摘 要

　　改革開(kāi)放后我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，隨著集中供熱事業(yè)的擴(kuò)大，集中供暖越來(lái)越受到廣大民眾的歡迎，居民冬季用熱為主的集中供暖面積在連年遞增，已經(jīng)成為主要一種供暖方式。集中供熱作為城市公共服務(wù)功能中重要的一項(xiàng)工作，對(duì)人們的生產(chǎn)生活起著關(guān)鍵的作用，供熱管道的受力分析和計(jì)算，為管道施工過(guò)程中提供技術(shù)支撐，保證了管道的安全，也為今后管道系統(tǒng)安全運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)。因此，對(duì)供熱管道系統(tǒng)的受力分析以及相關(guān)設(shè)計(jì)，就成為管道工程中必不可少的環(huán)節(jié)。本文主要是對(duì)供熱管道系統(tǒng)的受力進(jìn)行分析和并探討，并提出一種設(shè)計(jì)方法，可用于管道支架、支座的計(jì)算與校核。

　　通過(guò)對(duì)供熱管網(wǎng)的自然補(bǔ)償、方形補(bǔ)償器以及球型補(bǔ)償器等多種類(lèi)型的補(bǔ)償形式進(jìn)行了分析、研究，通過(guò)對(duì)自然補(bǔ)償 L 型補(bǔ)償進(jìn)行受力分析，并且通過(guò)工程案例驗(yàn)證了 L形和 Z 形補(bǔ)償器的短臂計(jì)算，方形補(bǔ)償器和波紋補(bǔ)償器的彈性力計(jì)算。通過(guò)計(jì)算及分析，對(duì)不同補(bǔ)償器以及系統(tǒng)不同的補(bǔ)償設(shè)計(jì)布局，進(jìn)行了分析探討。

　　通過(guò)對(duì)管道荷載進(jìn)行分類(lèi)和計(jì)算及活動(dòng)支架在強(qiáng)度和剛度下間距的比較，優(yōu)化管道支架及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，并對(duì)供熱管網(wǎng)的管道支架進(jìn)行分類(lèi)和受力分析，利用 MIDAS CIVIL 軟件對(duì)固定支架和活動(dòng)支架應(yīng)力分析進(jìn)行數(shù)值模擬，分析比較得出兩者在相同荷載作用下其位移和彎矩是不同的。

　　通過(guò)對(duì)供熱管道設(shè)計(jì)的優(yōu)化，運(yùn)用 MATLAB GUI 設(shè)計(jì)出兩個(gè)圖形用戶界面，一個(gè)界面是管道補(bǔ)償器的查詢系統(tǒng)，通過(guò)在此系統(tǒng)中輸入管徑和補(bǔ)償量等一些其他數(shù)據(jù)就可以得到 L 型補(bǔ)償器短臂 L1 和單管方形補(bǔ)償器 L 和 H 的長(zhǎng)度及 L 型、Z 型、方形補(bǔ)償器的彈性力，另一個(gè)界面是管道支架選型系統(tǒng)，在此系統(tǒng)中輸入橫梁長(zhǎng)度、基本風(fēng)壓、標(biāo)志高度等一些其他參數(shù)就可以得到管道活動(dòng)支架、活動(dòng)支架基礎(chǔ)、固定支架和固定支架基礎(chǔ)的型號(hào)，可供管道工程設(shè)計(jì)人員參考。

　　關(guān)鍵詞: 供熱管道；補(bǔ)償器；支架；受力分析；軟件。

　Abstract

　　Rapid economic development of our country after reform and opening-up, with the expanding of central heating, urban residents have few to purchase small heating equipmentheating installation, central heating, more and more get the welcome of the general public,especially in the northern urban residents, the urban central heating has become people's necessary a heating means, give priority to with residents with warm winter of central heating area is increasing in successive years, the central heating as the city's public service function in the important work, play a key role in people's production life, the force analysis and calculation of heating pipeline, provide technical support for pipeline construction process, to ensure the safety of the pipeline, It also lays a foundation for the safe operation of pipeline system in the future. Therefore, the force analysis and related design of the heating pipeline system become an essential part of pipeline engineering. This paper mainly analyzes the force of the heating pipeline system and discusses the optimization of the design scheme, and puts forward a design method for the calculation and verification of pipeline supports and supports.

