管道结构设计精选(九篇)

第1篇：管道结构设计范文

关键词:市政；给排水管道工程；结构设计

随着社会的发展与经济的进步，城市的工业及人口规模不断扩大，需水量呈现出日益增长的趋势。在供水需求不断增长的趋势下，供水水源不断向外拓展，因此市政给排水管道的输水距离逐渐加长。在这样的形势下，市政给排水管道工程结构设计面临着更严峻的考验。

1工程概况

山西省朔州市神头电厂泉水置换供水管线工程位于朔州市东北约2km处耿庄水库至神头电厂段。属于国家战略引黄北线工程的重要部分，对解决晋西北地区长期的缺水状况有重要的意义。本地区属海河流域桑干河水系桑干河上游，区内属干旱半干旱气候，四季分明，夏季干热，春秋刚多风沙。本工程由万家寨引黄工程北干线耿庄水库取水，经供水管道供水至水厂，再由水厂供水至神头电厂。拟采用PCCP供水管，管直径1.0～1.5m，管线长11.85km

2工程地质条件

为准确反应给排水管道沿线的水文地质情况、地形地貌，必须要具备完整的地形勘探资料与水文地质勘探资料。经地勘单位勘探，主要成果如下:供水管线地处山前倾斜平原区，地形起伏不平，出露地层为第四系上更新统洪冲积低液限粉土、低液限粘土，结构较松散，其中上部低液限粉土厚6～15m，下部低液限粘土厚度大于10m，局部分布人工堆积物，主要为杂填土、建筑和生活垃圾等。供水管线改线段供水管道持力层为为上更新统洪冲积上部低液限粉土，据该层土的物理力学性质指标及标准贯入试验指标等，地基土承载力地质建议值为80～90kPa，临时开挖边坡为1∶0.75～1∶1.0。地基存在的主要工程地质问题为湿陷性土，地基土湿陷厚度为6.0m，湿陷等级为Ⅰ级。建议管基底部增设3∶7灰土垫层，厚0.5～1.0m，以减弱地基土的湿陷性。区内地下水位埋深大于15.0m，对工程无影响。供水管线区地基土对混凝土及钢筋混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性。

3市政给排水管道结构设计的主要内容

3．1管道结构形式

一般来说，由给排水专业来确定管道材料及结构形式，与此同时，也要综合、全面考虑管道的用途、口径、流量、工作环境、覆土深度、敷设方式以及经济指标、水文地质情况等因素。自来水厂的原水及输水管道通常属于承压管，往往会采用以下几种结构:钢、铸铁、玻璃钢、PCCP管、现浇钢筋混凝土箱涵以及PE管等;而污水厂等重力流管道通常属于非承压管道或者压力较小，出于经济性考虑，往往会采用以下几种结构:砌体盖板涵、混凝土、钢筋混凝土以及现浇钢筋混凝土箱涵;在遇到铁路、公路、过河渠等特殊地段或特殊情况的时候，局部地段的管道压力较大时也可以采用钢管形式。本文工程原水主管采用PCCP管，接口形式为承插口。

3．2管道结构设计及基础选型

以管道规格、地面荷载、覆土深度以及试验压力、工作压力、地下水位为主要根据，对管道的刚度、管道的强度进行复核、计算，最终确定管道结构配筋率、管道壁厚。而对于一些必须通过进行加固才能满强度要求、刚度要求的管道来说，可以根据计算结果，选择合理的加固措施，比较常用的加固措施主要包括管廊包管、混凝土包管以及钢筋混凝土包管。本文工程采用北京河山引水管业有限公司朔州分公司设计生产的PCCP标准管，采用美国压力管协会ACPPA为ASNI/AWWAC304编制的专用软件UDP1.6对管道进行结构计算，其中:钢筒厚度:1.5mm;钢丝强度:1570MPa;活荷载:汽－20级重载车;缠丝应力:75%×1570MPa。计算结果如表1所示。因此，为了减少管子覆土规格的种类，加快管子安装进度，保证管子由于覆土而造成的质量隐患，路面下清水管路的DN1200直径PCCP管采用120°基础包角。

3.3管道敷设方式

应综合考虑管道地面障碍物、地下障碍物以及覆土深度等因素合理选择敷设方式。一般情况下，管道敷设方式主要包括架空、顶管以及沟埋这三种，其中沟埋式是最常用的一种管道敷设方式。在利用沟埋式难度较大的情况下，可以选择架空、顶管等方式。管道敷设方式方式不同，管道结构设计也会有所不同。本文工程局部有穿越铁路线障碍处采用大直径混凝土顶管(内径2m，原水管从其中穿过)，由铁路部门单独设计。

3．4抗震设计

在确定管线走向时，应尽量规避不利于抗震的地基、场地，若是必须要经过液化土地基、地震断裂带，则应根据管道的使用条件、重要性进行综合考虑。对于给水管道来说，应当选择延性良好、抗拉强度高以及抗折强度高的钢管，此外还要密切注意进行防腐;对于排水管道来说，应当选择钢筋混凝土形式的管道，并采取构造措施，以尽量避免出现严重的损害。本文工程实例中，区域地震动峰值加速度为0.15g;本区地震动反应谱特征周期为0.4s;工程区地震抗震设防烈度为7度。综上，在进行结构设计时，也要适当加强抗震设计。根据历年管道地震灾害调查，管道地震灾害破坏绝大部分位于管道接口位置，PCCP管承插口具有较好的抗剪和变形能力，抗震性能较好。

3．5构造措施

首先，地基处理。应当将地基处理的平面图、纵断面图、横断面图包含在设计图中，扫描矢量化要进行处理的地段的地勘资料纵断面，并选择合适的参考点，以给排水专业的平面图、纵断面图、横断面图为主要根据，在地质纵断面上放置管道基底轮廓线，然后再划分地质单元，注明桩号、基底高程，并将地下水位以及基底以下、沟槽范围内的土层构造标明。根据桩号划分，确定需要处理的部分，再针对地质情况、厚度，采取相应的处理方法。本文实例工程中，桩号0+000～1+382.05地段、桩号1+382.05～11+850地段以及供水管线改线段的水管道持力层为上更新统洪冲积上部低液限粉土，地基土承载力地质建议值为80～90kPa，临时开挖边坡为1∶0.75～1∶1.0。地基存在的主要工程地质问题为湿陷性。因此，建议管基底部增设3∶7灰土垫层，厚0.5～1.0m，以减弱地基土的湿陷性。其次，支墩与镇墩。对于承插接口的压力管道来说，应当设置水平支墩、垂直支墩。根据试验压力、工作压力、土的参数以及管道转角，计算所需支墩的大小。本工程根据10S505柔性接口给水管道支墩的相关要求进行设计。

3．6预防浮管

管道施工期间多雨或者管道敷设地段的地下水位比较高，在这样的情况下，比较容易出现浮管现象，结构设计人员需要充分考虑到这两点因素，加强对管道抗浮稳定的重视。在进行结构设计，根据管道结构计算结果，采取抗浮措施，以预防出现浮管问题。同时，在混凝土包封管道施工过程中，应该计算混凝土对管道的浮力影响，并采取措施固定管道。

4结语

综上所述，随着经济的发展，城市居民用水、商业用水不断增加，市政给排水管道工程逐渐增多。市政给排水管道工程在建成之后，能否长期有效的充分发挥其应有效益，结构设计是否合理是非常关键的因素，结构设计的质量直接关系到市政给排水管道工程的经济效益，因此，必须加强对管道结构设计的重视。

作者:刘崇武 张云飞 单位:中国市政工程西南设计研究总院有限公司

参考文献:

第2篇：管道结构设计范文

关键词：化工；设备和管道；绝热；结构设计

中图分类号： TU318 文献标识码： A 文章编号：

引言

绝热是保温和保冷的统称。为了防止生产过程中设备和管道向周围环境散发或吸收热量，绝热工程已成为生产和建设过程中不可缺少的一部分。我国已制订绝热工程的各种标准及规定，以便统一和应用。正确的选择绝热结构，直接关系到绝热效果，投资费用，能量耗损，使用年限及外观整洁美观等问题。

1.绝热结构的设计要求

①保证热损失不超过国家规定的允许最大热损失值，热损失取决于保温材料的热导率，热导率越小，保温厚度就越薄。.

