魏頔

摘 要：在整個(gè)熱力管道當(dāng)中，拱管的應(yīng)用范圍變得越來(lái)越廣泛，其不僅是一種可以輸送熱水或者蒸汽的管道，同時(shí)也可以作為一個(gè)支撐結(jié)構(gòu)。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中，應(yīng)該重視計(jì)算受力情況，這樣才能提高其使用效果。本文針對(duì)拱形管道的設(shè)計(jì)情況和使用情況進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，希望可以給相關(guān)設(shè)計(jì)和施工的開展提供有效參考。

關(guān)鍵詞：熱力管道；大跨度拱管設(shè)計(jì)；矢跨比；拱形支架；人字形支架

在城鎮(zhèn)的熱網(wǎng)工程當(dāng)中，管道經(jīng)常需要跨越道路或者河流，這就衍生出了很多種結(jié)構(gòu)，比較常見的有懸索、吊索和鋼桁架，拱形管道也已得到了一定程度的應(yīng)用。將鋼管進(jìn)行彎曲，之后加以焊接，形成一個(gè)圓弧的大跨度結(jié)構(gòu)就是拱形管道，這種管道不僅是一個(gè)輸送熱水或者蒸汽的管道，更是一個(gè)支撐多結(jié)構(gòu)，只有經(jīng)過(guò)詳細(xì)的受力計(jì)算才能做好設(shè)計(jì)工作。本文針對(duì)其在熱力管道的應(yīng)用情況進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。

1 拱形管道的優(yōu)勢(shì)

對(duì)于跨度較大的管道結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，目前兩種結(jié)構(gòu)應(yīng)用較為廣泛，分別是拱形管道和鋼桁架，二者相比起起來(lái)，鋼桁架跨度很寬，但是其需要耗費(fèi)較大量的鋼材，并且維修難度很大，相比之下，拱形管道就能夠節(jié)約大量，對(duì)于大跨度和粗管徑的結(jié)構(gòu)應(yīng)用效果更好。除此之外，由于其結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出拱形的特點(diǎn)，所以即便兩側(cè)支架高度較低，其底部空間仍然可以滿足使用的需要。在造型上，拱形管道設(shè)計(jì)也較為多樣，并且經(jīng)濟(jì)性較好。拱形管道的制作大多采用無(wú)縫鋼管，從整體上來(lái)看，圓弧管道制作難度較低，所以應(yīng)用較為廣泛。由于其優(yōu)勢(shì)已經(jīng)逐漸被人們所發(fā)掘，所以為了能夠提高城市環(huán)境發(fā)展水平，拱形管道有著很廣闊的發(fā)展水平。

2 關(guān)于拱形管道設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)和要點(diǎn)

在管道跨越結(jié)構(gòu)當(dāng)中，拱形管道是一種非常合理的結(jié)構(gòu)，在跨越中小型河流的管道結(jié)構(gòu)當(dāng)中，其應(yīng)用是非常廣泛的。正常來(lái)說(shuō)，如果管徑較大，則很難進(jìn)行預(yù)彎，需要將一個(gè)直管進(jìn)行焊接，將其變?yōu)檎劬€拱；在如果管道直徑較小，則可以首先進(jìn)行熱熱彎，形成一個(gè)圓弧拱。

2.1 確定拱形管道強(qiáng)度

拱形管道在各種荷載情況之下的內(nèi)力可以經(jīng)過(guò)截面的相應(yīng)力學(xué)計(jì)算就能夠得到結(jié)果。而在計(jì)算管道的強(qiáng)度和穩(wěn)定性時(shí)，正常來(lái)說(shuō)我們往往會(huì)結(jié)合其垂直靜荷載情況以及溫度、風(fēng)荷載、內(nèi)應(yīng)力等因素加以組合。

正常情況之下如果直徑和跨度之間的比例較小，那僅僅靠拱形管道本身是不足以維持平面方向的穩(wěn)定的，在這種情況下，我們大多會(huì)采用斜撐的方式來(lái)保證平面外的穩(wěn)定，拉壓桿是一個(gè)可行的設(shè)計(jì)方案。另外，斜撐提高整體剛度的同時(shí)，還提高了固有頻率，對(duì)消除風(fēng)振的影響也有一定作用。

