:54: Adviesbureau Schrijvers BV Hellevoetsluis / /

Transcriptie

1 Sterkteberekening van een leiding in open sleuf conform NEN 350/351:01 Sigma Algemene gegevens Naam van het project : Hogeboomsweg te Amsterdam Projectonderdeel : 00 PE80 sdr mbar lage druk gasleiding Importantiefactor S : 0,85 Materiaalgegevens Materiaalsoort: PE Kwaliteit: PE 80 SDR 11 Lange-duur treksterkte MRS = 8 N/mm Materiaalfactor γm = 1,5 - Toelaatbare langeduur spanning σt =,40 N/mm Elasticiteitsmodulus korte duur E = 85 N/mm Elasticiteitsmodulus lange duur E' = 300 N/mm Lineaire uitzettingscoefficiënt αg = 1,010-5 mm/(mm K Alfa Tangentiëel / Alfa Axiaal ασ = 0,5 - Toelaatbare deflectie δ = 8 % Leidinggegevens Uitwendige middellijn D e = 00,00 mm Wanddikte d n = 18, mm Geen bocht aanwezig Procesgegevens Soort leiding (Vloeistof / Gas / Drukloos = Gas Temperatuurverschil t = 10,0 Ontwerpdruk p d = 0,01 N/mm Aanleggegevens Ligging: Kruising met een waterstaatswerk Zettingslengte L = 9333 mm Dekking van de leiding tov maaiveld H = 1,4 m Gronddekking boven de grondwaterstand H d = 0,8 m Gronddekking onder de grondwaterstand H n = 0,0 m Belastinghoek α = 180 Ondersteuningshoek β = 70 Uitvoeringszakkingverschil f v = 5,0 mm Zettingsverschil f z = 0 mm Klinkpercentage µ = 0,0 % Marstonfactor f m = 0,3 - Gegevens waterstaatswerk ivm berekening veiligheidszone Waterstaatswerk: Niet Verheeld Hoogteverschil kruin-maaiveld = 4,0 m - 1 -

2 Grondmechanische gegevens Grondsoort = Zand Volumiek gewicht droge grond γd = 17 kn/m 3 Volumiek gewicht natte grond γn = 19 kn/m 3 Volumiek gewicht water γw = 10 kn/m 3 Inwendige wrijvingshoek grond ϕ = 30 Effectieve cohesie c' = 0 kn/m Ongedraineerde schuifsterkte c u = 0 kn/m E-modulus sleufmateriaal E 1 = 5 MN/m Minimale verticale beddingsconstante k v,min = 0,01 N/mm 3 Gemiddelde verticale beddingsconstante k v,gem = 0,018 N/mm 3 Niet rekenen met horizontale steundruk Geen grondmechanisch onderzoek uitgevoerd γ = 1,1 Verkeersbelasting Grafiek I: Fatique Load Model 3 Niet rekenen met ontlastende invloed wegdek - -

3 1 Eigenschappen van de leiding Inwendige middellijn D i = D e - d n = 13,0 mm Gemiddelde middellijn D g = (D e + D i / = 181,80 mm Uitwendige middellijn+bekleding D o = D e + e = 00,00 mm Uitwendige straal r e = D e / = 100,00 mm Inwendige straal r i = D i / = 81,80 mm Gemiddelde straal r g = (r e + r i / = 90,90 mm Traagheidsmoment buis I b = (D 4 e - D 4 i π/4 = ,9 mm 4 Weerstandsmoment buis W b = I b / r e = , mm 3 Wandtraagheidsmoment I w = d 3 n / 1 = 50,38 mm 4 /mm 1 Wandweerstandsmoment W w = d n / = 55,1 mm 3 /mm 1 Toetsing of vereenvoudigde berekeningsmethode is toegestaan Voor gasleidingen geldt: Φ moet kleiner dan 00 zijn Φ = (1,4 p a v 1 D i 3 (1, D i + H Φ = ( 1,4 0,10 8 0,1 3 (1, 0,1 + 1,4 = 0, Berekening van de veiligheidszone G B = 0,7 Φ G B = 0,7 0,0000 = 0,1 m G L = G B / 4 = 0,1 / 4 = 0,03 m Veiligheidszone = 4 H werk + G L = 4 4,00 + 0,03 = 1,03 m 4 Berekening van de spanningen s p en s pl tgv inwendige druk D g /d n = 181,80/18,0 = 9,99 D g /d n 0 Dikwandige leiding σp = r e + r i r e - r i p d σp = 100, ,80 100,00-81,80 0,01 = 0,05 N/mm σy1 = σp = 0,05 N/mm Toelaatbare spanning = σt S =,40 0,85 = 5,44 N/mm 5 Berekening reroundingfactor f rr f rr = 1 / ( 1 + p d r g 3 k y E I w f rr = 1 / ( 1 + 0,01 90,9 3 0,10 85 = 1,00 50,38 Berekening van de neutrale grondbelasting Q n q n = γ γd H d + γ γn H n - γw H w q n = 1,1 17 0,8 + 1,1 19 0, , = 1,50 kn/m Q n = q n Q n = 1, = 4,30 N/mm 1-3 -