②绝热结构应有足够的机械强度，能承受自重及外力的冲击，在受风力、雪载荷、空气温度波动及雨水的影响下不致脱落，以保证结构的完整性。

③要有良好的保护层，使外部的水蒸气、雨水以及潮湿泥土的水分不能进人绝热材料内，否则会使绝热材料的热导率增加，还会使其变软、腐烂、发霉，降低机械强度，破坏绝热结构的完整性，同时也增加了散热损失。

2.绝热结构的种类

化工、医药生产中所用的各类装置，其管道、容器、反应器、塔器、加热炉、泵和鼓风机等的绝热结构组成如下。根据采用保温材料的性质、保温层的结构形式和安装方法不同，保温结构通常有：胶泥涂抹结构、填充结构、包扎结构、复合结构、浇灌式结构、喷涂结构、预制块结构等。

3.绝热结构设计的规定和要求

（1）防锈层设计

对碳钢、铸铁、铁素体合金钢管道和设备，在清除其表面铁锈、油脂及污垢后，保温时应涂1~2道防锈底漆，保冷时应涂两道冷底子油。在使用非腐蚀性绝热材料和大气中不含腐蚀性气体的环境下，常年运行介质温度T0 >120℃时，可不涂防锈底漆（施工期超过一年者例外）。不锈钢、镀锌钢管、有色金属及非金属材料表面，不涂防锈漆。

（2）绝热层设计

绝热层厚度一般按10mm为单位进行分档。硬质绝热材料制品最小厚度为30mm，硬质泡沫塑料最小厚度可为20mm。

①绝热层分层规定

除浇注型和填充型外，绝热层应按下列规定分层。

a.绝热层总厚度大于80mm时，应分层敷设，当内外层采用同种绝热材料时，内外层厚度宜大致相等。

b.当内外层为不同绝热材料时，内外层厚度的比例应保证内外层界面处温度不超过外层材料安全使用温度的0. 9倍（以℃计算）。

c.需要蒸汽吹扫的保冷设备和管道的保冷层，其材料应在高温区及低温区内均能安全使用；在不能承受吹扫介质温度时，应在内层增设保温层，保温层与保冷层的界面温度应低于保冷材料的最高使用温度，在经济合理前提下，超高温和深冷介质管道及设备的绝热，可选用异材复合结构或异材复合制品。

d.采用同层错缝，内外层压缝方式敷设。内外层接缝应错开100~150mm；水平安装的管道和设备，最外层的纵缝拼缝位置应尽量远离垂直中心线上方，纵向单缝的缝口朝下。

e.保冷管道和设备的支座等凸出物，应按上述分层规定进行保冷，其保冷层长度为保冷层厚度的4倍或至垫座底部。

②绝热结构支承件对立式设备，管道和平壁面以及立卧式设备的底面上的绝热结构，应设支承件。支承件应符合下列规定。

a.支承件的支承面宽度应控制在小于绝热层厚度10~20mm以内。

b.支承件的间距立式设备和管道（包括水平夹角大于45°的管道）支承件的间距，保温时，平壁为1. 5~2m；保温圆筒，在高温介质时为2~3m，在中低温介质时为3~5m；保冷时，均不得大于5m。卧式设备应在水平中心线处设支承架，承受背部及兜挂腹部的绝热层。

c.立式圆筒绝热层可用环形钢板、管卡顶焊半环钢板、角铁顶焊钢筋等做成的支承件支承。

d.底部绝热层支承底部封头可用封头与圆柱体相切处附近设置的固定环或设备裙座周边线处焊上的螺母来支承绝热层，对有振动或大直径底部封头，可用在封头底部点阵式布置螺母或带环、销钉来兜贴绝热层。

e.保冷层支承件应选冷桥断面小的结构形式。若管卡式支承环的螺孔端头伸出绝热层外，应把外露处的保冷层加厚，封住外露端头。

f.支承件的位置应避开法兰、配件或阀门，对立管和设备支承件应设在阀门、法兰等的上方，其位置应不影响螺栓的拆卸。

g.不锈钢及有色金属设备、管道上的支承件，应采用抱箍型结构。

h.设备上的焊接型支承件，应在设备制造厂预焊好。

③绝热层用的钩钉和销钉设置保温层用钩钉、销钉，用直径6mm的低碳圆钢制作（软质材料用下限）。硬质材料保温钉的间距为300 ~600mm，保温钉宜根据制品几何尺寸设在缝中，作攀系绝热层的柱桩用。软质材料保温钉的间距不得大于350mm。每平方米面积上钉的个数：侧面不少于6个，底部不少于8个。保冷层不宜使用钩钉结构。对有振动的情况，钩钉应适当加密。

（3）防潮层设计

①保冷设备与管道的保冷层表面，埋地设备或管道的保温表面，以及地沟内敷设的保温管道，其保温层外表面应设防潮层。

②防潮层的材料应符合选材规定，防潮层在环境变化与振动情况下应能保持其结构的完整性和密封性。

③防潮层外不得再设置铁丝钢带等硬质捆扎件，以免刺破防潮层。

（4）保护层设计

绝热结构外层，必须设置保护层。保护层的设计必须切实起到保护绝热层作用，以阻挡环境和外力对绝热材料的影响，延长绝热结构的寿命。保护层应使绝热结构外表整齐、美观。

保护层结构应严密和牢固，在环境变化和振动情况下不渗雨（室内例外）、不裂纹、不散缝、不坠落。

4.结语

化工设备和管道结构的绝热设计涉及到的知识有很多，方方面面的问题需要考虑。如何才能设计出建设成本低、运行起来节约能源的好方法，是我们一直的追求。相信只要我们认真对待，总能设计出既节约成本又运行经济的好办法。由于本人知识的局限，文中难免会有不对的地方，还请读者指正。

参考文献：

[1] 时均，汪家鼎，余国综，陈敏恒主编.化学工程手册.第二版.北京：化学工业出版社，1996.

第3篇：管道结构设计范文

关键词： 自动喷水灭火系统；喷头；管道网络结构；设计

报警阀自动喷水灭火系统现在已经大规模地在工程建设中应用起来，因为技术水平发展的原因， 该系统可以更快地对火灾做出反应， 在安全上具有更高的可靠性。经过大量的实践， 现已对这种系统的应用情况逐渐掌握清楚。想要使系统具有更高的可靠性， 实施起来更加经济合理， 本文就从最初的设计工序开始，结合生活中的工程实践，对自动喷水灭火系统喷头和管网的设置对整个系统的影响进行分析和探讨。

1 喷头的布置

布置喷头的时候要以建筑的实际情况为基础， 可以采取多种多样的方式，但是一定要以《自动喷水灭火系统设计规范（ GB50084-2001） 》 （以下简称《喷规》 ）作为规范标准。喷头选用不同的方式进行布置， 可以给自喷系统许多方面都产生不同的影响。

1. 1 喷头的布置原则

《喷规》第7.1.1 条中规定： 喷头一定要在顶板或吊顶下进行布置，这样才容易和火灾热气流进行解除，并且该位置一定要有利于发生火灾时进行喷水。当喷头附近存在障碍物时， 一定要与本规范7.2节的规定相一致，或者增加可以使喷水强度得到补偿的喷头的数量[ 1 ] 。

以上就是在对喷头进行布置的时候要遵守的原则， 还需要注意下列几点：不要出现过多的未覆盖或者是重复覆盖的面积；喷头间不要互相发生影响； 其它规范对喷头布置的影响要尽可能地满意， 还要综合实际情况进行考虑。

1.2 喷头的布置形式

实际工程建设里面， 喷头的布置形式大多数选用的是正方形或者是矩形的方式。《喷规》7.1.2中， 依靠喷水强度和布置方式的不同， 对边长、喷头及其最大的保护面积详细地做出了规定。

喷头的布置通常要受到许多因素的影响， 在进行实际设计的时候，喷头往往无法按照计划好的位置来进行布置。不可以将规定值直接作为间距，不论被保护对象及建筑平面尺寸具有怎样的构造要求，全部选用3.6m （中危险级）或4.4m（轻危险级）间距来进行布置，则会使喷头在喷水时候出现受阻的情况， 梁柱周围也会出现无法被喷水覆盖的空白，不利于出现火灾时的灭火工作。

比如说办公楼、公共场所等的走廊，成行喷头的布置位置和走廊中线之间存在着很远的距离， 十分不美观；又比如说地下车库强行使用3.4m 作为间距布置，许多喷头就无法遵照结构梁进行设置， 或者没有办法在停车位上方进行布置；再比如说，大型商场经常会出现规模和商品的变化，功能分区也经常发生变化，喷头一定要与布局紧密结合进行布置，这样一方面可以满足规定的喷水强度，又另一方面又可以灵活地满足建筑分区所需要的变化。

对于没有设置吊顶的场所，首先要根据所需要的喷水强度来对喷头间距进行综合考虑，可以将喷头在主次梁分格中进行布置，这样一来，建筑可利用的空间就大大提高起来。部分位置没有办法遵循结构梁格来对喷头进行布置时，可以将集热板于局部进行布置。

1. 3 喷头的间距与系统工作压力的关系

根据公式可以得知， 喷头工作具有的压力越大， 喷水的数量就越大， 保护的范围就越大， 喷水半径也随之变大， 喷头的布置间距随之加大。所以， 在满足规范喷水强度要求下， 可以根据实际情况对喷头布置间距做出适当的调整， 达到安全与经济双赢的局面。

1. 4 喷头选型

《喷规》对喷头的选型进行了明确的规定，许多施工队与无吊顶场所进行安装时， 常常把不同的喷头进行混装， 热气流便无法与加热喷头的热敏元件在第一时间内进行接触，当火灾发生时，无法及时报警。

1. 5 工程实例

（ 1）图1是某小区地下汽车库局部图， 和结构专业进行商议后，制定如下计划： 车位内进行一字梁的布置， 车行道要安装双十字梁， 管道必须要与梁底紧贴安装， 喷头均匀选用直立型的方式按梁格进行布置。

按《喷规》第9.1.2条规定： 水力计算先去的最不利点处，应该具有面积为矩形的覆盖面积， 长度应该和配水支管保持平行， 长度不能比作用面积平方根的1.2倍小。

图2 为某高层地下室汽车库局部图， 结构最初在计划时确定的是十字型的宽扁梁。为了使规范间距达到要求， 必须在宽扁梁下设置起一排喷头位置。应该思考以宽扁梁来对集热板进行取代，梁的两侧还要保证不可以挡烟， 所以梁的两侧一定要设置可以对热气流起到围合作用的铁皮挡板。

