管道支吊架受力分析總結(jié)

1、管道支吊架受力分析總結(jié)管道安裝在機(jī)電安裝工程中占較大的比重，而管道支吊架的制安在管道安裝中扮演著主要的角色，它直接關(guān)系到管道的承重流向及觀感。有些支吊架不但影響觀感，更存在著安全隱患，為了消除管道支吊架存在的各種隱患，使管道支吊架制安達(dá)到較高水平，有必要對(duì)管道支吊架進(jìn)行荷載受力分析，確保支吊架荷載在安全范圍以內(nèi)。選取寶雞國(guó)金中心-購(gòu)物中心地下室某段壓力排水管道進(jìn)行受力分析：系統(tǒng)：壓力排水材質(zhì)：鍍鋅鋼管管徑：DN100管道數(shù)量：兩*艮兩支架間距：6米一、管道重量由三部分組成：按設(shè)計(jì)管架間距內(nèi)的管道自重、滿管水重及以上兩項(xiàng)之合10%勺附加重量計(jì)算（管架間距管重均未計(jì)入閥門(mén)重量，當(dāng)管架中有閥門(mén)時(shí)，在

2、閥門(mén)段應(yīng)采取加強(qiáng)措施）。1、管道自重：由管道重量表可查得，鍍鋅鋼管DN100 21.64Kg/m，支架間距按6米/個(gè)考慮，計(jì)算所得管重為：f 仁 21.64*6kg=129.84kg*10=1298.4N管道中水重f2= n r 2p 介質(zhì) 1=3.14*0.106 *1000*6kg=211.688kg=2116.88N:r3、管道重量f=f1+f2+ （f1+f2） *10%=3756.81N4、受力分析根據(jù)支架詳圖，考慮制造、安裝等因素，系數(shù)按1.35考慮，每個(gè)支架受力為：F=3756.81*1.35/2=2535.85N假設(shè)選取50*5等邊角鋼（材質(zhì)為Q235）做受力分析試驗(yàn)分析過(guò)程：

3、1、支架建立1）在REVIT導(dǎo)出要進(jìn)行分析的支架剖面然后打開(kāi)solidworks軟件，打開(kāi)保存好的CADfc架剖面 圖；2）通過(guò)草圖繪制工具繪制支架輪廓；3）通過(guò)插入-焊件-結(jié)構(gòu)構(gòu)件選擇50*5等邊角鋼，并在繪制好的輪廓圖上依次描圖（如果沒(méi)有需要 的型鋼號(hào)，可以下載國(guó)標(biāo)型鋼庫(kù)放在solidworks指定的文件夾）；繪制型鋼輪廓型鋼的選擇支架建立4）賦材質(zhì)：對(duì)支架模型賦予普通碳鋼材質(zhì)；2、支架加載1）定義受力面：對(duì)橫擔(dān)的水管投影區(qū)域進(jìn)行分割，便于為下一步載荷選擇指定面（我們等效管道的作用力集中在水平中心截面）；2）邊界條件、載荷的定義：對(duì)支架的上端進(jìn)行固定，保證在力的加載過(guò)程中不晃動(dòng)，對(duì)支架進(jìn)行

4、加載，力的大小為2535.85N;定義受力面力的加載3、受力分析r從圖中可以看出屈服力大小為220.594MPQ而最大應(yīng)力只有164.125MPQ最大應(yīng)力小于屈服力的 大小，型鋼處于彈性應(yīng)力應(yīng)變階段。1）應(yīng)力、應(yīng)變關(guān)系如下：繪制成應(yīng)力應(yīng)變曲線圖如下：一/從圖中可以看出，應(yīng)力/應(yīng)變曲率變化不明顯，處于彈性應(yīng)力應(yīng)變行為階段，各部位均沒(méi)有發(fā)生屈服現(xiàn)象。由相關(guān)資料可查得50*5等邊角鋼的抗拉強(qiáng)度c b=423MPa抗剪強(qiáng)度c r= c b*0.8=338.4MPa，型鋼吊桿拉伸強(qiáng)度小于它的抗拉強(qiáng)度，型鋼橫擔(dān)小于它的抗剪強(qiáng)度，所以50*5等邊角鋼可以滿足使用要求。2）危險(xiǎn)部位應(yīng)力分析圖中的藍(lán)色區(qū)域?yàn)橹Ъ?/p>