　　Through natural compensation of heating pipe network, square compensator and spherical compensator, and other types of compensation form has carried on the analysis andstudy, through the stress analysis was carried out on the natural compensation L compensation,and is verified by engineering case L and Z compensator of the short arm calculation, square compensator and elastic force calculation of corrugated compensator. Through calculation and analysis, different compensator and different compensation design layout of the system are analyzed and discussed.

　　Through the pipe load classification and calculation and the legs in the comparison of strength and stiffness under spacing, to optimize the design of the pipe bracket and foundation,and classifying of heating pipe network pipeline stent and force analysis, using MIDAS CIVIL stress analysis software for fixed bracket and the legs are numerically simulated,comparative analysis it is concluded that under the same load both the displacement and bending moment is different.

　　Through the optimization of heat supply pipeline design, using MATLAB GUI to design two graphical user interface, a query interface is pipeline compensator system, through theinput pipe diameter and the amount of compensation in the system, such as some other data can be L compensator short arms L1 and single pipe square compensator and the length of the H and L, L, Z, elastic force of square compensator, another interface is pipe support selection system, the length of the input beam in this system, the basic wind pressure, height of logo can get some other parameters, such as pipeline activities support, support base, fixed bracket and fixed bracket base model, It can be used for reference by pipeline engineering designers.

　　Key words: heating pipes,compensator, bracket, force analysis,software.

第一章 緒 論

　　1.1、研究背景與研究目的和意義。

　　1.1.1、研究背景。

　　為節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境，促進(jìn)生產(chǎn)，改善人民生活[1]，發(fā)展我國(guó)城鎮(zhèn)集中供熱事業(yè)，城市集中供熱是國(guó)家節(jié)能減排戰(zhàn)略的主要組成部分之一，并且集中供熱有很多優(yōu)勢(shì)，城市集中供熱管網(wǎng)系統(tǒng)[2]，將供熱各環(huán)節(jié)有機(jī)結(jié)合在一起，實(shí)行統(tǒng)籌化管理，實(shí)現(xiàn)了熱量利用率的最大化，以往很多地區(qū)到冬季采暖時(shí)都是通過(guò)燃燒煤炭獲得熱量，這種方式不但污染環(huán)境，而且對(duì)熱能造成了很大的浪費(fèi)，集中供熱管網(wǎng)系統(tǒng)上線后，以往的用于排放廢氣費(fèi)煙的大煙囪已被拆除，提升了環(huán)境質(zhì)量，熱量利用率也得到大幅提升，保障了小區(qū) 24 小時(shí)供暖水平，另外對(duì)供熱管道系統(tǒng)的受力分析便于對(duì)供熱質(zhì)量進(jìn)行管控提高集中供熱工程設(shè)計(jì)水平，做到技術(shù)先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)合理，安全適用。

　　供熱管網(wǎng)的建設(shè)、安全運(yùn)行及維護(hù)都很重要。首先，管網(wǎng)是連接熱源和熱用戶的唯一介質(zhì)傳媒通道，起著輸送熱量的作用。常規(guī)的熱力管道敷設(shè)可分為有地上架空和地下直埋和地溝敷設(shè)。各自敷設(shè)方式的優(yōu)缺點(diǎn)和受力特點(diǎn)如下：

