半铰接柔性管架及摇摆管架的设计探讨.pdf

第26卷第3期.26.3
特种结构VolNo
2009年6月June2009

半铰接柔性管架及摇摆管架的设计探讨

许伟姜德进
(中冶华天工程技术有限公司马鞍山243005)
(HTC.MCC.Maanshan243005)
[摘要]对管道工程支架设计中采用半铰接柔性管架及摇摆管架所存在的若干问题进行了分析探讨,并
提出新的设计方法。
[关键词]半铰接柔性管架摇摆管架固定管架
ABSTRACT:Someproblemsaboutusingsemi-hingedflexiblesupportandswingsupportindesignofpipingwere
studied.Anewdesignmethodswasgiven.
KEYWORDS:Semi-hingedflexiblesupportSwingsupportFixedsupport

前言中的若干问题进行探讨,顺便也涉及一下当前管
在管道工程设计中,管道支架的设计是非常架设计中经常出现的误区。
重要的一部分。在现代化的工业厂区内有纵横交1半铰接管架
叉的管道网,输送各种液体、气体和固体的介质。1.1半铰接柔性管架定义
其作用有如人体的血管一样,非常重要。除了部半铰接管架是单向活动管架的一种。所谓的
分管道可以埋地外,大部分都是架空的管道,架空单向活动管架,就是管架沿管道的纵向为管道的
管道可以适应各种复杂的环境。为了实现架空管可移动支点(可以满足管道的变形要求),垂直于
道,就必须有支撑结构,各式各样的管道支架就是管道的横向(有时称为径向)则为管道的不动支
管道的支撑结构。根据管道支架(以下简称为管点。为了管道能够在纵向移动,通常管道与管托
架)对管道的作用,受力和结构形式的不同通常可之间不焊接,因此管道可以在管托上滑动,这样就
以简单的分为固定管架、单向活动管架、双向活动会产生摩擦力。刚性管架与柔性管架的结构
Pm
管架及组合管架。单向活动管架分为刚性管架、形式是一样的,管架柱的柱脚固定于基础,与悬臂
柔性管架和半铰接管架。双向活动管架分为摇摆结构类似。但刚性管架纵向刚度较大,柔性管架
管架和双向滑动管架。图1是上述各种管架布置纵向刚度较小。当管道在纵向发生位移时,伴随
的示意图。着管架的位移Δ,在管架的顶部会有反弹力,如
Pf
果管架的刚度为,则=Δ。这里要注意
KPfKPm
是常量,而是变量,它随着位移Δ的增大而增
Pf
大。对于刚性管架,由于其刚度较大,随着管架顶
部位移的增大,当反弹力等于摩擦力的时候,管架
顶部的位移就会停止,管道则开始在管托上滑动,
直到温度稳定以后,滑动停止。因此刚性管架顶
部的位移要小于管道的位移。对于柔性管架,由
本文主要对半铰接柔性管架和摇摆管架设计于其刚度较小,在整个管道的位移中,其反弹力都

SPECIALSTRUCTURESNo.32009—115—
SPST特种结构2009年第3期

小于摩擦力,因此管道和管托之间始终没有滑动,成柔性半铰形式,其柱脚采用的是图2a的形式。
柔性管架顶部的位移等于管道的位移。在实际设投产3年以后,开始陆续严重损坏,完全报废的就
计中,刚性管架与柔性管架的受力是一样的,不考达到60%,需要局部补强的占25%。破坏的管架
虑二阶效应的情况下,其都在顶部承受管道的垂中大量的混凝土柱脚被压碎。这说明实际上半铰
直重量和水平摩擦力=μ(μ是摩擦系数)。接柱脚的可铰性能(即可转动性)很差。笔者在不
QPmQ
有水平力则在管架底部产生弯矩。少现场也见过很多有下弹性垫层(油毡叠合层)的
1.2半铰接柔性管架设计机理半铰,实际上这些垫层经过风吹日晒,沥青老化,
上世纪中期,大部分结构都采用混凝土结构,没什么弹性可言。绝对不可能达到5%的转动。
管道支架更是如此,而且以预制为多。为节省材目前设计中已较少采用半铰接管道支架了。笔者
料,降低成本,各种各样的半铰接柔性管架应运而认为:只要柱脚是一个足够的刚体,且不能绕其底
生。所谓的半铰接管架是柱脚与基础的连接为一面中点转动,这样的柱脚在理论上不可能是铰接
不完全铰。这种半铰的构造,只允许在沿管道轴或是半铰接,实际上基本可视为固结。现在钢结
线方向显现半铰性能,在沿管道径向为嵌固以保构的管架日益增多,很多资料都把图3所示的柱
证侧向的稳定。在沿管道轴线方做成半铰(即不脚作为铰接,其理由是只有两个螺栓在柱脚中间,
完全铰),使得管架可绕基础顶面转动,柱顶推力对柱脚不起嵌固作用,因此可视为铰接。这样的
(位移反弹力)可以大大减小,且最大限度地降低
柱底弯矩。在《建筑结构设计手册管道支架》[1]
给出了几种半铰的构造和设计方法。图2a是无
上下弹性垫层的光面半铰,图2b是仅有上弹性垫
层的半铰,图2c是仅有下弹性垫层的半铰。光面
半铰的最大允许倾斜率可取为2%,柱