獨(dú)立式管道支架的加固設(shè)計(jì)

獨(dú)立式管道支架的加固設(shè)計(jì)摘要：本文介紹了管道支架的種類，重點(diǎn)介紹獨(dú)立式管道支架的受力特點(diǎn)及破壞形式；通過一工程實(shí)例說明獨(dú)立式管道支架在工程實(shí)際中的應(yīng)用及加固形式。關(guān)鍵詞：管道支架；荷載組合；抗震設(shè)防烈度；加固；抗震構(gòu)造措施ThereinforcementdesignoftheindependentpipelinesupportAbstract:Thepaperintroducedthekindofthepipelinesupport,theimportantpartisloadbearingcharacterandtheformofdestruction.Italsoexplainedhowtousetheindependentpipelinesupportinengineeringpracticallyandthereinforcementstyle.Keywords:pipelinesupport;loadcombination;seismicfortificationintensity;reinforcement;detailsofseismicdesign管道支架是石油、化工、冶金和火力發(fā)電等行業(yè)的一種重要的特種結(jié)構(gòu),它主要支撐架空管道；這種結(jié)構(gòu)數(shù)量大、分布廣，計(jì)算比較復(fù)雜；而且多數(shù)管道支架的工作環(huán)境惡劣，銹蝕嚴(yán)重或焊口開焊時(shí)有發(fā)生。經(jīng)常造成管道支架事故的發(fā)生。因此對管道支架的加固，保證管道支架的安全工作刻不容緩。本文對獨(dú)立式管道支架的加固設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討。1管道支架分類支架分獨(dú)立式管道支架和組合式管道支架。其中獨(dú)立式管道支架根據(jù)管道支架在管路上的作用不同，分為固定管道支架和活動(dòng)管道支架。固定管道支架與管道之間不產(chǎn)生相對位移；活動(dòng)管道支架則允許管道與管道支架之間產(chǎn)生相對位移，不約束管道的熱變形。活動(dòng)管道支架根據(jù)結(jié)構(gòu)特征不同，又分為剛性管道支架、柔性管道支架和半鉸接管道支架等。組合式管道支架就是采用某些輔助結(jié)構(gòu)，把各自獨(dú)立的管道支架聯(lián)系起來，形成一個(gè)大跨度支撐管道的管道支架系統(tǒng)。分為縱梁式、吊索式和懸索式管道支架。2管道支架加固設(shè)計(jì)要求鋼結(jié)構(gòu)管道支架常存在如下缺陷：管道支架上缺少防管線震落措施；橫梁有撓曲或節(jié)點(diǎn)開焊；管道支架立柱歪斜；管道支架立柱和橫梁連接不牢；橫梁上無管托或管托斷裂。由于管道支架的上述缺陷，常造成管線折斷，帶來較大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，必須進(jìn)行管道支架的加固。管道支架一般由管座、管道支架柱、管道支架梁和基礎(chǔ)等組成。對活動(dòng)管道支架的改造可利用改變管托的方法，達(dá)到減小管道對支架作用力的目的。比如將鋼管托改為聚四氟乙烯管托，因?yàn)殇摴芡信c管道支架上預(yù)埋鋼板的摩擦系數(shù)為0.3，而聚四氟乙烯管托的摩擦系數(shù)為0.1[4]，這樣管道對管道支架作用的軸向水平推力，僅為原來水平推力的三分之一，從而使支架加固簡化或免于加固。3管道支架的抗震驗(yàn)算管道支架是支撐管道的結(jié)構(gòu)，管道在一定程度上也支撐著管道支架，兩者形成一個(gè)空間體系而共同工作。管道支架荷載主要考慮工藝提供的水平推力和風(fēng)荷載，管道支架抗震要求主要與設(shè)防烈度、管道敷設(shè)方式和管道與管道支架在地震時(shí)的工作狀態(tài)有關(guān)。對于固定管道支架抗震等級不能低于三級，活動(dòng)管道支架抗震等級不能低于四級。需要注意為防止地震時(shí)管道由管道支架上滑落，需要采取必要的抗震構(gòu)造措施并進(jìn)行抗震驗(yàn)算。4工程實(shí)例4.1工程概況某焦?fàn)t爐段管廊支架由22個(gè)獨(dú)立管道鋼支架組成，支架為空間桁架，上面主要布置煤氣管道、蒸汽管道、氨水管道等。由于長期暴露在室外，加之年久失修，管道支架鋼結(jié)構(gòu)銹蝕嚴(yán)重，部分支架桿件屈曲。4.2管道支架荷載調(diào)查管道內(nèi)的介質(zhì)及管道的型號和數(shù)量參見表1。其中蒸汽管道、熱水管道外包保溫層，保溫層為100mm厚巖棉。表1管道支架荷載統(tǒng)計(jì)物質(zhì)型號數(shù)量介質(zhì)質(zhì)量kg/m管道質(zhì)量kg/m保溫質(zhì)量kg/m合計(jì)kg/m熱水219×8234.9741.638.4170.0蒸汽219×81－41.638.450.03氨水426×102135.92103.09－478.02氨水273×8155.1552.7－107.85煤氣1220×141－416.88－416.88煤氣1420×141－485.94－485.94總計(jì)－8－－－1708.724.3管道支架承載力驗(yàn)算以其中一管道支架為例進(jìn)行承載力驗(yàn)算：（截面如圖1所示）1.