2.2 拱管長(zhǎng)細(xì)比

拱管長(zhǎng)細(xì)比主要應(yīng)從管道自重和管道與環(huán)境的協(xié)調(diào)性以及管道自身長(zhǎng)短與粗細(xì)的協(xié)調(diào)性、美觀性考慮，尤其在城市橋梁附近建設(shè)的拱管，在視覺上與城市橋梁相協(xié)調(diào)，適當(dāng)長(zhǎng)細(xì)比的拱管就如一道彩虹，成為城市一道美麗的風(fēng)景。由于拱管一般都比橋梁高，所以拱管在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮管道所承受的風(fēng)荷載，特別是在熱帶風(fēng)暴較頻繁的沿海地帶，拱管的穩(wěn)定性校核需特別重視。設(shè)計(jì)中根據(jù)熱力管道兩根管同行的特點(diǎn)，推薦采用供回水管道雙拱互為平面外支撐，增強(qiáng)拱管穩(wěn)定性，兩管在平面外互相倚靠，中間設(shè)拉桿連接，如圖1、圖2所示：

3 支墩設(shè)計(jì)

矩形空間剛架頂面按照拱支座要求，另設(shè)橫梁來(lái)支承拱支座，此橫梁受荷載往往較大，當(dāng)采用鋼筋混凝截土梁截面尺寸太大時(shí)，也有采用鋼橫梁。為此，這種結(jié)構(gòu)橫梁較多，傳力途徑比較長(zhǎng)而且復(fù)雜，剛架頂面面積較大，但利用率低，并容易使拱管下彎段與頂橫梁相碰。解決的辦法只能將拱托支墩加高，這樣對(duì)本來(lái)受力較大的支架更為不利。為了解決上述結(jié)構(gòu)的不足之處，推薦采用人字型空間拱支架結(jié)構(gòu)，如圖3。這種結(jié)構(gòu)采用二根人字型支架，再用連梁相聯(lián)接，形成空間結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)最大特點(diǎn)是橫梁較少，傳力途徑短，作用荷載直接。根據(jù)力學(xué)分析，在受水平力大的一側(cè)沿管軸向，構(gòu)件變形極小，水平位移量幾乎為零。受力后的柱中彎矩大大減小。這樣柱子截面尺寸和配筋相應(yīng)減小。因此，字型支架與矩形空間支架相比較，在混凝土和鋼材上要節(jié)省。此種型式使拱托支架高度較低，拱管也很容易下彎，不會(huì)與支架相碰。

4 結(jié)束語(yǔ)

為了提高我國(guó)能源利用率，現(xiàn)在我國(guó)仍然在不斷推廣集中供熱，所這也在推動(dòng)我國(guó)集中供熱管網(wǎng)建設(shè)的發(fā)展。經(jīng)過(guò)前文總結(jié)，我們已經(jīng)知道供熱管網(wǎng)本身具有較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性，對(duì)在跨越河流的時(shí)候可以采用多個(gè)拱形管道，其可以形成一個(gè)多拱橋結(jié)構(gòu)，不僅不會(huì)給通航造成影響，也可以大幅加快建設(shè)速度。在設(shè)計(jì)造型上也非常多樣，對(duì)美化環(huán)境也能起到一些作用。本文首先探討了拱形管道的優(yōu)勢(shì)，之后結(jié)合實(shí)際情況總結(jié)了設(shè)計(jì)和應(yīng)用要點(diǎn)，希望可以給相關(guān)工作的開展提供一些參考。

參考文獻(xiàn)

[1]吳艷飛.大跨度自承重拱形跨河供熱蒸汽管道的研究與應(yīng)用[J].科技傳播，2014（14）.

[2]杜慶軍.拱管設(shè)計(jì)及其在蒸汽管道跨越工程中的應(yīng)用[J].能源與節(jié)能，2014（8）：166-167.

[3]賀兵.自動(dòng)化技術(shù)在市政工程供熱管道系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].中外企業(yè)家，2017（9）.

[4]史尚典.大口徑長(zhǎng)輸供熱管線中自控技術(shù)在供熱工程中的應(yīng)用[J].工程技術(shù)：全文版，2016（11）：00261-00261.