架空管道

架設在地面或水面上空的用於輸送氣體、液體或鬆散固體的管道。

基本介紹

• 中文名：架空管道
• 組成：跨越結構、支承結構和基礎
• 跨越類型：直管、拱管和懸垂管
• 分類：管道跨越，結構跨越，結構跨越

管道結構

架空管道由跨越結構、支承結構和基礎三部分組成。

跨越結構 　① 管道跨越。整個跨度由管道自身跨越，不需用結構構件，能節省材料、人工和造價。管道是跨越結構中的一部分。

管座起連線管道與支承構件的作用，有固定式和活動式兩類。根據管道工藝要求在管道與其他構件不產生相對位移之處設定固定管座，其餘支點設定活動管座。對於輸送常溫物料的小管可不設管座。固定管座有固接和鉸接兩種。當多根管道平行敷設時，若各管的固定管座設在同一橫樑上,稱為集中固定;若分設在不同橫樑上，稱為分散固定。活動管座有滑動、滾動和擺動三種。在滑動和滾動管座中，當傳遞的力超過摩擦力時，管道與橫樑間就產生相對位移。在擺動管座中，傳遞的力隨擺動的角度而定。

分類

管道跨越有：直管、拱管和懸垂管三種跨越類型。直管跨越(圖1a)最為常見，可有數根管道單層或多層平行敷設。管道通過固定管座或活動管座（不用管座時則直接擱置）與支承結構連線，形成多跨連續梁。當需跨越較大跨度時，可採用拱管（圖1b）或懸垂管（圖1c）。拱管的拱軸常為圓弧形，兩端用固定管座固接在支承結構上，形成無鉸拱。懸垂管比拱管能跨越更大的跨度，有自然成型（製作時為直管，安裝後成懸垂線形）和預成型（製作時做成懸垂線形）兩種，兩端通過鉸接的固定管座與支承結構連線。管道跨越的容許跨度視荷載、管道斷面和材料設計強度以及允許垂度、拱軸高跨比與懸垂度等參數而定。 架空管道

架空管道

② 結構跨越。當跨度較大時,可將管道敷設在鋼或鋼筋混凝土橋式結構（或稱管道橋）上，其特點是管道可在其橋式結構全部完成後安裝、檢修和拆換。結構形式有梁式(梁或桁架，圖2a、b)、拱式(圖2c)、懸索式（圖2d）和斜張式(圖2e)。選型和選材與一般橋樑相似。 架空管道

③ 結構跨越。管道與其他構件組合成橋式結構,可節省材料；但管道安裝、檢修或拆換比較困難。有桁架式、拱式和懸吊式。桁架式（圖3a）的上弦或上下弦為管道而其餘桿件為型鋼(圓鋼、角鋼或管材)。適用於溫度變化不大的管道。拱式（圖3b）由3～4根管道用型鋼腹桿連線而成。一般亦適用於溫度變化不大的管道。懸吊式有吊索(圖3c)、懸索和斜張（圖3d）等。 架空管道

支承結構

用來支承跨越結構。有單柱、雙柱、剛架、塔架和桅桿等類型。高度根據工藝等要求確定。在管道與交通通道交叉處，必要時可局部增加管道高度以獲得所需的淨高度，或設定橫跨於管道之上的跨越橋以便車輛通行。當有其他建（構）築物可以利用時，可設定牆架作為支承結構。支承結構的材料可用鋼、鋼筋混凝土或磚石。支承結構與跨越結構的連線可為剛接、鉸接或滑動連線，與基礎的連線可為剛接、鉸接或半鉸接。

架空管道

基礎

多採用天然地基。僅在地質情況較差或較複雜而在工藝上又對管道沉降有特殊要求時才採用人工地基。常用的基礎為鋼筋混凝土或素混凝土的單獨基礎和聯合基礎。荷載較小時或在岩石地基中可用埋入式基礎。縴繩或拉桿的地錨基礎（或稱錨固墩）多採用重力式或沉井式。較少採用擋土牆式或錨板式，因在使用過程中不能在其利用土重的範圍內開挖。在岩石地基中可用錨樁式地錨基礎。

結構分析

根據工程現場的自然條件、環境、管道特性以及施工和使用條件確定管架的布置和結構類型。然後根據荷載作結構的靜力和動力分析以及構件設計。

荷載 　有恆荷載、活荷載和管道推力。①恆荷載，包括管道、附屬檔案、保溫層、結構構件、平台等的自重。②活荷載，包括管內物料重、物料壓力、風荷載、冰雪荷載、積灰、檢修和加壓試驗荷載等。③管道推力，由溫度變化產生，也屬於活荷載，但因與布置和結構類型等關係密切，故常另作專門研究。對常溫管道，當結構的長度不大於露天結構的容許伸縮縫間距時，不需計算溫度變化引起的溫度應力。對保溫管道（熱管），由於溫度變化，需每隔一定距離設定補償器（如伸縮節）以適應溫度引起的伸縮，同時必須考慮補償器彈力和管座處的摩擦力所引起的管道推力。推力大小視所在位置而定：在補償器附近最小；而在固定管座附近最大。通過管座傳遞的管道推力,在活動管座處為摩擦力,在固定管座處則為兩側管道的合推力。考慮到兩側推力的不均勻又不在同時發生等因素，合推力一般取較大推力與80%較小推力的差值。當多根管道平行敷設時，其他管道有與熱管推力方向相反的反推力，從而部分抵消。計算時可對推力與反推力採用不同的摩擦係數（推力取較大值、反推力取較小值）或簡單地將推力乘以經驗係數。

靜力計算

架空管道結構構件的靜力計算與一般結構相似，包括強度和穩定兩個方面；但考慮到構件雙向大偏心受力並伴有雙向受剪和受扭等特點，受壓構件的長細比和基礎的偏心距或受壓面積比（即基礎底面局部受壓面積與全面積之比）等，均可比一般結構取較高的容許值。除特殊情況外，基礎一般不作沉降計算。

振動

架空管道的振動來自管道、風荷載或地震作用。在多根管道平行敷設的情況下，由於影響因素複雜，目前尚難作準確的理論計算。但對單根管道或單跨跨越，則可按一般的結構計算方法作振動計算。管道引起的振動主要是由於機械送料、驟然升溫、升壓或關閥,以及管道直角拐彎等造成，一般採用減振或防震措施解決。風荷載引起的共振效應，多見於剛度較差的拉彎結構（懸垂管或懸吊式）以及支承結構剛度較差的拱管。對前者採取消振索、消振錘或管道表面加螺紋條措施；對後者採用加大支承結構剛度(例如鋼結構改為鋼筋混凝土)等措施以改變整個結構系統的振動頻率。由於架空管道結構較輕，地震的影響較小。根據地震震害調查，尚未發現架空管道結構構件遭受地震破壞,因此在烈度為7度或7度以下的地震區,僅採取構造措施而不作抗震計算。