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到較高水平，有必要對管道支吊架進行荷載受力分析，確保支吊架荷載在安全范圍以內(nèi)。選取寶雞國金中心-購物中心地下室某段壓力排水管道進行受力分析：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)計管架間距內(nèi)的管道自重、滿管水重及以上兩項之合10%勺附加重量計算（管架間距管重均未計入閥門重量，當管架中有閥門時，在

2、閥門段應(yīng)采取加強措施）。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/個考慮，計算所得管重為：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）做受力分析試驗分析過程：

3、1、支架建立1）在REVIT導(dǎo)出要進行分析的支架剖面然后打開solidworks軟件，打開保存好的CADfc架剖面 圖；2）通過草圖繪制工具繪制支架輪廓；3）通過插入-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（如果沒有需要 的型鋼號，可以下載國標型鋼庫放在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：對橫擔的水管投影區(qū)域進行分割，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：對支架的上端進行固定，保證在力的加載過程中不晃動，對支架進行

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等邊角鋼的抗拉強度c b=423MPa抗剪強度c r= c b*0.8=338.4MPa，型鋼吊桿拉伸強度小于它的抗拉強度，型鋼橫擔小于它的抗剪強度，所以50*5等邊角鋼可以滿足使用要求。2）危險部位應(yīng)力分析圖中的藍色區(qū)域為支架

5、應(yīng)力最大的地方，也即該處最容易發(fā)生變形與開裂，在設(shè)計中應(yīng)對有較大變形的地方，解決辦法有兩個：1、加固，可以通過增加肋板來加固，在型鋼焊接的地方更應(yīng)該滿焊以此增大接觸面，從而減小開裂的可能；2、通過選擇更大規(guī)格的型鋼來試驗，直到滿足設(shè)計要求為止。通過上述例子，如果我們選擇40*4的等邊角鋼來試驗，通過計算和分析校核，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，實際上對于有壓管道，同時存在水平方向的受力，所以我們分開單獨 分析一下。二、支架水平方向受力1）補償器的彈性反力H （僅適用于熱力管道）當管道膨脹時，補償器被壓縮變形，由于補償器的剛度（對于套筒式補償器，

6、則由于填料的摩擦力作 用），將產(chǎn)生一個抵抗壓縮的力量，這個力是通過管道反作用于固定支架，這就是補償器的彈性反力， 軸向型波紋補償器的彈性反力H:Pk=Ax- Kx 101 （kg）式中 X一管道壓縮變形量（即管道的熱伸長量）（mm）Kx補償器軸向整體剛度）（N/mm）其他各類補償器可通過不同公式計算得出。2）不平衡內(nèi)壓力Pn （僅適用于熱力管道）當在兩個固定支架間設(shè)置套筒式及波紋補償器時，而在其中某一固定支架的另一側(cè)裝有閥門、堵板或有彎頭時，且當閥門關(guān)閉時，由于內(nèi)壓力的作用，將有使補償器脫開、失效或損壞的趨 勢。為了保護補償器，要求固定支架有足夠的剛度和強度，這個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償器外徑計算的橫截面積（cm2當支架布置在兩不同管徑之間時：Pn=P（AiA）（kg）式中A 一直徑較大者補償器橫截面積（cm2 A直徑較小者補償器橫截面積（cm2）3）管道移動的摩擦力：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：鋼與鋼滑動接觸取0.3鋼與鋼滾動接觸取0.1管道與土壤接觸取0.4 0.6q一計算管段單位長度的結(jié)構(gòu)荷重，N/mL一管段計算長度,m當水平管道位移方向與原管道軸線方向成斜角時，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)壓軸向推力計算在流體力學(xué)中，對于解決流體與管壁之間的作用力時，應(yīng)用動量方程。如圖1所示，對于一個水平放置的90彎管而言，流體作用于彎管的合力R可由Rx與Ry合成，當彎管的流動截面不變,并不計阻力損失時，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方形補償器的內(nèi)壓軸向推力計算：-1/.心根據(jù)圖2所示，方形補償器可看成是由4個90。彎管對接組成如所述，每個轉(zhuǎn)彎處流體對彎管都存在作用力，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。即方形補償器由于內(nèi)壓產(chǎn)生的作用力，在其自身就已平衡，不會形成對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算a.原設(shè)計管線虛線方框內(nèi)固定支架的軸向推力計算由圖2可知方形補償器對固定支架不會形成軸向推力，根據(jù)固定支架所承受水平推力的三項（即摩擦反力Pm各種補償器

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（此時Pn=0）。F1=1.5 k P q1 L1+Pk1-0.7（1.5 k P q2 L2+Pk2）式中:q1、q2計算管段的管道單位長度重量，N/m;L1、L2 計算管段的長度,m;k一牽制系數(shù)；P一管道與支架間的摩擦系數(shù)；Pk1、Pk2補償器的彈性力,Nb.增設(shè)閥門后管線虛線方框內(nèi)固定支架的軸向推力計算（閥門關(guān)閉后）當閥門打開時，固定支架的軸向推力計算方法與F1相同，閥門關(guān)閉時，根據(jù)上述可知此時固定支架的軸向推力F2可用下式表達：F2=1.5k Pq1L1+Pk1從上述兩式可以看出F2比F1多一項0.7（1

11、.5k P q2L2+Pk2）。因此增設(shè)閥門后，當閥門關(guān)閉時，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)計管線固定支架（中間的）的軸向推力計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.管道打壓時未采取支撐措施，固定支架（中間的）的軸向推力計算當管道打壓時，根據(jù)對每一個工程實例的分析可知，此時該固定支架的軸向推力F2可用下式表達：F2=Pk+Pnt|/ H. an從上述兩式可以看出F2比F1多一項不平衡內(nèi)壓力Pn,而Pn的計算公式為：Pn=P f在實際工作中，使用項目若要對原有管線增設(shè)閥門、彎頭等附件時，必須對附近的固定支架 進行軸向推力驗算，因為這時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|所產(chǎn)生的附加軸