长距离给水架空钢管设计.

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六、中间联设计 普通板式橡胶支座的抗侧刚度：
式中：A为支座的平面面积；G为支座的剪切模量；t为橡胶片的总厚度。
墩柱的抗Fra Baidu bibliotek刚度：
式中E为混凝土的弹性模量；I为墩柱的截面惯性矩；L为墩柱的计算长度。 由于两侧支座采用四氟乙烯支座，所以抗侧刚度很小，故上部钢管的水平地 震力都由中间的三个支座承担。
长距离给水架空钢管设计
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一、内容概述 根据一个架空给水钢管跨越河道的工程实例，讨论了架空管道 结构主要特点，并以此为依据确定管道设计的主要原则。在结构分 析中，针对本工程的特性，建立了一个上部钢管和下部竖向支承共
同作用的平面刚架结构，探讨了在这个体系中，钢管结构的温度、
地震作用产生的纵向水平荷载的计算方法。
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三、设计标准 工程的结构安全等级： 二级， 主体结构设计使用年限： 50年。 当地的抗震设防烈度为七度，设计基本地震加速度值为0.1g，地 震分组为第一组。
场地土的类别：Ⅲ类。
场地土层由上至下依次为淤泥层、粉砂层、淤泥夹中砂层、强风 化岩、中风化岩管道以及微风化岩。
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六、中间联设计 3、温度作用的计算
温度变形的特点是，中间支座处管道变形小，两侧的支座处管道变形较 大。 相应的解决方案是中间3个支座为普通板式橡胶支座，两侧各点为四氟乙 烯橡胶支座。
板式支座和钢管是共同变形的，可以传递水平力给下部支承结构。四氟
乙烯支座的可和钢管脱开，传递给下部支承的水平力很小。
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五、端头联设计 端头联由两跨直管段和一跨斜管段组成，其中在E、H点设置镇墩，
其他两个支点为滑动支座。对这个体系来说，管段的纵向水平力，包
括纵向弯头产生的水平力和纵向地震力，都由镇墩来承担。
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六、中间联设计 1、钢管管道设计
河道的航道里，承台和灌注桩无法做到河底，只能设置水位以上的位置，造
成支承的抗侧刚度较低。在上部钢管结构中，管道纵向水平作用有主要有两 种，为温度作用和地震作用，两种作用应根据其自身不同的特性来进行分析 计算。采取措施将管道产生的纵向水平力传递给中间3个支承，尽量减小两端 支承顶面的水平力 北京市市政工程设计研究总院
用产生的水平力。在本次设计中，将上部钢管和下部支撑结构形成一 个空间的刚架结构，利用支撑的抗推刚度抵抗钢管产生的纵向水平地
震力。
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六、中间联设计 2、下部支承设计
按照上图所示，上部钢管为一个刚性杆，下部支承为竖向支承，二者之 间设置橡胶滑动支座进行连接。这个结构的支承设置有自身的特点。中间的 三个支承（图中3、4、5）位于岸上，下部的承台和灌注桩都埋在土中，支承 的抗侧刚度可以根据需要加大。而两侧几个支承（图中1、2、6、7）都位于
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五、设计方案 在设计中采用了设置伸缩缝的方案，结构体系如下图所示。整个
架空管分为三联，两个端头联和一个中间联，各个管段之间采用能够
满足管道纵向变形的伸缩接头。这个设计方案有效的释放了整个管段
温度变形，对温度作用由“抗”改为“放”的方式，将温度作用对钢
管自身和整个体系产生的影响降为最低。
钢管受力应满足
需要指出的是，在中间段的设计中，管道纵向应力没有温度作用和两 端纵向弯头内水压产生的纵向拉力，而支座摩擦力产生的纵向应力对
于管道来说可以忽略。这样可以减小管道纵向应力，为管道的截面设
计优化提供了条件。
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六、中间联设计 2、下部支承设计
支承结构除了承担自重等竖向荷载外，还存在温度作用和地震作
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二、工程简介 本工程为广东某市的一根给水干管工程，给水管道需要穿越一条宽度 为300m的河道，经过多次的现场调研及与产权单位、水力、航道等管理 部门协商，因为多个的外界条件限制，最终采用了架空的设计方案。 管材：焊接钢管， 管径：DN2200mm 设计压力：1.1MPa 架空段总长度约为300米，共分为10跨
根据通航要求，管底距离20年一遇的水位标高约为6m，距离河底 地面标高为9~12m。 北京市市政工程设计研究总院
四、结构荷载 管道荷载： 竖向荷载：管道的自重、管道内水重、管道内外防腐重、管道上检 修荷载等； 水平荷载：管道内水压力、管道的真空压力、管道支座摩擦力、管 道纵向温度作用、管道的纵横向地震、管道上的风荷载 作用。 墩柱荷载：水流压力和河道上漂浮物的撞击力。 竖向荷载的传递路线比较明确，通过管道本身沿支座－盖梁－墩 柱－灌注桩的途径直接进行传递到灌注桩的桩端。但水平荷载，尤其 是沿管道纵向的水平荷载，包括温度作用、地震作用、两端纵向弯头 的水平力等。由于荷载绝对值较大，工况组合较复杂，下部支承结构 的刚度较弱等因素，需选定一个合理的结构方案。
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七、结论和建议
针对长距离的架空管道结构，还有以下几点需要总结： （1）长距离的架空管道，管道的纵向温度变形宜采用释放的原则。 （2）端头联的设计中，主要需要解决纵向弯头产生的水平推力，克服这个水 平推力应利用斜管段的承载能力，这样可以大大减少镇墩的结构工程量。 （3）中间联的设计中，橡胶支座是结构设计的关键，应明确各种不同类型支 座的性能和适用条件，按照整体结构的需求在不同的位置设置不同数量和类 型的支座。 （4）中间联的设计中，下部支承的抗侧刚度需要考虑支承结构各部分的影响。
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板式橡胶支座因为上部钢管变形传递给支承顶面 的水平力
式中：A为支座的平面面积；G为支座的剪切模量；一
般可取1.0MPa；te支座橡胶片的总厚度；Δl为上部钢 管的温度作用下纵向变形值。
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六、中间联设计 4、地震作用的计算
在地震作用的条件下，上部钢管不发生轴线变形，即各个支承顶点的水平 位移相等。 各个支承顶部承担的水平力，以刚度分配的原则来确定。 每个支承结构的抗推刚度由支座刚度K支和墩柱刚度K墩两部分组成。