论文部分内容阅读
摘要：管道支架的布置和选型是一项极为重要的工作。正确的支架设置可以满足管道强度和钢度的需要，同时能够有效的降低管道对机械设备产生较大的附加载荷，防止因管道的震动，位移等原因造成的事故的发生，保障工厂设备的正常生产运行。
关键词：管道支架；布置；选型
中图分类号：U175文献标识码：A文章编号：
在电厂的管道支架设计中,支架的布置和选型,不仅要满足各工艺专业管线走向的要求,保证管道的正常使用及支架的结构安全,而且要避免管道支架与附近建(构)筑物、地下设施的碰撞。合理的支架布置和选型,不仅给施工带来方便,缩短工期,而且支架受力合理、经济适用,同时使得支架与整个厂区的建(构)筑物协调一致、整洁美观。因此,搞好管道支架的布置和选型意义重大。
1.管道支架柱的布置
在布置管道支架的柱网时,除符合管线走向的要求外,支架柱位置的确定,还应从以下几个方面予以考虑。
1.1管道支架外邊缘与道路边的最小水平净距离
为了保证道路的安全通行和机组的安全运行,管道支架外边缘与道路边的最小水平净距离不小于1.0m。
1.2管道支架与附近建(构)筑物的最小水平净距离
管道支架与附近建(构)筑物的最小水平净距离,在避开建(构)筑物基础的同时,有门窗的墙壁或凸出部分外边为3m,无门窗的墙壁或凸出部分外边为1.5m。
1.3管道支架与地上建(构)筑物和相关障碍物之间的立体交叉问题
当管道支架通过烟道、输煤栈桥,或者管道支架之间发生交叉碰撞时,应当与相关工艺专业协商解决。为妥善解决这类问题,建议采取以下解决办法。a.按比例绘制出相应的断面图,抓住相关位置的控制点,相应降低该段范围内管道支架的标高。b.在条件允许情况下,适当平移管线和管道支架。c.该段范围内管道支架改为地下沟道。
1.4管道支架与地下建(构)筑物基础、各种沟道及管道之间的交叉问题
由于土建专业和水工专业、总图专业的施工图设计不是同时完成的,并且不同类型基础的尺寸大小和埋深各不相同,因此经常出现地下管道与管道支架的碰撞现象。为妥善解决这类问题,建议采取以下解决办法。a.地下管道与管道支架柱碰撞时,可在不影响地下和地上管道走向的前提下,适当调整支架柱的位置,避开地下管道b.地下管道位于支架柱基础的下方或附近时,在采取调整支架柱位置的同时,适当加深支架柱基础埋深,使地下管道从基础顶上通过,或使支架柱基础底标高与地下管道的底标高齐平,适当改变支架柱基础形状,如将方形基础改为长方形基础或条形基础,使地下管道从基础边通过。
2.管道支架的选型
管道支架按材料可分为钢筋混凝土支架、钢支架等；按用途可分为固定支架和活动支架；按结构受力特点可分为刚性支架、柔性支架和半绞接支架;按外形可分为T形支架、∏形支架、单层支架、双层支架、多层支架、单片支架、空间刚支架或塔支架等。管道支架的选型,一般按以下几个原则综合考虑。
2.1管道支架的结构材料选择
一般在经济条件允许或在新建电厂的管道支架设计中,施工工期要求紧且场地施工交叉多的情况下,管道支架宜优先采用钢结构；对于厂前区的管道支架,宜优先采用钢结构。采用钢结构的断面比采用钢筋混凝土结构的截面尺寸小,整体效果轻巧、协调、美观。
2.2组合式支架的选择
当管道跨越铁路或道路时,在管道的允许跨度不满足铁路或道路宽度要求的情况下,需要采用组合式支架,即在相邻支架上附加钢桁架、纵横梁等辅助跨越结构。为了道路的安全通行和机组的安全运行,跨铁路的辅助跨越结构底面(附加钢桁架的下弦或纵横梁的梁底)到铁路轨顶的最小垂直净距离不小于5.5m,跨道路的辅助跨越结构底面到道路路面的最小垂直净距不小于5m。
2.3固定支架的选择
