核電站廊道支架埋件條件提資

馬曉晴+劉曉輝

摘 要：廊道支架作為支撐管道的重要結(jié)構(gòu)，其設(shè)計(jì)流程及要點(diǎn)具有規(guī)律性。文章從坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換，提結(jié)構(gòu)力學(xué)條件等方面進(jìn)行了分析，對(duì)廊道支架埋件條件提資進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：埋件條件；力學(xué)；坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換

前言

廊道作為核電站中常見(jiàn)的地下通道，承擔(dān)連接廠區(qū)各個(gè)子項(xiàng)的重要作用，是工藝介質(zhì)輸送的重要設(shè)施。廊道支架作為支撐廊道通行管道的重要結(jié)構(gòu)，是廊道內(nèi)重要的支撐結(jié)構(gòu)，其設(shè)計(jì)有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牧鞒?。既要滿足受力要求，且應(yīng)具有美觀性。

1 提埋件條件的必要性

管道簇是管廊里的重要物項(xiàng)，包含少則一根多則數(shù)十根不同直徑、輸送不同介質(zhì)的管道。其中不乏高溫高壓介質(zhì)，輸送距離較遠(yuǎn)，因受地形限制可能導(dǎo)致產(chǎn)生較長(zhǎng)的直管段，可能導(dǎo)致產(chǎn)生較大的管道應(yīng)力，因而支架的設(shè)計(jì)便顯得尤為重要。一般針對(duì)核級(jí)管道、高溫高壓管道、長(zhǎng)距離輸送重要安全級(jí)管道等等都要進(jìn)行力學(xué)計(jì)算。力學(xué)計(jì)算時(shí)應(yīng)選取合理的支架功能。

預(yù)埋件是支架生根的重要結(jié)構(gòu)部件，在土建施工圖編制之前就要由布置或設(shè)備專業(yè)給結(jié)構(gòu)專業(yè)提資料，以滿足土建出圖要求。管道布置專業(yè)應(yīng)先進(jìn)行管道合理的布置，根據(jù)管徑及內(nèi)含介質(zhì)按照規(guī)范選取合理的支架設(shè)置距離及支架功能，發(fā)布管道布置圖及支架布置圖。后由布置專業(yè)將單根管道布置、管道部件重量、介質(zhì)參數(shù)、管道運(yùn)行參數(shù)、管道本身特性等必要的條件提給力學(xué)專業(yè)進(jìn)行力學(xué)計(jì)算。力學(xué)專業(yè)根據(jù)支架設(shè)置、管道參數(shù)計(jì)算出各個(gè)支架處的管道在各個(gè)工況下的受力大小。設(shè)備專業(yè)根據(jù)力學(xué)報(bào)告及各個(gè)支架的形式，提出合理的預(yù)埋件或支墩條件以供支架生根，在具體的位置提出合適的大小及受力供結(jié)構(gòu)專業(yè)使用，以保證結(jié)構(gòu)專業(yè)埋件及支墩等支架生根點(diǎn)的力學(xué)核算，保證土建出圖，滿足施工進(jìn)度要求。

2 支架功能

管道支架是管道系統(tǒng)的重要組成部分，按其功能可分為承受管道載荷的支架：包括恒力彈簧支吊架、可變彈簧支吊架、剛性支吊架、滑動(dòng)支架、滾動(dòng)支吊架；限制管道位移的支架：包括導(dǎo)向支架、限位支架、固定支架；控制管道振動(dòng)的支架：包括減震裝置和阻尼裝置[1]。

3 提埋件資料過(guò)程

埋件提資料的流程簡(jiǎn)要概述如下：確定支架形式，查看布置圖走向，查看力學(xué)報(bào)告，各處支架力學(xué)計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)，轉(zhuǎn)換為埋件及支墩結(jié)構(gòu)處的受力，將埋件、支墩形式及最大受力提給結(jié)構(gòu)專業(yè)。

