Проведены испытания полиэтиленового трубопровода на сейсмоустойчивость
Пластмассовые трубы в настоящее время чрезвычайно широко применяются при сооружении магистральных трубопроводов, канализационных систем, а так же при газификации урбанизированных территорий. В силу этого очевидны перспективы распространения технологий использования подобных материалов на сейсмические районы. К настоящему времени в США и Японии накоплен достаточный практический опыт эксплуатации таких систем трубопроводов по их поведению при сильных землетрясениях. Интересные работы, содержащие анализ последствий землетрясений и их влияние на эксплуатационные параметры пластмассовых труб были представлены на Х конференции «Пластмассовые трубы» (1998, Гётеборг, Швеция) и в журнале Pipeline & Gas Journal (июль 1990, США). Авторами была подтверждена их высокая сейсмостойкость, которая выразилась в почти полном отсутствии повреждений и сохранении герметичности труб и стыков их соединений в условиях сильных землетрясений. Российские исследования в этой области почти не проводились. Основной опыт исследований работы пластмассовых труб и их соединений при статических нагрузках накоплен в основном изготовителями данной продукции. В современных нормах очевидны пробелы по регулированию вопроса применения полиэтиленовых труб в сейсмических районах РФ. С одной стороны отсутствуют чёткие ограничения по надёжности данной продукции при воздействии высоких сейсмических нагрузок. С другой, обозначить параметры ранжирования предельных состояний такой конструкции совершенно необходимо, а правила определения величин отсутствуют. В связи с этим, ЗАО «Пласт Профиль» поставило перед собой цель более детально изучить вопрос поведения полиэтиленовых труб и узлов их соединений при динамических нагрузках высокого уровня путём экспериментальных исследований. В период с 8 августа по 30 ноября 2007 года в Лаборатории по сейсмостойкости сооружений ЦНИИСК им.В.А. Кучеренко ФГУП НИЦ «Строительство» проводились испытания системы трубопроводов по специальной программе на модели из полиэтиленовых труб (ПЭ80, ПЭ100), фасонных частей к ним и узлов соединений, установленных на специально подготовленном вибростенде и виброплатформе ВП-100. 25 декабря 2007 года ЗАО «Пласт Профиль» получило отчёт от ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко по результатам лабораторных динамических испытаний модели трубопровода из полиэтилена. В результате анализа были получены соответствующие выводы о принципиальной работе системы трубопроводов при динамических нагрузках высокой интенсивности. Испытания были проведены при рабочем давлении в трубопроводе (1 МПа) в широком диапазоне частот от 2 до 15 сек־¹. При этом достигались максимальные ускорения от 400 до 600 см/с². Нагружение фрагмента осуществлялось этапами, длительностью не менее 15 секунд. В процессе испытаний определялись амплитуды вынужденных колебаний фрагмента, фиксировались момент наступления резонанса и признаки деформирования отдельных узлов соединений.
На основании анализа данных были получены следующие выводы: 1. Динамические воздействия на фрагмент трубопроводов выполнены в широком диапазоне частот и при высоких ускорениях, достигающих 600 см/с². При этом в отдельных узлах соединений трубопроводов зафиксированы максимальные амплитуды вынужденных колебаний до 18 мм. 2. Специфика работы трубопроводной системы, заполненной жидкостью под давлением, заключается в том, что наступление резонанса происходит при частотах, 2 2-4 раза отличающихся от частоты собственных колебаний системы. 3. В результате испытаний подтверждены высокие прочностные показатели полиэтиленовых труб и их соединений, которые характеризуются отсутствием протечек, нарушений целостности и сохранением их герметичности, вплоть до окончания всего комплекса исследований. Потенциально, наиболее уязвимыми, с точки зрения изучаемых процессов, являются соединения полиэтиленовых труб с задвижками. Однако это относится не к сварным соединениям труб и фасонных частей, а непосредственно к задвижкам, как отдельным составляющим элементам трубопроводов. 4. Полученные в результате испытаний числовые величины подтвердили данные о принципиальной работе (характере деформирования) системы трубопроводов при динамических нагрузках высокого уровня. Подтверждено, что работа магистральных трубопроводов из полиэтилена существенно зависит от таких факторов, как схема и принципы решения его узлов соединений, характер внешнего воздействия (направление, уровень и прочее), а так же от технического состояния (прочности, герметичности) основных элементов – труб, фасонных частей к ним и мест соединений. Дополнительно на заключительном этапе были проведены испытания фрагментов: - при ускорениях 100, 200 и 400 см/с², максимальной амплитудой при минимальной частоте вынужденных колебаний и с минимальной амплитудой при максимальной частоте длительностью 120 секунд; - при высокочастотном нагружении модели трубопровода на максимальной частоте ω с минимальной амплитудой А при ω²рез •А=100 см/с²=const, длительностью нагружения 120 с, без учёта времени начального переходного режима; - при низкочастотном нагружении модели трубопровода на минимальной частоте ω с минимальной амплитудой А при ω²рез •А=100 см/с², длительностью нагружения 120 с, без учёта времени начального переходного режима; - при резонансном нагружении трубопровода при ω²рез А=100 см/с², длительностью нагружения 240 с; Принятые значения длительности колебаний в 4-10 раз превышают аналогичные значения для реальных записей сильных землетрясений. На основании полученных в результате испытаний данных и их анализа можно сделать вывод, что рассмотренные в настоящей работе полиэтиленовые трубы производства ЗАО «Пласт Профиль», фасонные части к ним и их соединения могут быть рекомендованы к применению для устройства магистральных трубопроводов среднего и низкого давления в сейсмических районах Российской Федерации на площадках до 9 баллов по шкале MSK-64.