固定支架的位置由工艺专业确定,支架型式通常为门形支架或∏形支架。当门形支架或∏形支架承受的纵向水平推力较大时,宜优先采用四柱式固定支架,即相邻的∏形或门形的单片支架采用纵梁连接。固定支架在纵向(沿管道轴向)和横向(垂直于管道轴向)均视为管道的不移动支点,应有足够的刚度,以保证管道系统的稳定,减小水平位移。高支架不宜作为固定支架。固定支架除了要承受固定点两侧相邻活动支架之间的垂直荷载外,还要承受2个固定点之间所有的纵向水平推力。此时,固定支架结构受的水平力大,垂直力相对较小,这样使得基础的偏心距较大。如果高支架作为固定支架,相对作为固定支架的低支架来说,会增大支架柱的基础底面积和支架柱的断面,增加基础和柱的配筋,从经济角度不尽合理。因此,在土建专业施工图具体设计中,在固定支架允许跨距的条件下,适当调整位置,避开高支架作为固定支架。组合式支架不宜作为固定支架。组合式支架是跨铁路、道路的高支架,其纵向刚度较弱,故不宜作为固定支架。
2.4 T形支架的选择
T形支架的横梁为悬臂梁,其悬挑长度一般限制在0.8m之内,单角钢或单槽钢宜控制在0.5m之内。设计时应尽量使两边横梁产生的固端弯矩接近,同时,尽量减小悬臂梁的固端弯矩和自由端的挠度。T形支架的抗扭能力和整体刚度都比较弱,一般适用于以下情况。管道根数较少、受力较小且基本对称；横梁两边管道的水平荷载、垂直荷载接近；横梁两边管道热胀冷缩在同时、同步、同向的工况。
2.5门形支架和∏形支架的选择
门形支架和∏形支架的抗扭能力和整体刚度都较强,特别适用于管道直径较大、根数较多的情况。只要条件允许,宜优先选用门形支架；当管道数量多,支架横梁跨度及横梁截面过大时,为减小横梁跨度和横梁截面,可选择∏形支架；当支架遇到挡土墙、地下沟道等障碍物时,可采用∏形支架,在不改变横梁位置的同时,调整支架柱的位置,使支架柱基础和支架柱避开障碍物。
3.支架柱长细比的选择
实践效果表明,管道支架柱的截面尺寸大小,不仅要满足本身安全稳定性的要求,而且要注意与管道直径大小协调,避免产生头重脚轻或头轻脚重的感觉。根据经验,长细比范围为:对于钢筋混凝土结构的固定支架柱,一般在25～30;对于钢筋混凝土结构的活动支架柱,一般在35～40;对于钢结构的固定支架柱,一般在100～125;对于钢结构的活动支架柱,一般在125～150。
4.管道支座的选择
管道支座主要分固定支座、滑动支座和滚动支座。管道的固定支座用在固定支架上。由于管道的纵向水平推力较大,需要通过固定支座传递到固定支架上,所以一般采用管道与管托焊接,管托与支架柱顶部埋件焊接的连接方式。同时,为了保证顶部埋件的受力安全可靠,常常在顶部埋件下设置抗剪连接件。管道的滑动支座和滚动支座用在活动支架上。活动支架主要承受管道的垂直荷载和一定的水平摩擦力。为了减小水平摩擦力,以前常常采用低摩擦系数的滚动支座。由于滚动支座的滚轴在长时间的使用过程中容易生锈,阻碍滚轴的滚动,影响滚动摩擦的效果,因此,目前很少采用滚动支座。为了解决滚动支座中出现的问题,并同时达到滚动支座低摩擦系数的效果,目前常常采用聚四氟乙烯滑动支座,即在钢板之间的滑动面上涂上聚四氟乙烯材料。由于聚四氟乙烯具有低摩擦系数和很高的承载能力,其滑动支座不但滑动摩擦系数在0.10以下(当施工安装有保障时,可达0.06；而钢板之间的滑动摩擦系数为0.30),而且具有较长的使用寿命和较长的低摩擦效果。
5.结语
综上所述,在电厂的管道支架设计中,本着“经济适用,安全可靠,美观大方”的原则,在力求支架和支架基础分类计算准确、支架布置满足工艺专业要求的前提下,综合考虑上述一系列问题是非常必要的。
参考文献：
[1]罗邦富，魏明钟等，钢结构设计手册（第三版）北京，中国建筑工业出版社，2009.
