[精品]大跨度自承重拱形跨河供熱蒸汽管道的研究與應用.doc

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1、大跨度自承重拱形跨河供熱蒸汽管道的研究與應用大跨度自承重拱形跨河供熱蒸汽管道的研究與應用摘耍本文結合工程實例，介紹了自承重拱形管道的設計和施工方法、拱形管道的內力及承載力計算、自承重拱形管道設計和施工中應需注意的問題。關鍵詞自承重；拱形管道；鋼桁架；設計中圖分類號TU833文獻標識碼人文章編號1674-6708(2014)119-0172-020引言供熱管線聯(lián)接著各個熱用戶，不可避免地?？缭借F路、公路、河道等，傳統(tǒng)大多數設計方法是采用鋼桁架結構架設管線跨越。鋼桁架跨度大，但耗用鋼材較多，II維護費高，這無疑增加了施工成本和延長了施工周期。目前，在國內的某些供熱管網敷設中釆用了自承重拱

2、形管道的設計和施工方法，并且取得了很好的經濟效益和社會效益。在大屯礦區(qū)發(fā)電廠至實業(yè)公司構件廠的蒸汽管網工程中，采用了這種先進的設計理論并取得了試驗性的成功，成為該公司第一例拱形管道設計方案。1方案比較拱形管道是利用管道本身的強度直接支承在支架上，與鋼桁架相比，拱形管道施工簡便，節(jié)省費用，特別對大跨度、大管徑史為合適。發(fā)電廠至實業(yè)公司構件廠的蒸汽管網工程全長約4公里，管道走向基本上沿鐵路沿線，中間需跨一條35米寬的河道?？紤]到首次釆用拱形管道的設計理念，為了能更好更直觀的顯示出此種方法的優(yōu)越性，我們將此方案和傳統(tǒng)的鋼桁架進行了簡單的對比。方案一：做一個40m長的鋼桁架，兩端設鋼柱，柱高

3、至少為4.5m,柱下設鋼筋混凝土基礎。為保證河流泄洪和通行的要求，基礎要設置在河岸邊的穩(wěn)固土層，故基礎占地面積較大，同時增加占地補償費用。另外，長度為40m的鋼桁架，高一般約為跨度的1/20,需做到至少2m,加上兩端鋼柱子總用鋼量約20t左右，所以此鋼桁架增加工程投資約為30萬元左右，并且延長了施工周期。另外，考慮到桁架的吊裝，必須用一臺長臂吊車在桁架兩端設置吊點或兩臺長臂吊車分別從兩岸將桁架吊起，在河屮間進行拼裝，施工難度均較大。方案二：將管道直接做成弧形，利用材料自身及拱形的受力特點直接跨河。由于拱形中間高，兩邊低，能充分滿足河面上泄洪和通行要求，且兩端的基礎也不必做很高，根據計

4、算高出自然地坪o?5m即可，且基礎占地面積較小。另外管道的自重較輕，以設計使用的4）273X8為例，重量為每米52.3kg,整個拱形管道的重量約為2.2t（含閥門等），起吊安裝均較為方便。另外，施T周期不受影響，并且基本上不額外增加施工費用。唯一的難點在于，蒸汽管道所需的密封性，抗壓性要求很高，一般的焊接法不可行，焊接法即將拱形管道分段拼焊成折線狀多邊形拱形管道。該拱形管道的成型要由專業(yè)公司完成，專業(yè)公司一般釆用熱煨法或是冷彎法。熱煨法即常用的灌砂熱煨法，冷彎法有先彎后接和先接后彎兩種方法。先彎后接法即先將管子分段彎好，再焊接成拱形管，先接后彎即先將各管接成弧長后，再整體彎成拱形管。

5、無論采用哪種方法，均在支座附近鋼管不能有焊接接頭。2比較結果通過以上兩個方案的簡單估算對比，釆用鋼桁架會增加工程投資約30萬元，延長施工周期20天左右，施工難度較大；而采用拱形管道兒乎不增加工程投資，并且縮短施工周期，施工簡單。最終決定采用拱形管道作為設計方案。3理論計算本工程的拱形管道由于溫差較大，矢跨比取1/4,計算吋荷載內容包括以下荷載：①垂直荷載：包括管道、介質及保溫層重量；②水平荷載：風荷載，根據《建筑結構荷載設計規(guī)范》，本地的基本風壓為0.35kN/?；③溫度應力：溫度變化產生的應力；④活荷載：施工安裝與檢修吋活荷載；⑤特殊荷載：地震作用，根據根據《建筑抗震設計規(guī)范》，本

6、地的抗震設防烈度為7度，設計地震分組為第二組，設計基本地震加速度為0.lgo但根據內力組合，計算時只考慮前三項。拱形管道的內力及承載力計算如下：3.1荷載計算3.1?1垂直荷載計算1）水平推力Hg=KHgqR=0.876X2.4X25=52.56kN2）軸向力Ng二KNgqR=l.267X2.4X25=76.02kN3）剪力Vg=KVgqR=0.14455X2.4X25=8.67kN4）彎矩Mg二KMgqR2二0.0138X2.4X252=20.70kN.m3.1.2溫度差1）水平推力Ht,可按下列公式計算：3.1.3風荷載風荷載作用下的內力計算，可按下列公式計算：3.2拱形管道承載

7、力計算3.2.1拱管壓應力，可按下列公式計算：3.2.2拱管剪應力，可按下列公式計算：3.2.3拱管主應力，可按下列公式計算：3.3穩(wěn)定性計算3.3.1當量計算長度，可按下列公式計算：SO二KSOR二1.07X25=26.75m3.3.2長細比，可按下列公式計算:==-285.5式中i——管道截面的回轉半徑，計算表達式為i=3.3.3相對偏心距，可按下列公式計算：4結論該工程從投入使用至今已有將近五年的時間，經受住了各種外界和自身荷載的考驗，使用過程中未發(fā)