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.
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).
 
Несущая способность узлов со­единения в зависимости от площа­ди сварных швов
 
89.   Распределение   напряжений   в конструкции  типового  раструбного стыка
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)

Добавить комментарий