管道在熱態下工作(zuo)時,由于熱脹的(de)作(zuo)用,管系(xi)中各承重(zhong)點的(de)基本荷載(zai)不僅(jin)會發(fa)生再分(fen)配,同時還(huan)將使(shi)約束(shu)位移(yi)(yi)的(de)支(zhi)(zhi)(zhi)承點遭受(shou)位移(yi)(yi)荷載(zai),即對(dui)(dui)管系(xi)重(zhong)直位移(yi)(yi)有(you)阻礙的(de)支(zhi)(zhi)(zhi)承點將承受(shou)重(zhong)直位移(yi)(yi)荷載(zai),對(dui)(dui)管道水(shui)平位移(yi)(yi)有(you)陽礙的(de)支(zhi)(zhi)(zhi)承點(如(ru)固定(ding)支(zhi)(zhi)(zhi)架(jia)(jia)、止推(tui)支(zhi)(zhi)(zhi)架(jia)(jia)、導向支(zhi)(zhi)(zhi)架(jia)(jia)等)和端點(如(ru)與設備(bei)的(de)連接點等),將承受(shou)水(shui)平位移(yi)(yi)荷載(zai),在各滑動支(zhi)(zhi)(zhi)架(jia)(jia)處,由于管道與支(zhi)(zhi)(zhi)架(jia)(jia)之間存在相對(dui)(dui)運動,因此還(huan)會產生摩(mo)擦力,也(ye)就是(shi)說,此類(lei)支(zhi)(zhi)(zhi)架(jia)(jia)還(huan)將承受(shou)摩(mo)擦力,除此之外,對(dui)(dui)某些形式(shi)的(de)支(zhi)(zhi)(zhi)架(jia)(jia)和邊界(jie)條件(jian),它還(huan)將承受(shou)彎矩荷載(zai)。
1. 位(wei)移荷(he)載的(de)計算
工程上常見的(de)(de)一些形狀(zhuang)簡單(dan)的(de)(de)管系(xi),如II形補償器、L形管道(dao)等,一些手冊或(huo)(huo)專著中給出了(le)(le)簡單(dan)的(de)(de)近(jin)似(si)計算公式(shi),或(huo)(huo)列成(cheng)了(le)(le)圖表形式(shi),設計人員可視(shi)管系(xi)的(de)(de)具(ju)體(ti)情況,或(huo)(huo)采取簡單(dan)計算法(fa)(fa),或(huo)(huo)采取查閱圖表法(fa)(fa),或(huo)(huo)采用計算機詳(xiang)細分(fen)析法(fa)(fa)去求解(jie)管系(xi)對(dui)支承(cheng)點或(huo)(huo)端點的(de)(de)位移荷載(zai)。
2. 摩擦力的計算
對(dui)于(yu)管(guan)(guan)系中的(de)滑動(dong)承(cheng)(cheng)重(zhong)支(zhi)架,當管(guan)(guan)子在(zai)(zai)此處(chu)有位移(yi)時,其摩(mo)擦(ca)力(li)(li)是客(ke)觀(guan)存在(zai)(zai)的(de)。管(guan)(guan)系中由于(yu)各承(cheng)(cheng)重(zhong)點的(de)摩(mo)擦(ca)力(li)(li)存在(zai)(zai)可(ke)使管(guan)(guan)系對(dui)固定端(duan)的(de)水(shui)平位移(yi)荷(he)載減少,但卻給本來不承(cheng)(cheng)受水(shui)平荷(he)載的(de)滑動(dong)承(cheng)(cheng)重(zhong)支(zhi)架添(tian)加(jia)(jia)了一個附加(jia)(jia)力(li)(li)。一般(ban)情況(kuang)下,管(guan)(guan)系中的(de)摩(mo)擦(ca)力(li)(li)要比水(shui)平位移(yi)荷(he)載小得(de)多,故(gu)在(zai)(zai)靜應力(li)(li)分析中,一般(ban)不計入摩(mo)擦(ca)力(li)(li)對(dui)水(shui)平位移(yi)荷(he)載的(de)影響,這(zhe)樣(yang)得(de)到的(de)位移(yi)荷(he)載偏大(da),使支(zhi)承(cheng)(cheng)設計偏于(yu)保守。但在(zai)(zai)有些情況(kuang)下,摩(mo)擦(ca)力(li)(li)給滑動(dong)承(cheng)(cheng)重(zhong)支(zhi)架添(tian)加(jia)(jia)的(de)附加(jia)(jia)力(li)(li)是不可(ke)忽略的(de)。例如,基本荷(he)載較(jiao)大(da)的(de)管(guan)(guan)道(dao),或者多根管(guan)(guan)道(dao)集(ji)中并排布置時,都(dou)會對(dui)滑動(dong)承(cheng)(cheng)重(zhong)支(zhi)承(cheng)(cheng)件(jian)產(chan)生較(jiao)大(da)的(de)附加(jia)(jia)力(li)(li),此時在(zai)(zai)進行支(zhi)吊(diao)架強度設計時應予考慮。
管(guan)道(dao)在滑動承(cheng)重支(zhi)架處的(de)(de)摩擦力(li)與該點所承(cheng)受的(de)(de)垂(chui)直(zhi)荷載的(de)(de)大小成正比,力(li)的(de)(de)方向與管(guan)道(dao)在該點的(de)(de)位移方向相(xiang)反(fan),即(ji)摩擦力(li)可以用下式表(biao)示:
