给排水设计 | 管道荷载计算方法规定

1. 范围

本标准中包括的荷载数据的计算方法用于土建结构条件的设计。

2. 荷载类型及组合

2.1 荷载类型

荷载数据应包含以下荷载:

（1）管道荷载(自重及工作荷载)

管道重量、保温材料、介质等

（2）热胀或热缩引起的反作用力

反作用力是由管子的热胀或对收缩以及位移约束引起的。

（3）摩擦力

摩擦力是由管架上的管子的位移引起的。

（4）地震荷载

 (a) 由地震加速引起的荷载

(b)由管道约束点与地震相关的位移引起的反作用力(反作用力的计算方法与热应力的计算方法类似)

（5）风荷载

（6）雪荷载

（7）冲击荷载

由安全阀气流或水锤的冲击引起的荷载。

（8）膨胀节的拉伸及反弹作用。

2.2条件

荷载的计算应经过下述条件的研究。当荷载已达到正常操作时的最大值，或其他操作情况下荷载的变化可以忽略不计，计算可仅以正常操作情况为基准。

（1）水压试验、气压试验充水重。

（2）正常操作条件。

正常操作条件不同于以下第（3）条中所述情形。

（3）特殊操作情况

（a）开车情况（从开车到正常操作的过渡情况）。管子从管架上松开，设备或管道等内部温度的临时变化引起的热应力。

（b）停车情况（从正常操作到停车的过渡情况）。应考虑到与紧急停车相关的问题（压降等），开车时的情况也应考虑。

（c）除焦，再生操作，蒸汽转化等。

2.3荷载组合

（a）下表是在各种条件下同时起作用的荷载组合。

注(1)以下是上表中符号意义

         P : 集中荷载

         W: 均匀荷载

         q : 单位荷载(单位面积重量)

（2） 假设地震荷载、风荷载及冲击荷载没有同时产生影响。

（3） 在水压实试验中无需标注管架，梁，结构等的垂直荷载，在其他情况下，当管线数量较少时，应单独标出每根管线的垂直荷载。

3 荷载计算方法

3.1管道荷载

3.1.1单位长度管重

重量是以下各点的总和

（1）管道

（2）标准管子的单位荷载按照相关标准查取，推荐管道随手小程序查询。保温材料的单位荷载按照相关标准查取。

（3）介质

气体、蒸汽或空气不包括在单位荷载中。

（4）管子永久荷载的其他辅助组成，如伴热、衬里材料等。

注：阀门、法兰等应作为集中荷载。

3.1.2结构及荷载的标注

结构上承受的荷载的标注方法应为表2中所示的集中荷载，均匀荷载，单位荷载中的一种。

注(*)：在条件中，若支承大量小尺寸管线荷载，可作为均匀荷载标注。

3.1.3荷载计算方法

（1）集中荷载

（a）表3中荷载数据表示集中荷载的范围。

*：参见表一注释

（b）集中荷载计算方法

按以下方法计算集中荷载

（i）水平管的集中荷载按以下方法计算：

例1 水平管线集中荷载计算方法：

“B”点集中荷载

       “B”=l1.w/2+ l2.w/2          (1)

式中

      w:单位长度管重

(ii) 垂直管线的集中荷载

垂直管线上支点的集中荷载等与垂直部分全部荷载于水平部分1/2荷载之和。

图2   垂直管线上集中荷载计算方法

作用于”E”点的集中荷载

       E= l3.w/2+l4.w+ l5.w/2        (2)

若没有固定”E”点,垂直部分的荷载应分布在支点”F”和”D”,见下段(iii)

(iii) 电阀门等集中荷载引起的作用于支点的荷载,应以按比例分配的方法进行计算.

图3 阀门等集中荷载按比例分配方法

阀门在"B"点的集中荷载 

       "B"=l1.P1/L1+l4.P2/L2        (3)

（iv）可以应用计算机计算集中荷载

（v）由于管子上抬导致集中荷载不平衡，应再检查热应力计算结果。

（2）均布荷载的计算

（a）支架上均布荷载的计算

计算见图4

图4支架上均布荷载的计算方法

L ≤1.2S:

均布荷载“w”=W/S              （4）

（W应不小于100kg/m）

L ＞1.2S:

均布荷载“w”=W×1.2/L       （5）

（W应不小于100kg/m）

式中，

     W：阴影部分管子总荷载

     S：管线总宽

     L：支架宽度

（b）计算方法见图5

图5所指方向的梁上均布荷载的计算方法

3.0m或后面支架跨度的1/2，无论哪一个，选其中大的尺寸。

L ≤ 1.2S:

均布荷载“w”=W/L              （6）

（W应不小于200kg/m）

L ＞1.2S:

均布荷载“w”=W×1.2/L       （7）

（W应不小于200kg/m）

式中

     W: 阴影部分管子总荷载

     S: 管束总宽度

     L: 梁的间距

(3) 单位荷载的计算

单位荷载应为单位面积的平均荷载,并应标出表4所示的荷载标记符号。例如，计算出单位荷载为0.115t/m2

（a）主梁上单位荷载计算方法

计算方法见图6

图6  单位荷载计算方法

L ≤ 1.2S

单位荷载“q”=W/L              （8）

L ＞1.2S

单位荷载“q”=W×1.2/L       （9）

式中

     W: 阴影部分管子总荷载

     S: 管束总宽度

     L: 管架宽

（假定中间梁位于主梁的中间）

中间梁单位荷载的计算方法见图7

图7中间梁单位荷载计算方法

L ≤ 1.2S:

中间梁单位荷载“q”=W/L              （10）

L ＞1.2S:

中间梁单位荷载“q”=W×1.2/L       （11）

式中

     W: 阴影部分的中间梁单位长度上管子总荷载

     S: 管束总宽度

     L: 管架宽

（c）当管子被中间梁支撑时，应计算主梁和中间各自的单位荷载，并将其标注在荷载数据表中。

主梁及中间梁支撑管道荷载的范围见图8

图8      中间梁和支梁上管道荷载范围

主梁上管道荷载范围

主梁上的荷载应利用以下公式计算

主梁上管子荷载=〔主梁单位荷载×(A× L)〕-〔中间梁单位荷载×(1/2A×L)〕           （12） 

3.2 热胀或收缩引起的水平荷载和垂直荷载

热胀或收缩引起的水平荷载和垂直荷载应通过应力分析计算最终详细数据。

3.3 摩擦力。

(1) 摩擦系数

钢——钢                                      0.3

石墨——石墨                               0.15

聚四氟乙烯——聚四氟乙烯         0.1

不锈钢——不锈钢                        0.06

(2) 计算方法

支点上（滑动点）管重引起的摩擦力为摩擦系数×管子重量。

3.4 地震荷载、风荷载、雪荷载、冲击荷载

管道设计时还应考虑地震荷载、风荷载、雪荷载、安全阀冲击荷载等，具体计算详见有关规定。