架空管道钢支架计算

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【摘 要】 对架空管道钢支架做了一个系统的归纳总结：包括管道钢支架的分类、荷载以及管道钢支架设计时应注意的一些问题。

【关键词】 管道钢支架

1 管道钢支架概述

架空管道钢支架一般分为：固定支架、滑动支架、摇摆支架等。

（1）固定支架：固定在基础上的支撑，为上部管道在纵向及横向的不移动支撑。支架必须具有足够的刚度，在上部管道系统水平力作用下其顶端的位移达到最小限度。

（2）滑动支架：滑动支架又可分为刚性支架与柔性支架。

刚性支架：固定在基础上的支撑，为上部管道的滑动或滚动管托的支撑；支架具有足够的刚度，在上部管道系统的水平力作用下其顶端位移很小。

柔性支架：固定在基础上的支撑，为上部管道的滑动或滚动管托的支撑。支架的刚度较小，其顶部位移能适应上部管道系统纵向变形要求。

刚性支架与柔性支架的判别，应按照下列规定确定

Fm>Ft时为柔性支架；

Fm≤Ft时为刚性支架；

式中：

Fm：作用在支架上的摩擦力（N），Fm=μG；

Ft：支架位移反弹力（N），Ft=3[（EIxy）2+（EIyx）2]0.5/H3；

μ：摩擦系数，可按表1取值

G：作用在管道钢支架结构上的管道自重标准值；

EIx、EIy分别为支架柱对于 x、y两主轴的截面刚度（N.mm2），对钢筋混凝土柱分别取0.85EcIx、0.85EcIy，E为支架柱材料的弹性模量（N/mm2），Ec为混凝土的弹性模量；

H：支架高度（热力管道管托底面至支架基础顶面）（mm）；

x、y分别为管道在支架处沿支架柱截面 x、y两主轴方向的位移值（mm），应根据管网的布置及运行条件确定。

2 管道钢支架荷载

2.1 永久荷载作用

管道及设备自重标准值，应为管材、保温层、管内介质及管道附件自重标准值之和。在计算管道荷载的时候应该考虑恒荷载的不均匀布置，作用在管道钢支架结构上的管道自重标准值，应计入管道失跨的影响，作用标准值应按下式计算：

G=λqL

式中

G：支架结构上的管道自重标准值（kN）；

λ：管道失跨系数，一般取1.5，当有可靠工程经验时，可适当减小。

Q：单位长度管道自重标准值（kN/m）；

L：管道跨距（m），若支架两侧的跨距不等时，可取平均值。

2.2 活荷载

固定支架的水平推力，其标准应根据管网的布置及运行条件确定；

滑动支架中水平力为：刚性支架水平力为Fm，柔性支架水平力为Ft。有时为了减小管道对支架的摩擦力，可采取在支架与管托之间增加聚四氟乙烯板等措施；

2.3 风荷载、地震荷载

管道所受的风荷载、地震力作用在管道中心；并以集中力、弯矩的方式传递给管道钢支架。

在进行管道钢支架设计时风荷载与地震荷载一般不同时考虑；当风荷载、地震荷载与支架水平力组合时需要分析二者之间关系，部分情况下有可能只考虑支架活荷载。

3 管道钢支架设计

3.1 支架基础

结构在组合作用下的抗倾覆、抗滑移及抗浮验算，均应采用含设计稳定性抗力系数Ks的设计表达式。Ks值不应小于表2的规定。验算时，抗力只计入永久作用，抗力和滑动力、倾覆力矩、浮托力均应采用作用的标准值。

结构的抗滑移稳定验算应符合下列规定：

架空管道钢支架结构承受水平作用时的抗滑移稳定可按下式验算：

Ks（Fxk2+Fyk2）0.5≤（Nk+Gk）μ

式中：Fxk——沿支架结构 轴传至基础顶面的水平作用标准值（kN）；

Fyk——沿支架结构 轴传至基础顶面的水平作用标准值（kN）；

Nk——支架结构自重与管道及设备自重标准值之和

Gk——基础自重和基础上的土重标准值（kN），位于地下水位以下部分应扣除浮托力；

μ——土对基础底面的摩擦系数 。

结构在管道试压及运行阶段承受水平作用时的抗倾覆稳定验算，抗力应计入管道及设备自重、结构自重及结构上的竖向土压力，并应对地下水位以下部分扣除水的浮托力

3.2 支架设计

钢支架具体的选型需要根据现场情况、施工情况、支架本体要求等各方面综合考虑。合理的选型能够降低工程造价、支架布置美观大方、施工方便。

柔性支架及刚性支架结构的计算简图可按下列规定确定：

单柱式支架结构，应按上端自由、下端固定进行计算。

沿管道纵向为单柱式、沿横向为框（排）架式的支架结构，沿管道纵向，应按上端自由、下端固定进行计算；沿管道横向，可按框（排）架进行计算。

参考文献：

[1]《城镇供热管网结构设计规范》.《钢结构设计规范》.