管道支吊架设计及计算.docx
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管道支吊架设计及计算
浅谈管道门字型支吊架的设计及盘算
【文摘】用来支持管道的构造叫管道支吊架,管道在敷设时都必须对管子进行固定或支承,固定或支承管子的构件是支吊架.在机电工程里,管道支架是散布广.数目大.种类繁多的装配工事,同时管道支吊架的设计和装配对管道及其附件施工质量的利害取决议性感化.若何采取安然实用.经济合理.整洁美不雅的管道支吊架是机电装配工程的一个重点.
【症结词】管道安插管道跨距管架剖析管架内力盘算
一、管道的安插
对管道进行合理的深化和安插是管道支吊架设计的前提前提.欲设计安然应用.经济合理.整洁美不雅的管道支吊架,起首需对管道进行合理的安插,其安插不克不及不斟酌以下参数：
1.管道安插设计应相符各类工艺管道及体系流程的请求;
2.管道安插应兼顾计划,做到安然靠得住.经济合理.知足施工.操纵.维修等方面的请求,并力争整洁美不雅;
3.在肯定进出装配（单元）的管道的方位与敷设方法时,应做到表里调和;
4.管道宜分散成排安插,成排管道之间的净距（保温管为保温之间净距）不该小于50mm.
5.输送介质对距离.角度.高差等有特别请求的管道以及大直径管道的安插,应相符装备安插设计的请求,并力争短而直,切勿交叉;
6.地上的管道宜敷设在管架或管墩上,在管架.管墩上安插管道时,宜使管架或管墩所受的垂直荷载.程度荷载均衡;
7.管道安插应使管道体系具有须要的柔性,在包管管道柔性及管道对装备.机泵管口感化力和力矩不超出过许可值的惰况下,应使管道最短,构成件起码;
8.应在管道计划的同时斟酌其支承点设置,并尽量将管道安插在距靠得住支持点比来处,但管道外概况距建筑物的最小净距不该小于100mm,同时应尽量斟酌应用管道的天然外形达到自行抵偿;
9.管道安插宜做到“步步高”或“步步低”,削减气袋或液袋.不成防止时应根据操纵.检修请求设置放空.放净.
二、管架跨距
管架的跨距的大小直接决议着管架的数目.跨距太小造成管架过密,管架数目增多,费用增高,故需在包管管道安然和正常运行的前提下,尽可能增大管道的跨距,下降工程费用.但是管架跨距又受管道材质.截面刚度.管道其它感化何载和许可挠度等的影响,不成能无穷的扩展.所以设计管道的支吊架应先肯定管架的最大跨距,管架的最大许可跨距盘算应按强度和刚度两个前提分离盘算,取其小值作为推举的最大许可跨距.
1.按强度前提盘算的管架最大跨距的盘算公式：
Lmax——管架最大许可跨距（m）
q——管道长度盘算荷载（N/m）,q=管材重+保温重+附加重
W——管道截面抗弯系数（cm3）
Φ——
[δ]t钢管许用应力——钢管许用应力（N/mm2）
2.按刚度前提盘算的管架最大跨距的盘算公式：
Lmax——管架最大许可跨距（m）
q——管道长度盘算荷载（N/m）,q=管材重+保温重+附加重
Et——刚性弹性模量（N/mm2）
I——管道截面惯性矩（cm4）
i0——
3.例：
采取48K的离心玻璃棉保温,保温厚度为50mm的冷冻水管,其管道规格为φ325×8无缝钢管,其最大许可管道间距为若干？
管道长度荷载
q=7850×××（0.325-0.008）+1000×××2）2/4+48×××
查相干材料得：
管道截面抗弯系数W=616cm3
钢管许用应力[δ]t=112
管道截面惯性矩I=10016cm4
刚性弹性模量Et×105N/mm2
根据以上公式分离盘算得强度前提下的Lmax1
根据以上公式分离盘算得刚度前提下的Lmax2
取最小值,故该管道的
4.根据相干规范划定的管道支吊架最大间距肯定管道最大许可跨度,如《通风与空调工程施工质量验收规范》GB50243-2002
表9.3.8 钢管道支.吊架的最大间距
公称直径（mm）
15
20
25
32
40
50
70
80
100
125
150
200
250
300
支架的最大间距（m）
L1
L2
对大于300（mm）的管道可参考300（mm）管道
注：
1实用于工作压力不大于2.0MPA,不保温或保温材料密度不大于200kg/m3的管道体系.
2L1用于保温管道,L2用于不保温管道.
三、管架剖析
1.管道支吊架介绍
用来支持管道的构造叫管道支吊架,管道在敷设时都必须对管道进行固定或支持,固定或支持管子的构件是支吊架.管道支吊架一般由管座.管架柱或管架吊杆（简称柱或吊杆）.管架梁（简称梁）和支持节点构成.
