагрузки давлением
  • Гибка
  • Ударные нагрузки
  • Фрикционный тормоз
  • Точечные нагрузки
  • Температурные нагрузки
  • Нагрузки на изгиб

За исключением изгибающих/нагрузочных нагрузок, осевые нагрузки обычно считаются постоянными по всей площади поперечного сечения.

Касательные и радиальные напряжения рассчитываются по уравнениям Ламе для толстостенных цилиндров.

………………….(10)

и

………………….(11)

где

p i = внутреннее давление,

p o = внешнее давление,

r i = внутренний радиус стенки,

r o = радиус внешней стены,

и

r = радиус, на котором возникает напряжение.

Абсолютное значение σ ϴ всегда наибольшее у внутренней стенки трубы, а также у разрывных и разрушающих нагрузок, где | p i p o | >> 0, то | σ ϴ | >> | σ r | . Для любой комбинации p i и p o сумма касательных и радиальных напряжений постоянна во всех точках стенки корпуса.Замена экв. 10 и экв. 11 в Ур. 9, после перестановок дает ……………….(12) в котором а также

где

D = наружный диаметр трубы,

и

t = толщина стенки.

Экв. 12 рассчитывает эквивалентное напряжение в любой точке тела трубы для любой заданной геометрии трубы и условий нагрузки. Чтобы проиллюстрировать эти концепции, давайте рассмотрим несколько частных случаев.

Комбинированное разрушение и растяжение

Предположим, что σ z > 0 и σ ϴ >> σ r и установка трехосного напряжения равным пределу текучести приводит к следующему уравнению эллипса. ………………..(13) Это двухосный критерий, используемый в стандарте API Bull. 5C3, Формулы и расчеты для свойств обсадных труб, насосно-компрессорных труб, бурильных и линейных труб , [1] для учета влияния растяжения на разрушение…………………..(14) куда

S a = осевое напряжение, основанное на плавучей массе трубы,

и

Y p = предел текучести.

Хорошо видно, что по мере увеличения осевого напряжения S a сопротивление смятию трубы снижается. Построение этого эллипса, Рис. 1 , позволяет провести прямое сравнение трехосного критерия с оценками API. Нагрузки, попадающие в расчетный диапазон, соответствуют расчетным критериям.Искривленный нижний правый угол вызван комбинированными эффектами напряжения, как описано в Eq. 14 .

  • Рис. 1—Критерии разрушения корпуса.

Комбинированная нагрузка на разрыв и сжатие

Комбинированная нагрузка на разрыв и сжатие соответствует верхнему левому квадранту проектной оболочки. Это область, где трехосный анализ является наиболее важным, поскольку опора только на одноосный критерий не предсказывает несколько возможных отказов.При высоких разрывных нагрузках (т. е. высоком касательном напряжении и умеренном сжатии) разрушение при разрыве может произойти при перепаде давления, меньшем, чем давление разрыва API. При высоких нагрузках на сжатие и умеренных разрывных нагрузках типом разрушения является постоянное штопорное скручивание (т. е. пластическая деформация из-за спирального коробления). Эта комбинированная нагрузка обычно возникает, когда возникает высокое внутреннее давление (из-за негерметичности НКТ или повышения давления в кольцевом пространстве) после повышения температуры обсадной колонны из-за добычи.Повышение температуры в незацементированной части обсадной трубы вызывает тепловое расширение, что может привести к значительному увеличению сжатия и коробления. Увеличение внутреннего давления также приводит к увеличению коробления.

Комбинированная нагрузка разрывом и растяжением

Комбинированная разрывная и растягивающая нагрузка соответствует верхнему правому квадранту проектной оболочки. Это та область, где опора только на одноосный критерий может привести к более консервативному расчету, чем это необходимо.При высоких разрывных нагрузках и умеренном натяжении предел текучести при разрыве не произойдет до тех пор, пока не будет превышено давление разрыва API. Когда натяжение приближается к осевому пределу, разрыв может произойти при перепаде давления ниже значения API. При высоком растяжении и умеренных разрывных нагрузках текучесть тела трубы не произойдет до тех пор, пока не будет достигнуто натяжение, превышающее одноосное номинальное значение.

Повышение сопротивления разрыву при растяжении дает инженеру-проектировщику хорошую возможность сэкономить деньги, сохраняя при этом целостность ствола скважины.Точно так же разработчик может пожелать допустить нагрузки между одноосным и трехосным растяжением. Однако в последнем случае следует проявлять большую осторожность из-за неопределенности того, какое давление разрыва может быть замечено в сочетании с высокой растягивающей нагрузкой (исключением является случай испытательной нагрузки под давлением сырого цемента). Кроме того, рейтинги подключения могут ограничивать ваши возможности проектирования в этом регионе.

