分析热力工程中固定支架的受力情况

分析热力工程中固定支架的受力情况

刘霄

身份证号码： 142133198301142013

摘要：本文以热工固定支架受力为重点，介绍了固定支架的受力分析，明确了不同固定支架的受力情况，列举了工程案例，并据此调整热工管道的设计与受力参数，以提高热工性能.项目的经济性和安全性，并为相关研究人员提供一定的参考和帮助。

关键词：热力工程；水平荷载；受力分析

引言

固定支架中的管道与支架结构之间不会有相对位移。在应用中，可以保护弯头和分支三通免受过度拉力造成的损坏。热力管可分为多个补偿段实现单独补偿，进而保证热力管的稳定性和安全性，使补偿器稳定工作，确保热工效益最大化。对此，在热力工程设计和施工中，需要对固定支架进行优化设计，分析固定支架的强度，了解固定支架上的载荷是否超过极限值，调整固定支架的位置。支护得当，合理使用固定支座，充分发挥固定支座的作用，从而提高热工工程的安全性、经济性和合理性。在这样的环境背景下，探索热工工程中的固定支护强度具有重要的现实意义。

1热力工程中固定支架受力分析

固定支架受力的大小与支架管的受力状态有关，直埋供热管以轴向力为主，包括水平载荷和竖向载荷。

1.1水平载荷

水平载荷主要是限制埋地管道直接朝向固定支架的热伸长，使固定支架能够承受管道的水平载荷，包括管道的轴向力、不平衡内压、土、固定支架与填料之间的摩擦；

1.管道轴向力

根据管道热伸长的具体受限情况，针对锚固段的固定支架而言，管道热伸长被完全限制，其轴向力公式为：，其中，代表锚固段轴向力；代表钢材线膨胀系数；E代表钢材弹性模量；、分别代表管最高温度和安装温度；v是泊桑系数，取值为0.3；代表管道内部环向应力；A代表管道环形管壁的横截面积；代表管道压力；Di代表管道内径；代表钢管公称壁厚。而针对过渡段固定支架而言，管道热伸长未被完全限制，其轴向力为：，其中，其中F代表管道和土壤间的摩擦力；l代表固定支与自由端间距；代表土壤密度；g代表重力加速度；代表摩擦系数；代表管道顶部覆土深度；代表管道保护壳外径。

2.不平衡内压力

不平衡内压力主要是管道内部由于带压流体的影响，直接作用在阀门、盲板或是补偿器等部位，在截面变化的情况下，形成管道内部不平衡内压力，当固定支架安装位置在阀门、盲板或是弯头等位置时，内压力为：；当固定支架安装在补偿器位置时，内压力为：，并和管道工作压力有关，管道工作压力越大，其不平衡内压力就会越大。

3.土压力

由于固定支架深埋在土壤中，会受到土壤垂直土压力，使得固定支架对土壤形成水平推力，而土壤对固定支架形成水平反力，这种受力根据固定支架位移方向而分为主动土压力和被动土压力，主动土压力为，而被动土压力为：，本文主要考虑无粘性土情况。

4.固定支架与回填土的摩擦力

受到轴向力的影响，固定支架会产生轴向位移，即为固定支架与回填土的摩擦力，计算公式为：，其中，为底面摩擦力，公式为：；为侧面摩擦力，公式为：；。

1.2垂直荷载

基于刚性条件，固定支架的垂直荷载包括回填土重力和地面交通荷载，其中回填土重力静压力值为：；根据《公路桥涵设计规范》，以汽车车轮接触面积0.2*0.5m2，轴重10t为标准，其地面交通荷载压力值为：。

2热力工程施工中的固定支架受力影响分析

2.1固定支架受力影响分析原理

热力工程施工中，会受到资金限制、拆迁困难或是规划变化等因素的影响，必须进行分阶段施工，这种分段分工方式会对固定支架受力产生一定的影响，造成推力变化。如图1所示，为热力管道分段施工布局。

图1 热力管道分段施工布局

在原有的施工方案设计中，计划管线布设由①至③，但由于施工原因，使得②段后的管道暂时停止施工，②段a位置加设堵板进行封堵，使得②位置形成固定支架推力，原设计固定支架压力值为：，而改动后固定支架压力值为：，其中P0A的值要超过P2，可见固定支架受力变动较大，施工中需要具体分析。

2.2工程案例分析

某DN500管线施工中，管道总长为540m，以地沟敷设为主，结构以钢筋混凝土结构为主，基地埋深为16m。本工程的固定支架位置处于隧道范围以内，为了让固定支架布设前后，其混凝土不受较大推力的影响，在固定支架周围尽量不布设伸缩缝，在固定支架施工后，在二衬结构布设纵向钢筋，供水管道固定支架和回水管道固定支架错开布置，施工布局为图2所示。

图2 热力管道固定支架施工布局

管道线路中设置②、③、⑤等管路分支，而③段固定支架受力为：（其中）==1725kg，其中代表管道补偿器轴向刚度，取值为230N/mm，代表管线热膨胀量，取值为250mm。对此，在实际施工中，③段固定支架推力可取近视值1.8t。

施工中由于拆迁问题，在③段施工时停止施工，该管线实行分期施工、分段供热的运行策略，以②、③段用户供热，这种分段施工方式，使得③段固定支架受力情况发生变化，如图3所示，为改变后的施工布局情况，则③段固定支架受力为：，其中P0代表管线设计压力，取值为1.6MPa，A代表管道补偿器有效面积，取值为3167cm2。

图3 改变后的热力管道固定支架施工布局情况

对此，在改变施工方式后，③段固定支架所受荷载和原设计方案中的受力情况差很多，实际施工中若选择一般支撑方式或是固定支架加固方式，一般无法满足施工质量要求，需要根据施工变动对固定支架受力情况进行重新分析和计算，制定有效的支护措施，避免③断固定支架由于受力过大而发生损坏或是变形，进而影响其他管道设备的运行。

2.3不同管网布置下的固定支架受力情况

主要有两种情况，第一，在管道施工中，选择轴向补偿器进行热伸长吸收和消耗的情况下，安装在阀门、弯头或是堵板等位置的固定支架会受到不平衡内压力的作用，即为P0A，这种不平衡内压力会随着管径增加而增加，远远大于管线上的弹性力与摩擦力，而在③段施工变化后，该段固定支架位置会接近堵板，其所受推力会明显增加；

第二，在管道施工中，选择自然补偿的方式进行热伸长吸收与消耗的情况下，③段固定支架的两侧不平衡力和内压力相互抵消，使得固定支架的受力主要是管线弹性力PK、管线与支架的摩擦力Pm。

结束语：

综上所述，在热力工程施工中，为了保证施工质量，在设计阶段要对固定支架受力情况进行分析和计算，优化施工方案，一旦施工中发生施工变动情况，势必会改变固定支架受力情况，需要协同设计人员重新分析和计算，发挥出固定支架的作用，提高热力工程的综合质量。

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