　　架空敷設(shè)按照高度的不同，分為高管架敷設(shè)、中管架敷設(shè)和低管架敷設(shè)，多數(shù)用于城市邊緣和地形復(fù)雜的工業(yè)廠區(qū)，優(yōu)點(diǎn)是無(wú)需大面積開(kāi)挖溝槽，施工周期短，不受地下水和濕陷性土層的影響，缺點(diǎn)是受風(fēng)、雪荷載影響，支架承受的荷載分為垂直荷載、軸向水平荷載和橫向水平荷載，垂直荷載包括管道、管道介質(zhì)自重、冰雪和積灰荷載等，軸向水平荷載包括補(bǔ)償器的反彈力、不平衡內(nèi)壓力和管道移動(dòng)的摩擦反力，橫向水平荷載主要是風(fēng)荷載；地溝敷設(shè)按照地溝內(nèi)人行通道的設(shè)置情況可分為通行地溝、半通行地溝和不通行地溝，一般用于不允許開(kāi)挖、檢修的路段，城市街道和居住區(qū)內(nèi)，優(yōu)點(diǎn)是能滿足規(guī)劃的要求，不影響城市美觀，缺點(diǎn)是地溝內(nèi)容易進(jìn)水，成本高，維護(hù)量大；直埋敷設(shè)是將供熱管道直接敷設(shè)于土壤中，也是目前最為常用的一種方式，優(yōu)點(diǎn)是工程造價(jià)低，使用壽命長(zhǎng)，施工周期短，維護(hù)量小，缺點(diǎn)是檢修比較麻煩，管道對(duì)固定點(diǎn)的作用力包括管道熱脹冷縮受約束產(chǎn)生的力、內(nèi)壓產(chǎn)生的不平衡力和活動(dòng)端位移產(chǎn)生的力。

　　地上架空鋪設(shè)，系統(tǒng)構(gòu)造簡(jiǎn)單明了，出現(xiàn)故障時(shí)便于檢修和維護(hù)，安全性良好。其管道的固定方式多采用固定支座或支架。補(bǔ)償器依據(jù)管徑及伸長(zhǎng)量情況，可采用：自然補(bǔ)償和方形補(bǔ)償器，其特點(diǎn)為：自然補(bǔ)償方式可以利用自身的彎曲管段來(lái)補(bǔ)償管段的熱伸長(zhǎng)，方形補(bǔ)償器由 4 個(gè) 90°的彎頭構(gòu)成，依靠彎管的變形補(bǔ)償管段的熱伸長(zhǎng)。

　　地下管溝敷設(shè)的技術(shù)成熟，適應(yīng)管道較多的場(chǎng)合，其管道的固定方式多采用固定支架，補(bǔ)償器通常采用套筒補(bǔ)償器、波紋補(bǔ)償器，其特點(diǎn)為：套筒補(bǔ)償器的補(bǔ)償能力大，占地小，造價(jià)低，波紋補(bǔ)償器按補(bǔ)償方式分為橫向、軸向和鉸接等形式。

　　地下直埋敷設(shè)是近年大量采用的一種敷設(shè)技術(shù)，適合于管道較少的情況，其敷設(shè)方式又可分為有補(bǔ)償敷設(shè)和無(wú)補(bǔ)償敷設(shè)，其特點(diǎn)：無(wú)補(bǔ)償系統(tǒng)要設(shè)計(jì)部分自然補(bǔ)償器，以及要進(jìn)行預(yù)熱后埋設(shè)，有補(bǔ)償系統(tǒng)也要盡量利用自然補(bǔ)償，再加上不同類(lèi)型的補(bǔ)償器。

　　有補(bǔ)償直埋敷設(shè)常采用直埋型固定支座，也是我們研究的重點(diǎn)，采用補(bǔ)償器時(shí)要保證管道在最高溫度下，補(bǔ)償器留有不小于 20mm 的補(bǔ)償余量，軸向補(bǔ)償器和管道軸線要在一條水平線上，距離補(bǔ)償器 12m 內(nèi)的管道不應(yīng)有變坡和轉(zhuǎn)角。

　　直埋敷設(shè)保溫層采用聚氨酯硬質(zhì)泡沫塑料，這類(lèi)的材料吸水率低、傳熱系數(shù)等特點(diǎn)，減少了管道整體的熱損失，直埋管道使用壽命要比地溝敷設(shè)長(zhǎng)很多，地溝敷設(shè)管溝一旦積水，整個(gè)管道系統(tǒng)很容易收到很大破壞，并且附加很多工程量，因此從經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益上來(lái)說(shuō)，直埋敷設(shè)都會(huì)快速發(fā)展起來(lái)。