Использование трехосного критерия для разрушающей нагрузки

Для многих труб, используемых на нефтяных месторождениях, разрушение представляет собой нарушение неупругой устойчивости или нарушение упругой устойчивости, не зависящее от предела текучести.Трехосный критерий основан на упругом поведении и пределе текучести материала и, следовательно, не должен использоваться при разрушающих нагрузках. Единственным исключением являются толстостенные трубы с низким соотношением D / t , которые имеют рейтинг API в области разрушения предела текучести. Этот критерий разрушения вместе с эффектами растяжения и внутреннего давления (которые являются трехосными эффектами) приводят к тому, что критерий API практически идентичен трехосному методу в нижнем правом квадранте трехосного эллипса для толстостенных труб.

При высоких нагрузках на сжатие и умеренных разрушающих нагрузках, возникающих в нижнем левом квадранте расчетной оболочки, режим отказа может представлять собой постоянный штопор из-за спиральной потери устойчивости. В этом случае уместно использовать трехосный критерий. Такое сочетание нагрузок обычно может иметь место только в скважинах, в которых происходит значительное повышение температуры из-за добычи. Сочетание разрушающей нагрузки, вызывающей обратное вздутие, и повышения температуры приводит к увеличению сжатия в незацементированной части колонны.

Большинство инженеров-конструкторов используют минимальную стенку для расчетов на разрыв и номинальные размеры для расчетов на смятие и осевые расчеты. Можно привести аргументы в пользу использования любого предположения в случае трехосной конструкции. Самое главное, в большей степени, чем выбор допущений о размерах, заключается в том, чтобы результаты трехосного анализа согласовывались с одноосными рейтингами, с которыми их можно сравнивать.

Трехосный анализ, пожалуй, наиболее ценен при оценке разрывных нагрузок.Следовательно, имеет смысл откалибровать трехосный анализ, чтобы он был совместим с одноосным пакетным анализом. Это может быть сделано путем соответствующего выбора конструктивного фактора. Поскольку трехосный результат номинально сводится к одноосному результату разрыва, когда не применяется осевая нагрузка, результаты обоих этих анализов должны быть эквивалентны. Поскольку предел прочности на разрыв основан на 87,5 % номинальной толщины стенки, трехосный анализ, основанный на номинальных размерах, должен использовать расчетный коэффициент, равный расчетному коэффициенту на разрыв, умноженному на 8/7.Это отражает философию, согласно которой следует использовать менее консервативное допущение с более высоким расчетным коэффициентом. Следовательно, для расчетного коэффициента разрыва, равного 1,1, следует использовать трехосный расчетный коэффициент, равный 1,25.

Окончательные расчеты трехосного напряжения

На рис. 2 графически представлены предельные значения трехосного, одноосного и двухосного сечения, которые следует использовать при проектировании обсадных труб, а также набор согласованных расчетных факторов.

  • Рис. 2—Расчетные коэффициенты для критериев разрушения обсадной колонны.

Из-за потенциальных преимуществ (как экономии средств, так и лучшей механической целостности), которые могут быть реализованы, трехосный анализ рекомендуется для всех конструкций скважин. Конкретные приложения включают:

  • Экономия средств при разрывной конструкции за счет повышения сопротивления разрыву при растяжении
  • Учет воздействия больших температур на профиль осевой нагрузки в высоконапорных и высокотемпературных скважинах (это особенно важно при комбинированном нагружении взрывом и сжатием)
  • Точное определение напряжений при использовании толстостенных труб ( D / t <12) (обычные одноосные и двухосные методы предполагают наличие тонкостенных стенок) предел текучести материала)

Хотя признано, что критерий фон Мизеса является наиболее точным методом представления поведения упругой текучести, использование этого критерия в конструкции труб должно сопровождаться некоторыми предосторожностями.

Во-первых, для большинства труб, используемых на нефтяных месторождениях, разрушение часто является разрушением из-за неустойчивости, которое происходит до того, как расчетное максимальное трехосное напряжение достигает предела текучести. Следовательно, трехосное напряжение не следует использовать в качестве критерия разрушения. Только в толстостенных трубах происходит текучесть перед разрушением.

Во-вторых, точность трехосного анализа зависит от точного представления условий, существующих как для трубы, установленной в скважине, так и для последующих представляющих интерес нагрузок.Часто именно изменение условий нагрузки является наиболее важным при анализе напряжения. Следовательно, точное знание всех температур и давлений, возникающих в течение срока службы скважины, может иметь решающее значение для точного трехосного анализа.

Образец проектных расчетов

В примерах, которые обсуждаются далее, исследуются критерии разрыва и разрушения. Трехосные напряжения рассчитываются для различных ситуаций нагрузки, чтобы продемонстрировать, как на самом деле используются формулы прочности обсадной колонны и формулы нагрузки.

