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1、管道支吊架受力分析总结管道安装在机电安装工程中占较大的比重，而管道支吊架的制安在管道安装中扮演着主要的角色，它直接关系到管道的承重流向及观感。有些支吊架不但影响观感，更存在着安全隐患，为了消除管道支吊架存在的各种隐患，使管道支吊架制安达到较高水平，有必要对管道支吊架进行荷载受力分析，确保支吊架荷载在安全范围以内。选取宝鸡国金中心-购物中心地下室某段压力排水管道进行受力分析：系统：压力排水材质：镀锌钢管管径：DN100管道数量：两根两支架间距：6米一、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
2、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：f仁21.64*6kg=129.84kg*10=1298.4N2、管道中水重22f2=nrp介质1=3.14*0.106*1000*6kg=211.688kg=2116.88N3、管道重量f=f1+f2+（f1+f2）*10%=3756.81N4、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做受力分析试验分析过程：1、支架建立1）在RE
3、VIT导出要进行分析的支架剖面，然后打开solidworks软件，打开保存好的CA支架剖面图；2）通过草图绘制工具绘制支架轮廓；3）通过插入-焊件-结构构件选择50*5等边角钢，并在绘制好的轮廓图上依次描图（如果没有需要的型钢号，可以下载国标型钢库放在solidworks指定的文件夹）；绘制型钢轮廓型钢的选择支架建立4）赋材质：对支架模型赋予普通碳钢材质；2、支架加载1）定义受力面：对横担的水管投影区域进行分割，便于为下一步载荷选择指定面（我们等效管道的作用力集中在水平中心截面）；2）边界条件、载荷的定义：对支架的上端进行固定，保证在力的加载过程中不晃动，对支架进行加载，力的大小为2535.8
4、5N;定义受力面力的加载3、受力分析从图中可以看出屈服力大小为220.594MPQ而最大应力只有164.125MPQ最大应力小于屈服力的大小，型钢处于弹性应力应变阶段。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/应变曲率变化不明显，处于弹性应力应变行为阶段，各部位均没有发生屈服现象。由相关资料可查得50*5等边角钢的抗拉强度（Tb=423MPa抗剪强度cr=cb*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力最大的地方，也即该处最容易发生变形与开
5、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，如果我们选择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。、支架水平方向受力1）补偿器的弹性反力R（仅适用于热力管道）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
6、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H:-1R=AX-Kx-10（kg）式中AX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（仅适用于热力管道）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=PA（kg）式中Po热介质的工作压力（kg/cm2）A按套筒
7、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：Pn=P（AiA）（kg）式中A直径较大者补偿器横截面积（cm2A直径较小者补偿器横截面积（cm2）3）管道移动的摩擦力：PmPm=jxqL式中卩一管道与支撑间的摩擦系数卩的取值一般为：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0.40.6q计算管段单位长度的结构荷重，N/mL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Pm（及横向力Pmh且可近似取Pm0=Pmh=0.7Rm三、其他影响因素1、管道上带有阀门的管道固定支架受力分析作用于90弯管的内压轴向推力计算在流体
8、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=Pf+pQ-V合力R=(Pf+pQ-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;p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弯管对接组成如所述，每个转弯处流体对弯管都存在作用力,
9、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。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=1.5k卩q1L1+Pk1-0.7(1.5
10、k卩q2L2+Pk2)式中: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；卩一管道与支架间的摩擦系数；Pk1、Pk2补偿器的弹性力，Nb.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=1.5k卩q1L1+Pk1从上述两式可以看出F2比F1多一项0.7（1.5k卩q2L2+Pk2）。因此增设阀门后，当阀门关闭时，固定支架轴向推力增大。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
11、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Pko即F1=Pkob.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=Pf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。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
