熱力管道墻式固定墩設計探討

張 生 蘭

(太原市熱力公司，山西 太原　030012)

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熱力管道墻式固定墩設計探討

張 生 蘭

(太原市熱力公司，山西 太原030012)

介紹了熱力管道系統內墻式固定墩的作用，從墻體厚度、整體尺寸、配筋計算三方面，比較分析了T型與板型兩種墻式固定墩結構的經濟性，結果表明：板型墻式固定墩比T型墻式固定墩更加經濟合理。

熱力管網，T型墻式固定墩，板型墻式固定墩，鋼筋，配筋率

在熱力管網工程結構設計中，計算墻式固定墩較為常見，工作量較大。在我國常見的固定墩有利用與土壤之間的摩擦力作為安全儲備的，也有利用被動土壓力當作安全儲備，抵抗推力的。在墻式固定墩中常用的一般為T型墻式固定墩，即使用巨量混凝土來抵抗管道的推力。板型墻式固定墩可以減少固定墩占地大、耗工時、投資大等問題，能夠大量節約混凝土使用量及土方量。

1　概述

熱力工程中管線主要受力由工藝專業提供，有軸向力和側向力。軸向力主要有熱膨脹力、內力和熱應力。側向力由分支管產生。本文主要討論軸向力作用下的墻式固定墩。墻式固定墩在外力(熱管的軸向力)作用下，會產生位移，推動土體，使固定墩承受被動土壓力，摩擦力來抵抗以上供熱管道傳來的軸向力，固定墩的位移量是有最大限制的，當位移量達到土的最大壓縮極限時，如果繼續移動，土體會開裂，為了安全我們取0.01H(H為固定墩高度)，但最大位移量不超過20 mm,同時也要考慮管道構件的允許量。

2　T型墻式固定墩與板型墻式固定墩計算比選

1)首先要確定兩種形式固定墩墻體厚度。

設計依據：根據板受沖切承載力公式計算：

FL≤(0.7βhft+0.15бpc，m)ηumh0

(1)

因為墻體厚度不在比選范圍，如果受力相同，墻體厚度一定相同，本文不再詳細解讀公式。根據本例受力F=100 t，要滿足抗沖切需要，通過計算固定墻厚度最少1 400 mm，本例取1 500 mm。

2)確定T型墻式固定墩與板型墻式固定墩整體尺寸。墻式固定墩通常采用倒T型和板型，要使其安全運行且土建造價經濟合理，就需要對固定墩抗滑移、抗傾覆驗算。T型固定墩主要承受被動土壓力和摩擦力，板型墻式固定墩主要承受被動土壓力。驗算時，抗力只計入永久作用;抗力和滑動力、傾覆力矩、浮托力均應采用作用的標準值。

a.抗滑移計算公式(本例不考慮有地下水)：

(2)

其中，Ks為抗滑移安全系數，本例按1.3；K為固定墩后背被動土壓力折減系數，取0.4～0.7(本比選按0.6考慮)；Ep為被動土壓力，N；kp為被動土壓力系數，kp=tan2(45°+φ/2)= tan2(45°+30°/2)=3；f為固定墩底板及側面與土壤產生的摩擦力，N；Ea為作用在墻體的主動土壓力，N，當固定墩前后為粘性土時，Ea可略去；T為供熱管道作用在固定墩上的軸向力，N。

條件：管中心受力單管100 t,管中心距地面2.0 m，按粉土考慮摩擦系數(0.35)。

通過計算固定墩尺寸見表1。

表1　T型固定墩與板型固定墩計算量比選表

因為是大體積混凝土，鋼筋按最小配筋率計算ρ≥ρmin，ρ=AS/bh0。

ρmin=0.2和45ft/fy中取大值。45ft/fy=45×1.43/360=0.178,最小配筋率取0.2。

T型固定墩：

墻：AS=ρmin×bh0=0.2%×1 000×1 470=2 940 mm2。

底板：AS=ρmin×bh0=0.2%×1 000×970=1 940 mm2。

墻筋選用φ25@150，AS=3 272 mm2。

分布鋼筋按受力鋼筋的50%：

AS=2 940×0.5=1 470 mm2，φ18@150，AS=1 696 mm2。

低板筋選用φ20@150，AS=2 094 mm2。

分布鋼筋按受力鋼筋的50%:

AS=1 940×0.5=970 mm2，φ14@150,AS=1 026 mm2。

合計鋼筋用量G=4 032 kg。

板型固定墩:

Ep=1/2rh2Kp=0.5×18×42×3=432 kN/m。

F抗=8.75×432=3 780 kN。

F摩=V混凝土×r×μ=52.5×25×0.35=459 kN。

K=(F抗×0.6+F摩)/F=(3 780×0.6+459)/2 000=1.36≥1.3。

板型固定墩：

墻：AS=ρmin×bh0=0.2%×1 000×1 470=2 940 mm2。

墻筋選用φ25@150,AS=3 272 mm2。

水平鋼筋同受力鋼筋:AS=2 940 mm2,φ25@150。

合計鋼筋用量G=3 985 kg。

b.抗傾覆計算公式(本例按1.5)：

(3)

Ep=1/2ρgbh(H+h1)tg2(45°+φ/2)

(4)

其中,Kov為抗傾覆安全系數；X1為被動土壓力Ep作用點至固定墩底面距離，m；X2為主動土壓力Ea作用點至固定墩底面距離,m；G為固定墩自重，N；G1為固定墩底板上部覆土自重，N；σmax為固定墩底面對土壤的最大壓應力，Pa；f為地基承載力設計值，Pa；b，d，h分別為固定墩寬、厚、高幾何尺寸，m；h1為固定墩頂面距路面的距離，m；h2為管孔中心距路面的距離，m；H為底板底面距路面的距離，m；φ為回填土內摩擦角，砂土取30°。

經過計算只要滿足抗滑移驗算，抗傾覆就滿足要求，因為管位位于地下2 m。這里就不做詳細計算闡述。

T型墩、板型墩平面圖及剖面圖見圖1，圖2。

3)配筋計算。根據工藝專業提供的管道受力條件，通過計算求得彎矩值后，進行相應的配筋計算。鋼筋面積采用公式法計算，利用現行鋼筋混凝土設計規范GB 50010—2010 中公式：M=a1fcbx(ho-x/2)(本公式為簡化公式，不考慮受壓區鋼筋承受的壓應力)。

Ac=fcbx/fy。

根據上面公式求出x后即可得到鋼筋面積As。確定鋼筋直徑和根數。根據多年的計算經驗，大體積混凝土剛度大，滿足最小配筋率，基本符合計算要求，受力較小的要經過計算確定鋼筋面積。計算結束后進行后續繪圖工作。固定墩混凝土強度及配筋計算應符合現行國家標準GB 50010—2010混凝土結構設計規范的規定。澆筑混凝土固定墩時，混凝土強度等級不應低于C30，鋼筋直徑不應小于12，其間距不應大于200 mm。鋼筋應采用雙層布置，保護層不應小于30 mm。供熱管道穿過固定墩處，穿墻洞口周邊應設置圓形加強筋來補強切斷受力筋。

3　結論及建議

經過計算板型墩比T型墩經濟，混凝土用量可減少28%，土方開挖量可減少64%，鋼筋用量可減少1%，管位寬度增加45.7%，如果局部占道可以滿足12 m，應優先使用板型固定墩，否則用T型固定墩。由于固定墩發生位移的情況下可以減少管道所產生的伸縮力，還能增加固定墩所承受的被動土壓力，供熱管道位移有具體要求，應嚴格控制，DN1 000管徑不能超過20 mm,因此要采取措施提高回填土的密實度，用級配良好的粗砂(內摩擦角φ>30°)分層回填，壓實系數不小于0.97，務求振實，確保質量，密實度大，可以大大提高固定墩承受的被動土壓力來減少固定墩的混凝土用量，減少土建工程造價。

4　結語

在今后的設計工作中，隨著工作加深進行，專業技術水平逐步提高，以前的固定墩具有體積大，消耗材料多，道路管網密集，施工難度大，成本高等缺點，因此必須進行改良。隨著設計實踐經驗的積累和理論學習深入，讓我們的設計成果更具先進性、科學性、經濟性、合理性、實用性。

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On wall-type anchor block design for heat distribution pipelines

Zhang Shenglan

(TaiyuanThermalPowerCompany,Taiyuan030012,China)

The paper introduces the role of the wall-type anchor block in the heat distribution system, compares and analyzes the money-saving features of the T-shaped and block-type anchor blocks from the wall depth, whole sizes, and reinforcement calculation, and proves by the result that the block-wall anchor block is more economical and reasonable than the T-shaped wall anchor block.

thermal pipe network, T-shaped wall-type anchor block, plate wall-type anchor block, reinforcement, reinforcement ratio

1009-6825(2016)08-0150-02

2016-01-05

張生蘭(1966- )，女，工程師

TU832

A