Пример расчета пакета с трехосным сравнением

Предположим, что у нас есть промежуточная обсадная колонна N-80 13 3 / 8 дюймов, 72 фунта/фут, установленная на глубине 9000 футов и зацементированная на поверхности. Перепад давления разрыва для этого корпуса определяется уравнением . 1 .

Вариант нагрузки, который мы будем тестировать, представляет собой случай взрывного вытеснения в газ с пластовым давлением 6000 фунтов на квадратный дюйм, глубиной пласта 12 000 футов и градиентом газа, равным 0,1 фунта на квадратный дюйм/фут.

Согласно этому расчету, корпус достаточно прочен, чтобы выдержать такое давление разрыва. В качестве дополнительного теста рассчитаем связанное с этим случаем напряжение фон Мизеса. Поверхностное осевое напряжение представляет собой вес обсадной колонны, деленный на площадь поперечного сечения (20,77 дюйма 2 ) за вычетом нагрузки от давления при цементировании (примем, 15 фунтов/галлон цемента).

Радиальные напряжения для внутреннего и внешнего радиусов — это внутреннее и внешнее давления.

Кольцевые напряжения рассчитываются по формуле Ламе ( Eq.10 ).

Эквивалентное напряжение по фон Мизесу или трехосное напряжение задается как Eq. 9 . Оценка уравнения 9 на внутреннем радиусе и на внешнем радиусе имеем

и

Максимальное напряжение фон Мизеса находится внутри 13 3 / 8 -дюймов. корпус со значением, которое составляет 66% предела текучести. При расчете разрыва приложенное давление составляло 89% расчетного давления разрыва. Таким образом, расчет всплеска является консервативным по сравнению с расчетом фон Мизеса для этого случая.

Пример расчета обрушения

Для расчета образца обрушения мы проверим сопротивление обрушению 7-дюймового хвостовика P-110 плотностью 23 фунта/фут, зацементированного на глубине от 8000 до 12000 футов. свойства лайнера по отношению к различным режимам обрушения, было установлено, что для этого лайнера прогнозируется переходное схлопывание. Давление разрушения для этого вкладыша рассчитывается по формуле 90 375. 4 со следующими значениями для F и G , взятыми из таблицы 3 .

Тогда давление разрушения определяется выражением

Чтобы оценить разрушение этого лайнера, нам нужны внутренние и внешние давления. Внутреннее давление определяется при полном вакуумировании над пакером.

Внешнее давление основано на полностью зацементированном участке за 7-дюймовым буром. лайнер. Профиль внешнего давления задается профилем внешнего давления смеси буровой раствор/цемент-вода, где предполагается, что хвостовик зацементирован в буровом растворе плотностью 10 фунтов/галлон с градиентом давления внутренней смеси-воды, равным 0.45.

Эквивалентное давление рассчитано по P 5 I и P O O Для сравнения с давлением коллапса, P C , благодаря использованию экв. 6 .

Поскольку p e превышает p c (4440 фунтов на кв. дюйм), прогнозируется обрушение хвостовика. В этом случае нецелесообразно рассчитывать напряжение фон Мизеса для разрушения, поскольку разрушение в переходной области не является строго условием пластической текучести.

Номенклатура

А = константа в уравнении пластического коллапса, безразмерная
Б = константа в уравнении пластического коллапса, безразмерная
С = постоянная в уравнении пластического коллапса, psi
д = номинальный внутренний диаметр трубы, дюйм.
Д = номинальный наружный диаметр трубы, дюйм.
Д/т = коэффициент гибкости, безразмерный
f 1 , f 2 , f 3 = условия комбинированного стрессового воздействия для обрушения, фунт/кв. дюйм
Ф = константа в уравнении переходного коллапса, безразмерная
Ф у = осевая прочность тела трубы, фунт-сила
Г = константа в уравнении переходного коллапса, безразмерная
Г = модуль сдвига, psi
р е = эквивалентное внешнее давление, psi
р я = внутреннее давление, psi
р или = внешнее давление, psi
П Б = минимальное давление разрыва, psi
П Е = давление упругого разрушения, psi
П П = давление разрушения пластика, psi
Р Yp = предел текучести, давление разрушения, psi
П Т = переходное давление разрушения, psi
р = радиальный кольцевой зазор, дюйм.
р я = внутренний радиус трубы, дюйм.
р или = внешний радиус трубы, дюйм.
С а = осевое напряжение, основанное на выталкивающей массе трубы, psi
т = номинальная толщина стенки, дюйм.
Y р = минимальный предел текучести трубы, psi
Δ р = po – pi, psi
σ р = радиальное напряжение, psi
σ ВМЭ = трехосное напряжение, psi
о г = осевое напряжение, psi
σ ϴ = касательное или кольцевое напряжение, фунт/кв. дюйм

Каталожные номера

  1. 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 API Bull. 5C3, Бюллетень формул и расчетов свойств обсадных, насосно-компрессорных, бурильных и линейных труб, четвертое издание. 1985. Даллас: API.
  2. ↑ Бюллетень API. 5C2, Бюллетень по эксплуатационным характеристикам обсадных, насосно-компрессорных и бурильных труб, восемнадцатое издание. 1982. Даллас: API.
  3. ↑ Крэндалл, С.Х. и Даль, Северная Каролина, 1959. Введение в механику твердых тел. Нью-Йорк: Книжная компания McGraw-Hill.

