吊架结构简图及其受力情况【浅谈吊架受力计算】

　　结合现场施工，通过支架与膨胀螺丝受力情况分析能否满足管道承重要求，为最终工程调试提供有效安全保障，确保施工后管道能安全实现其功能，预防支架达不到支撑管道重量而产生严重安全事故。
　　
　　1.吊架制作材料
　　冷却冷冻水主干管采用综合吊架方式进行安装，选用的材料有16#槽钢（材质20优质碳素结构钢）、12mm厚的钢板、M16X120的膨胀螺栓，焊条等
　　2. 支架结构型式
　　吊架总体结构型式如下图：
　　3.吊架安装方式
　　根据已批准的综合管线图对吊架安装的水平位置进行放线定位，确定筋板的水平位置，再根据各吊架安装处梁的高度来确定筋板的竖向位置，进行螺栓孔定位，再用配套的钻头进行钻孔，钻孔的深度应与膨胀螺栓的长度相配，钻好孔后，装入M16X120的膨胀螺栓，用开口扳手将螺母收紧，并使膨胀螺栓内部胀开，之后松下螺母，取下垫片及弹介，装上筋板，再依次装上垫片、弹介、螺母，再将螺母收紧。之后确定吊架的竖向长度，下料后焊接于已安装完毕筋板上，竖向吊架焊接好后，根据综合图的标高确定横亘的位置，下料后焊接，具体方式如下图（管弄布置受力分析图1-1），采用四颗M16X120的膨胀螺栓将δ=12mm厚的钢板固定于梁侧面，并将槽钢焊接于钢板上（全焊），这种吊架方式各部位均焊接，受力最薄弱部位便是膨胀螺栓，所以受力分析只计算膨胀螺栓的实际受力。
　　4.每米水管对吊架的受力计算：
　　说明：每米水管重量为G，产生的重力为Gz；管内注满水的每米重力为Gs，水的密度为ρ水；管和水每米合重力为Gh。
　　Gz=g×G×1
　　Gs=g×（d2×π/4）×ρ水×1
　　Gh= Gz + Gs
　　分别计算出各种规格管道每米管的自重，水的重量、水和管合重分另列入下表（重量计算表1-1）：
　　5.综合支架竖向槽钢实际受力计算
　　（1）对支架布置图1的计算:
　　a、根据现场布置计算出最长管道长度Lmax：
　　LCX=（ax+bx）/2；通过计算得出支架受力最长管道长度为Lmax= 4.5m
　　b、由于支架上的两条管的大小相同，材质相同，且的支架上均匀分布，每米管满水时支架受的管道重力为2Gh，查上表此重力为8.54（KN/m）。根据管道长度Lmax，计算此处支架受到总静荷载：
　　F＝2Gh×Lmax＝8.54×4.5＝38.5 KN
　　c、同理，充?水的管道在每个支架槽钢立柱受静荷载：
　　Ft1＝Ft1＇=4.27（KN/m）×Lmax＝4.27×4.5＝19.22 KN
　　（2）对支架布置图2的计算:
　　a、根据平面布置图计算出最长管道长度Lmax：
　　同理求出支架受力最长管道长度为Lmax=LC1＝4.975m
　　b、根据力矩平衡原理，计算出每米管（8条）装满水时的吊架受力：
　　Ft2（每米）=（G3×L1+ G2×L2+ G3×L3+G4×L4）/L
　　= [ (1.315+1.74)×1.945+(1.315+1.74)×1.35+(0.9+0.66)×0.81+(0.9+0.66)×0.32]/2.32
　　= (5.94+4.13+1.26+0.50) /2.32
　　= 5.10KN/m
　　c、同理可得：
　　Ft2＇（每米）= (G3×L11+ G2×L21+ G31×L3+G4×L41)/L
　　= [ (1.315+1.74)×0.375+(1.315+1.74)×0.97+(0.9+0.66)×1.51+(0.9+0.66)×1.995]/2.32
　　= (1.15+2.97+2.36+3.11) /2.32
　　= 4.13KN/m
　　d、支架布置图2中的左边竖向槽钢受力的最大静载荷为：
　　Ft2= Ft2（每米）×Lmax =5.10×4.975=25.37KN
　　支架布置图2中的右边竖向槽钢受力的最大静载荷为：
　　Ft2＇= Ft2＇（每米）×Lmax=4.13×4.975=20.55 KN
　　6.受力分析
　　（1）梁承受支架静拉力：
　　支架布置图1情况下梁承受支架最大静荷载：Ft1＋Ft1＇＝38.43 KN
　　支架布置图2情况下梁承受支架最大静荷载：Ft2＋Ft2＇＝45.92 KN
　　（2）膨胀螺栓受力分析：
　　根据综合支架结构形式分析得知竖向槽钢受力应由4颗膨胀螺栓同时受力，取膨胀螺栓同时受力系数K1=0.90；根据《实用五金手册》查得M16膨胀螺栓抗剪承载力为13.730KN（见附表），则4颗膨胀螺栓能承受的载荷总和为：
　　F总=4×13.73×0.9 =49.32KN
　　（3）槽钢受力分析：
　　根据附表查得：16#a型槽钢截面面积=2195mm2（见附表）；根据《实用五金手册》查得材质20优质碳素结构钢：抗拉强度为410N/mm2（见附表）。
　　槽钢允许承受最大拉力为：410×2195=900 KN
　　（4）实际可能发生最大受力分析：
　　考虑到装满水后，系统正常运行时有一个动载荷系数K2=1.1，同时取安全系数S=1.5，则可算出竖向槽钢受力的最大实际值（按槽钢受力的最大静载荷Ft2计算）：
　　F实= Ft2×K2×S=25.37×1.1×1.5
　　=41.86 KN
　　7.结语
　　（1）梁承受的实际静荷载分别为：42.49KN和45.92KN。
　　（2）槽钢受力：槽钢允许承受最大拉力为900 KN，远远大于最大实际值41.86 KN；另外所有焊缝处采取满焊、焊透，能保证等强焊接。因此槽钢能满足强度要求。
　　（3）4个膨胀螺栓能承受总力F总=49.32KN；综合管道实际装满水后，运行过程中，实际最大受力F实=41.86 KN；实际受力小于膨胀螺栓能承受总力，膨胀螺栓满足要求。
　　
　　参考文献
　　[1]《钢结构》第二版. 武汉理工大学出版社.
　　（作者单位：广东省工业设备安装公司第四分公司510080）

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