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架空管道

[拼音]:jiakong guandao

[外文]:elevated pipeline

架设在地面或水面上空的用于输送气体、液体或松散固体的管道。

管道结构

架空管道由跨越结构、支承结构和基础三部分组成。

跨越结构

(1)管道跨越。整个跨度由管道自身跨越,不需用结构构件,能节省材料、人工和造价。管道是跨越结构中的一部分。

管座起连接管道与支承构件的作用,有固定式和活动式两类。根据管道工艺要求在管道与其他构件不产生相对位移之处设置固定管座,其余支点设置活动管座。对于输送常温物料的小管可不设管座。固定管座有固接和铰接两种。当多根管道平行敷设时,若各管的固定管座设在同一横梁上,称为集中固定;若分设在不同横梁上,称为分散固定。活动管座有滑动、滚动和摆动三种。在滑动和滚动管座中,当传递的力超过摩擦力时,管道与横梁间就产生相对位移。在摆动管座中,传递的力随摆动的角度而定。

管道跨越有:直管、拱管和悬垂管三种跨越类型。直管跨越(图1a)最为常见,可有数根管道单层或多层平行敷设。管道通过固定管座或活动管座(不用管座时则直接搁置)与支承结构连接,形成多跨连续梁。当需跨越较大跨度时,可采用拱管(图1b)或悬垂管(图1c)。拱管的拱轴常为圆弧形,两端用固定管座固接在支承结构上,形成无铰拱。悬垂管比拱管能跨越更大的跨度,有自然成型(制作时为直管,安装后成悬垂线形)和预成型(制作时做成悬垂线形)两种,两端通过铰接的固定管座与支承结构连接。管道跨越的容许跨度视荷载、管道断面和材料设计强度以及允许垂度、拱轴高跨比与悬垂度等参数而定。

(2)结构跨越。当跨度较大时,可将管道敷设在钢或钢筋混凝土桥式结构(或称管道桥)上,其特点是管道可在其桥式结构全部完成后安装、检修和拆换。结构形式有梁式(梁或桁架,图2a、b)、拱式(图2c)、悬索式(图2d)和斜张式(图2e)。选型和选材与一般桥梁相似。

(3)组合跨越。管道与其他构件组合成桥式结构,可节省材料;但管道安装、检修或拆换比较困难。有桁架式、拱式和悬吊式。桁架式(图3a)的上弦或上下弦为管道而其余杆件为型钢(圆钢、角钢或管材)。适用于温度变化不大的管道。拱式(图3b)由3~4根管道用型钢腹杆连接而成。一般亦适用于温度变化不大的管道。悬吊式有吊索(图3c)、悬索和斜张(图3d)等。

支承结构

用来支承跨越结构。有单柱、双柱、刚架、塔架和桅杆等类型。高度根据工艺等要求确定。在管道与交通通道交叉处,必要时可局部增加管道高度以获得所需的净高度,或设置横跨于管道之上的跨越桥以便车辆通行。当有其他建(构)筑物可以利用时,可设置墙架作为支承结构。支承结构的材料可用钢、钢筋混凝土或砖石。支承结构与跨越结构的连接可为刚接、铰接或滑动连接,与基础的连接可为刚接、铰接或半铰接。

基础

多采用天然地基。仅在地质情况较差或较复杂而在工艺上又对管道沉降有特殊要求时才采用人工地基。常用的基础为钢筋混凝土或素混凝土的单独基础和联合基础。荷载较小时或在岩石地基中可用埋入式基础。纤绳或拉杆的地锚基础(或称锚固墩)多采用重力式或沉井式。较少采用挡土墙式或锚板式,因在使用过程中不能在其利用土重的范围内开挖。在岩石地基中可用锚桩式地锚基础。

结构分析

根据工程现场的自然条件、环境、管道特性以及施工和使用条件确定管架的布置和结构类型。然后根据荷载作结构的静力和动力分析以及构件设计。

荷载

有恒荷载、活荷载和管道推力。

(1)恒荷载,包括管道、附件、保温层、结构构件、平台等的自重。

(2)活荷载,包括管内物料重、物料压力、风荷载、冰雪荷载、积灰、检修和加压试验荷载等。

(3)管道推力,由温度变化产生,也属于活荷载,但因与布置和结构类型等关系密切,故常另作专门研究。对常温管道,当结构的长度不大于露天结构的容许伸缩缝间距时,不需计算温度变化引起的温度应力。对保温管道(热管),由于温度变化,需每隔一定距离设置补偿器(如伸缩节)以适应温度引起的伸缩,同时必须考虑补偿器弹力和管座处的摩擦力所引起的管道推力。推力大小视所在位置而定:在补偿器附近最小;而在固定管座附近最大。通过管座传递的管道推力,在活动管座处为摩擦力,在固定管座处则为两侧管道的合推力。考虑到两侧推力的不均匀又不在同时发生等因素,合推力一般取较大推力与80%较小推力的差值。当多根管道平行敷设时,其他管道有与热管推力方向相反的反推力,从而部分抵消。计算时可对推力与反推力采用不同的摩擦系数(推力取较大值、反推力取较小值)或简单地将推力乘以经验系数。

静力计算

架空管道结构构件的静力计算与一般结构相似,包括强度和稳定两个方面;但考虑到构件双向大偏心受力并伴有双向受剪和受扭等特点,受压构件的长细比和基础的偏心距或受压面积比(即基础底面局部受压面积与全面积之比)等,均可比一般结构取较高的容许值。除特殊情况外,基础一般不作沉降计算。

振动

架空管道的振动来自管道、风荷载或地震作用。在多根管道平行敷设的情况下,由于影响因素复杂,目前尚难作准确的理论计算。但对单根管道或单跨跨越,则可按一般的结构计算方法作振动计算。管道引起的振动主要是由于机械送料、骤然升温、升压或关阀,以及管道直角拐弯等造成,一般采用减振或防震措施解决。风荷载引起的共振效应,多见于刚度较差的拉弯结构(悬垂管或悬吊式)以及支承结构刚度较差的拱管。对前者采取消振索、消振锤或管道表面加螺纹条措施;对后者采用加大支承结构刚度(例如钢结构改为钢筋混凝土)等措施以改变整个结构系统的振动频率。由于架空管道结构较轻,地震的影响较小。根据地震震害调查,尚未发现架空管道结构构件遭受地震破坏,因此在烈度为7度或7度以下的地震区,仅采取构造措施而不作抗震计算。

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