热力管道大跨度拱管设计探讨摘要：拱管作为跨越的一种方式，在热力管道跨越工程中被广泛应用。拱管既是一个热水输送管，又是一个支撑结构，在设计过程中需要对拱管的各种受力情况进行详细的计算。文章分析了在供热管线中应用拱形管道的优势、经济性和实用性，提出了拱管和支架支墩的设计要点。关键词：热力管道；大跨度拱管设计；矢跨比；拱形支架；人字形支架：tu990文献标识码：a：1009-2374（2012）01-0050-03一、概述城镇热网工程在建设过程中经常遇到管道跨越道路、河流工程。管道跨越的方式有很多种，结构常采用的有拱管、悬索、吊索、钢桁架等。拱管作为跨越的一种方式，在热力管道跨越工程中被广泛应用。目前在沈阳、锦州、营口等城市已有多座热力拱管投入使用，运行状况均良好。拱管是钢管弯制、焊接而成的一个圆弧形无铰拱的大跨度结构，它利用钢管自身的强度、钢度支撑，拱管既是一个热水输送管又是一个支撑结构。所以在设计过程中需要对拱管的各种受力情况进行详细的计算，本文主要对热力拱管的设计计算以及拱管在热力管道跨越工程中的应用进行探讨。二、拱管与钢桁架比较的优势对于大跨度、大管径的结构，一般宜采用拱管和钢桁架结构钢桁架结构较壮观，跨度也大。但耗用钢材较多，且维修费用大。拱形管道是利用管子本身的强度直接支承在支架上，与钢桁架相比，拱管结构能节省较多钢材，特别对大跨度、大管径结构更为合适。另外，由于是拱形结构，在两侧支架不高情况下，管底空间高度就能满足使用要求。这样，拱支架高度就可适当降低。在造型上，拱管型式也较活泼，给周围环境增添美观色彩。因此，拱型管道是一种较为经济的结构。拱管常用等截面的无缝钢管制作，在整体上考虑园弧形的拱型管制作更方便，一般采用园弧形无铰拱的结构型式。为了进一步节约能源，改善城市环境状况，特别是近几年集中供热管网建设也在不断发展。因此，大跨度管网结构也越来越多，讨论和研究拱形管道的设计也有它的经济性和实用性。三、拱管设计要点拱管是管线跨越结构中最合理的结构体系之一，在中小型河流，沟渠跨越结构中占着极其重要的地位。拱管一般采用等截面无铰拱，管径较大（直径325以上）预弯很困难，则分若干直管段焊接成折线拱，管径较小（直径273以下）则可以分若干段预先热弯，然后焊接成圆弧拱。（一）矢跨比确定拱管设计时，首先要确定管道跨距及合理的矢跨比。矢跨比为矢高与跨距之比（f/l）。合理地选择矢跨比应与地形情况、地质条件、材料用量、净空要求和方便施工等因素综合考虑。矢跨比的大小主要和管道自重、风荷载和温度有关，当然还应考虑河流的通航高度和宽度，在满足通航净空及管道应力的情况下，应考虑尽量增大矢跨比。矢跨比小，跨度越大则变形量愈大，同时荷载应力和温度应力也较大，支座水平推力会变得很大。因此缓拱对拱支墩受力来说不利。尤其是当地基不好时，则导致较大的位移，对拱产生不利影响。与其相反，陡拱矢跨比大，其材料用量多，吊装不方便。因此，从拱的稳定性考虑，拱过陡或过缓都不利。根据经验，矢跨比一般可采用1/6～1/12，综合以上各方面因素考虑，矢跨比采用1/8～1/10较为适宜。一般情况下：（1）自重较大时，矢跨比取f/l=1/8；（2）风载较大时，矢跨比取f/l=1/10；（3）温差较大时，矢跨比取f/l=1/5。如跨距、高度受限，也可根据实际情况的特殊要求，以及建筑美观度（长细比）来确定其矢跨比。（二）拱管的强度及稳定拱管各种荷载作用下的内力计算可按等截面无铰拱的力学计算求得。在强度和稳定验算时我们通常按垂直静荷载、温度、侧向风荷载、内应力、全跨、办跨荷载的内力组合来进行验算。详细公式见文献1。通常平面内稳定由拱管结构本身来保证，只要拱不过坦（f／l<1/4）是不会有问题的。一般情况下仅验算出拱平面的稳定即可。但是当径跨比较小时，如：直径159跨度35m的拱管，靠拱管本身保证平面外稳定是不行的，这时一般可采取加斜撑的办法来满足平面外稳定，斜撑可按拉压杆来考虑。另外，斜撑提高整体刚度的同时，还提高了固有频率，对消除风振的影响也有一定作用。（三）拱管长细比拱管长细比主要应从管道自重和管道与环境的协调性...