核电站廊道支架埋件条件提资

马晓晴+刘晓辉

摘 要：廊道支架作为支撑管道的重要结构，其设计流程及要点具有规律性。文章从坐标系转换，提结构力学条件等方面进行了分析，对廊道支架埋件条件提资进行分析。

关键词：埋件条件；力学；坐标系转换

前言

廊道作为核电站中常见的地下通道，承担连接厂区各个子项的重要作用，是工艺介质输送的重要设施。廊道支架作为支撑廊道通行管道的重要结构，是廊道内重要的支撑结构，其设计有严谨的流程。既要满足受力要求，且应具有美观性。

1 提埋件条件的必要性

管道簇是管廊里的重要物项，包含少则一根多则数十根不同直径、输送不同介质的管道。其中不乏高温高压介质，输送距离较远，因受地形限制可能导致产生较长的直管段，可能导致产生较大的管道应力，因而支架的设计便显得尤为重要。一般针对核级管道、高温高压管道、长距离输送重要安全级管道等等都要进行力学计算。力学计算时应选取合理的支架功能。

预埋件是支架生根的重要结构部件，在土建施工图编制之前就要由布置或设备专业给结构专业提资料，以满足土建出图要求。管道布置专业应先进行管道合理的布置，根据管径及内含介质按照规范选取合理的支架设置距离及支架功能，发布管道布置图及支架布置图。后由布置专业将单根管道布置、管道部件重量、介质参数、管道运行参数、管道本身特性等必要的条件提给力学专业进行力学计算。力学专业根据支架设置、管道参数计算出各个支架处的管道在各个工况下的受力大小。设备专业根据力学报告及各个支架的形式，提出合理的预埋件或支墩条件以供支架生根，在具体的位置提出合适的大小及受力供结构专业使用，以保证结构专业埋件及支墩等支架生根点的力学核算，保证土建出图，满足施工进度要求。

2 支架功能

管道支架是管道系统的重要组成部分，按其功能可分为承受管道载荷的支架：包括恒力弹簧支吊架、可变弹簧支吊架、刚性支吊架、滑动支架、滚动支吊架；限制管道位移的支架：包括导向支架、限位支架、固定支架；控制管道振动的支架：包括减震装置和阻尼装置[1]。

3 提埋件资料过程

埋件提资料的流程简要概述如下：确定支架形式，查看布置图走向，查看力学报告，各处支架力学计算结果统计，转换为埋件及支墩结构处的受力，将埋件、支墩形式及最大受力提给结构专业。

本文以0603工程GA沟子项的支架埋件条件提出为例，对各个步骤进行详细阐述。

3.1 确定支架形式

确定支架的结构形式，并根据支架的结构形式确定支墩或埋板的形式。以管道1SEC0205-610为例进行分析。

该管道外径为610mm，管中心距离管廊侧壁为900mm，距离廊道结构层底面为1000mm。查看1SEC0205-610管道的力学报告，最大单方向受力达到28万牛，受力最大。

鉴于管道受力较大，管径较粗。宜设置非标形式支架。采用了支墩形式，带双预埋板的支架设置。以管道中心线为中心，在管道左右两侧设置预埋板，预埋板生根在结构混凝土支墩顶部。考虑到支架安装方便及支架受力较大，给结构专业提资料的预埋板大小为1100mm×330mm。预埋板长度方向与管道中心轴线方向一致。为保证管道及支架的安装，支墩需设置一个低于预埋板顶面150mm，宽度640mm的凹槽。支墩总高800mm，以保障管道及支架的安装。