計(jì)算荷載(1)永久荷載包括管道自重；內(nèi)襯、保溫層、管道內(nèi)介質(zhì)自重；管道附件和操作平臺自重；(2)風(fēng)荷載：由于管道兩旁是較高的廠房，且風(fēng)荷載效應(yīng)遠(yuǎn)小于地震荷載效應(yīng)，所以風(fēng)載可忽略不計(jì)。2.承載力驗(yàn)算管道支架的間距為6m，鋼材材質(zhì)為Q235鋼，由永久荷載效應(yīng)控制的組合[1]：S＝1.35×1708.72×6×9.8=133.54kN由于管道在支架上布置較均勻，忽略偏心影響；所以管道支架所承受的軸力為：133.54×1000/4+1.5×3×9.03×9.8×1.35＝33923N表2支架立柱承載力計(jì)算桿件內(nèi)力kN截面規(guī)格mm截面面積cm2計(jì)算長度cm回轉(zhuǎn)半徑cm長細(xì)比穩(wěn)定系數(shù)強(qiáng)度N/mm233.923L75×811.51501.471020.54254.4由表2：；滿足承載力要求。4.4固定管道支架的抗震驗(yàn)算根據(jù)震害資料分析，對于滑動(dòng)管道支架，當(dāng)管道采用滑動(dòng)方式鋪設(shè)時(shí)，因其承擔(dān)的地震作用最大值小于或等于靜力計(jì)算時(shí)的最大摩擦力，因此，可滑動(dòng)管道支架可以不作抗震計(jì)算。1.計(jì)算簡圖由于管道縱向剛度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于橫向剛度，而且管道支架質(zhì)量與管道質(zhì)量相比可以忽略，故計(jì)算模型可簡化為只沿管道橫向的單質(zhì)點(diǎn)體系。2.抗震承載力計(jì)算計(jì)算單元的選取為每個(gè)管道支架左右各取1/2長度作為一個(gè)計(jì)算單元，忽略各計(jì)算單元之間在地震力作用下的相互作用；重力荷載代表值Geq為：管道(包括內(nèi)襯、保溫層和管道附件)和操作平臺，采用自重標(biāo)準(zhǔn)值的100%；管道內(nèi)介質(zhì)，采用自重標(biāo)準(zhǔn)值的50%；管道支架，采用自重標(biāo)準(zhǔn)值的25%[5]。圖1管道支架該地區(qū)的抗震設(shè)防烈度為8度，由《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011-2001，圖1管道支架表3水平地震作用力計(jì)算重力荷載代表值地震影響系數(shù)水平地震力88.9030.1614.224考慮地震荷載組合，支架立柱承載力計(jì)算見表4。表4考慮地震力組合支架立柱承載力計(jì)算重力荷載效應(yīng)水平地震效應(yīng)荷載組合效應(yīng)抗力效應(yīng)33.92316.6462.34134.01由表4：；支架立柱承載力滿足要求[3]?？紤]地震荷載組合，支架斜腹桿承載力計(jì)算見表5。表5考慮地震力組合支架斜腹桿承載力計(jì)算桿件內(nèi)力kN截面規(guī)格mm截面面積cm2計(jì)算長度cm回轉(zhuǎn)半徑cm長細(xì)比穩(wěn)定系數(shù)強(qiáng)度N/mm210.72L75×57.382901.501930.19873.4由表5：；斜腹桿承載力滿足要求[2]。經(jīng)現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，所有支架立柱與支撐斜桿的連接均未設(shè)置節(jié)點(diǎn)板，造成焊縫長度太短，只能通過增加焊腳尺寸來滿足承載力要求；所以建議桿件的連接盡量采用節(jié)點(diǎn)板連接。4.5活動(dòng)管道支架的構(gòu)造要求由于活動(dòng)管道支架允許管道與管道支架之間產(chǎn)生相對位移，所以管道與支架之間采用滑動(dòng)連接。這種連接構(gòu)造既要保證管道的自由滑動(dòng)，又要保證連接的安全可靠。該廠焦?fàn)t爐段管廊支架的8#支架為活動(dòng)管道支架，構(gòu)造欠妥，將管托支架壓在輥軸上，沒有任何固定措施。在經(jīng)歷數(shù)載冷熱循環(huán)后，管道的輥軸已經(jīng)與管托錯(cuò)位（見圖2），隨時(shí)有可能跌落。建議采用帶滑道的輥軸替換原有的輥軸，這樣既能保證管道的自由滑動(dòng)（滑動(dòng)的摩擦系數(shù)?。?，又能保證連接的安全可靠（管道和輥軸不至跌落）。圖2滑動(dòng)節(jié)點(diǎn)破壞5結(jié)論圖2滑動(dòng)節(jié)點(diǎn)破壞（1）管道支架種類繁多，構(gòu)造多樣；所以加固的方法也各有不同。（2）本文僅對獨(dú)立管道支架進(jìn)行分析計(jì)算并提出加固方案。（3）通過承載力驗(yàn)算和抗震驗(yàn)算可知，這種空間桁架式管道支架的截面承載力不起控制作用，主要靠桿件的長細(xì)比控制；所以在現(xiàn)場檢查時(shí)要特別注意斜拉桿的焊口，如開焊則原有的長細(xì)比將增大一倍。（4）活動(dòng)管道支架管托處的構(gòu)造，既要經(jīng)濟(jì)合理又要安全可靠；本文中的加固方案僅供參考，希望其他同行共同探討。參考文獻(xiàn)：[1]GB50009-20