4 7 Berekening van de passieve grondbelasting Q p q p = q n ( 1 + f m H D o q p = 1,50 ( 1 + 0,3 1,4 =,5 kn/m 0, Q p = q p Q p =, = 13,33 N/mm 1 8 Berekening van de reële grondbelasting Q k D o z max = 0, E 1 0,5 H/D o z max = 0, 0, 5 0,5 1,4/0, = 0,008 m q k = q n µ z max (q p - q n q p - q n z max k v,min 0,0 0, 0,008 (,5-1,50 q k = 1,50 + = 40,35 kn/m,5-1, ,008 0,01010 Q k = q k Q k = 40, = 8,07 N/mm 1 9 Berekening van de verkeersbelasting Q v volgens Grafiek I NEN 350-1:C17 Niet rekenen met ontlastende invloed q v = 3,05 kn/m Q v = q v Q v = 3, = 7,1 N/mm 1 10 Berekening van de stijfheidsverhouding grond/leiding l λ = D o k v,gem 4 4 E I b 00 0,018 λ = = 0,00 mm ,9 11 Berekening van de indirect overgedragen bovenbelasting (1 e en e jaar Zettingslengte L = 9333 mm λ L = 0, = 0,90 i = 0,900 (= 90,0 % inklemming B z = 0,00030 (volgens NEN tabel 4 Q z = B z f v k v,gem Q z = 0, ,0 00 0,018 = 0,005 N/mm 1 Q d = Q z λ L (i + i λ L Q d = 0,005 0, (0, ,900 0, = 0,55 N/mm 1-4 -

5 1 Berekening van de indirect overgedragen bovenbelasting (na jaar Q z = B z (f v + 1,5 f z k v,gem Q z = 0,00030 (5,0 + 1, ,018 = 0,005 N/mm 1 Q d = Q z λ L (i + i λ L Q d = 0,005 0, (0, ,900 0, = 0,55 N/mm 1 13 Berekening evenwichtsdraagvermogen en controle met bovenbelastingen Berekening evenwichtsdraagvermogen N q = e π tan(ϕ tan (45 +ϕ/ = 18,40 N y = 1,5 (N q - 1 tan(ϕ = 15,07 B = D o = 0,0 m B/L = 0,1 Z = h + D o / = 1,40 + 0,0 / = 1,50 m S y = 1-0,4 B/L = 0,9 d q = 1 + tan(ϕ (1-sin(ϕ tan -1 (Z/B = 1,4 γ' gem = (q n + (γ γn-γwd o // Z = 15,0 kn/m 3 P we = 0,95 (0,5 γ' gem N y Sy d y + S q N q d q (q n + c' cot(ϕ - c' cot(ϕ P we = 579,18 kn/m = 0,58 N/mm P wedo = P we = 0,58 00,00 = 115,84 N/mm 1 Controle bovenbelastingen met evenwichtsdraagvermogen Situatie 1 e en e jaar Q k = 8,07 N/mm 1 Q v = 7,1 N/mm 1 Q d = 0,55 N/mm 1 + Σ = 15,83 N/mm 1 Conclusie: Geen aanpassing van Q d nodig Situatie na jaar Q n = 4,30 N/mm 1 Q v = 7,1 N/mm 1 Q d = 0,55 N/mm 1 + Σ = 1,0 N/mm 1 Conclusie: Geen aanpassing van Q d nodig 14 Momenten en spanningen tgv directe en indirecte bovenbelastingen (1 e en e jaar Moment tgv Q k en Q v M q = K b (Q k + Q v r g M q = 0,178 (8,07 + 7,1 90,90 M q = 47,3 Nmm/mm 1 Moment tgv Q d M qd = K b,ind Q d r g M qd = 0,1 0,55 90,90 M qd =,05 Nmm/mm 1 Spanning tgv M q en M qd σq = f rr (M q + M qd / W w σq = 1,00 (47,3 +,05 / 55,1 = 4,57 N/mm - 5 -