См. также

Конструкция корпуса

Изгиб обсадных и насосно-компрессорных труб

PEH:Casing_Design

Примечательные статьи в OnePetro

Внешние ссылки

Общие ссылки

Адамс, А.Дж. и Ходжсон, Т. 1999. Калибровка критериев проектирования обсадных/трубопроводных труб с использованием методов структурной надежности. SPE Drill & Compl 14 (1): 21-27. SPE-55041-PA. http://dx.doi.org/10.2118/55041-PA.

Бренд, П.Р., Уитни В.С. и Льюис Д.Б. 1995. Примеры расчетов коэффициентов нагрузки и сопротивления. Представлено на конференции по морским технологиям, Хьюстон, 1-4 мая. ОТС-7937-МС. http://dx.doi.org/10.4043/7937-MS.

Chen, Y.-C., Lin, Y.-H., and Cheatham, J.B. 1990. Изгиб НКТ и обсадных труб в горизонтальных скважинах (включает связанные документы 21257 и 21308). SPE J. 42 (2): 140-141, 191. SPE-19176-PA. http://dx.doi.org/10.2118/19176-PA.

Доусон, Р. 1984.Изгиб бурильных труб в наклонных скважинах. SPE J. 36 (10): 1734-1738. SPE-11167-PA. http://dx.doi.org/10.2118/11167-PA.

Клементич, П.Е., Эрих Ф. 1995. Рациональная характеристика запатентованных марок обсадных труб с высоким разрушением. Представлено на Ежегодной технической конференции и выставке SPE, Даллас, 22-25 октября. SPE-30526-RU. http://dx.doi.org/10.2118/30526-MS.

Руководство по расчету стальных конструкций, коэффициентов нагрузки и сопротивления . 1986 год.Чикаго: Американский институт стальных конструкций.

Miska, S. and Cunha, J.C. 1995. Анализ спиральной потери устойчивости труб, подвергающихся осевой и крутильной нагрузке в наклонных стволах скважин. Представлено на Симпозиуме SPE по производственным операциям, Оклахома-Сити, Оклахома, США, 2–4 апреля. SPE-29460-MS. http://dx.doi.org/10.2118/29460-MS.

Митчелл, Р.Ф. 1999. Анализ потери устойчивости в наклонно-направленных скважинах: практический метод. SPE Drill & Compl 14 (1): 11-20.SPE-55039-PA. http://dx.doi.org/10.2118/55039-PA.

Митчелл, Р.Ф. 1988. Новые концепции спиральной потери устойчивости. SPE Drill Eng 3 (3): 303–310. SPE-15470-PA. http://dx.doi.org/10.2118/15470-PA.

Митчелл, Р.Ф.: «Проектирование обсадных колонн», в журнале «Технология бурения», изд. RF Mitchell, vol. 2 Справочника по нефтяной инженерии, изд. Л. В. Лейк. (США: Общество инженеров-нефтяников, 2006 г.). 287-342.

Прентис, К.М. 1970. Конструкция корпуса «Максимальная нагрузка». Дж.Pet Tech 22 (7): 805-811. СПЭ-2560-ПА. http://dx.doi.org/10.2118/2560-PA.

Раквитц, Р. и Фисслер, Б. 1978. Структурная надежность при комбинированных процессах со случайной нагрузкой. Компьютеры и конструкции 9: 489.

Тимошенко С.П. и Гудье Ю.Н. 1961. Теория упругости , третье издание. Нью-Йорк: McGraw-Hill Book Co.

Категория

McElroy McCalc® Калькулятор давления сварки

Используйте калькулятор давления плавки McElroy, чтобы быстро найти нужное давление плавки для вашей работы.Для правильного сплавления труб давление плавления должно быть отрегулировано так, чтобы было достигнуто межфазное давление, рекомендованное производителями труб.

У нас есть несколько удобных способов расчета давления плавления. Вы можете использовать наш онлайн-инструмент ниже, загрузить приложение Fusion Pressure Calculator для своего мобильного устройства или заказать скользящий калькулятор.

Хотите знать, как все это работает? Узнайте, как рассчитать давление плавления.

Мобильное приложение McCalc

Всегда имейте при себе калькулятор давления плавления, где бы вы ни находились.


