简述固定管道支架水平推力在设计中的简化计算

简述固定管道支架水平推力在设计中的简化计算

发表时间：2018-07-23T13:07:58.820Z 来源：《基层建设》2018年第18期作者：狄卫平1 杨超群2 陈晓博2 郑卫琳2 孙越2 [导读] 摘要：管道支架作为工业设备的附属构筑物，在设计中的结构等级较低，结构型式也比较简单。

1.西安有色冶金设计研究院有限公司；2陕西冶金设计研究院有限公司陕西省西安市 710000

摘要：管道支架作为工业设备的附属构筑物，在设计中的结构等级较低，结构型式也比较简单。但与工厂的其它建构筑物相比，其荷载情况较为复杂，其水平推力，尤其是固定支架受到的水平推力，一直是设计中的计算难点。笔者根据多年工厂设计实践，根据相关规范结合个人的设计经验，给出较为简明实用的固定管道支架的计算方法，对工业项目中管道支架设计具有一定的指导意义。

关键词：固定支架；协调变形；水平推力

一、概述

管道固定支架指在管道的横向与纵向均视为不动点的管道支架。其承受的荷载按恒载和活载划分，主要包括：恒载：管道自重和管道内介质自重；

活载：风荷载、雪荷载、积灰荷载、施工荷载、地震作用力及管道变形对支架产生的水平推力，其中风荷载和地震荷载为管道侧向水平荷载，雪荷载、积灰荷载和施工荷载为竖向荷载，管道变形对支架产生的水平推力为管道轴向荷载。

在上述荷载中，荷载大多可根据相关资料计算，而管道变形产生的水平推力，既要考虑管道所处地区的温差、管道的断面尺寸、管道的跨度等客观因素，也要考虑整个管道及支架系统的受力和协调变形，在计算过程中要充分考虑支架的布置、结构型式和支架类别。因此，固定管道支架设计过程中，管道变形产生的水平推力计算一直都是计算难点。

本文依据相关设计规范，根据多年设计总结的经验，对不同布置型式下的的固定管道支架水平推力提出简化计算方法。

二、固定支架受的水平推力计算基本理论

一般来说，固定支架宜设置为刚性支架。对较小管径的管道，当固定支架位于一段长直管道中部时，考虑到支架两侧受到的水平推力可基本抵消时，也可按柔性支架设计。

为减小管道和支架的受力，需根据管道的布置情况适当设计变形补偿。对自然补偿，管道弯头的临近支架不应设固定点，而与波纹补偿器最近的支架必须设置固定点。设计师根据工艺专业提资确定支架的型式，进而计算支架的水平推力。

根据变形协调方程，管道的实际变形量：

式1式中：--管道实际变形量；

--在温差作用下管道的理论伸长量，；

--自然补偿或补偿器产生的变形量；

--管道支架水平受到的水平推力；

--管道计算长度；

--管道弹性模量；

--管道截面面积；

--管道在水平推力的反作用力下的变形量。

对于固定支架，管道与支架协调变形。对支撑单根管道的支架，水平推力一般作用于支架顶部，因此，可将支架简化为集中荷载作用下的悬臂杆件，其在水平推力作用下变形的计算公式为：

式2式中：

H--支架高度；

I--支架惯性矩。

对于单个固定支架，将式2中代入式1，可得：

式3理论上，已知管道和支架的相关参数，即可根据式3计算出支架因管道变形受到的水平推力。但在管道支架设计中，由于固定支架一般为刚性支架，其惯性矩计算相对复杂，在设计中需要根据计算情况对支架构件进行调整，因此支架的刚度难以准确计算。为简化计算，在设计时应根据支架的变形情况对式3进行简化。

三、不同工况的固定管道支架水平推力简化计算

3.1设置补偿的固定支架水平推力计算

对设置补偿的管道对应的固定支架，考虑到管道的变形相对较小，而支架的刚度较大，在管道变形产生的水平推力作用下，可以认为固定支架在水平推力作用下没有发生位移，管道的的变形产生的水平力全部由固定支架来抵抗。因此，固定支架受到的水平推力实际为管道设置补偿后变形产生的轴力。

因此，设置补偿的固定支架水平推力计算公式可表达如下：

式4式中：

α--管道线膨胀系数； Δt--管道施工与管道运行时的温差； L--管道计算长度； E--管道弹性模量；

在管道设计时，对管径较小且直线长度较长的管道，为避免管道产生过大的变形，会设置自然补偿（也称弯头补偿）。此时，管道的计算，式中自然补偿产生的变形

荷能力可根据其参数查得，其计算公式为：推力按式表1