按照图纸施时，结构方案往往会出现变动， 次梁宽会变成普通梁，同意按水专业对井字梁进行重新布置， 见图2 右图。喷头于梁格中间进行均匀分布， 选用直立型的方式。这是地下室汽车库喷头布置时选用率最高的一种方法。少量地下室选用的为无梁楼盖， 喷头可以任意进行布置。

2 管网的布置

管网布置要以喷头布置作为基础， 有着极大的随意性，比值通常也比较高， 所以， 管网的布置对系统的造价而言有着很大的影响。以此同时，管网还肩负将水传送到喷头的任务， 做到安全供水。

2. 1 干管布置

干管布置时选取居中进水的方式还是边侧进水的方式， 哪种方式所需要的成本最低， 要对管网进行水力计算比较之后再行确定。

2.2 报警阀的设置

报警阀可以对管网和喷头进行控制， 是整个管网最为重要的组成部分。按《喷规》规定的要求： 一个报警阀组所控制的喷头数， 湿式系统不可以多于800只。配水管道工作时所承受的压力不可以比1.2MPa大；轻中危险场所各配水管，入口出所承受的压力不可以比0.40MPa大。上述就是管网进行分区和划片时要遵循的原则。高度在100m左右的高层自喷系统，在工作时产生的压力最大的时候可以大过1.6MPa， 已经超过了湿式报警阀最大的工作压力值， 现在就要与竖向分区情况进行结合， 将报警阀向楼层上方移动， 使报警阀出口处的工作压力始终低于1.2MPa， 这样系统才可以安全稳定地进行运行。

这个例子说明喷水系统中报警阀要按照建筑功能来进行设计， 不能以喷头数目当做参考来进行设计。每一层要划分出不同的区域， 每层相同的地方要由同一个报警阀控制，也就是在竖向上进行控制。通常而言，竖向控制要比水平控制具有更多的优点， 因为水平控制系统中， 各报警阀需要不相同的工作压力，喷洒的时候往往是不均匀的，灭火效果时常会受到影响。所以， 报警阀后控制喷头选择分层水平控制还是竖向控制，要根据实际情况来进行具体分析。

3 结 语

自喷系统的喷头和管网合理布置是一项极其重要的工作， 设计人员必须要熟悉相关的规范， 然后再进行详细水力计算来选取最为合适的实施方案， 再结合实际情况进行灵活、合理的设计， 这样才能让系统保持稳定的运行。

参考文献

第4篇：管道结构设计范文

摘要：介绍了管架荷载的分类，对石油化工行业管架设计过程中的荷载推力进行了计算和分析，并结合实际工程经验的做法，提出了系统管架设计中应注意的事项，旨在对相关的工程设计提供参考。

关键词：管架；荷载；水平推力；计算

在石油化工厂区内，管道及管架是整个厂区的血脉，联系着全厂工序和生产装置。对于目前日趋大型化的石油化工厂设计，管架设计具有严格的规范性和技术性。笔者结合多个石油化工项目外管管道和外管架设计及现场管理经历，分析了一些外管架荷载、推力等方面的设计要点，在此提出来探讨，并从管道设计、管架设计整体考虑，做到经济、合理、安全。

1管架荷载的分类

1．1管架荷载

管架荷载可分以下几类：①永久荷载（恒荷载）———在管架结构使用期间，其值保持不变，或其变化值与平均值相比可以忽略不计的荷载，如隔热材料荷载、管道荷载、管件及其他管道特殊件荷载等；②变化荷载（活荷载）———在管架结构使用期间，其值随时间变化，且变化值与平均值相比不可以忽略的荷载，如管道输送介质的重力、水压试验或管路清理时的介质重力、雪荷载、风荷载等；③偶然荷载———在管架使用期间只偶然出现，荷载值较大、持续时间较短。这类荷载通常是动荷载，如管内流体动量瞬间突变（如流体锤）引起的瞬态作用力、地震荷载等。管道设计人员在以上荷载的基础上附加一定比例（通常是20％）提给结构专业作为计算荷载，该附加量通常包括管道壁厚的误差、保温材料密度的误差、热膨胀引起的荷载变化、管托支架等质量。该附加系数亦可参照SH／T3055—2007《石油化工管架设计规范》6．6中荷载分项系数。SH／T3073—2004《石油化工管道支吊架设计规范》附录C提供了每榀管架荷载的详细计算方法，可供设计人员参考。考虑厂区及管架的改、扩建，管道设计人员通常要考虑一定的管架预留，预留应控制在可预见的合理范围内，当预留管道无法确定时，可参考SH／T3055—2007《石油化工管架设计规范》6．1．2的计算方法。预留管道荷载和预留空间都不易过大，通常外管架预留约20％，装置内管架预留约10％，若预留荷载及空间太大，会形成较大的空间浪费和钢结构的经济投入，而且会影响牵制系数的计算，计算得出的牵制系数偏小，从而影响管架结构的推力计算。

1．2荷载转移

跨越管架和相邻第一个低管架、相邻高低跨管架由于水锤作用、管道竖向的收缩和膨胀作用，高低两个管架承受的竖向荷载比正常情况下的大很多，因此在计算荷载时，还需要在1．1节的方法基础上乘以增大系数（通常取1．5），以反映荷载的转移问题。水平方向转弯的管架可参照此条，距离转弯角较近的几榀管架的水平推力应乘以相应的放大系数。

1．3一些特殊管道的荷载计算

目前在大型化工、石化项目的管道施工验收中，为了保证施压安全，在没有特殊要求的情况下，一般采用水压试验。但当管架上出现某些大口径气体管道，且该大口径气体管道的充水荷载直接影响管架的结构设计时，若配管专业在提结构荷载时，全部按充水压力试验，则管架结构设计的经济性是不合适的。以中国五环工程有限公司设计的某120万t／a精细化学品项目为例，外管管架上的火炬排放气管道、CO2尾气排放气等管道，管径均在DN1400～DN2600之间，充水线荷载约3．5t／m，且在管架上敷设距离较长（约2．5km），若施工验收时采用水压试验，管架结构荷载较大，会增加钢结构的投资费用，同时增加施工耗水量。根据GB50235—2010《工业金属管道工程施工规范》中8．6．1条及8．6．2条中的相关规定，经设计单位和建设单位同意，符合条件的管道也可采用气压试验，或对所有环向、纵向对接焊缝和螺旋焊焊缝应进行100％射线检测或100％超声检测代替水压试验（具体详见GB50235—2010《工业金属管道工程施工规范》8．6．2条），故经建设单位同意，在管架设计阶段，上文提到的大口径气体管道未考虑充水荷载，从而大大地降低了管架结构的经济投资。

2管架的水平推力

管架的水平推力主要包括管道热胀冷缩所产生的推力及管内流体动量瞬间时突变（如流体锤）引起的瞬态作用力。根据管架与管道（管托）之间的连接形式及相对位移关系，即管道在管架上的支撑条件，管架通常可分为活动管架和固定管架。

2．1中间管架类型的判断

管道热胀冷缩会产生管道位移，但由于管架柱刚度的不同、管架柱位移量与管道位移量的不同，中间活动管架分为刚性中间管架和柔性中间管架。结构设计中考虑结构成本及安全性，管道位移量较大，且管架高度较低时，通常采用刚性中间管架；反之，通常采用柔性中间管架。刚性中间管架和柔性中间管架判别依据如下：Fuk≥Fgk为刚性中间管架，Fuk＜Fgk为柔性中间管架。Fuk为等效水平推力，kN；Fgk为轴向水平推力，kN。目前国内大型石油化工项目中，管架荷载量大、热管温度高、位移量大，多采用刚性管架。

2．2刚性中间管架水平推力标准值计算

2．2．1基本计算公式

Fgk＝Kj×Gk×μj（1）式中，Kj为牵制系数；Gk为正常工况时管道竖向荷载作用于横梁的标准值总和，kN；μj为摩擦系数，钢与钢滑动接触时，摩擦系数取0．3，钢与混凝土的摩擦系数取0．6。

2．2．2牵制系数

管道与活动管架之间因存在摩擦力而互相牵制，不同操作温度的管道及不同工况下各管道的水平推力也通过管架相互牵制。牵制系数Kj的引入是用于综合反应管束整体作用于管架上的水平推力的大小。牵制系数Kj按下列原则取值：①当管道数量n＜3时，Kj＝1．0；②当管道数量n＝3时，当α＜0．5时，Kj＝0．5；当α＞0．7时，Kj＝1．0；当0．5≤α≤0．7时，用插值；③当管道数量n≥4时，当α≥0．8时，Kj＝1．0；当α＜0．6时，Kj＝0．5－（0．6－α）1．8；当0．6≤α＜0．8时，用插值；④当管道数量Kj＜0．2时，Kj取值0．2。另外关于α的取值，实际工程中还应注意以下几个方面。

（1）当计算所在层上热力管线不止1根，且无法判定主要热力管道时，应每根热力管道分别计算α值，选较大值者。

（2）梁构件设计计算时，只考虑该梁构件上全部管道荷载，选取其中的一根主要热管计算α值。

（3）在管架柱和基础的设计计算中，当管架上部结构中相邻层间距较小时，管架结构自身及管道之间具有较强的牵制作用，水平推力计算时应考虑管架上的全部管道的竖向荷载，比较分析各层中的热力管道，选取其中起主要作用的一根计算α值，管架的水平推力作用点取该热力管道所在层。主要热管道所在层与相邻层间距较大时，管架上部结构中各层间牵制作用减弱，牵制系数Kj应适当加大；当管架较高层有大口径管道，且与主要热管道不在同一层时，该大口径管道层应单独计算水平推力。