Научитесь рассчитывать давление плавления

Пример

С помощью машины 28 из таблицы A (справа) мы определим наше манометрическое давление.

Размер трубы = 8″ IPS
Наружный диаметр трубы = 8,625
ДР трубы = 11
IFP = 75 PSI
Измеренное сопротивление = 30 PSI

Определения переменных

OD = Внешний диаметр
T = Толщина стенки
PI = 3.1416
DR = Отношение размеров
IFP = Рекомендуемое производителем межфазное давление
TEPA = Общая эффективная площадь поршня
DRAG = Сила, необходимая для перемещения трубы

Общая эффективная площадь поршня

Модель Стандарт высокой силы Средняя сила Высокая скорость Низкое усилие, сверхвысокая скорость
28 4.71 нет данных 1,67
412 11,78 6.01 3,14
618 11,78 6.01 3,14
500 нет данных 6.01 нет данных
824 29,44 15,32 9,45
1236 29,44 15,32 9,45
900 нет данных 15,32 нет данных
1648 31.42 14.14 нет данных
2065 31,42 нет данных нет данных

Шаг 1. – Расчет толщины стенки:

Для определения толщины стенки мы будем использовать Пример (выше).

Т = НД
ДР
= Толщина стенки

Теперь Пример и по формуле выше мы рассчитаем толщину стенки.

Шаг 2. – Определение общей эффективной площади поршня

Используйте Таблицу A (выше), чтобы найти TEPA вашей машины .

TEPA = 4,710 (в качестве примера мы используем 28)

Шаг 3. Расчет манометрического давления

Используя информацию, которую мы собрали сверху.

(OD – T) x T x PI x IFP
ТЭПА
+ DRAG = манометрическое давление

Шаг 4.- Завершена Формула

Теперь, используя всю информацию и приведенную выше формулу, мы найдем манометрическое давление.

(8,625 – 0,784) x 0,784 x 3,1416 x 75
4,710
+ 30 пси = 338 фунтов на квадратный дюйм

