Основные положения японских нормативных документов по проектированию трубопроводов на сейсмоактивных территориях

Журнал Полимерные трубы - Применение полимеров

Основные положения японских нормативных документов по проектированию трубопроводов на сейсмоактивных территориях

 

 
В предыдущих публикациях журнал «Полимерные трубы – Украина» информировал читателей о зарубежных нормативных документах по проектированию подземных трубопроводных систем в сейсмических районах: индийском «IITK-GSDMA Guidelines for seismic design of buried pipelines: provisions with commentary and explanatory examples» [1] и Европейском стандарте «EN 1998-4:2006 Eurocode 8: Design of structures for earthquake resistance – Part 4: Silos, tanks andpipelines» [2]. В  номере № 2 журнала «Полимерные трубы» за 2007 год была опубликована статья «Полиэтиленовые трубы выдерживают землетрясения» [3] по статистике разрушений газопроводов после землетрясений, которые происходили в Японии в 1995 г. Сегодня можно представить читателю нормативные документы Японской Газовой Ассоциации: JGA-209-03 «Руководство по проектированию сейсмоустойчивых газопроводов низкого и среднего давления» [4] и JGA-206-03 «Руководство по проектированию сейсмоустойчивых газопроводов высокого давления» [5] (фото).

JGA-209-03 «Руководство по проектированию сейсмоустойчивых газопроводов низкого и среднего давления»

Целью разработки технического руководства JGA-209-03 является установление технических норм для проектирования внутригородских газопроводов среднего и низкого давления, повышение уровня сейсмоустойчивости газопроводов и обеспечение тем самым безопасной подачи газа и безопасности газифицированных районов. Основанием для разработки данного документа являлись результаты анкетирования «О состоянии защиты от землетрясений в газовой отрасли», проведенного в апреле 1971 г. Комитетом по Инспекции предприятий газовой отрасли в крупных городах.

Техническое руководство JGA-209-03 применяется при проектировании вновь сооружаемых сейсмоустойчивых подземных газопроводов давлением до 1 МПа.

При строительстве трубопроводов на сейсмоактивных территориях используются трубы из различных материалов: пластиковые трубы, стальные трубы и трубы чугуннные.

При производстве работ по проектированию газопроводов, помимо проектирования свойств сейсмоустойчивости, необходимо соблюдать правила стандартов и руководств, которые регламентируют проведение контроля качества и процесса работ (контроль сварочных работ, проверка герметичности).

В данном стандарте приведена терминология и необходимые пояснения для проектирования трубопроводных систем на сейсмоактивных территориях.

Основные термины:

трубопроводные системы; гибкость; вводимые смещения грунта; способность поглощать смещения грунта; прогнозируемые смещения грунта; стандартные прогнозируемые смещения грунта; стандартная деформация; стандартные смещения; условия подземной прокладки; трубопроводные системы в трехмерном пространстве; коэффициент эквивалентной упругости.

          В «Основной раздел» JGA-209-03 входят:

– основные идеи, используемые при проектировании устойчивых к землетрясению газопроводов;

– способ оценки и оцениваемые параметры при определении степени устойчивости к землетрясениям;

– расчетные смещения грунта;

– задание условий при проектировании подземных газопроводов;

– способность прямых газопроводов поглощать перемещения грунта параллельно направлению газопроводов;

– способность прямых газопроводов поглощать перемещения грунта перпендикулярно направлению газопроводов;

– способность газопроводов, расположенных в трехмерном пространстве, поглощать колебания грунта;

– значения стандартных (допустимых) искривлений для газопроводов, изготовленных из различных материалов, и эквивалентный коэффициент упругости;

– стандартные (допустимые) перемещения соединительных элементов.

Основной идеей JGA-209-03, которая используется при проектировании сейсмоустойчивых газопроводов, является уменьшение ущерба газопроводам среднего и низкого давления при землетрясении за счет повышения гибкости газопроводных систем. Оценка сейсмоустойчивости газопроводных систем осуществляется путем сравнения их способности поглощать смещения грунта с расчетными смещениями грунта, которые задаются с учетом типов трубопроводов, условий подземной прокладки трубопроводов.

Расчет прогнозируемых смещений грунта, которые используются для оценки гибкости трубопроводов, в JGA-209-03 производится по следующим формулам:

1) в горизонтальном направлении (по оси трубопровода):

                                           U = a1· a2· U0;

2) в вертикальном направлении (перпендикулярно оси трубопровода):

                                                 V = ½ U.

Здесь, a1 ― вспомогательный коэффициент, задающий условия района. В зависимости от района a1 берется равным 1,0; 0,8; 0,6; 0,4.

Вспомогательный коэффициент условий района (а1) установлен на основании документа JGA-206-03 «Руководство по проектированию сейсмоустойчивых газопроводов высокого давления».

a2 ― поправочный коэффициент, который вводит в расчетную формулу тип труб и условия подземной прокладки трубопровода. Коэффициент a2 определя-ется по табл. 1.

U0 ­― стандартное расчетное смещение грунта, устанавливается на уровне 5,0 см.