2．2．3常温管道水平推力取值

按相关规范，活动管架上管道符合下列条件之一者，计算管架水平推力值时可不考虑：①介质的温度≤40℃的常温管道；②管道根数在10根以上，且介质的最高温度（温度应包括扫线时的温度）Tmax≤130℃；③主要热管重量与全部管道重量的比值α≤0．15。但是随着目前石化项目向大型化发展，管架上的架空管道口径也在逐渐增大，部分大口径常温管道的水平推力也是不可忽视的。如在内蒙古杭锦旗一个大型石油化工设计项目中，1根DN2600的常温CO2尾气管道敷设于管架顶层，由于管道口径及刚性较大，且敷设距离较长，在应力计算时考虑－20℃～40℃的环境温差，管道的水平推力最大处可达50kN，不可忽略，且对顶层的管架结构设计起到了决定性作用。为了减小钢结构投资，该管道部分管托采用不锈钢对聚四氟乙烯板，减小滑动管托摩擦力，有效减小了管道水平推力。

2．2．4管道的振动荷载及推力

管架上的振动设备进出口管道及其他振动管道，如直径≥200mm的蒸汽管道、高压锅炉给水管道等，管道专业在提结构条件的时候，应该明确向结构专业指出，并在垂直荷载上乘以一定的动力系数（通常取1．1～1．3），并以此计算管道水平推力。但是一些特殊管道（如下文介绍的可燃性气体排放管线），配管专业按事故状态提供荷载推力值时，荷载推力不再乘以动力系数。结构专业应按管道专业提出的振动管道位置及荷载推力考虑钢结构构造上的梁柱节点接焊缝位置。

2．2．5每一榀管架水平推力的取值

考虑到工程的建设进度、开车顺序等原因，管架上的水平推力可能出现某先投用的主要热力管道推力值为管架投用最大值的情况，每一榀管架水平推力的取值还需要比较按（1）式计算出来的水平推力与该管架横梁上主要热力管线的热应力水平推力，取较大值。

2．3固定管架

2．3．1固定管架的水平推力

由于管架上输送的管道介质温度较高或环境温度的变化，长距离管道会因热胀冷缩产生位移，为了限制管道位移，保障管束整体运行安全，通常每隔一定距离设置固定管架和补偿器。管道补偿器的弹力和中间活动管架的摩擦反力是构成固定管架水平推力的主要部分。管道补偿器弹力由管道应力专业根据管道走向、补偿器安装位置、补偿器类型、管道介质属性等计算得到。为了管网系统和管架结构运行的稳定性，管架上常用Π形补偿器，并尽量沿固定管架对称布置，以便管道系统在稳定运行时，管道固定支架两侧推力能抵消一部分，从而增强管架安全性。但是考虑到苛刻工况及管道运行的不确定性，如施工阶段的管道投用顺序、蒸汽吹扫预热及其他施工工况时推力产生的不对称性，固定架两侧的推力值不宜进行矢量累加，在实际工程设计中往往是进行绝对值累加，不考虑推力的方向性。在纵梁式管架设计过程中，管道专业应提供给结构专业每一榀管架的荷载及水平推力，即包括固定支架的水平推力和中间活动管架的水平推力。结构专业在进行结构建模时，往往会把中间活动管架的水平推力再累加到热力管道补偿器两边的固定管架上进行固定管架的结构设计，其实这是没有必要的。

在管道应力专业的计算模型中（如CAESAR等），计算程序已经将中间活动支架的水平推力累加到固定点上并给出应力报告。Nkmax、Nkmin为固定管架两侧管架纵梁的纵向拉力，按该规范7．2．3计算时，已包含该侧所有中间活动刚性管架处的摩擦力和管道膨胀节的弹性力、管道介质产生的压力等，并已考虑牵制系数。当管架结构模型按温度区段区分，且固定管架的水平推力严格按规范要求计算，在计算纵梁式管架的纵向整体结构时，只有固定管架（或柱间支撑）处有推力，其他中间活动刚性管架处的摩擦力已考虑在固定管架的推力计算中，故管架纵向整体模型输入时仅需输入固定管架（或柱间支撑）处的推力，不应再次输入各活动刚性管架的纵向推力。整体计算时只考虑固定管架的推力，活动管架的推力只是用来算构件。当一段管架中温度区段无法准确分辨时，可输入固定管架水平推力的各分项力。

2．3．2可燃性气体排放管线固定管架的水平推力

根据国内外工程实践经验，管道及管架的破坏事故主要是由管道内的气液（冷凝液）两相流的冲击造成的，且该冲击的方向和数值多变，很难在设计过程中通过软件程序模拟计算得到，SH3009—2013《石油化工可燃性气体排放系统设计规范》为保证全厂可燃性气体排放管线的安全可靠，避免凝结液破坏膨胀节，要求新建的工程管道应采用自然补偿，扩建、改建工程管道宜采用自然补偿，且对于有凝结液的可燃性气体排放管道对固定管架的水平推力取值，规定不应小于表2数值。当同一个固定管架上敷设有不止1根可燃性气体排放管时，该固定管架的水平推力不应按表2的推力值进行叠加，管道专业应该按照集中荷载的形式，把每个可燃性气体排放管的敷设点按表2所示的推力值单独提条件给结构专业，结构专业分别计算，按最不利情况设计管架结构。另外，管道专业在计算管道应力时，可燃性气体排放管线的热应力推力值应尽量不超过表3的数值的50％，若超过，则需要在表2推力值的基础上再附加应力计算值。管道专业应合理布置管道走向，尽量减小固定管架的热应力推力值。

3结语

在工程设计中，管架设计特别是管架荷载和水平推力的计算，需参照国家、行业等标准规范，同时还应结合工程实际，考虑主要热力管线和其他特殊管线的实际布置情况及可能出现的各种工况。配管设计人员和结构设计人员应当进行有效充分的信息沟通和反馈，合理设定管架的温度区段范围以及固定管架的位置，兼顾总图、电气、仪表等相关专业的要求，最终完成经济合理、安全牢靠的管架设计。

参考文献：

［1］SH／T3073—2004，石油化工管道支吊架设计规范［S］．

［2］SH／T3055－2007，石油化工管架设计规范［S］．

［3］GB50235－2010，工业金属管道工程施工规范［S］．

［4］HG／T20670－2000，化工、石油化工管架、管墩设计规定［S］．

［5］郑勇．管道在管廊上的水平推力若干问题［J］．石油和化工设备，2014（12）：8－10．

［6］SH3009－2013，石油化工可燃性气体排放系统设计规范［S］．

第5篇：管道结构设计范文

摘要：随着社会的不断进步，人民生活水准的越来越高，对建筑水暖的要求综合要求也越来越高。所以对于建筑水暖设计来说设计，原来的那种模式化、简单化的设计思路已经亟待改进，我们再设计的过程中应该注意一下时展下的带来的 变化。一个工程设计不合理，住户为便于装修改动水暖系统直接影响了使用功能，这样的情况屡见不鲜。本文简要介绍了做好水暖设计应注意事项。

关键词：水暖；问题；措施

水暖设计是基于当前实际环境情况和建筑过程中房屋的基本模式来进行一种比较模式化、简单。在设计的过程中首先考虑的条件便是设计的合理性和使用过程中的适用性。如果设计不合理，住户为便于装修改动水暖系统直接影响了使用功能，这样的情况屡见不鲜。本文简要介绍了做好水暖设计应注意事项 。

1.我们再设计建筑水暖的时候，不要盲目的凭主观臆断来进行想当然的动手，应该充分对说设计的建筑进行考量，比较最优方案后再进行动手，这样可以充分避免以后施工和使用过程中产生弊端和使用的不便，实地考察和反复论证是设计的最基础的工作。

2.风机房、水泵房内的设备基础要在施工图设计中予以体现。当水暖设计者选择好设备并布置好位置后，有时会忘记提资给土建，使得设备的平面定位只反应在水暖施工图纸中，土建未对设备基础进行设计，设备的荷载也未计算进去，导致施工阶段土建设计的不必要变更。

3.楼梯间及电梯前室以及风机房内的送排风口要在结构设计时与通风设计协调，在剪力墙预留好开洞位置。这些位置的送排风口多数位于高层核心筒剪力墙上，水暖设计后若未提资给土建或提资的内容有误，当土建钢筋混凝土浇筑完成后再进行风口的切割，势必会对剪力墙造成影响，严重者会带来结构安全隐患。同样道理走廊及前室的消火栓箱在设计时，消防设计者也要提资给土建，在剪力墙预留好开洞位置，避免明箱。

4.走廊及前室内的消防喷头设计时，若先期营销就定位精装公共部位，则喷头的设计在满足消防规范前提下要结合天花吊顶形式、灯带布局、排烟风口位置等来设置。走廊和前室一般不是很宽，若不进行协调，喷淋、风口、灯带等都会抢占中间位置，所以设计时协调好他们的位置关系是必要的，也是施工图设计深度的一个体现。

5.走廊及前室吊顶内的消防管线、通风管道、给水管道、排水管道等在吊顶内的布置要在结构设计时考虑部分管道的穿梁预留，能穿梁的尽量穿梁，不能穿梁的要考虑风管的断面与管道的断面在布局上尽量避免交叉，已保证吊顶的合理高度。各种管线的穿梁预留要在结构施工图中明确体现，要按土建与水电综合过的标进行预留。要有反应吊顶内各种管线的综合图及含有高程的断面图。