本文以0603工程GA溝子項(xiàng)的支架埋件條件提出為例，對(duì)各個(gè)步驟進(jìn)行詳細(xì)闡述。

3.1 確定支架形式

確定支架的結(jié)構(gòu)形式，并根據(jù)支架的結(jié)構(gòu)形式確定支墩或埋板的形式。以管道1SEC0205-610為例進(jìn)行分析。

該管道外徑為610mm，管中心距離管廊側(cè)壁為900mm，距離廊道結(jié)構(gòu)層底面為1000mm。查看1SEC0205-610管道的力學(xué)報(bào)告，最大單方向受力達(dá)到28萬(wàn)牛，受力最大。

鑒于管道受力較大，管徑較粗。宜設(shè)置非標(biāo)形式支架。采用了支墩形式，帶雙預(yù)埋板的支架設(shè)置。以管道中心線為中心，在管道左右兩側(cè)設(shè)置預(yù)埋板，預(yù)埋板生根在結(jié)構(gòu)混凝土支墩頂部?？紤]到支架安裝方便及支架受力較大，給結(jié)構(gòu)專業(yè)提資料的預(yù)埋板大小為1100mm×330mm。預(yù)埋板長(zhǎng)度方向與管道中心軸線方向一致。為保證管道及支架的安裝，支墩需設(shè)置一個(gè)低于預(yù)埋板頂面150mm，寬度640mm的凹槽。支墩總高800mm，以保障管道及支架的安裝。

3.2 力學(xué)計(jì)算坐標(biāo)的輸入

查看布置圖中的管道走向及坐標(biāo)系與力學(xué)計(jì)算模型中的管道走向及坐標(biāo)系。以0603工程GA溝子項(xiàng)為例，選取其中一根管道1SEC0205-610為例進(jìn)行分析。

布置專業(yè)提力學(xué)模型與力學(xué)建立的計(jì)算模型管道走向及坐標(biāo)系設(shè)置是完全一致的。即管道坐標(biāo)系X，Y，Z的方向與力學(xué)計(jì)算時(shí)模型建立的坐標(biāo)系X，Y，Z的方向是完全一致的。

因而在這種情況下，管道布置的坐標(biāo)系與力學(xué)計(jì)算模型的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換關(guān)系完全一致，不需要做轉(zhuǎn)換。如有不一致的情況，需進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

3.3 埋件坐標(biāo)系與力學(xué)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換

建立土建埋件坐標(biāo)系，定義Xa，Ya，Za方向。以支架中心為中心，Xa方向?yàn)檠仡A(yù)埋板的長(zhǎng)度方向，即支架處的管道中心軸線方向；Ya方向?yàn)檠仡A(yù)埋板寬度方向，即管道徑向；Za方向即為豎直向上方向。每個(gè)支架需根據(jù)力學(xué)報(bào)告結(jié)果進(jìn)行核算及設(shè)計(jì)，因力學(xué)最終計(jì)算報(bào)告中的XYZ值與力學(xué)模型中的XYZ值一致。X，Y，Z為管道力學(xué)布置模型的坐標(biāo)系，而Xa，Ya，Za為支架處的局部坐標(biāo)系，當(dāng)管道走向發(fā)生改變時(shí)，Xa，Ya，Za與X，Y，Z的坐標(biāo)對(duì)應(yīng)關(guān)系就會(huì)發(fā)生改變。

當(dāng)力學(xué)計(jì)算模型中的管道走向發(fā)生改變的時(shí)候，埋件處的坐標(biāo)系與管道力學(xué)計(jì)算模型中的坐標(biāo)系對(duì)應(yīng)關(guān)系可能發(fā)生改變，即X-Xa，Y-Ya轉(zhuǎn)變?yōu)閄-Ya，Y-Xa的對(duì)應(yīng)關(guān)系。Z-Za的對(duì)應(yīng)關(guān)系不會(huì)發(fā)生改變。管道中心受力根據(jù)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換可以分為力學(xué)坐標(biāo)系與管道局部坐標(biāo)系一致，即力學(xué)模型坐標(biāo)系與管道局部模型XY互換兩種情況。首先逐個(gè)錄入力學(xué)報(bào)告中的XYZ方向的受力，然后根據(jù)坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換將受力折算至埋件中心，注意區(qū)分支架類型不同會(huì)導(dǎo)致力學(xué)折算至埋件處會(huì)有所區(qū)別。并最終根據(jù)坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換及力學(xué)折算編制公式，在EXCEL表格中可根據(jù)不同類型批量處理。

