支架受力分析文档格式.docx
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一、管道重量由三部分组成：
按设计管架间距内的管道自重、满管水重及以上两项之合10%的附加重量计算（管架间距管重均未计入阀门重量，当管架中有阀门时，在阀门段应采取加强措施）。
1、管道自重：
由管道重量表可查得，镀锌钢管DN100：
21.64Kg/m，支架间距按6米/个考虑,计算所得管重为：
f1=21.64*6kg=129.84kg*10=1298.4N
2.管道中水重
f2=πr2ρ介质l=3.14*0.1062*1000*6kg=211.688kg=2116.88N
3、管道重量
f=f1+f2+（f1+f2）*10%=3756.81N
4、受力分析
根据支架详图，考虑制造、安装等因素，系数按1.35考虑，每个支架受力为：
F=3756.81*1.35/2=2535.85N
假设选取50*5等边角钢（材质为Q235）做受力分析试验
1）应力应变关系如下：
绘制成应力应变曲线图如下：
从图中可以看出，应力/应变曲率变化平缓，处于弹性应力应变行为阶段，各部位均没有发生屈服现象。
由相关资料可查的50*5等边角钢的抗拉强度σb=423MPa，抗剪强度σr=σb*0.8=338.4MPa，型钢吊杆拉伸强度小于它的抗拉强度，型钢横担小于它的抗剪强度，所以50*5等边角钢可以满足使用要求。
2）危险部位应力分析
图中的蓝色区域为支架应变最大的地方，也即该处最容易发生变形与开裂，在设计中应对有较大变形的地方，解决办法有两个：
1、加固：
可以通过增加肋板来加固，在型钢焊接的地方更应该满焊以此增大接触面，从而减小开裂的可能；
2、通过选择更大规格的型钢来试验，直到满足设计要求为止。
通过上述例子，我们选择40*4的等边角钢来试验，通过计算和分析校核，发现可以满足使用要求，从而更加节省了型钢的用量。
以上分析只考虑了垂直方向的载荷，实际上对于有压管道，同时存在水平方向的受力，所以我们分开单独分析一下
二、支架水平方向受力
1）补偿器的弹性反力Pk
当管道膨胀时，补偿器被压缩变形，由于补偿器的刚度（对于套筒式补偿器，则由于填料的摩擦力作用），将产生一个抵抗压缩的力量，这个力是通过管道反作用于固定支架，这就是补偿器的弹性反力，轴向型波纹补偿器的弹性反力Pk：
Pk=ΔX·
Kx·
10-1（kg）
式中ΔX—管道压缩变形量（即管道的热伸长量）（mm）
Kx—补偿器轴向整体刚度）（N/mm）
其他各类补偿器可通过不同公式计算得出。
2）不平衡内压力Pn
当在两个固定支架间设置套筒式及波纹补偿器时，而在其中某一固定支架的另一侧装有阀门、堵板或有弯头时，且当阀门关闭时，由于内压力的作用，将有使补偿器脱开、失效或损坏的趋势。
为了保护补偿器，要求固定支架有足够的刚度和强度，这个力就是管道的不平衡内压力。
Pn=P0·
A（kg）
式中P0—热介质的工作压力（kg/cm2）
A—按套筒式及波纹式补偿器外径计算的横截面积（cm2）
当支架布置在两不同管径之间时：
（A1-A2）（kg）
式中A1—直径较大者补偿器横截面积（cm2）
A2—直径较小者补偿器横截面积（cm2）
3）管道移动的摩擦力：
Pm
Pm=μqL
式中μ—管道与支撑间的摩擦系数
μ的取值一般为：
钢与钢滑动接触取0.3
钢与钢滚动接触取0.1
管道与土壤接触取0.4～0.6
q—计算管段单位长度的结构荷重，N/m
L—管段计算长度,m
当水平管道位移方向与原管道轴线方向成斜角时，摩擦力可分解为由轴向力Pm0及横向力Pmh；
且可近似取Pm0=Pmh=0.7Pm。
3、其他影响因素