Калькулятор снеговой нагрузки – Калькулятор веса снега на крыше

Условия использования Соглашение – Калькулятор снегозадержания, Калькулятор солнечной энергии и Таблица нагрузок Инновации Металлической Кровли, ООО(«MRIL») обеспечивает доступ к калькулятору снегозадержания, таблице нагрузок и Solar S-Timator (совместно именуемым «Калькулятор») на сайте www.S-5.com («Веб-сайт»). Использование Веб-сайта и Калькулятора и всей связанной с ними информации строго регулируется Условиями использования — Общие и настоящими дополнительными Условиями использования и Лицензионным соглашением. Получая доступ, загружая и/или используя Калькулятор, вы заключаете юридически обязывающий договор. с MRIL для соблюдения общих условий использования и настоящих условий использования и лицензионного соглашения.Если вы не согласны с Условиями использования и Лицензионным соглашением, вы не имеете права использовать Калькулятор, и вам будет предложено немедленно выйти из Веб-сайта. Каждый раз, когда вы используете какой-либо аспект Калькулятора, вы принимаете Условия использования и Лицензионное соглашение, действующие на данный момент. Считается, что Калькулятор является полезным подспорьем в разработке соответствующего проекта различных систем удержания снега и солнечных батарей («Системы» ) с использованием производимых или распространяемых MRIL продуктов и компонентов («Продукты») и могут использоваться только в связи с ними («Разрешенное использование»).Если Архитектор или Инженер («Квалифицированный специалист») использует Калькулятор, он/она будет указывать использование Продуктов только для своих проектов и заверять, что они (1) имеют право проектировать Системы с помощью «Продуктов»; (2) распознавать специфические для проекта переменные, которые следует учитывать при разработке системы; и (3) может разработать адекватный проект в рамках Разрешенного использования и соответствовать применимым строительным нормам, правилам и общепринятым отраслевым практикам. Калькулятор содержит и представляет конфиденциальную информацию MRIL и защищен различными законами США и международными законами. .MRIL обладает эксклюзивными правами на использование торговой марки S-5! ® , ColorGard , DualGard , X-Gard и другие товарные знаки, представленные на сайте и связанные с деятельностью компании и продажей продукции, производимой или продаваемой MRIL. Вы соглашаетесь не нарушать и не будете нарушать права MRIL в соответствии с любыми такими законами, а также использовать или копировать любую часть Веб-сайта, включая, помимо прочего, любые товарные знаки или знаки обслуживания или оригинальные авторские работы, найденные на сайте. Вы соглашаетесь с тем, что любые фактические или угроза нарушения настоящих Условий использования и Лицензионного соглашения приведет к немедленному непоправимому ущербу для MRIL, что любые действия, предпринятые для обеспечения соблюдения этого соглашения, могут быть предприняты только в Колорадо, и, таким образом, вы отказываетесь от любой защиты в связи с отсутствием личной юрисдикции или неподходящим местом и любыми правами. на суд присяжных.Если вы нарушаете или угрожаете нарушить какое-либо обязательство по настоящему соглашению, MRIL имеет право добиваться вынесения судебного приказа о запрете ваших незаконных действий и вынесения судебного решения против вас за весь ущерб, понесенный в связи с вашим нарушением или угрозой нарушения, включая все гонорары адвокатов и понесенные расходы.Использование Калькулятора ограничено фактическими и потенциальными клиентами S-5! и их коммерческое использование любым физическим или юридическим лицом, которое не является клиентом или потенциальным клиентом S-5! запрещено.