5、應(yīng)力最大的地方，也即該處最容易發(fā)生變形與開(kāi)裂，在設(shè)計(jì)中應(yīng)對(duì)有較大變形的地方，解決辦法有兩個(gè)：1、加固，可以通過(guò)增加肋板來(lái)加固，在型鋼焊接的地方更應(yīng)該滿焊以此增大接觸面，從而減小開(kāi)裂的可能；2、通過(guò)選擇更大規(guī)格的型鋼來(lái)試驗(yàn)，直到滿足設(shè)計(jì)要求為止。通過(guò)上述例子，如果我們選擇40*4的等邊角鋼來(lái)試驗(yàn)，通過(guò)計(jì)算和分析校核，發(fā)現(xiàn)可以滿足使用要求，從而更加節(jié)省了型鋼的用量。以上分析只考慮了垂直方向的載荷，實(shí)際上對(duì)于有壓管道，同時(shí)存在水平方向的受力，所以我們分開(kāi)單獨(dú) 分析一下。二、支架水平方向受力1）補(bǔ)償器的彈性反力H （僅適用于熱力管道）當(dāng)管道膨脹時(shí)，補(bǔ)償器被壓縮變形，由于補(bǔ)償器的剛度（對(duì)于套筒式補(bǔ)償器，

6、則由于填料的摩擦力作 用），將產(chǎn)生一個(gè)抵抗壓縮的力量，這個(gè)力是通過(guò)管道反作用于固定支架，這就是補(bǔ)償器的彈性反力， 軸向型波紋補(bǔ)償器的彈性反力H:Pk=Ax- Kx 101 （kg）式中 X一管道壓縮變形量（即管道的熱伸長(zhǎng)量）（mm）Kx補(bǔ)償器軸向整體剛度）（N/mm）其他各類補(bǔ)償器可通過(guò)不同公式計(jì)算得出。2）不平衡內(nèi)壓力Pn （僅適用于熱力管道）當(dāng)在兩個(gè)固定支架間設(shè)置套筒式及波紋補(bǔ)償器時(shí)，而在其中某一固定支架的另一側(cè)裝有閥門(mén)、堵板或有彎頭時(shí)，且當(dāng)閥門(mén)關(guān)閉時(shí)，由于內(nèi)壓力的作用，將有使補(bǔ)償器脫開(kāi)、失效或損壞的趨 勢(shì)。為了保護(hù)補(bǔ)償器，要求固定支架有足夠的剛度和強(qiáng)度，這個(gè)力就是管道的不平衡內(nèi)壓力。f

7、IPn=P A （kg）式中P0熱介質(zhì)的工作壓力（kg/cm2）IA一按套筒式及波紋式補(bǔ)償器外徑計(jì)算的橫截面積（cm2當(dāng)支架布置在兩不同管徑之間時(shí)：Pn=P（AiA）（kg）式中A 一直徑較大者補(bǔ)償器橫截面積（cm2 A直徑較小者補(bǔ)償器橫截面積（cm2）3）管道移動(dòng)的摩擦力：Pm ,Pm=i qL式中P一管道與支撐間的摩擦系數(shù)P的取值一般為：鋼與鋼滑動(dòng)接觸取0.3鋼與鋼滾動(dòng)接觸取0.1管道與土壤接觸取0.4 0.6q一計(jì)算管段單位長(zhǎng)度的結(jié)構(gòu)荷重，N/mL一管段計(jì)算長(zhǎng)度,m當(dāng)水平管道位移方向與原管道軸線方向成斜角時(shí)，摩擦力可分解為由軸向力Pm0及橫向力Pmh 且可近似取 Pm0=Pmh=0.7P

8、m三、其他影響因素1、管道上帶有閥門(mén)的管道固定支架受力分析作用于90 彎管的內(nèi)壓軸向推力計(jì)算在流體力學(xué)中，對(duì)于解決流體與管壁之間的作用力時(shí)，應(yīng)用動(dòng)量方程。如圖1所示，對(duì)于一個(gè)水平放置的90彎管而言，流體作用于彎管的合力R可由Rx與Ry合成，當(dāng)彎管的流動(dòng)截面不變,并不計(jì)阻力損失時(shí)，則Rx=Ry=P f+ p Q - V合力 R= (P f+ p Q- V)cos45作用于90彎管的分角線上。Rx與Ry正是作用于延伸兩方固定支架上的內(nèi)壓軸向推力。式中:P 一彎管內(nèi)介質(zhì)的工作壓力,Pa；f 一彎管的截面積，m2；P一彎管內(nèi)介質(zhì)的容重，kg/m3 ;C一彎管內(nèi)介質(zhì)的流量,m3/s ;V彎管內(nèi)介質(zhì)的流速