[2]张志贤、徐子清等，管道施工实用手册，北京，中国建筑工业出版社，1998.
[3]赵廷元，动力管道手册，北京，机械工业出版社，2009.
关键词：管道支架；布置；选型
中图分类号：U175文献标识码：A文章编号：
在电厂的管道支架设计中,支架的布置和选型,不仅要满足各工艺专业管线走向的要求,保证管道的正常使用及支架的结构安全,而且要避免管道支架与附近建(构)筑物、地下设施的碰撞。合理的支架布置和选型,不仅给施工带来方便,缩短工期,而且支架受力合理、经济适用,同时使得支架与整个厂区的建(构)筑物协调一致、整洁美观。因此,搞好管道支架的布置和选型意义重大。
1.管道支架柱的布置
在布置管道支架的柱网时,除符合管线走向的要求外,支架柱位置的确定,还应从以下几个方面予以考虑。
1.1管道支架外邊缘与道路边的最小水平净距离
为了保证道路的安全通行和机组的安全运行,管道支架外边缘与道路边的最小水平净距离不小于1.0m。
1.2管道支架与附近建(构)筑物的最小水平净距离
管道支架与附近建(构)筑物的最小水平净距离,在避开建(构)筑物基础的同时,有门窗的墙壁或凸出部分外边为3m,无门窗的墙壁或凸出部分外边为1.5m。
1.3管道支架与地上建(构)筑物和相关障碍物之间的立体交叉问题
当管道支架通过烟道、输煤栈桥,或者管道支架之间发生交叉碰撞时,应当与相关工艺专业协商解决。为妥善解决这类问题,建议采取以下解决办法。a.按比例绘制出相应的断面图,抓住相关位置的控制点,相应降低该段范围内管道支架的标高。b.在条件允许情况下,适当平移管线和管道支架。c.该段范围内管道支架改为地下沟道。
1.4管道支架与地下建(构)筑物基础、各种沟道及管道之间的交叉问题
由于土建专业和水工专业、总图专业的施工图设计不是同时完成的,并且不同类型基础的尺寸大小和埋深各不相同,因此经常出现地下管道与管道支架的碰撞现象。为妥善解决这类问题,建议采取以下解决办法。a.地下管道与管道支架柱碰撞时,可在不影响地下和地上管道走向的前提下,适当调整支架柱的位置,避开地下管道b.地下管道位于支架柱基础的下方或附近时,在采取调整支架柱位置的同时,适当加深支架柱基础埋深,使地下管道从基础顶上通过,或使支架柱基础底标高与地下管道的底标高齐平,适当改变支架柱基础形状,如将方形基础改为长方形基础或条形基础,使地下管道从基础边通过。
2.管道支架的选型
管道支架按材料可分为钢筋混凝土支架、钢支架等；按用途可分为固定支架和活动支架；按结构受力特点可分为刚性支架、柔性支架和半绞接支架;按外形可分为T形支架、∏形支架、单层支架、双层支架、多层支架、单片支架、空间刚支架或塔支架等。管道支架的选型,一般按以下几个原则综合考虑。
2.1管道支架的结构材料选择
一般在经济条件允许或在新建电厂的管道支架设计中,施工工期要求紧且场地施工交叉多的情况下,管道支架宜优先采用钢结构；对于厂前区的管道支架,宜优先采用钢结构。采用钢结构的断面比采用钢筋混凝土结构的截面尺寸小,整体效果轻巧、协调、美观。
2.2组合式支架的选择
当管道跨越铁路或道路时,在管道的允许跨度不满足铁路或道路宽度要求的情况下,需要采用组合式支架,即在相邻支架上附加钢桁架、纵横梁等辅助跨越结构。为了道路的安全通行和机组的安全运行,跨铁路的辅助跨越结构底面(附加钢桁架的下弦或纵横梁的梁底)到铁路轨顶的最小垂直净距离不小于5.5m,跨道路的辅助跨越结构底面到道路路面的最小垂直净距不小于5m。
2.3固定支架的选择