1.1.2、研究目的和意義。

　　住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部辦公廳于 2013 年選取了我國(guó)北方的 15 個(gè)省市最為研究對(duì)象，對(duì)集中供熱的情況展開(kāi)了全面的調(diào)查和分析，針對(duì)調(diào)查結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析能夠發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前各個(gè)地方對(duì)供熱的需求越來(lái)越大，由國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2014 年全國(guó)集中供熱面積61.12 億平方米，蒸汽管道長(zhǎng)度 1.25 萬(wàn)公里，熱水管道長(zhǎng)度 17.47 萬(wàn)公里，到 2016 年全國(guó)集中供熱面積 73.87 億平方米，蒸汽管道長(zhǎng)度 1.22 萬(wàn)公里，熱水管道長(zhǎng)度 20.14萬(wàn)公里，截止目前到 2018 年，供熱面積達(dá) 87.80 億平方米。

　　改革開(kāi)放四十多年以來(lái)，我國(guó)集中供熱已經(jīng)具有相當(dāng)大的規(guī)模，隨著集中供熱規(guī)模的逐漸擴(kuò)大，供熱管網(wǎng)的敷設(shè)遍布了全國(guó)多數(shù)個(gè)城市，管道的敷設(shè)方式有地上和地下之分，管網(wǎng)的管徑大小和壓力也每年都在改變，為了保證管網(wǎng)能常年安全的運(yùn)行，我們的工程設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)管道的時(shí)候就要選擇合適的補(bǔ)償器滿足管道中的補(bǔ)償量，和選用合適的管道支架去支撐管道以及配件的重量，很多供熱管道工程因?yàn)閷?duì)補(bǔ)償量計(jì)算的不夠和對(duì)管道支架受力分析不是很準(zhǔn)確，導(dǎo)致管道部分管段出現(xiàn)損壞，嚴(yán)重影響了管道的正常運(yùn)行和居民的冬季取暖，因此管道的運(yùn)行安全成為了管道設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)重要關(guān)心的問(wèn)題。

　　在管道工程設(shè)計(jì)中，需要配置各種管道固定或支撐裝置，為方便設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，提高工作效率，本研究運(yùn)用matlab軟件的 GUI 制作出一個(gè)補(bǔ)償器、管道支架選型的用戶界面，方便設(shè)計(jì)人員及施工人員，根據(jù)工程設(shè)計(jì)需要來(lái)選用合適管道補(bǔ)償器和管道支架。

　【由于本篇文章為碩士論文，如需全文請(qǐng)點(diǎn)擊底部下載全文鏈接】

　　1.2、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

　　1.2.1、國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

　　1.2.2、國(guó)外研究現(xiàn)狀

　　1.3、本文主要研究?jī)?nèi)容

第2章 管道補(bǔ)償量及管道補(bǔ)償方式的選用與計(jì)算

　　2.1、供熱管道補(bǔ)償量的計(jì)算.

　　2.2、供熱管道補(bǔ)償方式的選用與計(jì)算

　　2.2.1、自然補(bǔ)償.

　　2.2.2、方形補(bǔ)償器

　　2.2.3、波紋補(bǔ)償器.

　　2.2.4、套筒補(bǔ)償器

　　2.2.5、球形補(bǔ)償器

　　2.3、本章小結(jié).

　　第3章 管道支架的受力計(jì)算與分析.

　　3.1、荷載的分類(lèi)及計(jì)算.

　　3.1.1、 垂直荷載

　　3.1.2、水平荷載.

　　3.2、管道支架允許跨距的計(jì)算

　　3.2.1、強(qiáng)度條件下管道支架的允許跨距.

　　3.2.2、剛度條件下管道支架的允許跨距.

　　3.3、管道支架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì).

　　3.3.1、地震影響系數(shù)

　　3.3.2、管道支架結(jié)構(gòu)基本周期

　　3.3.3、管道支架剛度計(jì)算.

　　3.3.4、截面抗震驗(yàn)算

　　3.4、管道支架基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

　　3.4.1、基礎(chǔ)類(lèi)型

　　3.4.2、基礎(chǔ)埋深

　　3.4.3、基礎(chǔ)的偏心距

　　3.4.4、基礎(chǔ)底面的壓力計(jì)算

　　3.4.5、管墩設(shè)計(jì).

