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構，其設計流程及要點具有規律性。文章從坐標系轉換，提結構力學條件等方面進行了分析，對廊道支架埋件條件提資進行分析。

關鍵詞：埋件條件；力學；坐標系轉換

前言

廊道作為核電站中常見的地下通道，承擔連接廠區各個子項的重要作用，是工藝介質輸送的重要設施。廊道支架作為支撐廊道通行管道的重要結構，是廊道內重要的支撐結構，其設計有嚴謹的流程。既要滿足受力要求，且應具有美觀性。

1 提埋件條件的必要性

管道簇是管廊里的重要物項，包含少則一根多則數十根不同直徑、輸送不同介質的管道。其中不乏高溫高壓介質，輸送距離較遠，因受地形限制可能導致產生較長的直管段，可能導致產生較大的管道應力，因而支架的設計便顯得尤為重要。一般針對核級管道、高溫高壓管道、長距離輸送重要安全級管道等等都要進行力學計算。力學計算時應選取合理的支架功能。

預埋件是支架生根的重要結構部件，在土建施工圖編制之前就要由布置或設備專業給結構專業提資料，以滿足土建出圖要求。管道布置專業應先進行管道合理的布置，根據管徑及內含介質按照規范選取合理的支架設置距離及支架功能，發布管道布置圖及支架布置圖。后由布置專業將單根管道布置、管道部件重量、介質參數、管道運行參數、管道本身特性等必要的條件提給力學專業進行力學計算。力學專業根據支架設置、管道參數計算出各個支架處的管道在各個工況下的受力大小。設備專業根據力學報告及各個支架的形式，提出合理的預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構專業使用，以保證結構專業埋件及支墩等支架生根點的力學核算，保證土建出圖，滿足施工進度要求。

2 支架功能

管道支架是管道系統的重要組成部分，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、滑動支架、滾動支吊架；限制管道位移的支架：包括導向支架、限位支架、固定支架；控制管道振動的支架：包括減震裝置和阻尼裝置[1]。

3 提埋件資料過程

埋件提資料的流程簡要概述如下：確定支架形式，查看布置圖走向，查看力學報告，各處支架力學計算結果統計，轉換為埋件及支墩結構處的受力，將埋件、支墩形式及最大受力提給結構專業。

本文以0603工程GA溝子項的支架埋件條件提出為例，對各個步驟進行詳細闡述。

3.1 確定支架形式

確定支架的結構形式，并根據支架的結構形式確定支墩或埋板的形式。以管道1SEC0205-610為例進行分析。

該管道外徑為610mm，管中心距離管廊側壁為900mm，距離廊道結構層底面為1000mm。查看1SEC0205-610管道的力學報告，最大單方向受力達到28萬牛，受力最大。

鑒于管道受力較大，管徑較粗。宜設置非標形式支架。采用了支墩形式，帶雙預埋板的支架設置。以管道中心線為中心，在管道左右兩側設置預埋板，預埋板生根在結構混凝土支墩頂部。考慮到支架安裝方便及支架受力較大，給結構專業提資料的預埋板大小為1100mm×330mm。預埋板長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，支墩需設置一個低于預埋板頂面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 力學計算坐標的輸入

查看布置圖中的管道走向及坐標系與力學計算模型中的管道走向及坐標系。以0603工程GA溝子項為例，選取其中一根管道1SEC0205-610為例進行分析。

布置專業提力學模型與力學建立的計算模型管道走向及坐標系設置是完全一致的。即管道坐標系X，Y，Z的方向與力學計算時模型建立的坐標系X，Y，Z的方向是完全一致的。

因而在這種情況下，管道布置的坐標系與力學計算模型的坐標系轉換關系完全一致，不需要做轉換。如有不一致的情況，需進行轉換。

3.3 埋件坐標系與力學坐標系的轉換

建立土建埋件坐標系，定義Xa，Ya，Za方向。以支架中心為中心，Xa方向為沿預埋板的長度方向，即支架處的管道中心軸線方向；Ya方向為沿預埋板寬度方向，即管道徑向；Za方向即為豎直向上方向。每個支架需根據力學報告結果進行核算及設計，因力學最終計算報告中的XYZ值與力學模型中的XYZ值一致。X，Y，Z為管道力學布置模型的坐標系，而Xa，Ya，Za為支架處的局部坐標系，當管道走向發生改變時，Xa，Ya，Za與X，Y，Z的坐標對應關系就會發生改變。

當力學計算模型中的管道走向發生改變的時候，埋件處的坐標系與管道力學計算模型中的坐標系對應關系可能發生改變，即X-Xa，Y-Ya轉變為X-Ya，Y-Xa的對應關系。Z-Za的對應關系不會發生改變。管道中心受力根據坐標系的轉換可以分為力學坐標系與管道局部坐標系一致，即力學模型坐標系與管道局部模型XY互換兩種情況。首先逐個錄入力學報告中的XYZ方向的受力，然后根據坐標系轉換將受力折算至埋件中心，注意區分支架類型不同會導致力學折算至埋件處會有所區別。并最終根據坐標系轉換及力學折算編制公式，在EXCEL表格中可根據不同類型批量處理。

3.4 分情況確定埋件處受力

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

對情況A，方向Xa等同于Y，方向Ya等同于X；對于情況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'。轉換關系如下。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。

轉換至單側埋件處力矩計算如下：

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

因力矩方向較為復雜，可取絕對值相加計算。

轉換至單側埋件處受力大小根據支架類型不一致。對于支架模型，左右帶兩塊埋件的支墩。對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。

根據以上分類及計算公式，可將所有埋件上的受力計算出來，并提取最大值提給結構專業。

3.5 給結構專業提埋件條件

最終埋件大小由結構專業根據受力大小最終確定是否可以承受住，并經過交換意見后最終確定支墩及埋件大小。

4 結束語

本文以GA溝廊道SEC系統的其中一個管道為例，從查看布置圖走向，根據布置情況及支架功能設計支架形式，查看力學報告，各處支架力學計算結果統計，轉換為埋件及支墩結構處的受力，將埋件、支墩形式及最大受力提給結構專業等幾個步驟做了簡要分析。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，每種廊道支架的設計均有規律可循。最大的規律就是，一般一個廊道內的管道走向具有一致性，因而單個廊道內的支架一般具有同類性，因而可進行批量處理，找到受力的規律并進行統一核算，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

[1]Q/CNPE.J 105.6-2010.核電站標準支吊架手冊[Z].