3.4 分情況確定埋件處受力

定義力學(xué)模型坐標(biāo)系（X，Y，Z）與管道局部坐標(biāo)系（Xa，Ya，Za）不一致時(shí)為情況A；定義力學(xué)模型坐標(biāo)系（X，Y，Z）與管道局部坐標(biāo)系（Xa，Ya，Za）一致時(shí)為情況B。根據(jù)支架模型，管中心到一側(cè)埋件中心的垂直距離為0.2m，管中心到一側(cè)埋件中心的跨距為0.484m。

對(duì)情況A，方向Xa等同于Y，方向Ya等同于X；對(duì)于情況B，方向Xa等同于X，方向Ya等同于Y。

記管道中心處的受力為FXa' FYa' FZa' MXa' MYa' MZa'。轉(zhuǎn)換關(guān)系如下。情況A：FXa'=FY；FYa'=FX；FZa'=FZ；MXa'=MY；MYa'=MX；MZa'=MZ；情況B：FXa'=FX；FYa'=FY；FZa'=FZ；MXa'=MX；MYa'=MY；MZa'=MZ。

轉(zhuǎn)換至單側(cè)埋件處力矩計(jì)算如下：

MXa=MXa'+FYa*0.2+FZa*0.484；MYa=MYa'-FXa*0.2；MZa=MZa'-FXa*0.484。

因力矩方向較為復(fù)雜，可取絕對(duì)值相加計(jì)算。

轉(zhuǎn)換至單側(cè)埋件處受力大小根據(jù)支架類型不一致。對(duì)于支架模型，左右?guī)蓧K埋件的支墩。對(duì)PF功能支架，支架處管道徑向受力可均攤至左右兩塊埋板上；CB、GL功能支架的管道徑向受力作用在或左或右其中一塊埋件上；對(duì)所有CB、PF、PL、GL功能支架的豎直方向受力均可均攤至兩塊埋件上。

根據(jù)以上分類及計(jì)算公式，可將所有埋件上的受力計(jì)算出來(lái)，并提取最大值提給結(jié)構(gòu)專業(yè)。

3.5 給結(jié)構(gòu)專業(yè)提埋件條件

最終埋件大小由結(jié)構(gòu)專業(yè)根據(jù)受力大小最終確定是否可以承受住，并經(jīng)過(guò)交換意見(jiàn)后最終確定支墩及埋件大小。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文以GA溝廊道SEC系統(tǒng)的其中一個(gè)管道為例，從查看布置圖走向，根據(jù)布置情況及支架功能設(shè)計(jì)支架形式，查看力學(xué)報(bào)告，各處支架力學(xué)計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)，轉(zhuǎn)換為埋件及支墩結(jié)構(gòu)處的受力，將埋件、支墩形式及最大受力提給結(jié)構(gòu)專業(yè)等幾個(gè)步驟做了簡(jiǎn)要分析。以上例子僅為眾多廊道支架中的其中一種形式，廊道支架涉及各種形式，更多的是管道簇使用門形框的做法。然而，每種廊道支架的設(shè)計(jì)均有規(guī)律可循。最大的規(guī)律就是，一般一個(gè)廊道內(nèi)的管道走向具有一致性，因而單個(gè)廊道內(nèi)的支架一般具有同類性，因而可進(jìn)行批量處理，找到受力的規(guī)律并進(jìn)行統(tǒng)一核算，提出最大的受力，方便核算支架生根處的埋件受力。

參考文獻(xiàn)

[1]Q/CNPE.J 105.6-2010.核電站標(biāo)準(zhǔn)支吊架手冊(cè)[Z].