淺談管道支架結(jié)構(gòu)的計算

淺談管道支架結(jié)構(gòu)的計算

管道支架是原油、化工、冶金、熱能等行業(yè)的重要特種結(jié)構(gòu)，主要承受空氣壓力。結(jié)構(gòu)數(shù)量大、分布廣、計算復(fù)雜。此外，許多管道支架處于維護(hù)不良的工作環(huán)境中，一些腐蝕嚴(yán)重，一些焊接斷裂。工廠只注重生產(chǎn)，忽視設(shè)備維護(hù)，因此管道支架經(jīng)常發(fā)生事故，造成巨大損失。因此，管道支架的加固是確保管道支架安全的一項緊迫任務(wù)。在本文中，我們討論了活動管道支架的加固設(shè)計。1管道支架的分類管道支架分為獨立式管道支架和組合式管道支架.其中,獨立式管道支架根據(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管道支架.活動管道支架根據(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),把各自獨立的管道支架聯(lián)系起來,形成一個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.當(dāng)管道沿地敷設(shè)時,可采用管墩形式.2管道支架加固鋼結(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.管道支架分成固定管道支架和活動管道支架兩種,固定管道支架與管道之間不產(chǎn)生相對位移;活動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.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,因為鋼管托與管道支架上預(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,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1/3,從而使支架加固簡化或免于加固.3管道支架抗震驗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,因為管道支架抗震的要求主要同設(shè)防烈度、管道敷設(shè)方式和管道與管道支架在地震時的工作狀態(tài)有關(guān).對于固定管道支架抗震等級不能低于三級,活動管道支架抗震等級不能低于四級.需要注意的是為防止地震時管道由管道支架上滑落,需要采取必要的抗震構(gòu)造措施.根據(jù)震害資料分析結(jié)果,固定管道支架才有必要進(jìn)行縱向和橫向的抗震驗算;對于活動管道支架,當(dāng)管道采用滑動方式鋪設(shè)時,因共承擔(dān)的地震作用最大值小于或等于靜力計算時的最大摩擦力,因此,活動管道支架可以不作抗震驗算.4工程實例4.1管道支架鋼結(jié)構(gòu)某焦化廠1#～4#焦?fàn)t爐段管廊支架由22個獨立鋼支架組成,支架為空間桁架,上面主要布置煤氣管道、蒸汽管道、氨氣管道等.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.4.2983#管廊支架上安放有熱水管道(1#,2#,D×t=219×8)、蒸汽管道(6#,D×t=219×8)、氨水管道(4#,D×t=426×10;5#,D×t=426×10;7#,D×t=273×8)、煤氣管道(3#,D×t=1220×14;8#,1420×14),管道布置情況如圖1所示.蒸汽管道、熱水管道外包保溫層,保溫層按100mm厚礦棉計算.4.3管道支架的負(fù)荷試驗計算以1#管道支架為例進(jìn)行承載力驗算.4.3.1計算加載(1)單位長度管道管道(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100%;管道支架,采用自重標(biāo)準(zhǔn)值的25%.1#管道為D×t=219×8,單位長度質(zhì)量:41.63kg/m;2#管道為D×t=219×8,單位長度質(zhì)量:41.63kg/m;3#管道為D×t=1220×14,單位長度質(zhì)量:416.88kg/m;4#管道為D×t=426×10,單位長度質(zhì)量:103.09kg/m;5#管道為D×t=426×10,單位長度質(zhì)量:103.09kg/m;6#管道為D×t=219×8,單位長度質(zhì)量:41.63kg/m.(2)可萃取負(fù)荷對冷管道,采用冰、雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值的50%.4.3.2最小回轉(zhuǎn)半徑承載力驗算采用中國建筑科學(xué)研究院開發(fā)的PKPM進(jìn)行計算,支架的軸力圖如圖2所示.而支架的截面為L75×8,截面積為:A=11.5cm2;最小回轉(zhuǎn)半徑:imin=1.47cm;長軸比:λ=l/i=102;穩(wěn)定系數(shù):φ=0.542.截面最大應(yīng)力為51.6MPa,滿足承載力要求.4.4活動管道支架與軸輥由于活動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連接.這種連接構(gòu)造即要保證管道的自由滑動,又要保證連接的安全可靠.某焦化廠1#～4#焦?fàn)t爐段管廊支架的8#支架為活動管道支架,它的構(gòu)造較不合理,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,管道的軸輥已經(jīng)與管托錯位(見圖3),隨時有可能跌落.建議采用帶滑道的輥軸替換原有的軸輥,這樣既保證管道的自由滑動(滑動的摩擦系數(shù)小),又能保證連接的安全可靠(管道和輥軸不至跌落).5火炬活動管道支架加固方案(1)活動管道支架種類繁多,構(gòu)造多樣,所以加固的方法也各有不同.(2)本文僅對某焦化廠的活動管道支架進(jìn)行分析計算并提出加固方案.(3)通過承載力驗算可知,這種空間桁架式活動管道支架的截面承載力不起控