固定支架的位置由工艺专业确定,支架型式通常为门形支架或∏形支架。当门形支架或∏形支架承受的纵向水平推力较大时,宜优先采用四柱式固定支架,即相邻的∏形或门形的单片支架采用纵梁连接。固定支架在纵向(沿管道轴向)和横向(垂直于管道轴向)均视为管道的不移动支点,应有足够的刚度,以保证管道系统的稳定,减小水平位移。高支架不宜作为固定支架。固定支架除了要承受固定点两侧相邻活动支架之间的垂直荷载外,还要承受2个固定点之间所有的纵向水平推力。此时,固定支架结构受的水平力大,垂直力相对较小,这样使得基础的偏心距较大。如果高支架作为固定支架,相对作为固定支架的低支架来说,会增大支架柱的基础底面积和支架柱的断面,增加基础和柱的配筋,从经济角度不尽合理。因此,在土建专业施工图具体设计中,在固定支架允许跨距的条件下,适当调整位置,避开高支架作为固定支架。组合式支架不宜作为固定支架。组合式支架是跨铁路、道路的高支架,其纵向刚度较弱,故不宜作为固定支架。
2.4 T形支架的选择
T形支架的横梁为悬臂梁,其悬挑长度一般限制在0.8m之内,单角钢或单槽钢宜控制在0.5m之内。设计时应尽量使两边横梁产生的固端弯矩接近,同时,尽量减小悬臂梁的固端弯矩和自由端的挠度。T形支架的抗扭能力和整体刚度都比较弱,一般适用于以下情况。管道根数较少、受力较小且基本对称；横梁两边管道的水平荷载、垂直荷载接近；横梁两边管道热胀冷缩在同时、同步、同向的工况。
2.5门形支架和∏形支架的选择
门形支架和∏形支架的抗扭能力和整体刚度都较强,特别适用于管道直径较大、根数较多的情况。只要条件允许,宜优先选用门形支架；当管道数量多,支架横梁跨度及横梁截面过大时,为减小横梁跨度和横梁截面,可选择∏形支架；当支架遇到挡土墙、地下沟道等障碍物时,可采用∏形支架,在不改变横梁位置的同时,调整支架柱的位置,使支架柱基础和支架柱避开障碍物。
3.支架柱长细比的选择
实践效果表明,管道支架柱的截面尺寸大小,不仅要满足本身安全稳定性的要求,而且要注意与管道直径大小协调,避免产生头重脚轻或头轻脚重的感觉。根据经验,长细比范围为:对于钢筋混凝土结构的固定支架柱,一般在25～30;对于钢筋混凝土结构的活动支架柱,一般在35～40;对于钢结构的固定支架柱,一般在100～125;对于钢结构的活动支架柱,一般在125～150。
4.管道支座的选择
管道支座主要分固定支座、滑动支座和滚动支座。管道的固定支座用在固定支架上。由于管道的纵向水平推力较大,需要通过固定支座传递到固定支架上,所以一般采用管道与管托焊接,管托与支架柱顶部埋件焊接的连接方式。同时,为了保证顶部埋件的受力安全可靠,常常在顶部埋件下设置抗剪连接件。管道的滑动支座和滚动支座用在活动支架上。活动支架主要承受管道的垂直荷载和一定的水平摩擦力。为了减小水平摩擦力,以前常常采用低摩擦系数的滚动支座。由于滚动支座的滚轴在长时间的使用过程中容易生锈,阻碍滚轴的滚动,影响滚动摩擦的效果,因此,目前很少采用滚动支座。为了解决滚动支座中出现的问题,并同时达到滚动支座低摩擦系数的效果,目前常常采用聚四氟乙烯滑动支座,即在钢板之间的滑动面上涂上聚四氟乙烯材料。由于聚四氟乙烯具有低摩擦系数和很高的承载能力,其滑动支座不但滑动摩擦系数在0.10以下(当施工安装有保障时,可达0.06；而钢板之间的滑动摩擦系数为0.30),而且具有较长的使用寿命和较长的低摩擦效果。
5.结语
综上所述,在电厂的管道支架设计中,本着“经济适用,安全可靠,美观大方”的原则,在力求支架和支架基础分类计算准确、支架布置满足工艺专业要求的前提下,综合考虑上述一系列问题是非常必要的。
参考文献：
[1]罗邦富，魏明钟等，钢结构设计手册（第三版）北京，中国建筑工业出版社，2009.
[2]张志贤、徐子清等，管道施工实用手册，北京，中国建筑工业出版社，1998.
[3]赵廷元，动力管道手册，北京，机械工业出版社，2009.