直埋热力管道板肋型固定支墩的优化设计

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1、直埋热力管道板肋型固定支墩的优化设计　石家庄市热力煤气规化设计院　王希杰　　目前我国城市集中供热工程大多采用直埋供热管网，这是由市容美化要求所决定的。城区内的直埋供热管网由于场地和外界条件的限制，管网的固定支墩有时承受管道的推力又是很大的，如何经济合理的设计好固定支墩，是当前的重要研究课题。要搞好固定支墩的设计，首先要解决的问题是依靠什么来保持支墩的稳定，其次是支墩采用何种科学合理的结构型式。我院自八十年代中期承担石家庄市集中供热工程以来，不断探索，最终搞出了板肋型固定支墩，并在市内普遍采用，经十几年管网运行实践证明，板肋型固定支墩具有投资最省、便于施工，受力性能良好的特点，从未发生任何

2、事故，是最佳的固定支墩型式，应予大力推广。现将我们的设计方法介绍于后，供同志们参考。　　板肋型固定支墩是一种轻型板肋结构，它由挡板墙、肋墙、底板和脚梁四部分组成。其受力稳定原理，主要是依靠支墩底板以上回填土重来抗衡固定支墩所承受的管道推力。两道肋墙既是挡板墙的两侧支点，又是底板的纵肋。底板两端的脚梁和中间的挡板墙三者构成了底板的横肋，因此支墩底板可以做得很薄，从而使支墩工程量大大减少。　　挡板墙是直接承受管道推力的重要构件，它生根于底板之上，两端又固接在肋墙上，是一个三边固接一边悬臂的板，具有很大的承受外力的性能，因此其截面、配筋都很小。　　脚梁是固定支墩的抗滑、抗倾覆构件，它是以两肋墙

3、作支点的一跨两端带悬臂的梁，也是最经济合理的构件。　　由于板肋型固定支墩的构件布局科学合理、相互支撑，因此造就其成为轻型板肋结构，它是工程量小、配筋少、投资省的最佳的固定支墩。　　一、设计数据取值　　地基允许承载力[f]=130KPa　　基础边缘允许最大压应力≤1.2[f]　　底板以上基础及回填土平均容重r=19KN／m3　　基础稳定安全系数K=1.8　　基础适宜长宽比A／B=1.0～1.2　　管顶最小覆土厚度1m　　基底埋深h0=1.5～2.5m　　管中距底板顶面高度H1=0.4～0.5m。　　二、基础计算　　支墩基础底面积的大小取决于：1)基底埋深h0的大小；2)当基础将要发生倾覆时

4、，其基础边缘压应力≤1.2[f]。　　对在固定支墩段内的管道自重不计。　　由《架空热力管道支架简化计算图册》可知，固定支架所需基础单位底面积W固=，本直埋板肋固定支墩W固=1　　式中：　　K——基础稳定安全系数为1.8　　h0——基底埋深，m　　M——由管道轴向推力F所产生的倾矩KN·m　　M=F(H1＋h)2　　式中：　　H1——管中至底板顶面的高度，m　　h——脚梁高，m　　当求得W固后，先核定基础长A(沿管道轴向)再求基础宽度B　　B=3将W固=f(F)计算成果绘图，供设计时查用。见板肋型固定支墩W=f(F)图(略)。　　三、支墩挡板墙计算　　泊桑比μ：钢筋砼μ=0.15，按μ=1

5、/6计。　　将管道轴向推力F化为均布荷载q：　　q=α=α=4　　挡板墙为三边固接一边悬臂板，其计算图及弯矩系数MK，见Mk图(略)。　　lox按工艺要求确定；　　loy一般取为2H。　　计算步骤：　　1.据F依q=得q。　　2、依loy/lox由弯矩系数Mk图中，寻找x、y向最大弯矩系数Mx、My值。　　3、M=Mkqlox25　　依5式求得Mxmax、Mymax值　　4、确定砼强度等级、钢筋种类及板厚，据Mxmax、Mymax，依钢筋砼结构计算，来确定挡板墙水平、竖直方向配筋量As／m。　　一般宜选用C20砼，钢筋Ⅱ级，板厚宜在200mm以上。　　四、其他构件的截面、配筋量的确定：　

6、　由于本板肋结构科学合理，各个构件均可用小截面、小配筋。我们设计的经验数据如下：　　底板及肋墙：板厚200mm，双面、双向配筋Φ12@200。　　脚梁：在地基上质好时可利用土模。b=400mm为定值。配筋为：　　F≤390KN时，配筋8Φ14，箍筋Φ8@150。　　F=400～600KN时，配筋8Φ16，箍筋Φ8@100。　　梁每边均为3根钢筋。主筋保护层厚30。　　五、计算例题　　一直埋热力管道固定支墩，承受管道轴向推力F=300KN，工艺要求两肋墙间净宽1x=1.5m，管中距底板顶面H1=0.45m，挡板墙高1y=2H1=0.9m，用C20砼，Ⅰ级钢筋，试设计此支墩。　　Ⅰ、基础计算

7、：　　1)据F=300KN，查W=f(f)图，可得：　　基础单位底面积W=11.5m2，基底埋深h0=2.1m管中高H1=0.45m。　　2)计算基础边长：　　令A=3.0m　　B===2.56m,取B=　2.6m。　　A/B=3.0/2.6=1.15。　　Ⅱ、挡板墙计算　　取挡板墙厚0.25m。　　解：1)均布荷载　　q===400kN/m　　　　　　2)loy/lox==0.60　　3)查Mk图可得：　　1X向Mk为：边中M0x