Использование калькулятора любым лицом или для любых целей, кроме Разрешенного использования, запрещено. С-5! может расторгнуть настоящее Соглашение в любое время и по любой причине или без таковой. Пользователи Калькулятора заявляют, гарантируют и понимают, что: предельные нагрузки, нормальные к шву металлической панели крыши (как положительные, так и отрицательные), зависят от прочности балки панели крыши и эти факторы могут повлиять на конструкцию Систем; силы, которые выдерживает хомут, могут быть больше, чем порог разрушения крыши ниже; состояние и материалы крыши, а также расстояние между креплениями крыши/подложки могут привести к обрушению крыши, но используемые зажимы могут остаться незатронутыми; можно предположить, что положительная нормаль (или направленная вниз сила) хомута к удерживающей силе шва такая же, как и отрицательная нормаль (или восходящая сила) хомута к удерживающей силе шва; что, когда речь идет о положительных нормальных силах, крыша со стоячим фальцем и конструкция под ней должны оцениваться отдельно, чтобы гарантировать, что крыша и конструкция могут противостоять нисходящим силам, создаваемым солнечной системой; расчеты положительных нормальных нагрузок основаны на различных допущениях и могут неадекватно учитывать влияние этих прижимных сил; отдельные инженерные расчеты положительных нормальных нагрузок выходят за рамки того, что здесь можно привести; монтажные зоны модуля, которые составляют от 1/8 до 1/4 длины длинной стороны модуля, начиная с угла модуля, устанавливаются по умолчанию и могут не совпадать с предписанными монтажными зонами всех производителей модулей; боковая или горизонтальная нагрузка вступает в игру с сейсмическими нагрузками и, как правило, очень минимальна по сравнению с другими нагрузками, воздействующими на систему, и не всеми S-5! хомуты испытаны в боковом направлении; и С-5! не дает никаких обещаний или заявлений в отношении силы удержания зажимов на швах, когда речь идет о направленных вниз или боковых силах.ВЫ ПРИЗНАЕТЕ И СОГЛАШАЕТЕСЬ С ТЕМ, ЧТО (1) ВСЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ, КАСАЮЩИЕСЯ СООТВЕТСТВИЯ ПРОЕКТУ СИСТЕМЫ, ЯВЛЯЮТСЯ ВАШЕЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ; (2) ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ, КОТОРОЕ НЕ УЧИТЫВАЕТ ЗДАНИЕ, КРЫШУ И ПРОЕКТ И КОНСТРУКЦИЮ (ВКЛЮЧАЯ КОНКРЕТНЫЕ ПЕРЕМЕННЫЕ ПРОЕКТА), МОЖЕТ БЫТЬ И, ВЕРОЯТНО, НЕДОСТАТОЧНО; И (3) НАСТОЯЩИМ ОТКАЗЫВАЮТСЯ ОТ ЛЮБЫХ ПРЕТЕНЗИЙ, КОТОРЫЕ МОГУТ ПОДАТЬ ИЛИ ЛЮБЫМ ИЗ ЕЕ КОНСУЛЬТАНТОВ, АФФИЛИРОВАННЫХ СТРАХОВЫХ ЛИЦ, АДВОКАТОВ ИЛИ ЛЮБЫМ ЛИЦАМ, СВЯЗАННЫМ С ЛЮБЫМ ИЗ НИХ, И ВЫ ОБЯЗУЕТЕСЬ НЕ ПОДАТЬ ИСК НИ НА КОГО-ЛИБО ИЗ НИХ. ЗА ЛЮБОЕ ДЕЙСТВИЕ ИЛИ БЕЗДЕЙСТВИЕ ИЛИ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВЕБ-САЙТА.ВЫ СОГЛАШАЕТЕСЬ И НАСТОЯЩИМ ВОЗМЕЩАЕТЕ MRIL, ЕЕ АГЕНТАМ, ДОЛЖНОСТНЫМ ЛИЦАМ, ДИРЕКТОРАМ, АДВОКАТАМ, СТРАХОВЩИКАМ И ВСЕМ УЧАСТНИКАМ ОТ ЛЮБЫХ ПРЕТЕНЗИЙ ИЛИ ТРЕБОВАНИЙ, ВЫТЕКАЮЩИХ ИЛИ ПРЯМО ИЛИ КОСВЕННО ИЗ ЛЮБОГО ДОСТУПА К ИЛИ ИСПОЛЬЗОВАНИЮ КАЛЬКУЛЯТОРА И MRIL ПО ПРАВУ ВСЕМ АДВОКАТСКИМ ГОНОРАРАМ И РАСХОДАМ, А ТАКЖЕ КОСВЕННЫМ УБЫТКАМ, ВЫТЕКАЮЩИМ ИЛИ ПОНЕСЕННЫМ В СВЯЗИ С ПРИМЕНЕНИЕМ НАСТОЯЩЕГО ПОЛОЖЕНИЯ О КОМПЕНСАЦИИ, ПРАВ, ЕГО ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ, И/ИЛИ НАСТОЯЩИМ СОГЛАШЕНИЕМ ИЛИ ПРАВАМИ. MRIL НЕ ДАЕТ НИКАКИХ ГАРАНТИЙ ИЛИ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ ЛЮБЫЕ, ЯВНЫЕ ИЛИ ПОДРАЗУМЕВАЕМЫЕ В ОТНОШЕНИИ КАЛЬКУЛЯТОРА.ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КАЛЬКУЛЯТОРА ОСУЩЕСТВЛЯЕТСЯ НА РИСК ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ, И ОН ПРЕДОСТАВЛЯЕТСЯ НА УСЛОВИЯХ «КАК ЕСТЬ», «ГДЕ ЕСТЬ» И «СО ВСЕМИ ОШИБКАМИ». НЕТ ПОДРАЗУМЕВАЕМЫХ ГАРАНТИЙ, И ВСЕ ПРЕДПОЛАГАЕМЫЕ СУЩЕСТВУЮЩИЕ ПОДРАЗУМЕВАЕМЫЕ ГАРАНТИИ, ВКЛЮЧАЯ ПОДРАЗУМЕВАЕМЫЕ ГАРАНТИИ КОММЕРЧЕСКОЙ ПРИГОДНОСТИ И ПРИГОДНОСТИ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕННОЙ ЦЕЛИ, НАСТОЯЩИМ ЯВНО ИСКЛЮЧАЮТСЯ И ОТКАЗЫВАЮТСЯ И НЕ БУДУТ ПРИНЯТЫ В СИЛУ ПОЛЬЗОВАТЕЛЕМ. КОМПАНИЯ MRIL НЕ ЗАЯВЛЯЕТ, НЕ ГАРАНТИРУЕТ И УТВЕРЖДАЕТ, ЧТО КАЛЬКУЛЯТОР НЕ ЯВЛЯЕТСЯ (1) БЕЗОШИБОЧНЫМ, (2) ДОСТУПНЫМ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ, (3) БЕЗОПАСНЫМ, (4) РАБОТОСПОСОБНЫМ ИЛИ ФУНКЦИОНАЛЬНЫМ ИЛИ (5) СПОСОБНЫМ ОТВЕЧАТЬ ТРЕБОВАНИЯМ ЛЮБОЙ ПОЛЬЗОВАТЕЛЬ.ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ! ВЫ МОЖЕТЕ ПОЛУЧИТЬ СЕРТИФИКАТ ОТ КВАЛИФИЦИРОВАННОГО СПЕЦИАЛИСТА В ОТНОШЕНИИ ИНФОРМАЦИИ, ПРЕДОСТАВЛЯЕМОЙ КАЛЬКУЛЯТОРОМ, НО ЛЮБОЙ ТАКОЙ СЕРТИФИКАТ ОГРАНИЧИВАЕТСЯ ТОЧНОСТЬЮ ИНФОРМАЦИИ, ИСПОЛЬЗУЕМОЙ И ОЦЕНЯЕМОЙ КВАЛИФИЦИРОВАННЫМ СПЕЦИАЛИСТОМ, А НЕ НА ИНФОРМАЦИИ, ПРЕДОСТАВЛЯЕМОЙ КАЛЬКУЛЯТОРУ ИЛИ ЕГО.    

