管道支吊架及双螺栓管夹本身的强度设计

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管道支吊架及双螺栓管夹本身的强度设计

 

  1、载荷组合

  不同管道支吊架及双螺栓管夹的载荷组合应符合下列原则:

  a、对于承重支架,其设计计算载荷应为:基本载荷+竖直位移载荷+风载荷和雪载荷中的较大值,同时应考虑摩擦力产生的横向弯曲剪力;当承受安全阀排放反力时,尚应进行反力载荷核算;当进行水压试验并且充水重对其基本载荷贡献较大时,应考虑充水重的影响。但考虑充水重时,不应同时考虑位移载荷和临时载荷;对于承重吊架,当其吊杆偏转角不大于时,不考虑摩擦力的影响;

  b、对于固定支架,其设计计算载荷应为:基本载荷+位移载荷(包括FxFyFzMxMyMz)+风载荷和雪载荷中的较大值;当进行水压试验并且充水重对基本载荷贡献较大时,应考虑充水重的影响。但考虑充水重时,不应同时考虑位移载荷和临时载荷;

  c、限位支架:对于轴向双向限位支架,其载荷组合的方法同固定支架;对于止推支架,仅考虑位移载荷和摩擦力;

  d、导向支架及双螺栓管夹:对于水平导向支架,其载荷同承重支架,但同时应考虑水平位移载荷;对于竖向导向支架,其载荷应为横向位移载荷+风载荷。当有地震设防要求时,应进行地震载荷校核;

  e、防振支架:防振管卡同导向支架,摩擦防振支架同止推支架。

  2、设计温度

  对于附管部件,其设计温度应按下列原则选取:

  a、管道保温且无衬里时,取介质温度;

  b、管道不保温且无衬里时,取介质温度的95%;

  c、管道有衬里时,取实际管道壁温;

  d、附管部件位于管道隔热层外面时,取隔热层外表面温度。对保冷管道取当地露点温度加2;对保温管道,一般取60℃。

  对于生根部件,其设计温度应按下列原则选取:

  a、生根在建筑物梁柱、平台、墙壁或地面上时,取常温;

  b、生根在设备平台、裙座或加热炉钢结构上时,取常温;

  c、生根在另一管道上时,按附管部件选取;

  d、生根在设备本体上时,若设备保温而且无内衬里时,取设备介质温度;若设备不保温而且无内衬里时,取设备介质温度的80%;设备有衬里时,取设备实际壁温的80%;

  对于中间连接件,其设计温度应按下列原则选取:

  a、一般情况下取常温;

  b、与管道或设备较近时,应根据实际情况选取,但不应超过附管部件或敷塔(设备)生根部件的设计温度。

  3、支吊架及双螺栓管夹材料

  各部件的材料选取应符合下列原则:

  a、对附管部件,当它与管道直接焊接时,宜与管子同材质,或材料相当;不与管子直接焊接时,可选用普通碳素钢(例如Q235AQ235AF),但此时所选材料应能适应设计温度的要求;

  b、对于在设备(如塔、容器等)上生根的生根部件,当它与设备及双螺栓管夹直接焊接时,宜与设备同材质,或材质相当;不与设备直接焊接时,可选用普通碳素钢(例如Q235AQ235AF),但此时所选材料应能适应设计温度的要求;

  c、其它生根部件和中间连接件,可选用普通碳素钢,但所选材料应能适应设计温度的要求;

  d、常用管道支吊架及双螺栓管夹材料的适用温度范围应符合表8-5的要求。

  e、管道支吊架材料应尽量选用标准型材。常用的型材标准除表8-4所列的管材、板材和棒材之外,尚有下列常用型材标准:

  GB702 热轧园钢和方钢的尺寸、外形、重量及允许偏差

  GB704 热轧扁钢的尺寸、外形、重量及允许偏差

  GB706 热轧工字钢的尺寸、外形、重量及允许偏差

  GB707 热轧槽钢的尺寸、外形、重量及允许偏差

  GB9787 热轧等边角钢的尺寸、外形、重量及允许偏差

  GB9788 热轧不等边角钢的尺寸、外形、重量及允许偏差

  4、许用应力及允许最大挠度

  关于双螺栓管夹材料许用应力的选取,不同的标准有不同的规定。

  MSS SP-69标准规定:一般管道支吊架材料的许用应力应取下列三个数据中的最小值:

  a、材料在室温下最小抗拉强度的1/5;

  b、材料在设计温度下最小抗拉强度的1/4;

  c、材料在设计温度下最小屈服强度的5/8;

  SH3037标准规定,支吊架及双螺栓管夹材料的许用应力应按GB150的要求确定(见第四章所述)

  由此可见,SH3037标准规定的许用应力值偏高。笔者认为,管道支吊架对管道是起保护作用的,而且某些部件受力面积较小,更容易出现材料失稳,故应该取更大的强度余量。因此,笔者倾向于将一般支吊架材料的许用应力按MSS标准确定。事实上,目前尚做不到按MSS标准确定材料的许用应力值,因为它不能直接查有关的数据表获得。为工程设计操作方便起见,支吊架材料的基本许用应力可取从GB150中查到的许用应力再乘以0.6的系数(1/51/3=0.6)

  对于管道支吊架及双螺栓管夹用螺栓材料,其许用应力可取按MSS标准确定的基本许用应力的25%;对支吊架材料所受的剪应力,其许用应力可取按MSS标准确定的基本许用应力的0.8;压缩应力不应超过材料基本许用应力的160%

  管道支吊架的承重横梁在竖直方向的挠度应不大于0.004LL为梁在两支点间的长度,或悬臂梁端部到支点的长度。

  5、管道支吊架及双螺栓管夹的强度计算及结构设计

  一旦管道支吊架及双螺栓管夹所承受的载荷以及各部件的设计温度、材料、许用应力确定的话,管道支吊架的强度计算便不是太难的事情,一般情况下,用材料力学的知识即可计算。由于管道支吊架的型式较多,需要进行强度计算的部件也较多,在此不再详细介绍。一些标准或专著中给出了一些计算方法,可查阅参考。正如前文所述,目前工程上已将常用管道支吊架进行了系列化,设计人员在大多数情况下选用标准支吊架及双螺栓管夹即可,而不必再进行支吊架的强度计算。支吊架标准系列中均给出了相应的选用限制载荷,在选用标准管道支吊架及双螺栓管夹时,只要按允许的载荷选用就能满足其强度要求。

 

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