6.卫生间，厨房等地方相对而言比较特殊，空间相对狭小，对于管道铺设，要充分考量到土建施工的难点，已经施工中各种材质的使用是否能达到设计的要求，还要兼顾卫生间和厨房对水暖功能的需求，尤其是卫生间作为洗浴的地方能否在冬季获得足够多点温度，达到合适洗浴条件，等等这些细节都要考良好才能最后敲定设计方案。

7.电梯前室、门厅大堂内的为公共部分服务的地热分集水器设计时尽量设置在暖井内，这样既便于管理又省去了日后装修时的处理。

8.首层门厅及商铺内的排水总干管起端的上返式清掏口，考虑到门厅等的使用功能，设计时要考虑放在卫生间内，或水表井内，既隐蔽又便于清掏的位置。

9.住宅厨房间水暖管线设计时要考虑留出燃气管道及附件的位置。

10.住宅燃气管道设置在商铺棚下的盘管尽量采用小环，避免环路过长时与消防等管线多处交叉对净高造成影响。

11.进入户内的燃气管线设计时避免穿过厨房之外的门厅等其它房间。

12.住宅每户由采暖井出来接户内分集水器的管道在公共走廊内的敷设要与土建沟通，明确地热构造层做法所需范围。工程中就出现过水暖设计地热盘管的走廊地面土建未按地热构造设计，土建与水暖没有进行详细沟通而导致走廊板面高于户内楼板而使得盘管无法敷设。

13.精装修标准的住宅：地漏设计时考虑设置存水弯来解决浅水封地漏的返味问题；卫生间大便器、排水立管、地漏、给水立管等要有结构板上预留孔平面定位尺寸及定位图。

14.不做封闭的外露台，上人平台、及大门入口的雨棚等雨水立管的布置位置要结合结构顶梁、柱、柱外的装饰形式及材料来考虑，隐蔽在结构柱与理石之间或暗设在结构柱内，并结合隐蔽形式选用适当的管材。

15.各种送风及排风管道当设计在立面外墙、外窗、幕墙、幕窗等处，开百叶时，连接送排风百叶的风管断面尺寸在满足设计风量的同时，要兼顾立面开洞的形式与立面造型线角要协调，窗上百叶要结合窗框考虑，通风设计与土建设计时均要落实在平面图及建筑立面图上，开洞的高度要核对结构梁的情况及房间的使用功能综合考虑。

16.地下车库设计注意事项：

车库内吊顶下各种管线的处理形式有两种情况：一种是管线能穿梁的，结构设计时配合水暖考虑梁上预留；另一种是管线无法穿梁的，布置管道时要结合结构梁板图将管线布置在次梁下或者是梁高相对较小的梁下。

17.地下水泵房、换热站、空调机房设计注意事项：水泵房及换热站内的排水沟设计时要避开水箱水泵等的设备基础；水泵房内的管线布置要有纵段面图；空调机房内要设计空调机组冷凝水排放地漏。

18.网架结构水暖通管线的设计注意事项：水暖通专业设计时要将需要固定在网架上的水暖通管道的重量及布置形式提供给结构专业进行复核；风机等产生振动的设备设计时不应布置在网架中，设计无小事，细节定成败，网架结构相对于其他而已更是如此，更要充分考虑到各种构件与设备的细节，才能充分完善设计方案。

19.阳光顶走廊或通道水暖管线的设计注意事项：布置在阳光顶棚下的喷淋系统设计时避免将管道布置在顶棚下，走廊宽度小于 6 米的可采用边墙型喷头进行对喷；喷头设计应选用中温度等级；各种管线尽量避免从阳光走廊通过，无法避免的，布置时要结合结构梁布置在梁边或梁底；阳光顶下若布置了风机盘管等末端装置，设计时要将风机盘管及相应的冷冻、冷凝等管线布置在梁边或梁底，便于后期室内装修的处理。

第6篇：管道结构设计范文

关键词：隧道 ；结构及防水设计

Abstract ：According to the characteristics of the construction of Donghanmen tunnel ,and Gaiwafa tunnel construction in order to solve Zuiliang river flood and flood season, will tunnel side wall and retaining piles wall form composite wall structure in order to solve the tunnel anti-uplift and reduce sink. Through Donghanmen tunnel structure and waterproof design, this paper hope for future design and construction of similar projects for reference.

Keywords: tunnel structure and the waterproof design

中图分类号：U45文献标识码： A 文章编号：2095-2104（2012）04-0020-02

0.引言

余姚市东旱门隧道工程设计主要是根据现状结合余姚市城市道路建设总体规划，对城区跨越最良江及沿线两岸的路网结构进行优化和完善，为了沟通最良江两岸机动车、行人及非机动车交通功能、美化最良江两岸风景，拆除原东旱门桥以隧道方式进行改建，在满足通航要求的前提下，通过合理的交通组织和采用经济合理的隧道施工方案，使功能与环境景观相统一，从整体上达到提升城市道路的档次和品位的目的。

1.工程概况

东旱门过江隧道位于余姚市东旱门，机动车道南起万年桥东路，下穿南兰江路、最良江、北兰江路，北接世南东路，线路全长约623.70m。隧道机动车道结构全长550m，其中隧道机动车道U型槽段长203m，机动车道暗埋段长347m，结构净宽8.5m；非机动车道全长约320.53m，结构净宽4.1m；机、非共管段长约93.61m，结构净宽为18.8m。

工程场地地面标高为2.7～5.0m，最良江江底标高-2.18m，常水位标高1.32m，规划江底河道宽度为40m。土层主要为粉质粘土、淤泥质粘土，属海积、冲积平原地貌。

最良江现状未通航，为给最良江今后预留发展为三级航道创造条件，设计时经过与河道部门协商确定江中段隧道外顶面至河底的覆土不小于1.0m。最良江水域在余姚市区与姚江等河道支流以环状相连通，即使最良江截流也不影响其它河道的水系流动，同时考虑到汛期泄洪要求，因此，江中段隧道设计采用最良江围堰截流后利用钻孔咬合桩围护盖挖方式进行隧道施工，其余段采用明挖顺做法施工。

本文主要就隧道机、非共管段结构及防水设计进行粗浅的总结探讨。

图1隧道机、非共管段结构平面图

2.隧道结构设计

本隧道工程总体施工方案设计思路为施工时首先施工机、非共管段隧道围护及结构顶板，待机、非共管段结构顶板达到设计强度后进行回填，并在汛期前恢复河道通水；再进行两端U型槽基坑围护及开挖，待两端U型槽基坑封底后，在顶板（盖板）保护下利用挖掘机由两端向江中推进的方式进行机、非共管段开挖；最后进行主体结构施工。

根据上述设计思路，机、非共管段隧道结构及防水设计方案如下（为方便阐述，按江中段、江边段分段叙述）：

（1）江中段结构设计

道路纵断面设计时受周边环境及江底标高限制，因此江中段隧道设计采用平顶板结构，江底段隧道顶覆土最小厚度为1.1m。江中段隧道结构横断面采用三跨两柱式矩形钢筋混凝土叠合墙框架结构，并利用围护桩墙及临时立柱（格构柱）桩进行抗浮及减沉，混凝土强度等级为C30，抗渗标号P8。其中侧墙为50cm 厚，顶板为80cm 厚+2cm厚A3钢板，底板为70cm厚。江中段结构设计详见图2所示。

基坑开挖采用全套管钻孔咬合桩围护并与隧道边墙形成叠合墙结构，利用隧道顶板（盖板）做横向支撑（永临结合）。

图2 江中段结构标准横断面图

（2）江边段结构设计

由于最良江两侧路面标高约为4.2~5.0m，若隧道采用平顶板结构，隧道顶覆土厚度约为5.8~7.3m。为了减小隧道顶荷载、优化结构受力体系以及设置风机的需要，因此该段隧道结构设计采用拱形顶板结构。隧道结构横断面采用三跨两柱式拱形钢筋混凝土叠合墙框架结构，并利用围护桩墙及临时立柱（格构柱）桩进行抗浮及减沉，混凝土强度等级为C30，抗渗标号P8。其中侧墙为50cm 厚，顶板为80cm 厚+2cm厚A3钢板，底板为70cm厚。江边段结构设计详见图3所示。

基坑开挖采用全套管钻孔咬合桩围护并与隧道边墙形成叠合墙结构，第一道支撑采用临时钢筋砼横撑，第二道支撑利用隧道顶板（盖板）做横向支撑（永临结合）。

图3 江边段结构标准横断面图

3.结构防水设计

隧道结构防水以混凝土自防水为主，柔性防水层为辅，对施工缝特殊部位采用多道防线处理的全封闭密闭防水。隧道防水等级按一级设计。

（1）结构自防水：采用C30防水钢筋混凝土进行结构自防水，混凝土抗渗标号不低于P8。

（2）外贴式防水层：江中段顶板利用20mm厚钢板防水，并在钢板上方铺设70mm厚C30素砼保护层；底板下采用1.5mm厚的PVC防水卷材（为确保防水板不破损，在防水板外侧设有400g/m2无纺布），同时在底板防水板上面铺设50mm厚C15素砼保护层，以防钢筋安装时弄破防水板；侧墙与围护桩墙形成叠合墙结构，不再铺设防水板。江边段顶板采用PVC防水卷材，防水层上铺设70mm厚的砂浆保护层；底板及侧墙防水与江中段基本相同。隧道结构顶、底板处PVC防水卷材收口采用与预埋渗耐金属板热融粘接的方法，详见下图4、图5。