Проектирование трубопроводов

Новое изобретение инструментов для проектирования трубопроводов

Расчет конструкционной нагрузки ГНБ — полиэтиленовая труба (демонстрация)

Этот инструмент выполняет расчет строительной нагрузки для размещения полиэтиленовой трубы. под землей с использованием оборудования макси-горизонтального наклонно-направленного бурения на основе ASTM стандарт Ф1962-11.

Императорский Метрика

Пожалуйста, войдите и подпишитесь, чтобы разблокировать этот инструмент

Минимальный радиус изгиба буровой штанги

Свойства почвы

Кажущийся модуль упругости


График расчета давления в бурильной трубе для метода ожидания и контроля веса скважины‎

Просмотры сообщений: 6987

В этом примере показано, как определить график давления в бурильной трубе для метода ожидания и веса.

 

Информация о скважине

Текущий вес бурового раствора = 9,5 фунтов на галлон

Производительность насоса = 0,1 барреля/ход

Глубина скважины = 9000’MD/9000’TVD

Производительность бурильной колонны = 0,0178 баррелей/фут

Объем поверхностной линии = 15 баррелей.

Давление в закрытом корпусе = 700 psi

Давление в закрытой бурильной трубе = 500 psi

ВЧД = 1600 фунтов на кв. дюйм при скорости 30 об/мин в качестве коэффициента гибели

Чтобы определить график изменения давления в бурильной трубе, выполните указанные ниже действия (таблица понижения).

Определение массы бурового раствора

KWM = OMW + [SIDPP ÷ (0,052 x TVD)]

Где;

KWM – масса бурового раствора в фунтах на галлон. (Подробнее об этом -> буровой раствор )

OMW — первоначальный вес бурового раствора в фунтах на галлон.

SIDPP закрыт в бурильной трубе давлением в фунтах на квадратный дюйм.

TVD – истинная вертикальная глубина скважины в футах.

 

KWM = 9,5+ [500 ÷ (0,052 x 9000)]

кмВт = 10.6 фунтов на галлон

 

Определение скорости медленной циркуляции (SCR)

SCR = ICP – SIDPP

Где;

SCR — медленная скорость циркуляции в фунтах на квадратный дюйм.

ICP — начальное циркуляционное давление в фунтах на квадратный дюйм.

SIDPP закрыт в бурильной трубе давлением в фунтах на квадратный дюйм.

SCR = 1600 – 500 = 1100 фунтов на кв. дюйм

 

Определение конечного циркуляционного давления (FCP)

FCP = SCR x KWM ÷ OMW

Где;

FCP — конечное циркуляционное давление в фунтах на квадратный дюйм.

SCR — медленная скорость циркуляции в фунтах на квадратный дюйм.

KWM – масса бурового раствора в фунтах на галлон.

OMW — первоначальный вес бурового раствора в фунтах на галлон.

 

FCP = 1100 x 10,6 ÷ 9,5 = 1227 фунтов на кв. дюйм

 

Определить ход от поверхности до долота

Объем бурильной колонны = Объем бурильной трубы x TD ÷ Производительность насоса

Где;

Объем бурильной колонны указан в ходах.

Вместимость бурильных труб указана в баррелях/футах.(Подробнее об этом > емкость трубы )

TD – хорошо измеренная глубина в футах.

Производительность насоса в баррелях/ход. (Подробнее об этом читайте -> Выход бурового насоса )

 

Объем бурильной колонны = 0,0178 x 9000 ÷ 0,1 = 1602 хода

 

В соответствии с этим примером вам потребуется 1602 хода, чтобы подать глушильный раствор к долоту, а давление в бурильной трубе изменится с 1600 фунтов на кв. дюйм (ICP) до 1227 фунтов на кв. дюйм (FCP) в течение 1602 ходов.

 

Следовательно, падение давления на ход составляет (ICP – FCP) ÷ поверхность до долота

 

(1600 – 1227) ÷ 1602 = 0,2328 psi/ход

 

Это значение (0,2328 фунтов на кв. дюйм/ход) очень мало, и его трудно отрегулировать с помощью оборудования на буровой установке. Следовательно, вам необходимо знать, какое падение давления приходится на требуемые ходы. Для этого примера я буду определять падение давления на 200 ходов.

Перепад давления в бурильной трубе = 0.2328 x 200 = 47 psi

Затем нам нужно создать таблицу с графиком давления.

Для первой линии вам потребуется 150 ходов, чтобы довести KWM до поворотного стола, после чего давление в бурильной трубе упадет примерно на 47 фунтов на квадратный дюйм/200 ходов, пока не достигнет 1227, что является конечным давлением циркуляции.

Понижающий стол выглядит так.

Ходы Давление в бурильной трубе (psi) Замечания
150 1600 Вам нужно накачать 150 ходов, чтобы доставить шлам из бурового насоса на поворотный стол
350 1554 перепад давления 47 psi/200 ходов.
550 1506 перепад давления 47 psi/200 ходов.
750 1459 перепад давления 47 psi/200 ходов.
950 1412 перепад давления 47 psi/200 ходов.
1150 1365 перепад давления 47 psi/200 ходов.
1350 1318 перепад давления 47 psi/200 ходов.
1550 1271 перепад давления 47 psi/200 ходов.
1750 1227 Конечное циркуляционное давление

Справочники: Формулы и расчеты для бурения, добычи и капитального ремонта, второе издание

 

  Книги контроля скважин

Расчет производительности насоса для сдвоенного насоса и тройного насоса
.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.