Опорные конструкции

Опоры служат для восприятия усилия от трубопроводов и передачи их на несущие конструкции или грунт, а также для обеспечения организованного совместного перемещения труб и изоляции при температурных деформациях. Опоры являются одними из ответственных даталей теплопроводов. От конструктивного решения и качества выполнения опорных конструкций во многом зависит надежность работы стальных тепловых сетей в целом. При сооружении теплопроводов применяют опоры двух типов: подвижные и неподвижные.

Подвижные опоры воспринимают вес теплопровода и обеспечивают его свободное перемещение на строительных конструкциях при температурных деформациях. При перемещении трубопровода подвижные опоры перемещаются вместе с ним. Подвижные опоры используют при всех способах прокладки, кроме бесканальной. При бесканальной прокладке теплопровод укладывается на нетронутый грунт или тщательно утрамбованный слой песка. При этом подвижные опоры предусматривают только в местах поворота трассы и установки П-образных компенсаторов, т. е. на участках, где трубопроводы прокладывают в каналах.

Подвижные опоры испытывают главным образом вертикальные нагрузки от массы трубопроводов, но, кроме того, всегда получают и некоторые горизонтальные усилия, возникающие за счет трения; величина этих горизонтальных нагрузок на опору будет зависеть от конструктивного решения опоры. Расстояния между подвижными опорами определяют расчетом на прочность. По принципу свободного перемещения различают опоры скольжения, качения и подвесные. Скользящие опоры (рис. 2. 16), получившие наибольшее распространение, применяют независимо от направления горизонтальных перемещений трубопроводов при всех способах прокладки и для всех диаметров труб. Эти опоры просты по конструкции и надежны в эксплуатации.

Типовые конструкции опор выполняют высокими и низкими. Высокие опоры (140 мм) применяют для трубопроводов с толщиной теплоизоляции более 80 мм; низкие опоры (90 мм) используют для прокладки трубопроводов с толщиной тепловой изоляции до 80 мм и при прокладке в мокрых грунтах. При монтаже трубопроводов опоры устанавливают на железобетонные подушки, в верхней части которых закреплены специальные металлические закладные элементы, выступающие из бетона нд RHP.OTV ПО 20 мм и обеспечивающие беспрепятственное скольжение стальных опор. Размеры подушек в плане и их армирование определяют расчетом на прочность из условия передачи нагрузки от труб с изоляцией и теплоносителем через бетонное дно канала на грунт.

Катковые опоры (рис. 2. 17) применяют для труб диаметром 175 мм и более при осевом перемещении труб, при прокладке в тоннелях, коллекторах, на кронштейнах и на отдельно стоящих опорах. Применение Катковых опор в непроходных каналах нецелесообразно, так как без надзора и смазки они быстро корродируют, перестают вращаться и начинают работать фактически как скользящие опоры. Катковые опоры обладают меньшим трением, чем скользящие, однако при плохом уходе катки перекашиваются и могут заклиниваться. Поэтому им необходимо дать правильное направление. Для этого в катках предусматривают кольцевые выточки, а на опорной плите — направляющие планки.

Роликовые опоры (рис. 2. 18) применяют редко, так как трудно обеспечить вращение роликов. При установке роликовых опор важно хорошо централизовать оси цапф в опорных угольниках во избежание заеданий. Опорные угольники, в которых вращается ролик, приваривают непосредственно к несущей конструкции. Катковые и роликовые опоры надежно работают на прямолинейных участках сети. На поворотах трассы трубопроводы перемещаются не только в продольном, но и в поперечном направлении. Поэтому установка Катковых и роликовых опор на криволинейных участках не рекомендуется.

В этом случае используют шариковые опоры (рис. 2.19), которые, как и катковые, предусматриваются при прокладке в тоннелях, коллекторах, на кронштейнах

Если по местным условиям прокладки теплопроводов относительно несущих конструкций скользящие и катковые опоры не могут быть установлены, применяются подвесные опоры (рис. 2. 20). Нежесткая конструкция подвески позволяет опоре легко поворачиваться и перемещаться вместе с трубопроводом. В результате по мере удаления от неподвижной опоры углы поворота подвесок увеличиваются, соответственно возрастает перекос трубопровода и напряжение в тягах под действием вертикальной нагрузки трубопровода. В результате подвески, расположенные вблизи компенсатора, перегружаются, в то время как подвески, расположенные вблизи неподвижной опоры, недогружены. В силу этого трудно добиться равномерной нагрузки опор и горизонтальности подвешенного трубопровода, поэтому при подвесных опорах недопустимо применение сальниковых компенсаторов, весьма чувствительных к перекосам.

В связи с этим на участках с простыми подвесными опорами следует применять компенсаторы, нечувствительные к перекосам — естественную компенсацию, П-образные компенсаторы и др.

Подвесные опоры по сравнению со скользящими создают на горизонтальных участках значительно меньшие усилия вдоль оси трубы. Длина жестких подвесок должна приниматься для водяных тепловых сетей не менее десятикратного теплового перемещения подвески, наиболее удаленной от неподвижной опоры. Для обеспечения регулирования высоты подвески труб применяются подвесные опоры со стяжной скобой (рис. 2.20,6). В некоторых случаях во избежание перекосов подвесные опоры снабжаются пружинами (рис. 2.20,б), разгружающими теплопровод от неравномерного напряжения. Пружинные подвесные опоры целесообразно применять на участках вертикального перемещения трубопроводов. Подвесные опоры применяются большей частью при воздушной прокладке тепловых сетей, при прокладке на мостах, по стенам и колоннам промышленных сооружений и в других случаях.