图4 结构底板防水卷材收口大样图（A大样）

图5 结构顶板防水卷材收口大样图（B大样）

（3）施工缝防水：施工缝处预埋止水钢板及注浆管，后续混凝土浇筑前先涂刷MC系列注浆材料，并在结构强度达到设计强度后，压注MC系列注浆材料进行密闭止水。

（4）变形缝：由于本工程全线距最良江较近，地下水非常丰富；并考虑到本隧道全线采用叠合墙结构，因此隧道全长都没有设置变形缝。

4.结论

本工程结构设计方案采用叠合墙体系、江中段利用顶板进行盖挖逆作法施工，一方面保证了施工总工期及最良江汛期泄洪的需要；另一方面减少了大量的基坑临时支撑。基坑围护结构采用全套管钻孔咬合桩，避免了传统钻孔灌注桩或地连墙围护结构泥浆对环境的污染。

目前东旱门隧道开通运行5a来效果良好，较大的解决了最良江两岸机动车、行人及非机动车通行需要，取得了良好的社会、经济和环境效益。

本文对东旱门隧道结构及防水设计方案的探讨，希望对日后类似工程设计及施工提供借鉴。

参考文献

[1] GB 50108-2001，地下工程防水技术规范[S]．

[2] JGJ 120-99，建筑基坑支护技术规程[S]．

第7篇：管道结构设计范文

关键词：轨道交通结构建养一体数据标准状态评估养护

Abstract: This paper in view of the present situation of rail transit construction and maintenance phase separation focus on the development of the construction and maintenance of specific content, data standard classification, and assessment content. And it is based on the construction foster integration of maintenance decision-making database and maintenance plan dynamic formulation method. According to the actual situation of Shanghai rail transit line 13 stages of design and construction, establish the rail transit line 13 structural engineering construction and maintenance system. At present, the system has some trial in Shanghai Metro Line 13, and achieved good results.

Keywords: rail transport; structure; construction and maintenance of data integration; standard; assessment; maintenance;

中图分类号： 文献标识码： 文章编号：

1引言

轨道交通是城市的生命线，在城市现代化建设过程中起到无可替代的作用。轨道交通建设期投资大，动辄上百亿元的投资；运营期影响范围大，某一段隧道的停运都可能给上数十万人出行造成影响，必须高度重视对运营轨道交通隧道结构的养护，对出现的病害科学治理，有效控制病害的发展，保证结构工程处于正常状态。目前，轨道交通在建设期的施工管理与运营期的结构养护之间存在一定的脱节，施工期的设计变更、施工参数、地层沉降、质量缺陷、应急处理、结构修复和加固措施等事关结构养护的重要信息在很大程度上没能集中管理和有效分析利用。再加上轨道交通修建在地下土体介质中，肉眼无法直接观察结构外壁的情况，对结构病害状态、病害产生的原因等认识存在盲区，这样不仅给施工期安全控制和环境保护带来一定困难，更重要的是在工程竣工后，一旦这些信息遗失，结构出现病害时就很难准确的分析病害发生的根本原因，从而无法采取针对性的处理措施和工艺参数，致使结构维护工作处于一定的盲目和浪费状态，这给轨道交通结构养护管理造成了极大的困难。因此，必须统一考虑轨道交通建设期和运营期的各种资料，对轨道交通结构从技术上进行一体化管理，对其状态作出科学准确的评估，从而制定针对性的养护计划和方案。

2轨道交通结构建养一体化

2.1 轨道交通结构建养一体化的概念

轨道交通结构建养一体化是指在轨道交通的全生命周期内，针对结构性能的安全性、适用性和耐久性能，对建设和养护业务数据进行历史地、空间地分类存储和综合分析，为轨道交通的建设、养护过程提供信息共享和决策支持，从而保证轨道交通的高可用性，提高轨道交通建设和养护管理水平。

本文中轨道交通结构建养一体化内容主要包括：建养一体数据标准化、养护期结构状态评估、养护方案制定等。

2.2 建养一体数据标准化

轨道交通结构工程全寿命周期可分为三个阶段：建设期、接管期、运营期。轨道交通结构工程数据标准化就是要明确各阶段、各环节信息收集的范围、格式，保证信息的全面、详细、延续；将建设期勘察、设计、施工、监测及周边环境等各类数据进行整理和分类，按照数据的内在规律，结合《上海市隧道养护技术规程》《上海轨道交通隧道病害检查标准化操作细则》等相关规定，进行数据标准化，建立数据的命名方法、命名规范与编码方法；在此基础上，设计轨道交通结构工程数据库的逻辑结构、物理结构，制定数据库中数据表的命名规则和元数据，并建立数据库的安全策略和共享机制。

2.3 建养一体化管理中结构工程状态评估

在轨道交通结构工程建养一体化管理中，对结构工程的应力状态、变形情况、安全状态等做实时的评估，对于指导结构养护管理是十分必要的。根据结构工程所处的时间阶段，状态评估可分为三个阶段，建设期的安全状态评估、过渡期的安全状态评估、运营期的安全状态评估。

（1）建设期的状态评估

结合建设期的勘察、设计、施工和监测信息，对结构工程作出及时的评估和记录，指导后续施工，同时为运营期评估积累宝贵数据。

（2）过渡期的状态评估

①轨道交通结构工程接管期状态调查需要明确调查内容、调查手段、调查设备、测点密度等，进行全面反映结构本身状态的结构工程接管期状态调查活动。

②轨道交通结构工程接管期状态评估，需要基于初始调查得到的各种信息数据等，对轨道交通的不同区段或关键部位等做出量化的评估。

（3）运营期状态评估

根据运营期各种巡查、监测和检测数据，进行全线的定期评估和关键部位的不定期评估。评估结果作为养护筹划计划制定的依据。

2.4 基于建养一体化数据信息的养护方案制定

建养一体化的根本目的，是通过对建设期信息的有效管理，服务于运营养护期的决策工作。综合建设期、运营期数据和评估指标，制定针对性的养护方案，需要进行以下两项工作：

（1）建立养护决策数据库。该数据库要融合运营期轨道交通结构病害信息、针对不同病害常用的治理方案、病害治理的经济指标等，在给定参数时，系统可提供不同的养护方案，供参考实施，保证养护工作的科学性、经济性；

（2）基于轨道交通结构状态的养护计划动态制定。根据对检查过程中发现的病害程度的评估结果，系统自动生成各类养护计划。管理人员审阅系统自动生成的养护计划，对于不合理的养护计划，可人工介入进行调整，系统根据调整后的结果养护计划。跟踪和记录病害发现、维修、复查等全过程，在计划日期临近时提醒相关人员。

3 建养一体化技术在上海轨道交通13号线中的应用

上海轨道交通13号线一期工程为纵贯中心城区“西北——东南”轴向的重要主干线，线路全长约为16.5公里，线路途经上海市嘉定、普陀、闸北、静安4个行政管辖区。其中，一期西段共设8座车站，全部为地下站，区间隧道施工采用盾构法，盾构直径6.34m。根据13号线设计和施工阶段的实际情况，并结合养护管理的实际工作内容，建立了轨道交通13号线结构工程建养一体化系统。

图3.1 轨道交通13号线建养一体化系统建设方案

系统由基础信息管理、监护管理、检查管理、养护管理等主要功能模块组成。

（1）基础信息管理模块

本模块主要针对勘察、设计和施工阶段的资料进行信息化管理。其中，勘察信息包括地质、周边管线和物探；设计信息包括管片类型、车站结构和端头加固信息；施工信息包括同步注浆信息、施工期结构历史变形信息、施工期安全事故和施工期故障修复信息。

（2）监护管理模块

本模块主要针对上海地铁管理中的监护工作进行资料管理，包括施工期和运营期的长期沉降、断面收敛信息，以及运营期轨道交通周边工程施工时地铁保护信息，如轨道交通保护区内正在施工的基坑情况、桩基情况、管线情况等。

（3）检查管理模块

本模块主要针对轨道交通结构巡检过程中的病害资料管理，包括检查项目和执行情况管理和对检查成果的展示和分析。其中，对检查成果的展示可采用列表和病害展开图两种形式，对检查成果的分析可采用不同阶段的对比分析和病害状态单项评估两种形式。

（4）养护管理模块

本模块主要针对轨道交通结构病害的养护工作进行管理，包括养护计划制定、养护任务进度、养护跟踪评定和养护资料库。其中，养护计划制定模块用于针对病害进行维修和保养制定计划，明确维修方法、维修工艺、维修材料和参数、作业班组、负责人、养护起止期限等；养护任务进度模块主要用于跟进养护任务进度，对于超期未完成的任务进行警示，同时在新的养护任务开始前一天，通过短信和邮件的方式提醒相关负责人；养护跟踪评定模块主要用于养护完成后的质量评定工作，系统内含一套完整的养护质量评定机制，包含隧道结构整体状态评定、隧道结构综合维修质量评定和隧道结构保养质量评定；养护资料库用于收集和整理已有的养护方案、常用的养护验收表单、各种通知公告的标准格式和质量安全验收报告等文档，以方便需要时进行及时调取。

4 结论

作为一种新兴的管理理念，轨道交通结构建养一体化管理贯穿于工程的建设期、养护期各个阶段，时间跨度长，管理内容多，系统建成后能大大提高轨道交通养护决策的信息化、科学化水平。

（1）规范了建设期、接管期和运营养护期的数据标准格式，便于数据的整理、存储和查询；

（2）建养一体化系统可实现轨道交通建设期勘察、设计、施工、监测以及沿线地上地下信息的一体化和网络化管理，使工程技术人员和管理人员快速准确地了解工程特点、地层特点和周边环境特点；

（3）建养一体化系统将施工期和运营养护期的信息进行高效整合，科学管理，服务于运营期的养护工作，对结构状态做分析与评估，并提供养护方案和养护计划的制定；

（4）通过在上海轨道交通13号线中部分区段的应用发现，建养一体化管理系统能提高病害整理、分析等工作效率，特别是能使养护方案制定效率更高、针对性更强。

参考文献:

[ 1] 王如路， 周贤浩等. 近年来上海地铁监护发现的问题及对策[C]. 中国土木工程学会隧道及地下工程学会地下铁道专业委员会第四届学术交流会论文集，2001: 239～242.

