架空輸水鋼管新型滑動(dòng)支座研究

許志剛 王金華 王 蓓

（山東省水利勘測設(shè)計(jì)院，山東濟(jì)南 250013）

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架空輸水鋼管新型滑動(dòng)支座研究

許志剛 王金華 王 蓓

（山東省水利勘測設(shè)計(jì)院，山東濟(jì)南 250013）

【摘 要】本文介紹了一種架空輸水鋼管新型滑動(dòng)支座，該支座將工程塑料合金自潤滑材料與傳統(tǒng)滑動(dòng)支座結(jié)合，具有承載能力高、滑動(dòng)摩擦系數(shù)小、結(jié)構(gòu)簡單、安裝加工方便、使用壽命長、免維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。降低了鋼管支座處的軸向荷載，從而簡化了混凝土排架柱設(shè)計(jì)。

【關(guān)鍵詞】架空輸水鋼管；自潤滑材料；滑動(dòng)支座

隨著人口的增加和工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，需水量不斷增加，為緩解水資源的緊缺，輸水管道工程的實(shí)施日益增多。輸水管道跨越河道、公路、鐵路等建筑物時(shí)，一般采用開槽埋地或頂管穿越，但受地形、地貌、施工環(huán)境等因素的限制，經(jīng)常遇到管道架空穿越的情況。架空輸水管道通常為鋼管，通過鋼管支座支承在混凝土排架柱頂部，采用單跨或多跨的型式穿越。架空輸水鋼管由于露天布置，受環(huán)境溫度的影響將產(chǎn)生伸長或縮短，從而在鋼管支座處產(chǎn)生軸向荷載，該荷載通過混凝土排架柱傳遞至地面基礎(chǔ)。當(dāng)混凝土排架柱高度較大時(shí)，鋼管支座處軸向荷載對混凝土排架柱的設(shè)計(jì)影響較大。因此，架空輸水鋼管選擇合適的鋼管支座對簡化混凝土排架柱設(shè)計(jì)、降低工程投資具有重要意義。本文以山東省膠東地區(qū)引黃調(diào)水工程高疃泵站—星石泊泵站輸水管道架空輸水鋼管支座為例進(jìn)行探討交流。

1　工程概況

山東省膠東地區(qū)引黃調(diào)水工程高疃泵站—星石泊泵站輸水管道設(shè)計(jì)流量5.5m3/s，采用泵站加壓輸水方式，線路全長約60.4km。在跨鐵路、跨公路處需架空輸水管道，架空管道總長度210m，管道工作壓力1.0 MPa，管道距地面4～10m，架空管道選用螺旋鋼管，內(nèi)直徑2.2m，根據(jù)線路布置跨度15.5m，每兩跨設(shè)雙鋼管支座和伸縮器，鋼管支座支承在混凝土排架柱上。

2　傳統(tǒng)鋼管支座

架空輸水鋼管支座通常采用以下幾種型式。

2.1鞍型支座

直接將混凝土墩體做成與鋼管外壁成120°的包角，在鋼管的外管壁與混凝土墩體接觸的部位加焊加強(qiáng)板，在混凝土墩體相應(yīng)位置預(yù)埋鋼板，為保證鋼管的軸向位移，在管壁加強(qiáng)板與混凝土墩體預(yù)埋鋼板之間加設(shè)墊層。這種支座型式結(jié)構(gòu)簡單，但在鋼管產(chǎn)生軸向位移時(shí)摩擦阻力較大，同時(shí)在支座處的鋼管承受載荷較小。當(dāng)管徑較小時(shí)，此種支座型式采用較多。

2.2滑動(dòng)支座

在鋼管支承處設(shè)置剛性支承環(huán)，支承環(huán)支承在軌道上，軌道通過預(yù)埋螺栓固定在混凝土排架柱上。由于設(shè)置了支承環(huán)，鋼管在支承處的承載能力較高，并且結(jié)構(gòu)簡單，但在鋼管產(chǎn)生軸向位移時(shí)支承處的摩擦阻力較大。

2.3滾軸或搖擺支座

滾軸或搖擺支座的支座型式都是在鋼管支承處設(shè)置剛性支承環(huán)，滾軸支座的支承方式是在支承環(huán)與混凝土排架柱之間采用滾軸支承，滾軸通過上下支承板分別與支承環(huán)、混凝土排架柱連接，滾軸采用線接觸布置；搖擺支座的支承方式是在支承環(huán)與混凝土排架柱之間采用鉸接的搖臂，上端以圓弧面與支承環(huán)的平板接觸，下端通過固定鉸座固定于混凝土排架柱上。這兩種支座型式采用較多，其承載能力較高，都是將鋼管產(chǎn)生軸向位移時(shí)，把支承處的滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦，從而大大減小了摩擦阻力。

通過以上幾種支座型式的比較，滑動(dòng)、滾軸和搖擺支座都可以應(yīng)用到該工程上。但是滾軸和搖擺支座都普遍存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造安裝煩瑣、檢修維護(hù)困難等缺點(diǎn)，且由于結(jié)構(gòu)尺寸大、重量高，傳遞給混凝土排架柱的附加荷載也較高，給混凝土排架柱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來諸多不便。滑動(dòng)支座具有結(jié)構(gòu)簡單、承載力高、制造安裝及檢修維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，但其存在鋼管產(chǎn)生軸向位移時(shí)支承處的摩擦阻力大的缺點(diǎn)，限制了這種支座型式的應(yīng)用范圍。