　　3.5、管道支架分類(lèi)及設(shè)計(jì)計(jì)算.

　　3.5.1 、支架的分類(lèi)

　　3.5.2、支架的設(shè)計(jì)計(jì)算

　　3.6、本章小結(jié)

第4章 管道補(bǔ)償器和支架選型系統(tǒng)的GUI界面設(shè)計(jì)

　　4.1、 MATLAB軟件介紹.

　　4.2、M ATLAB/GUI界面.

　　4.2.1、設(shè)計(jì)原則

　　4.2.2、設(shè)計(jì)步驟

　　4.2.3、圖形界面

　　4.3、管道補(bǔ)償器查詢系統(tǒng).

　　4.3.1、主界面

　　4.3.2、L型補(bǔ)償器的選用界面

　　4.3.3、L型補(bǔ)償器彈性力計(jì)算界面

　　4.3.4、Z型補(bǔ)償器彈性力計(jì)算界面.

　　4.3.5、單管方形補(bǔ)償器的選用界面

　　4.3.6、單管方形補(bǔ)償器彈性力計(jì)算界面

　　4.4、管道支架選型系統(tǒng).

　　4.4.1、活動(dòng)管架選用界面

　　4.4.2、活動(dòng)管架基礎(chǔ)選用界面

　　4.4.3、固定管架選用界面

　　4.4.4、固定管架基礎(chǔ)選用界面

　　4.5、本章小結(jié)

　結(jié) 論

　　隨著我國(guó)集中供熱事業(yè)在飛速發(fā)展，保證管道系統(tǒng)正常和安全的運(yùn)行成為了重中之重，我們就要對(duì)供熱管道系統(tǒng)進(jìn)行受力分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)，本文主要是從管道補(bǔ)償和管道支架兩個(gè)方面來(lái)進(jìn)行研究，通過(guò)對(duì)這兩方面的研究得出一下結(jié)論：

　　（1）管道在進(jìn)行熱補(bǔ)償?shù)臅r(shí)候，要正確的合理的選擇補(bǔ)償方式和補(bǔ)償器，根據(jù)具體的工程實(shí)際情況選取，尤其是對(duì)L型補(bǔ)償?shù)亩瘫鄣挠?jì)算和各個(gè)補(bǔ)償器的彈性力的計(jì)算，計(jì)算稍有差錯(cuò)就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)管道系統(tǒng)的損壞，總結(jié)了各類(lèi)補(bǔ)償器的選用與計(jì)算方法，在以后的工程補(bǔ)償器設(shè)計(jì)中可以更好的選擇最合理補(bǔ)償方式。

　　（2）管道在進(jìn)行受力分析時(shí)，要注意固定支架的受力分析，管道荷載進(jìn)行分類(lèi)和計(jì)算、管道間距的計(jì)算、管架在抗震中的設(shè)計(jì)、管架基礎(chǔ)的計(jì)算也是保證管道系統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵，確保整個(gè)管道系統(tǒng)的受力安全可靠。

　　（3）利用計(jì)算機(jī)軟件MIDAS CIVIL可以對(duì)管道支架進(jìn)行應(yīng)力分析和數(shù)值模擬，方便快捷的分析管架內(nèi)力的具體情況，利用計(jì)算機(jī)軟件提前模擬支架的受力情況，防患于未然。

　　（4）將管道補(bǔ)償器的選用計(jì)算和管道支架的受力計(jì)算方法結(jié)合計(jì)算機(jī)軟 件MATLAB，做出圖形用戶界面，通過(guò)此界面可以對(duì)管道補(bǔ)償進(jìn)行查詢和對(duì)管道支架進(jìn)行選型，可供工程設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)參考。參考文獻(xiàn)

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的绳索受力分析的软件_【硕士论文】供热管网管道支架载荷分析与优化设计的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

如果覺(jué)得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯(cuò)，歡迎將生活随笔推薦給好友。