2.管架荷载剖析
（1）垂直荷载
管道支吊架垂直荷载根据性质可分为根本垂直荷载和可变垂直荷载,个中根本垂直荷载指管道支吊架所推却的管道重力.介质重力.保温层等附件的重力等永远性荷载.可变垂直荷载指管道所推却的活荷载.沉积物重力和产生地震时所应当推却的特别变更的荷载.因可变垂直荷载是无法准确盘算的,为此我们将管道支吊架的根本垂直荷载乘以一个经验系数（一般为1.2~1.4）作为管架垂直偏向的盘算荷载.
管道支吊架根本垂直荷载盘算,可先将庞杂的管道支架体系近似的看作简支梁,根据受力剖析,管架B所推却的根本垂直荷载为GB‘=（GL1+GL1）/2
因管道支吊架在一个工程里数目种类繁多,不成能一一盘算,为此我们只需斟酌同类型支架的最晦气受力状态即可,根据管道支吊架的最大许可跨度来盘算最晦气支架,此时就只需盘算长度为最大许可跨度L的管道.介质.保温层的重力GB即可.
其重力偏向的盘算荷载为G=αGB（α=1.2~1.4）
（2）程度荷载
管道程度偏向的荷载是感化在管架上的程度推力,根据支架类型可分为运动管架上的程度推力和固定管架上的程度推力.
a.运动管架程度推力重要来自管道摩擦力,吊杆程度推力可疏忽;
程度推力即为管道摩擦力f=μG（μ为摩擦系数,G为管道垂直荷载）
b.固定支架的程度推力重要来自抵偿器的弹性变形力.
采取抵偿器抵偿的管道,其感化在固定管架上的程度推力为抵偿器被紧缩或拉伸所产生的反弹力.
程度推力=抵偿器反弹力T=ηΔL（η为抵偿器的弹性模量,ΔL为抵偿器产生的变形长度）
采取天然抵偿的管道,是应用管道的天然曲折外形所具有的柔性以抵偿管道的热胀和冷缩位移,如图所示.
固定支架变形管道长度为L,抵偿臂管道长为Lb
管道装配温度按t1℃斟酌,管道工作温度为t2℃,故钢管材质的管道会在温度变更下缩短ΔL=α×ΔT×L（式中α为钢管的线膨胀系数,ΔT为温差,L为固定支架变形管道长度）
故感化在管道抵偿上的推力为T=3ΔLEI/Lb3（E为管道的弹性模量,I为管道的惯性矩）
四、管架受力盘算示例
根据以上管架的受力剖析,现以上海全球金融中间低区空调水骨干管进行剖析盘算
如下图所示,现有2根DN400冷水管,管材为无缝钢管φ426×9,工作温度为7-14℃;2根DN200热水管,管材为无缝钢管φ219×6,工作温度为50-55℃,1根DN100蒸汽管道,管材为无缝钢管φ108×5,工作温度为108℃,请对该管组的防晃支架进行受力剖析.
根据规范,因DN100的管架最大跨距为5m,故该管组设置的共用支架最大跨距为5m,由此根据最晦气情形支架间距为5m剖析管架的受力.
1.管道垂直偏向的盘算荷载盘算
（1）DN400单根管道感化在管架上的盘算荷载
DN400单根管道垂直偏向的根本荷载（支吊架间距为5米）
钢管重量＝7850×（0.426-0.008）××5××9.8=4039N
保温重量＝48×（0.426+0.05）××5××9.8=176N
介质重量＝1000××2）2×5××
单根管段盘算荷载＝（钢管重量+保温重量+介质重量）×1.35（斟酌35％可变荷载.）
单根DN400冷水管道盘算荷载G400＝（4039+176+6466）×1.35＝14420N
（2）DN200单根管道感化在管架上的盘算荷载
DN200单根管道垂直偏向的根本荷载（支吊架间距为5米）
钢管重量＝7850×（0.219-0.006）××5××9.8=1544N
保温重量＝48×（0.219+0.05）××5××9.8=100N
介质重量＝1000××2）2×5××
单根管段盘算荷载＝（钢管重量+保温重量+介质重量）×1.35（斟酌35％可变荷载.）
单根DN200热水管道盘算荷载G200＝（1544+100+1649）×1.35＝4446N
（3）DN100单根管道感化在管架上的盘算荷载
DN100单根管道垂直偏向的根本荷载（支吊架间距为5米）
钢管重量＝7850×（0.108-0.005）××5××9.8=623N
保温重量＝48×（0.108+0.05）××5××9.8=59N
介质重量＝1000××2）2×5××9.8/4=370N（斟酌蒸汽管道水压实验时管道内介质的重量.）
单根管段盘算荷载＝（钢管重量+保温重量+介质重量）×1.35（斟酌35％可变荷载.）
单根DN100蒸汽管道盘算荷载G100＝（623+59+370）×1.35＝1421N
2.管道程度偏向的盘算荷载
因为该管架为运动支架,所以管架程度偏向的受力为管道在管架上滑动摩擦力.