3　新型滑動(dòng)支座

該工程管道架空高度較高，跨度、管道直徑較大，由于受地形、地貌及施工環(huán)境影響，混凝土排架柱尺寸需盡量減小，因此鋼管與混凝土排架柱之間采用何種支座型式直接影響混凝土排架柱設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)滑動(dòng)支座結(jié)構(gòu)型式簡單、承載力高，如果能夠解決傳統(tǒng)滑動(dòng)支座在鋼管產(chǎn)生軸向位移時(shí)摩擦阻力高的問題，其應(yīng)用前景必然非常廣泛。新型滑動(dòng)支座在傳統(tǒng)滑動(dòng)支座基礎(chǔ)上，通過改進(jìn)支座與混凝土排架柱支承型式和支承接觸面材質(zhì)，使其承載力提高的同時(shí)摩擦阻力大幅降低，減小了鋼管支座處產(chǎn)生的軸向荷載。

3.1新型滑動(dòng)支座的結(jié)構(gòu)

工程塑料合金自潤滑材料由于具有承載能力強(qiáng)、摩擦系數(shù)低、動(dòng)靜摩擦系數(shù)相近等特點(diǎn)，現(xiàn)已普遍應(yīng)用到各類工程領(lǐng)域，但在架空鋼管工程中應(yīng)用不多。根據(jù)架空輸水鋼管的特點(diǎn)，針對傳統(tǒng)滑動(dòng)支座的結(jié)構(gòu)型式、支座接觸方式進(jìn)行分析研究，將工程塑料合金自潤滑材料與傳統(tǒng)滑動(dòng)支座結(jié)合，既保留了傳統(tǒng)滑動(dòng)支座結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點(diǎn)，又具有承載能力高、摩擦系數(shù)低的特性。新型滑動(dòng)支座主要由鋼管支承環(huán)、上支承座板、下支承座板構(gòu)成。上支承座板在安裝現(xiàn)場調(diào)整好后固定于鋼管支承環(huán)上，下支承座板固定于混凝土排架柱的預(yù)埋鋼板上，固定方式可采用螺栓連接或焊接；上支承座板結(jié)構(gòu)型式為U形結(jié)構(gòu)，U形槽內(nèi)焊有不銹鋼滑板，兩側(cè)焊有不銹鋼滑條；下支承座板結(jié)構(gòu)型式也為U形結(jié)構(gòu)，U形槽內(nèi)設(shè)置有工程塑料合金自潤滑滑塊。安裝時(shí)應(yīng)使上、下支承座板緊密接觸，兩側(cè)預(yù)留一定的間隙，工程塑料合金自潤滑滑塊只在裝配時(shí)涂上潤滑油，以后工作中有潤滑或無潤滑都可以保證正常使用。新型滑動(dòng)支座布置如圖1所示，支承結(jié)構(gòu)布置如圖2所示。

3.2新型滑動(dòng)支座的優(yōu)點(diǎn)

a.結(jié)構(gòu)簡單，便于制造安裝?；瑒?dòng)支座支承環(huán)與支承座可以分別加工，然后現(xiàn)場進(jìn)行裝配，其結(jié)構(gòu)尺寸小、重量輕，安裝簡便，不需要大型起重機(jī)械，人工即可完成。

b.低摩擦系數(shù)、高承載能力?；瑒?dòng)支座與架空鋼管采用鋼管支承環(huán)連接，并且與混凝土排架柱之間采用面接觸布置型式，使其承載能力有了極大的提高。選用不銹鋼板及工程塑料合金自潤滑滑塊間的平面作為支座的滑移面，使其摩擦阻力大大降低。

圖1　新型滑動(dòng)支座布置示意圖

圖2　支承結(jié)構(gòu)布置示意圖

c.免維護(hù)，便于工程運(yùn)行管理。工程塑料合金自潤滑滑塊其獨(dú)有的自潤滑性、耐腐蝕性及抗磨損性使鋼管支座檢修維護(hù)的可能性大大降低，方便了工程的運(yùn)行管理。該滑塊還具有出色的彈性和自恢復(fù)性，從而使鋼管支座具有一定的位差調(diào)節(jié)能力，緩解了管道局部應(yīng)力過高的現(xiàn)象。

4　結(jié) 語

新型滑動(dòng)支座既能承受較高的豎向荷載，又能適應(yīng)鋼管在溫度變化時(shí)沿軸向的變形；并且摩擦系數(shù)小，從而使其傳給混凝土排架柱的軸向荷載大大降低；同時(shí)還具有結(jié)構(gòu)簡單、安裝加工方便、使用壽命長、免維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用范圍非常廣泛。完全可以替代水電站明管和架空輸水鋼管傳統(tǒng)的滾軸或搖擺支座，具有較高的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性?！?/p>

參考文獻(xiàn)

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DO l:1O.16616/j.cnki.11-4446/TV.2O16.O2.O2O

Research on overhead water conveyance steel PiPe novel sliding suPPort

XU Zhigang，WANG Jinhua，WANG Bei
（Shandong Survey and Design Institute ofWater Conservancy，Jinan 250013，China）

Abstract：In the paper，an overhead water conveyance stee1 pipe nove1s1iding support is introduced.Engineering p1astic a11oy se1f-1ubricatingmateria1s is combined with traditiona1s1iding support in the support.Ithas advantages of high bearing capacity，sma11 s1iding friction coefficient，simp1e structure，convenient insta11ation and processing，1ong service 1ife，maintenance-free，etc.Axia1 1oad on the stee1 pipe support is reduced，thereby simp1ifying concrete bent frame co1umn design.

Key words：overhead water conveyance stee1pipe；se1f-1ubricatingmateria1s；s1iding support

中圖分類號(hào)：TV672＋.2

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1005-4774（2016）02-0075-03