9、,m/s方形補(bǔ)償器的內(nèi)壓軸向推力計(jì)算：-1/.心根據(jù)圖2所示，方形補(bǔ)償器可看成是由4個(gè)90。彎管對(duì)接組成如所述，每個(gè)轉(zhuǎn)彎處流體對(duì)彎管都存在作用力，每處作用力的合力記為R1、R2、R3 R4,由理論力學(xué)可知,R1和R4可合成為R14,R2和R3可合成為R23,而 R14與R23大小相等,方向相反,且作用于同一直線上，它們是互相平衡的。即方形補(bǔ)償器由于內(nèi)壓產(chǎn)生的作用力，在其自身就已平衡，不會(huì)形成對(duì)固定支架的軸向推力。虛線方框內(nèi)固定支架的軸向推力計(jì)算a.原設(shè)計(jì)管線虛線方框內(nèi)固定支架的軸向推力計(jì)算由圖2可知方形補(bǔ)償器對(duì)固定支架不會(huì)形成軸向推力，根據(jù)固定支架所承受水平推力的三項(xiàng)（即摩擦反力Pm各種補(bǔ)償器

10、的彈性反力Pk、不平衡軸向內(nèi)壓力Pn）可知，該固定支架的軸向推力F1可用下式表達(dá)（此時(shí)Pn=0）。F1=1.5 k P q1 L1+Pk1-0.7（1.5 k P q2 L2+Pk2）式中:q1、q2計(jì)算管段的管道單位長(zhǎng)度重量，N/m;L1、L2 計(jì)算管段的長(zhǎng)度,m;k一牽制系數(shù)；P一管道與支架間的摩擦系數(shù)；Pk1、Pk2補(bǔ)償器的彈性力,Nb.增設(shè)閥門(mén)后管線虛線方框內(nèi)固定支架的軸向推力計(jì)算（閥門(mén)關(guān)閉后）當(dāng)閥門(mén)打開(kāi)時(shí)，固定支架的軸向推力計(jì)算方法與F1相同，閥門(mén)關(guān)閉時(shí)，根據(jù)上述可知此時(shí)固定支架的軸向推力F2可用下式表達(dá)：F2=1.5k Pq1L1+Pk1從上述兩式可以看出F2比F1多一項(xiàng)0.7（1

11、.5k P q2L2+Pk2）。因此增設(shè)閥門(mén)后，當(dāng)閥門(mén)關(guān)閉時(shí)，固定支架軸向推力增大。2、管道打壓未采取支撐措施固定支架的受力分析（兩個(gè)施工單位分段施工、分段打壓而未采取支撐措施）a.原設(shè)計(jì)管線固定支架（中間的）的軸向推力計(jì)算該固定支架僅承受卡箍式柔性管接頭的彈性反力 Pko即 F 仁Pk - i ,1. . b.管道打壓時(shí)未采取支撐措施，固定支架（中間的）的軸向推力計(jì)算當(dāng)管道打壓時(shí)，根據(jù)對(duì)每一個(gè)工程實(shí)例的分析可知，此時(shí)該固定支架的軸向推力F2可用下式表達(dá)：F2=Pk+Pnt|/ H. an從上述兩式可以看出F2比F1多一項(xiàng)不平衡內(nèi)壓力Pn,而Pn的計(jì)算公式為：Pn=P f在實(shí)際工作中，使用項(xiàng)目若要對(duì)原有管線增設(shè)閥門(mén)、彎頭等附件時(shí)，必須對(duì)附近的固定支架 進(jìn)行軸向推力驗(yàn)算，因?yàn)檫@時(shí)固定支架除了承受原有的軸向推力外，還要承受由于系統(tǒng)變化（如:增設(shè)閥門(mén)|所產(chǎn)生的附加軸