 

Таблица 1. Вспомогательный коэффициент типа труб и условий подземной прокладки (a2)

таб1
Условия подземной прокладки газопроводов зависят от грунта на территории строительства, а также от частных условий прокладки. Эти условия задаются следующими группами.

I. Районы, в которых грунт в основном представлен одним из перечисленных ниже, или районы, в которых наблюдается смешение грунтов нижеприведенных типов:

1. Грунт дотретичного периода (скалистый грунт).

2. Делювиальные отложения.

3. Делювиальные отложения с толщиной слоя не более 10 м или рыхлые слои с толщиной слоя не более 5 м.

II. Районы, в которых преобладают делювиальные отложения с толщиной слоя свыше 10 м или рыхлые слои с толщиной слоя свыше 5 м.

III. Грунты и районы, представленные ниже:

1. Грунты, указанные в пунктах I и II, присутствуют одновременно или смешиваются.

2. Районы, указанные в пункте II, при условии, что в этих районах имеются сооружения большого масштаба, ограничивающие перемещение грунта, или районы, где перемещения грунта носят прерывистый характер.

Необходимые параметры для расчета способности материала труб поглощать смещение грунта: стандартная деформация материала труб (ε0) и коэффициент эквивалентной эластичности (Е). Согласно JGA-209-03, для разных типов труб принимаются значения этих параметров, указанные в табл. 2.

 

Таблица 2. Стандартная деформация (ε0) и коэффициент эквивалентной эластичности (Е) труб из различных материалов согласно JGA-209-03

 

таб2

 Стандартные значения деформации для гибких соединений, полученных без применения сварки (механические и вставные соединительные муфты, присоединяемые к чугунным трубам, механические, резьбовые соединения стальных и иных трубопроводов) определяют опытным путем, проводя испытания. Стандартная деформация в этом случае принимается за деформацию на момент разгерметизации газопровода, повреждения или значительной деформации соединительного элемента.

В отдельном разделе JGA-209-03 приводятся примеры задания условий для проектирования подземных газопроводов; расчета способности прямых газопроводов поглощать продольные и поперечные перемещения грунта; расчета способности газопроводов, расположенных в трехмерном пространстве, поглощать колебания грунта.

 

JGA-206-03 «Руководство по проектированию сейсмоустойчивых газопроводов высокого давления»

Для проектирования газопроводов, устойчивых к землетрясению первого уровня, руководство JGA-206-03 содержит разделы, освещающие следующие вопросы:

 

 – прочность и способность к деформации различных видов материалов для строительства трубопроводов;

 – порядок работ при проектировании трубопровода, устойчивого к землетрясению первого уровня;

–  рассмотрение коэффициентов значимости параметров при проектировании трубопроводов, устойчивых к землетрясению ;

и другие (всего 16  основных  разделов)

Ниже перечислены материалы JGA-206-03 для проектирования газопроводов, устойчивых к землетрясению второго уровня:

 – порядок работ при проектировании трубопровода устойчивого к землетрясению второго уровня;

 – скорость возникновения ответной реакции при наступлении землетрясения второго уровня (на основании анализа данных, зафиксированных во время землетрясения в южной части преф. Хёго);

– программирование землетрясения второго уровня (проектируемое землетрясение II) шельфового типа;

– программирование районов применения для землетрясения второго уровня шельфового и материкового типа;

– рассмотрение скорости Vs волны распространения тангенциального напряжения и упругости после влияния нелинейных ответных реакций грунта при возникновении землетрясения второго уровня;

– деформация неглубокого неровного слоя грунта при землетрясении второго уровня;

– сравнение результата исследования деформаций прямых трубопроводов методом конечного элемента и методом простого расчета;

– сравнение результата исследования деформаций трубопроводов особой формы методом конечных элементов и методом простого расчета;

– количество повторений деформаций при землетрясении второго уровня;

– вид газопроводов высокого давления при деформации 3%.

В JGA-206-03 есть примеры расчета деформации трубопровода при землетрясении первого и второго уровня.

В настоящее время ОАО «Газпром промгаз» осуществляет перевод JGA-209-03 «Руководство по проектированию сейсмоустойчивых газопроводов низкого и среднего давления» и JGA-206-03 «Руководство по проектированию сейсмоустойчивых газопроводов высокого давления».

Авторы: Юрий Хрустов, Владислав Коврига

Литература

1. Dash, S.R. and Jain S.K. IITK-GSDMA Guidelines for seismic design of buried pipelines: provisions with commentary and explanatory examples. – National Information Center of Earthquake Engineering, Kanpur, India, 2007.

2. BS EN 1998-4:2006 EUROCODE 8: Design of structures for earthquake resistance – Part 4: Silos, tanks and pipelines. European Committee for Standard.

3. Коврига В.В. Полиэтиленовые трубы выдерживают землетрясение. – Полимерные трубы – Украина, № 3, 2007, с. 58-59.

4. JGA-209-03 «Руководство по проектированию антисейсмических газопроводов низкого и среднего давления».

5. JGA-206-03 «Руководство по проектированию газопроводов высокого давления».

 

ЖУРНАЛ ПОЛИМЕРНЫЕ ТРУБЫ - УКРАИНА