DN400管道的程度推力T400=f400=μG400×14420=4326N
DN200管道的程度推力T200=f200=μG200×4446=1334N
DN400管道的程度推力T100=0
3.管架受力平面图
五、管架梁选型
根据管架梁的受力剖析,管架梁在管道重力下或在管道推力感化下,有可能消失2种现象,一是管架梁会沿着受力偏向被剪断,另一种是管架梁会沿着受力偏向产生过大曲折变形,轻微的会产生弯曲折断.所以合理的选择管架梁就是使管架梁能刚好知足梁的抗弯和抗剪请求.
1.管架梁内力剖析
将管架假设为刚性构造的简支梁,分离根据管架梁的垂直受力和程度受力情形,按照平面简支梁进行内力剖析,并根据静力方程求得管架梁的内力,并绘制梁的剪力争和弯矩图,求出最大剪力和最大弯矩.
根据以上示例管架受力剖析得
得到管架梁垂直偏向的最大弯矩为17715N·m,最大剪力为24843N
管架梁程度偏向的最大弯矩为3155N·m,最大剪力为5521N
2.管架梁选型
（1）管架梁抗弯强度盘算
管架梁的最大弯矩盘算得出后,根据以下公式对管架梁的材料规格型号进行选择：
式中：
rx.ry——
Mx.My——所验算梁截面绕X轴和绕Y轴的最大弯矩（N·m）
Wnx.Wny——所验算梁截面临X轴和对Y轴的截面系数（cm3）
σ——钢材的抗拉强度,一般型钢钢材取210MPa
采取验算法将初步估量型钢规格所对应的截面系数代入以上公式进行验算,知足该方程的型钢可作为管架梁的备选材料.现仍将以上示例管架为例,根据管架梁的最大弯矩,对管架梁的材料进行选型：
管架梁选型盘算表
序号
材料名称规格
X轴偏向最大弯矩Mx（N.m）
X轴偏向截面系数Wnx（cm3）
Y轴偏向最大弯矩My（N.m）
Y轴偏向截面系数Wny（cm3）
比较
×210
型钢比重
1
角钢200×16
17715
163
3155
163
155.26
27.65
182.91
不知足
2
角钢200×18
17715
182
3155
182
139.05
24.76
163.81
不知足
3
槽钢280a
17715
340
3155
74.43
126.25
200.68
不知足
4
槽钢280c
17715
393
3155
64.39
111.84
176.23
知足
5
工字钢22b
17715
325
3155
77.87
105.55
183.42
不知足
6
工字钢25a
17715
402
3155
62.95
93.32
156.27
知足
7
H型钢
125×125××9
17715
136
3155
47
186.08
95.90
281.98
不知足
8
H型钢
150×150×7×10
17715
221
3155
75
114.51
60.10
174.61
知足
9
角钢160×14
不和拼装
17715
3155
139.13
24.78
163.90
知足
10
20a槽钢不和拼装
17715
356
3155
71.09
93.12
164.21
知足
由管架梁选型盘算表得出,角钢200×18.槽钢280c.工字钢25a.H型钢150×150×7×10或2根角钢160×14不和拼装.2根20a槽钢不和拼装均知足弯矩承重请求,因H型钢150×150×7×10比重最小,从经济方面我们暂定H型钢150×150×7×10作为管架梁.
（2）管架梁抗剪强度校验
根据管架梁的抗弯强度盘算所选出的支架,还需磨练其是否知足管架梁的剪切请求.参照如下公式对管道所推却的剪力进行校验.
式中：
τ——抗剪强度
Vx.Vy——梁所推却的X轴偏向.Y轴偏向的最大剪力（N）
S——梁截面面积（m2）
σv——钢材的抗拉强度,一般型钢钢材取160MPa
参照以上示例对所选择的管架梁进行抗剪校验
故改型钢知足抗剪请求,所以管架梁采取H型钢150×150×7×10.
六、管架柱选型
根据管架梁的受力剖析,为知足管架梁所受管道重力和程度推立的均衡,管架柱（或吊杆）赐与管架梁一个支反力来保持管架梁及梁上各管道的均衡.我们由此梁的支反力对管架柱（或吊杆）进行选型.根据剖析,管架柱的受力有2个,一个是垂直偏向的拉力（或压力）,另一个是程度偏向的推力.
1.管架柱的横截面盘算公式
σ）式中S为管架柱的最小截面积,R为管架柱竖直偏向的拉力或压力,σ为钢材的抗拉强度,一般型钢钢材取210MPa
所以以上示例中管架柱的最小横截面积为
××210）=184mm2
2.管架柱曲折盘算
式中：
r——
F——管架梁感化给管架柱的程度支座反力N
h——管架梁距离支持点的高度
W——管架柱的最小截面系数（cm3）
σ——钢材的抗拉强度,一般型钢钢材取210MPa
所以以上示例中管架柱的最小截面系数为
×5521×××210）=44cm3
查型钢规格表,使所选择的型钢横截面积大于184mm2,同时其截面系数又必须大于44cm3,我们为了管道支架的整体调和,管架柱也和管架梁采取同规格的H型钢150×150×7×10.
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