5.1管道上带有阀门的管道固定支架受力分析
⑴作用于90°
弯管的内压轴向推力计算
在流体力学中,对于解决流体与管壁之间的作用力时,应用动量方程。
如图1所示,对于一个水平放置的90°
弯管而言,流体作用于弯管的合力R可由Rx与Ry合成,当弯管的流动截面不变,并不计阻力损失时,则
Rx=Ry=P·
f+ρ·
Q·
V
合力R=（P·
V）·
cos45°
作用于90°
弯管的分角线上。
Rx与Ry正是作用于延伸两方固定支架上的内压轴向推力。
式中:
P—弯管内介质的工作压力,Pa；
f—弯管的截面积,m2；
ρ—弯管内介质的容重,kg/m3；
Q—弯管内介质的流量,m3/s；
V—弯管内介质的流速,m/s
⑵方形补偿器的内压轴向推力计算:
根据图2所示,方形补偿器可看成是由4个90°
弯管对接组成如⑴所述,每个转弯处流体对弯管都存在作用力,每处作用力的合力记为R1、R2、R3、R4,由理论力学可知,R1和R4可合成为R14,R2和R3可合成为R23,而R14与R23大小相等,方向相反,且作用于同一直线上,它们是互相平衡的。
即方形补偿器由于内压产生的作用力,在其自身就已平衡,不会形成对固定支架的轴向推力。
⑶虚线方框内固定支架的轴向推力计算
a.原设计管线虚线方框内固定支架的轴向推力计算
由图2可知方形补偿器对固定支架不会形成轴向推力,根据固定支架所承受水平推力的三项（即摩擦反力Pm、各种补偿器的弹性反力Pk、不平衡轴向内压力Pn）可知,该固定支架的轴向推力F1可用下式表达（此时Pn=0）。
F1=1.5·
k·
μ·
q1·
L1+Pk1-0.7·
（1.5·
q2·
L2+Pk2）
q1、q2—计算管段的管道单位长度重量,N/m;
L1、L2—计算管段的长度,m;
k—牵制系数;
μ—管道与支架间的摩擦系数;
Pk1、Pk2—补偿器的弹性力,N
b.增设阀门后管线虚线方框内固定支架的轴向推力计算（阀门关闭后）
当阀门打开时,固定支架的轴向推力计算方法与F1相同,阀门关闭时,根据上述可知此时固定支架的轴向推力F2可用下式表达:
F2=1.5·
L1+Pk1
从上述两式可以看出F2比F1多一项0.7·
L2+Pk2）。
因此增设阀门后,当阀门关闭时,固定支架轴向推力增大。
5.2管道打压未采取支撑措施固定支架的受力分析（两个施工单位分段施工、分段打压而未采取支撑措施）
a.原设计管线固定支架（中间的）的轴向推力计算
该固定支架仅承受卡箍式柔性管接头的弹性反力Pk。
即F1=Pk。
b.管道打压时未采取支撑措施,固定支架（中间的）的轴向推力计算
当管道打压时,根据对每一个工程实例的分析可知,此时该固定支架的轴向推力F2可用下式表达:
F2=Pk+Pn
从上述两式可以看出F2比F1多一项不平衡内压力Pn,而Pn的计算公式为:
Pn=P·
f
⑴在实际工作中,使用项目若要对原有管线增设阀门、弯头等附件时,必须对附近的固定支架进行轴向推力验算,因为这时固定支架除了承受原有的轴向推力外,还要承受由于系统变化（如:
增设阀门）所产生的附加轴向推力,否则将会导致固定支架损坏等事故。
⑵各项目在管道试压过程中,特别是一条管线多个单位施工,分段施工、分段试压时,必须对试压封头附近的固定支架轴向推力进行验算,一般情况下,都必须采取外力支撑来抵抗这个轴向推力,否则将会发生事故,造成经济损失。
参考资料：
《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》
《03S402室内管道支架及吊架图集》
《钢结构设计规范》-新规范2014
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