6 15 Momenten en spanningen tgv directe en indirecte bovenbelastingen (na jaar Moment tgv Q n en Q v M q = K b (Q n + Q v r g M q = 0,178 (4,30 + 7,1 90,90 M q = 18,4 Nmm/mm 1 Moment tgv Q d M qd = K b,ind Q d r g M qd = 0,1 0,55 90,90 M qd =,05 Nmm/mm 1 Spanning tgv M q en M qd σq = f rr (M q + M qd / W w σq = 1,00 (18,4 +,05 / 55,1 = 3,47 N/mm 1 Berekening van de spanning s bx tgv uitvoeringszakkingverschil f v σbx = C z f v E k v,gem d n σbx = 0,019 5,0 85 0,018 18, = 0,09 N/mm 17 Berekening van de spanning s bx tgv uitvoeringszakkingverschil f v en zettingsverschil f z σbx = C z (f v + 15f z E k v,gem d n σbx = 0,019 (5, ,018 18, = 0,09 N/mm 18 Berekening van de spanning s ax tgv temperatuurverschil σax = t αg E σax = 10,0 0, = 1,3 N/mm 19 Berekening van de spanningsverhogingsfactoren van de bocht Aangezien er geen bocht wordt toegepast volgt: i x = 1, i y = 0, i xp = 1, i yp = 0 0 Toetsing op minimale ringstijfheid S N S N = E I w D g 3 S N = 85 50,38 181,8 3 = 0,07 N/mm = 8,98 kn/m Minimaal vereiste ringstijfheid = kn/m 1 Toetsing op implosie: berekening van de alzijdige overdruk Veiligheidsfactor γ voor langdurige onderdruk: γ = 3 Veiligheidsfactor γ voor kortdurende onderdruk: γ = 1,5 1 p o = γ (1 - υ 4 E I w D3 g 1 p o,kort = 1,5 (1-0,4 4 85,00 50,38 = 1,31 N/mm 181, p o,lang = 3 (1-0, ,00 50,38 = 0,4 N/mm 181,80 3 Conclusie: Kans op implosie bij 3,89 m grondwater boven de leiding - -

7 Berekening van de optredende en toelaatbare deflectie δy = (0,089 Q - 0,083 Q n;h + 0,048 Q d r g 3 E' I w δy = (0,089 (Q n + Q v - 0,083 (1 - sin ϕ (Q n + Q v + 0,048 Q d r g 3 E' I w δy = (0,089 (4,30 + 7,1-0,083 (1 - sin(30 (4,30 + 7,1 + 0,048 0,55 90, =,8 mm (= 1,57% 50,38 Toelaatbare deflectie = 8% importantiefactor S D g = 0,08 0,85 181,80 = 1,3 mm 3 Berekening van het totaal aan optredende spanningen (1 e en e jaar Optredende spanningen in omtreksrichting van de leiding σy = ασ σq σy = 0,5 4,57 =,97 N/mm Optredende spanningen in langsrichting van de leiding σx = ασ σbx + σax σx = 0,5 0,09 + 1,3 = 1,38 N/mm Toelaatbare spanning = σt S =,40 0,85 = 5,44 N/mm 4 Berekening van het totaal aan optredende spanningen (na jaar Optredende spanningen in omtreksrichting van de leiding σy = ασ σq σy = 0,5 3,47 =, N/mm Optredende spanningen in langsrichting van de leiding σx = ασ σbx + σax σx = 0,5 0,09 + 1,3 = 1,38 N/mm Toelaatbare spanning = σt S =,40 0,85 = 5,44 N/mm - 7 -