В тепловых сетях могут применяться также направляющие опоры, регулирующие перемещения теплопроводов при их температурных деформациях (рис. 2. 21). Их применяют при необходимости обеспечения компенсации непрямолинейного участка теплопровода сальниковыми компенсаторами. Типовые конструкции направляющих опор отсутствуют, а разрабатываемые индивидуально не всегда отвечают необходимым требованиям. Направляющие опоры применяют в исключительных случаях, так как они могут вызывать защемление и излишние напряжения в трубах и перекосы в сальниковых компенсаторах.

Неподвижными опорами трубопроводы как бы делятся на самостоятельные участки. С помощью неподвижных опор трубы жестко закрепляют в определенных точках трассы между компенсаторами или участками с естественной компенсацией температурных деформаций, которые воспринимают, кроме вертикальных нагрузок значительные горизонтальные усилия, направленные по оси трубопровода и складывающиеся из неуравновешенных сил внутреннего давления, сил сопротивления свободных опор и реакции компенсаторов. Наибольшее значение имеют силы внутреннего давления. Поэтому для облегчения конструкции опоры стараются расположить ее на трассе таким образом, чтобы внутренние давления в трубопроводе были уравновешены и не передавались на опору. Те опоры, на которые реакции внутреннего давления не передаются, называются разгруженными неподвижными опорами; те же опоры, которые должны воспринимать неуравновешенные силы внутреннего давления, называются неразгруженными опорами.

Существуют промежуточные и концевые опоры. На промежуточную опору действуют усилия с обеих сторон, на концевую — с одной. Горизонтальную осевую нагрузку на неподвижную опору определяют: а) на концевую опору—как сумму сил, действующих на опору; б) на промежуточную опору — как разность сумм сил, действующих с каждой стороны опоры; при этом меньшую сумму сил, за исключением неуравновешенных сил внутреннего давления, принимают с коэффициентом 0,7. Неподвижные опоры труб рассчитывают на наибольшую горизонтальную нагрузку при различных режимах работы теплопроводов, в том числе при открытых и закрытых задвижках. При кольцевой схеме тепловых сетей следует учитывать возможность движения теплоносителя с любой стороны. Кроме усилий, на неподвижные опоры часто передаются также изгибающие и крутящие моменты, действующие на трубопровод. Величины этих силовых моментов определяют в каждом конкретном случае для заданной схемы и режи- ма работы теплопровода. Тип неподвижной опоры и ее конструкцию определяют на основании усилий, действующих на нее.

Неподвижные опоры предусматривают на трубопроводах при всех способах прокладки тепловых сетей. От правильного размещения неподвижных опор по длине трассы тепловых сетей во многом зависит величина температурных деформаций и напряжений в трубах. Неподвижные опоры устанавливают на ответвлениях трубопроводов, в местах размещения запорной арматуры, сальниковых компенсаторов. На трубопроводах с П-образными компенсаторами неподвижные опоры размещают между компенсаторами. При бесканальных прокладках тепловых сетей, когда не используется самокомпенсация трубопроводов, неподвижные опоры рекомендуется устанавливать на поворотах трассы.

Расстояние между неподвижными опорами определяют исходя из заданной конфигурации трубопроводов, температурных удлинений участков и компенсирующей способности устанавливаемых компенсаторов. Неподвижные закрепления трубопроводов выполняют различными конструкциями, которые должны быть достаточно прочными и жестко удерживать трубы, не допуская их перемещения относительно поддерживающих конструкций.

Конструкции неподвижных опор состоят из двух основных элементов: несущих конструкций (балок, железобетонных плит), на которые передаются усилия от трубопроводов, и собственно опор, при помощи которых осуществляется неподвижное закрепление труб (приварные косынки, хомуты). В зависимости от способа прокладки и места установки применяют неподвижные опоры: упорные, щитовые и хомутовые. Опоры с вертикальными двусторонними упорами и лобовые fpnc. 2.22) применяют при установке их на каркасах в камерах_и тоннелях и при прокладке трубопроводов в проходных, полупроходных и в непроходных каналах. Щитовые опоры (рис. 2.23), применяют как при бесканальнои прокладке, так и при прокладке теплопроводов в непроходных каналах при размещении опор вне камер.

Щитовые неподвижные опоры представляют собой вертикальные железобетонные щиты с отверстиями для прохода труб. Осевые усилия передаются на железобетонный щит приваренными к трубопроводу с обеих сторон кольцами, усиленными ребрами жесткости. До недавнего времени между трубой и-бетоном прокладывали асбест. В настоящее время применение асбестовых набивок не допускается. Нагрузка от трубопроводов тепловых сетей через щитовые опоры передается на днище и стенки канала, а при бесканальной прокладке — на вертикальную плоскость грунта. Щитовые опоры выполняют с двойным симметричным армированием, так как действующие усилия от труб могут быть направлены в противоположные стороны. В нижней части щита делают отверстия для прохода воды (в случае попадания ее в канал). Хомутовые опоры (рис. 2.24), как правило, применяют при надземной прокладке трубопроводов и при прокладке Ё тоннелях. Хомутовые неподвижные опоры удобны для закрепления труб, уложенных На балках, кронштейнах и Других устройствах.

Авдолимов Е. М., Шальнов А. П. Водяные тепловые сети. — М.: Стройиздат, 1984.