3.2 力学计算坐标的输入

查看布置图中的管道走向及坐标系与力学计算模型中的管道走向及坐标系。以0603工程GA沟子项为例，选取其中一根管道1SEC0205-610为例进行分析。

布置专业提力学模型与力学建立的计算模型管道走向及坐标系设置是完全一致的。即管道坐标系X，Y，Z的方向与力学计算时模型建立的坐标系X，Y，Z的方向是完全一致的。

因而在这种情况下，管道布置的坐标系与力学计算模型的坐标系转换关系完全一致，不需要做转换。如有不一致的情况，需进行转换。

3.3 埋件坐标系与力学坐标系的转换

建立土建埋件坐标系，定义Xa，Ya，Za方向。以支架中心为中心，Xa方向为沿预埋板的长度方向，即支架处的管道中心轴线方向；Ya方向为沿预埋板宽度方向，即管道径向；Za方向即为竖直向上方向。每个支架需根据力学报告结果进行核算及设计，因力学最终计算报告中的XYZ值与力学模型中的XYZ值一致。X，Y，Z为管道力学布置模型的坐标系，而Xa，Ya，Za为支架处的局部坐标系，当管道走向发生改变时，Xa，Ya，Za与X，Y，Z的坐标对应关系就会发生改变。

当力学计算模型中的管道走向发生改变的时候，埋件处的坐标系与管道力学计算模型中的坐标系对应关系可能发生改变，即X-Xa，Y-Ya转变为X-Ya，Y-Xa的对应关系。Z-Za的对应关系不会发生改变。管道中心受力根据坐标系的转换可以分为力学坐标系与管道局部坐标系一致，即力学模型坐标系与管道局部模型XY互换两种情况。首先逐个录入力学报告中的XYZ方向的受力，然后根据坐标系转换将受力折算至埋件中心，注意区分支架类型不同会导致力学折算至埋件处会有所区别。并最终根据坐标系转换及力学折算编制公式，在EXCEL表格中可根据不同类型批量处理。

3.4 分情况确定埋件处受力

定义力学模型坐标系（X，Y，Z）与管道局部坐标系（Xa，Ya，Za）不一致时为情况A；定义力学模型坐标系（X，Y，Z）与管道局部坐标系（Xa，Ya，Za）一致时为情况B。根据支架模型，管中心到一侧埋件中心的垂直距离为0.2m，管中心到一侧埋件中心的跨距为0.484m。

对情况A，方向Xa等同于Y，方向Ya等同于X；对于情况B，方向Xa等同于X，方向Ya等同于Y。

记管道中心处的受力为FXa' FYa' FZa' MXa' MYa' MZa'。转换关系如下。情况A：FXa'=FY；FYa'=FX；FZa'=FZ；MXa'=MY；MYa'=MX；MZa'=MZ；情况B：FXa'=FX；FYa'=FY；FZa'=FZ；MXa'=MX；MYa'=MY；MZa'=MZ。

转换至单侧埋件处力矩计算如下：

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

因力矩方向较为复杂，可取绝对值相加计算。

转换至单侧埋件处受力大小根据支架类型不一致。对于支架模型，左右带两块埋件的支墩。对PF功能支架，支架处管道径向受力可均摊至左右两块埋板上；CB、GL功能支架的管道径向受力作用在或左或右其中一块埋件上；对所有CB、PF、PL、GL功能支架的竖直方向受力均可均摊至两块埋件上。

根据以上分类及计算公式，可将所有埋件上的受力计算出来，并提取最大值提给结构专业。

3.5 给结构专业提埋件条件

最终埋件大小由结构专业根据受力大小最终确定是否可以承受住，并经过交换意见后最终确定支墩及埋件大小。

4 结束语

本文以GA沟廊道SEC系统的其中一个管道为例，从查看布置图走向，根据布置情况及支架功能设计支架形式，查看力学报告，各处支架力学计算结果统计，转换为埋件及支墩结构处的受力，将埋件、支墩形式及最大受力提给结构专业等几个步骤做了简要分析。以上例子仅为众多廊道支架中的其中一种形式，廊道支架涉及各种形式，更多的是管道簇使用门形框的做法。然而，每種廊道支架的设计均有规律可循。最大的规律就是，一般一个廊道内的管道走向具有一致性，因而单个廊道内的支架一般具有同类性，因而可进行批量处理，找到受力的规律并进行统一核算，提出最大的受力，方便核算支架生根处的埋件受力。

参考文献

[1]Q/CNPE.J 105.6-2010.核电站标准支吊架手册[Z].