Внутренний диаметр трубы равнялся 2080 мм при толщине стенки 24 мм. Трубопровод работал под гидростатическим напором 330 м и при температуре наружного воздуха —13 °С. Разрушение материала трубы произошло на участках раструбных стыков, заваренных узловыми швами изнутри и снаружи.
Трубы длиной 12 м были изготовлены из стали А-572 класса II по стандарту Американского общества по испытанию материалов. На заводе они сваривались попарно, составляя секции длиной 24 м. Затем эти секции соединяли при помощи сврки в полевых условиях. Стыки их оформлены в виде раструба на одном конце трубы и накладки толщиной 28 мм на другом. Разрушение материала в обоих случаях произошло на участке раструба у границы внутреннего сварного шва. В двух случаях внутренние швы в этих местах выполнялись повторно после удаления сварки из-за плохого качества шва. Металл выжигали, затем очищали поверхность трубы для наплавки повторного шва. В третьем случае авария произошла в трубопроводе таких же размеров, однако материал трубы был разрушен на участке заводского сварного шва.
В двух случаях причиной разрушения фактически оказалась чрезмерная хрупкость материала трубы. Зернистая поверхность места излома характеризует хрупкий излом. Поэтому маловероятно, чтобы разрушение здесь произошло в результате превышения предела текучести материала или его среза. Однако характер разрушения материала трубы во втором случае показывает, что верхний слой материала обладал значительной вязкостью и имел пластическую деформацию при его разрушении.
После аварии трубопровода на двух участках были повторно рассчитаны напряжения в материалах трубы. Температура воды составляла около 0,6°С, а средняя температура материала трубы достигала в момент аварии — 4 °С. В процессе строительства трубопровода последний шов был заварен, когда материал трубы имел температуру 24 °С.
Таким образом, в момент разрушения здесь был перепад температур 28°С, который и вызвал продольное растягивающее напряжение в металле около 67 МПа. Расчетные напряжения, заложенные в проекте, включают растягивающие напряжения по периметру трубы от давления воды 141 МПа. Продольная составляющая этих напряжений вдоль оси трубы определена из соотношения Пуассона и равна 42 МПа. Растягивающие напряжения при изгибе трубопровода, как и балки на
опорах, составляли 19 МПа. Таким образом, ожидаемое значение растягивающих напряжений, действующих в материалах вдоль оси трубы, достигало 128 МПа.
Однако два фактора, вызывающих дополнительные напряжения в трубе, не были учтены при ее расчете: изгиб стенки трубопровода в стыках, который вызывается взаимодействием внутреннего давления в трубе вследствие утолщения стенки трубы на участках сварных стыков, и эксцентриситет стенки трубы в стыке с учетом воздействия продольных растягивающих усилий.
В обоих случаях разрушение материала трубы произошло у края внутреннего сварного шва в раструбной секции стыка. Это было выявлено в результате исследований, проведенных после аварии (рис. 89).
1 — эпюра напряжений от прогиба .трубопровода; 2 — продольные составляющие эпюры напряжении от давления жидкости внутри трубы; 3 — эпюры температурных напряжений; 4 — эпюры дополнительных напряжений вследствие увеличения сечения в стыке и в результате эксцентриситета раструба по ел ношению к основной трубе; 5 — эпюры внутреннего давления в трубе (давление действует нормально но отношению к данному сечению)
Разрушение главного водопровода системы водоснабжения Лос-Анджелеса
В 1970 и 1971 гг. трижды произошло разрушение главного водопровода системы водоснабжения Лос-Анджелеса (США). Две аварии произошли в результате полного разрушения материала трубы по всему периметру в двух сечениях на расстоянии 150 м друг от друга, а третья — в результате разрушения трубопровода в 6,5 км южнее места первой аварии. В первом случае разрушение материала в обоих сечениях произошло на участке трубопровода, расположенного над землей (рис. 88), в последнем случае аварийный участок трубопровода находился под землей.
В 1970 и 1971 гг. трижды произошло разрушение главного водопровода системы водоснабжения Лос-Ан-джелеса (США). Две аварии произошли в результате полного разрушения материала трубы по всему периметру в двух сечениях на расстоянии 150 м друг от друга, а третья — в результате разрушения трубопровода в 6,5 км южнее места первой аварии. В первом случае разрушение материала в обоих сечениях произошло на участке трубопровода, расположенного над землей (рис. 88)\», в последнем случае аварийный участок трубопровода находился под землей.
89. Распределение напряжений в конструкции типового раструбного стыка