第8篇：管道结构设计范文

关键词:软土;盾构隧道;纵向设计;地下工程

1 概述

随着世界经济的全球化和社会的不断进步,人们对自身的生存环境质量的要求愈来愈高,致使城市化水平迅速提高,城市规模不断扩大。城市成为世界各国、各地区的政治、经济、文化发展中心。然而,为城市建设的可持续发展、资源的节约和环境的保护,城市建设者越来越多地开发利用一切可以利用的有限生存空间,尤其是城市的地下空间,以建设给水、排水、能源、交通等地下隧道。然而,随着地下空间的开发利用,越来越多的地下结构由于使用过程中的过量不均匀变形而致的对地下结构本身及其周围环境的影响也愈加严重[1][2]。例如,在地下动水压力的作用下,上海市金山海水引水工程中的盾构隧道(见图1)下卧土层的水土流入隧道,隧道随之产生纵向沉降和弯曲,导致环向接缝进一步张开和水土流失增加,最终导致破坏性纵向变形和破坏性横向受力状态,最大相对不均匀沉降达到了18cm,横向直径变化最大超过10cm[3]。上海市地铁一号线于1995年4月正式建成投入运营。WWW.133229.coM经过长期的变形监测发现,隧道在长期运营中的沉降及不均匀沉降相当大,许多隧道段的沉降和不均匀沉降一直在发展,而且没有收敛的趋势[4]。至2001年底人民广场站-新闸路站之间的区间隧道最大累计沉降量超过200mm;黄陂南路站-人民广场站之间的区间隧道差异沉降量近100mm(详见图2)。过大的不均匀变形已对隧道的结构、接头防水构成威胁。到目前为止,虽然管片遭到破坏的情况极少,但在一号线已发现道床与管片之间发生开裂现象,在汉中路站至黄陂南路站之间已经发现至少5处整体道床与管片之间发生开裂和脱节现象,断断续续累计达300m。经过调查发现,基本上都是由于隧道局部较大的不均匀沉降造成[5]。另外由于纵向不均匀变形造成管片接缝变形增大,一号线的区间隧道渗漏水的地方很多,漏水点主要集中在环缝、封顶块相连的“十字缝”等处,而环缝漏水是最难处理的。随着隧道纵向不均匀变形的发展,隧道漏水的情况越来越多,甚至会影响地铁的正常运营。

当前大量地下隧道建设实践中,盾构施工法已成为城市地下隧道建设的主要施工方法,尤其地铁隧道。上海现有和正建的地铁隧道无一例外地采用这一方法施工。而上海同许多沿海城市一样是位于软土广泛分布的地层上,正是盾构隧道结构所处的软土环境导致大量的运营软土盾构隧道发生过量的纵向沉降或不均匀沉降,引起隧道渗水、漏泥或结构局部破坏,有时甚至会影响到隧道的正常运营[20][21]。

因此,深入研究软土盾构隧道纵向变形对隧道结构影响及考虑纵向变形的衬砌结构纵向设计理论是解决软土盾构隧道现存问题的关键,尤其是衬砌结构纵向设计方法。

2 衬砌结构纵向设计现状

目前,国内外对盾构法隧道衬砌结构设计主要采用横向设计。在国内,我国地下铁道及铁路隧道设计规范[6]中推荐使用荷载结构模型,而未考虑纵向变形的影响。《上海市地基基础设计规范》1999版中对盾构隧道纵向变形进行了一定的考虑[7],提出盾构隧道纵向不均匀沉降的影响是不可忽视的。尤其是盾构工作井和区间隧道的连接处;隧道底部下卧土层特性及分层突变处;覆土厚度急剧改变处等,都会有较明显的不均匀沉降。提出在设计中应按照预估的沉降差,设置适量的变形缝。规范还提到在施工阶段和使用阶段,进行隧道结构的横向内力和变形计算时,在必要的时候宜考虑隧道纵向变形对横向内力和变形值的影响。

目前,国内针对软土盾构法隧道采用的设计模型主要为匀质圆环和弹性铰法[13～17],皆可用弹性方程解。前者主要用于使用阶段的设计验算,后者主要用于施工阶段的设计验算。在国外,国际隧道协会(internationaltunnelassociation)在1978年成立了隧道结构模型研究组,收集各会员国采用的地下结构设计模型。并于2000年编写出了《盾构隧道衬砌设计指南》[8],为各国盾构隧道结构的设计指明了基本原则。其中将结构模型分为四类:连续体或不连续体模型、作用与反作用模型、收敛-约束模型和工程类比法。这与我国学者刘建航、侯学渊[5]的分类(经验类比模型;荷载结构模型;地层结构模型;收敛限制模型)基本相同。同时在《盾构法隧道设计指导》中提出在必要时将隧道纵向沉降的影响列入荷载类别的特殊荷载项予以考虑。美国交通运输研究协会在2000年度报告[9]中就提到,很多处于软土中的隧道、管道的破坏或出现问题就是由于纵向不均匀沉降而产生的。最多的一种情况就是由于下卧土层土性沿纵向分布不均匀而产生的纵向不均匀沉降。因此美国交通运输研究协会在2000年提出了隧道“纵向设计”的概念,并计划开始进行这方面的研究工作。由此可见,在现行的设计规范中还没有纵向设计的相关内容,但是,结构的纵向问题对结构的影响已经引起广大学者关注。因此,开展纵向设计相关研究具有重大现实意义。

由于隧道纵向问题属于三维问题,其结构复杂,纵向结构计算模型尚不成熟。但也已经取得了一定的科研成果。在工程实测和室内试验基础上,已建立了一些隧道纵向结构计算模型。目前对软土隧道纵向结构的理论研究主要分为:试验或实测分析法、数值分析法和理论解析法。在理论解析法中根据隧道接缝和螺栓简化方法的不同,日本学者提出了两种隧道纵向结构理论,一种是以村上博智及小泉淳[22]为代表的以轴向、剪切和弯曲弹簧模拟接缝和螺栓、以梁单元模拟衬砌环的梁一弹簧模型,它是将横向梁一弹簧模型移植到了隧道结构纵向(见图3);纵向粱一弹簧模型中每一衬砌环均由一直线粱模拟,各衬砌环间的接缝以弹簧模拟,因而在作纵向分析计算时单元较多,它可以模拟衬砌环和接缝性能有变化的隧道段,但其缺点也是明显的,即一般适合于线性分析,并且由于以单元作为基础,分析过程为矩阵形式,需要通过数值方法实现,所得结果需要进行再一次分析才能得到管片、螺栓应力和接缝张开度等关键数据。另一种模型是以志波由纪夫及川岛一彦[23～25]为代表的等效轴向刚度模型,该方法认为隧道在横向为一均质圆环、在纵向以刚度等效的方法将有环向接缝非连续的结构等效为连续均质圆筒。由于是直接从分析衬砌环向接缝和螺栓的受力变形性能出发得到等效模型,因此计算结果可直接给出管片和螺栓应力,并且在很多情况下可推导得到显式理论解,应用方便,但该方法也有未考虑预应力、只简单被认为是弹性地基上的直梁等缺点,然而,根据目前国内外的研究现状来看,轴向等效刚度方法是当前隧道结构的纵向理论研究中提出的最好的方法。该法为研究盾构隧道纵向问题奠定了坚实的理论基础。

3 盾构隧道结构拼装型式

盾构隧道结构是由管片在环向和纵向通过螺栓连接而成的非连续结构。由于预制钢筋混凝土管片经济、耐久及强度高,所以成为目前国内外的盾构法隧道管片的主要形式。盾构隧道衬砌结构拼装型式有两种:错缝拼装衬砌与通缝拼装衬砌[10][11][12][19]。这两种拼装型式的不同之处在于;错缝拼装衬砌由于相邻环管片间结构刚度沿环向分布的不同,虽然受到的初始荷载基本相同,但结构变形却不同、引起的地层反力不同,地层反力的不同又加剧了结构变形的不同。由于相邻环之间存在联系,如连接螺栓、环面凹凸榫槽和环面间的摩擦又阻碍了结构变形的不同,使结构变形与荷载及地层反力分布的不同限于一定的范围之内。而通缝拼装衬砌由于相邻环管片间结构刚度沿环向分布相同,受到的初始荷载也基本相同。因此,结构变形基本相同、引起的地层反力也基本相同。虽然,通缝拼装衬砌每一环横向变形也受到相邻环的嵌固和约束,但这种约束和影响的效应错缝比通缝更显著。衬砌环间的这种相互作用非常复杂,因此错缝衬砌内力与变形的计算也比较复杂,其计算模型与计算方法还在深入研究之中。