當管(guan)(guan)廊(lang)上(shang)某(mou)支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)面同(tong)時(shi)支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)數(shu)根(gen)管(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)時(shi),熱管(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)因產生的(de)摩(mo)擦(ca)力(li)(li)會推動支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)梁沿管(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)的(de)位移(yi)(yi)方向發(fa)生變形,而(er)冷管(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)或位移(yi)(yi)量較(jiao)小(xiao)的(de)管(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)會趨于(yu)阻止支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)梁的(de)這種變形,從而(er)抵(di)消了一部分熱管(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)的(de)摩(mo)擦(ca)力(li)(li)。這種由于(yu)同(tong)一支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)面上(shang)相(xiang)鄰冷管(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)對熱管(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)的(de)位移(yi)(yi)阻礙而(er)使熱管(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)摩(mo)擦(ca)力(li)(li)減小(xiao)的(de)現象稱為管(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)的(de)牽(qian)制。由于(yu)牽(qian)制作用(yong)而(er)使摩(mo)擦(ca)力(li)(li)減小(xiao)的(de)幅度(du)用(yong)牽(qian)制系數(shu)K表示。牽(qian)制系數(shu)的(de)選取(qu)(qu)(qu)應符合(he)下列原則(ze):當某(mou)承(cheng)(cheng)(cheng)重(zhong)支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)面并(bing)排(pai)敷設1~2根(gen)管(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)時(shi),取(qu)(qu)(qu);當某(mou)承(cheng)(cheng)(cheng)重(zhong)支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)面并(bing)排(pai)敷設3根(gen)管(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)時(shi),應按表9-10選取(qu)(qu)(qu);當某(mou)承(cheng)(cheng)(cheng)重(zhong)支(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)面并(bing)排(pai)敷設4根(gen)及4根(gen)以上(shang)的(de)管(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)時(shi),牽(qian)制系數(shu)K應按圖(tu)9-63選取(qu)(qu)(qu)。
3. 短時作(zuo)用荷(he)載的計算
短時(shi)(shi)作用(yong)荷載(zai)包(bao)括風荷載(zai)、雪荷載(zai)、地震荷載(zai)、安全閥排放(fang)反(fan)力等。這些(xie)荷載(zai)雖然作用(yong)時(shi)(shi)間短,但(dan)有時(shi)(shi)可(ke)能(neng)產生較大(da)的(de)荷載(zai)值(zhi),故在(zai)支承件強(qiang)度設計(ji)時(shi)(shi)應計(ji)入(ru)(ru)。考慮(lv)這些(xie)荷載(zai)同(tong)(tong)時(shi)(shi)出現的(de)可(ke)能(neng)性很小,故工程上一般不同(tong)(tong)時(shi)(shi)計(ji)入(ru)(ru),而(er)是根據具體情況,計(ji)入(ru)(ru)其(qi)中的(de)較大(da)值(zhi)。
a. 風(feng)荷載(zai)(zai)(zai)(zai)和雪荷載(zai)(zai)(zai)(zai)的(de)計(ji)算 一般情況下,對于較大(da)直徑的(de)管道(dao)或并排多根敷設(she)的(de)管道(dao)才考慮(lv)風(feng)荷載(zai)(zai)(zai)(zai)和雪荷載(zai)(zai)(zai)(zai)的(de)影(ying)響。風(feng)荷載(zai)(zai)(zai)(zai)及雪荷載(zai)(zai)(zai)(zai)可按GBJ9《建筑結(jie)構荷載(zai)(zai)(zai)(zai)規范》進行(xing)計(ji)算。
b. 地(di)(di)震(zhen)荷載的計算 一般情況下,對于有地(di)(di)震(zhen)設(she)防要求的管道,才考慮地(di)(di)震(zhen)荷載的作(zuo)用。地(di)(di)震(zhen)荷載可按SH3039《石油化工企(qi)業非埋地(di)(di)管道抗震(zhen)設(she)計通則》進行計算。
c. 安全閥排(pai)放反力(li)(li)的(de)計算 對于(yu)裝有安全閥的(de)管道支承點,才考慮安全閥排(pai)放反力(li)(li)的(de)作(zuo)用(yong)。安全閥排(pai)放反力(li)(li)可按(an)SH 3037《石油化工企業(ye)管道支吊(diao)架設(she)計規范》進行計算。