在我国,上海先期施工的盾构法隧道基本采用通缝拼装形式,而上海近期建设的隧道及广州和南京地铁盾构法隧道则全部采用错缝拼装形式,从而说明错缝拼装形式在抵抗纵向变形上优于通缝拼装形式。既然不同的拼装形式有不同力学效果,能够改变衬砌的纵向刚度及控制纵向裂缝和不均匀变形,那么采用更多不同力学效果的拼装形式就成为解决当前软土盾构隧道结构纵向问题的另一关键问题。

4 软土盾构隧道结构存在问题

从当前工程设计的实际应用和理论研究进展分析可得出软土盾构隧道衬砌结构在考虑纵向问题时的不足之处:缺乏与纵向理论要求接近的衬砌形式;现有的纵向理论缺乏与工程实际的结合;衬砌拼装形式单一(不能协调纵向不均匀变形);衬砌管片材料在同一工程中单一;衬砌管片宽度在同一工程中单一;纵向线形不合理。

5 软土盾构隧道纵向设计展望

为克服软土盾构隧道现存问题,必须从以下两方面来解决:

(1) 从软土盾构隧道衬砌管片拼装形式、管片材料等方面进行创新改造。以增大软土盾构隧道衬砌结构的纵向刚度的变化,使软土盾构隧道衬砌结构的纵向刚度具有可控性。而不同刚度的多样的衬砌结构拼装形式是解决软土盾构隧道纵向问题成为可能。

(2) 在纵向设计理论研究及其成果应用上应有所加强。隧道纵向结构性能的研究和横向性能研究相比还处在早期发展阶段,其成果尚未应用到工程设计的实践中。如何将已有的理论研究成果应用于工程设计(即纵向设计),使工程设计更加符合客观现实。这不仅符合当前设计理论发展的趋势,更能实现在设计阶段上就开始着手解决软土盾构隧道现存问题(过量的纵向沉降或不均匀沉降,导致隧道渗水、漏泥或结构局部破坏而影响隧道的正常运营),避免软土盾构隧运营后再进行处理的被动状态,因此,可节约大量资金。

总之,软土盾构隧道结构纵向设计理论,不仅是软土盾构隧道结构设计理论发展的需要,也是社会发展的需要。它不仅具有理论价值,而且更具重要的经济意义和社会意义。

参考文献:

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[4]　陈基炜,詹龙喜.上海市地铁一号线变形测量及规律分析[j].城市地质,2000,(2):51-56

[5]　王如路,周贤浩,等.近年来上海地铁监护发现的问题及对策[a].中国土木工程学会隧道及地下工程学会地下铁道专业委员会第十四届学术交流会论文集[c].2001:239-242

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[7]　dgj08-11-1999 上海市地基基础设计规范[s]

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第9篇：管道结构设计范文

关键词： 管廊管道支吊架； 管廊管道支吊架土建条件； 承重架荷栽和固定点推力的计算

中图分类号： TU990.3 文献标识码： A 文章编号： 1009-8631（2013）01-0045-02

在石油、化工、电力、金属冶炼及某些轻工业生产的装置中，管道是重要的组成部分之一，而管道支吊架又是与管道紧密联系在一起的结构，管廊管道支架的设计在众多的管道支吊架设计中又有自己独特的地方。管廊管道支架设计不当，会使管道组成件在运行中损坏，如设备管口法兰泄漏，或使转动设备受损，更严重的会使土建结构受到破坏，导致试运中被迫停车。因此，管廊管道支架的设计越来越受到重视。

管廊管道支架指的是管廊上的管道与土建主结构之间相连的各种支、托、吊部分，也包括生根在建筑物上的各种支架，以及高度在2m以下的独立支架，通常称为“管廊管道支吊架”，简称“管廊管道支架”

1管廊管道支吊架的分类及结构组成

1.1管廊管道支吊架的分类

按支架的作用管道支吊架分为三大类：承重架、限制型支架和减振架。承重架是用来承受管道的重力及其他垂直向下荷载的支吊架，分为滑动架（托架）、杆式吊架、恒力架和滚动支架。限制型支架的作用是限制线位移，在所限制的轴线上，至少有一个方向被限制。如果沿一个轴线的正负两个方向限制管道的线位移，这种结构被称为往复限位架。限制型支架可分为导向架、限位架和固定架。减振架是用来控制或减少除重力和热膨胀作用以外的任何力（如物料冲击、机械振动、风力及地震等外部荷载）的作用所产生的管道振动支架。减振架有弹簧及油压两种类型。

1.2管廊管道支吊架的结构组成

从管道支承的结构及连接关系等方面考虑，可把整个支架视为以下几部分组成：管部附着件、连接配件、特殊功能件、辅助钢结构及生根件。

2管廊管道支吊架位置的合理性

2.1管廊管道支吊架的位置

管廊管道支架的位置主要考虑下列几点：

2.1.1承重架距离应不大于支架的最大间距。一般管道的最大间距是按强度条件及刚度条件计算决定的，取最小值。如果有压力脉动的管道，要按所要求的管道固有频率来决定支架距离，避免发生共振。

2.1.2尽量利用已有的土建结构的构件支承，即在管廊的梁柱上支承。

2.1.3做柔性分析的管道，支架位置根据分析决定，并考虑支承的可能性。

2.1.4在垂直管段弯头附近，或在垂直段中心以上做承重架，垂直段长时，可在下部增设导向架。

2.1.5在集中荷载大的管道组成件附近设承重架。

2.1.6尽量使设备接口的受力减小。如支架靠近接口，对接口不会产生较大热弯矩。

2.1.7考虑维修方便，拆卸管段时最好不做临时支架。

2.1.8支架的位置及类型应尽量减少作用力对被生根部件的不良影响。

2.1.9应将输送脉动流体的管道及传递机械振动的管道的支架限制在独立的地面结构和独立的基础上，否则应对相关结构、建筑物等进行细心和全面的分析，以保证它们具有非共振频率和足够的强度，且振幅在较小的范围内。

2.1.10一般不在水平布置的弯头、弯管上作支托点，避免局部应力增加及影响吸收热膨胀的效果。在垂直面上布置的弯头上做支承架倒是常见的，但特别重要的高温管道则不希望这样做

2.2管廊管道支架的间距

管廊上管道支架的间距受到管廊结构的梁及柱间距的限制，装置内管廊小管道支架间距为3m，大管道支架间距为6m，这是最常见的；界区外管廊一般是小管道支架间距为3m，大管道支架间距为9m，这是最常见的；对于小管道的最大允许支架间距为小于3m时，最好利用大管支承小管，或在管廊的梁两侧另增加悬臂梁，对于大直径的管道，有时只需要在主梁上支撑就够了

3 对土建建构筑物要考虑的因素

3.1垂直荷载，一般按均布荷载；

3.2固定点的推力，一般只提供补偿器的弹性力和自然补偿的弹性力，预留管子取一根按热管考虑对固定点的弹性力；

3.3由管道重量引起的对固定点的摩擦力一般不由管道支架设计者考虑。

如果管架布置取主管架一跨，对于大直径管道允许直跨支承在主梁上，不接触小梁。这样对土建工程比较经济，在断面图上标注在某管引线上。对于直接支承在主梁上大跨距要分析：管子直径的大小、分支点多少、分支点处调正热补偿复杂程度、管道附件多少和布置的位置及补偿器两侧支承点位置等，如果上述情况过多就不易实现大跨支承在主梁上，有部分还需要支承在次梁（小梁）上，所以对于直接支承在主梁上的管子直径大小不能硬性规定。

4 管廊管道支架设计中经常出现的错误做法

4.1把公称直径50mm以下的管道支架由施工人员根据标准选型，结果发现施工人员不了解设计意图，把有热位移的管道支架作成固定支架，这十分危险。

4.2滑动管拖不够长从梁上滑落

4.3应采用滑动支架的点误选为固定支架，使薄弱部位因热胀应力过大而断裂

4.4水平力过大，把外管柱子推斜

4.5放空管道支架缺少，管道被反力推倒

4.6弹簧拖座的弹簧歪斜严重

5 承重支架荷载和固定点推力的计算

5.1管架计算载荷的确定

在选用标准管架和非标准管架，或向土建提条件，计算的基本载荷为设计依据是欠妥的，不安全的，所以一般常将管道的基本载荷乘以一经验系数确定管架的计算载荷，以此作为选用和设计管架时的载荷依据或条件。

此经验系数是一个范围，可取1.1～1.4。它是管道壁厚偏差，隔热或隔声结构材料密度误差，以及因热胀冷缩的变化引起载荷的变化等诸多因素的函数。在工程设计中应根据具体情况综合考虑后确定一个系数或多个系数供设计使用。

5.2对固定支架水平推力计算示例（弹性力）

6 结束语

在管廊上设置限制性支架时应注意的问题

6.1设置固定支架

6.1.1一般应在柱子的轴线的主梁上，不要设在次梁上。

6.1.2尽量使固定架两侧的推力相差不要太大。

6.1.3有Π形膨胀弯管时，固定点间的最大距离应按Π形膨胀弯管的尺寸而定。固定间的的最大距离应按Π形膨胀弯管的尺寸而定。

6.2在直线段很长的管道上，有时需要设置导向支架

6.2.1导向架的间距与对应的轴想力及管径有关。

6.2.2有横向引出管道的接点时，导向架与接点或弯头的距离（沿管廊纵向）不宜太近，应使管道有一定柔性。

6.2.3设有Π形膨胀弯管时，自由臂长（Ln）应该满足柔性要求。

如果为小弯曲半径Π形膨胀弯，则自由臂长：ln=40.DNm

6.3轴向限位架