架空輸水鋼管新型滑動支座研究

許志剛 王金華 王 蓓

（山東省水利勘測設計院，山東濟南 250013）

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架空輸水鋼管新型滑動支座研究

許志剛 王金華 王 蓓

（山東省水利勘測設計院，山東濟南 250013）

【摘 要】本文介紹了一種架空輸水鋼管新型滑動支座，該支座將工程塑料合金自潤滑材料與傳統滑動支座結合，具有承載能力高、滑動摩擦系數小、結構簡單、安裝加工方便、使用壽命長、免維護等優點。降低了鋼管支座處的軸向荷載，從而簡化了混凝土排架柱設計。

【關鍵詞】架空輸水鋼管；自潤滑材料；滑動支座

隨著人口的增加和工農業的發展，需水量不斷增加，為緩解水資源的緊缺，輸水管道工程的實施日益增多。輸水管道跨越河道、公路、鐵路等建筑物時，一般采用開槽埋地或頂管穿越，但受地形、地貌、施工環境等因素的限制，經常遇到管道架空穿越的情況。架空輸水管道通常為鋼管，通過鋼管支座支承在混凝土排架柱頂部，采用單跨或多跨的型式穿越。架空輸水鋼管由于露天布置，受環境溫度的影響將產生伸長或縮短，從而在鋼管支座處產生軸向荷載，該荷載通過混凝土排架柱傳遞至地面基礎。當混凝土排架柱高度較大時，鋼管支座處軸向荷載對混凝土排架柱的設計影響較大。因此，架空輸水鋼管選擇合適的鋼管支座對簡化混凝土排架柱設計、降低工程投資具有重要意義。本文以山東省膠東地區引黃調水工程高疃泵站—星石泊泵站輸水管道架空輸水鋼管支座為例進行探討交流。

1　工程概況

山東省膠東地區引黃調水工程高疃泵站—星石泊泵站輸水管道設計流量5.5m3/s，采用泵站加壓輸水方式，線路全長約60.4km。在跨鐵路、跨公路處需架空輸水管道，架空管道總長度210m，管道工作壓力1.0 MPa，管道距地面4～10m，架空管道選用螺旋鋼管，內直徑2.2m，根據線路布置跨度15.5m，每兩跨設雙鋼管支座和伸縮器，鋼管支座支承在混凝土排架柱上。

2　傳統鋼管支座

架空輸水鋼管支座通常采用以下幾種型式。

2.1鞍型支座

直接將混凝土墩體做成與鋼管外壁成120°的包角，在鋼管的外管壁與混凝土墩體接觸的部位加焊加強板，在混凝土墩體相應位置預埋鋼板，為保證鋼管的軸向位移，在管壁加強板與混凝土墩體預埋鋼板之間加設墊層。這種支座型式結構簡單，但在鋼管產生軸向位移時摩擦阻力較大，同時在支座處的鋼管承受載荷較小。當管徑較小時，此種支座型式采用較多。

2.2滑動支座

在鋼管支承處設置剛性支承環，支承環支承在軌道上，軌道通過預埋螺栓固定在混凝土排架柱上。由于設置了支承環，鋼管在支承處的承載能力較高，并且結構簡單，但在鋼管產生軸向位移時支承處的摩擦阻力較大。

2.3滾軸或搖擺支座

滾軸或搖擺支座的支座型式都是在鋼管支承處設置剛性支承環，滾軸支座的支承方式是在支承環與混凝土排架柱之間采用滾軸支承，滾軸通過上下支承板分別與支承環、混凝土排架柱連接，滾軸采用線接觸布置；搖擺支座的支承方式是在支承環與混凝土排架柱之間采用鉸接的搖臂，上端以圓弧面與支承環的平板接觸，下端通過固定鉸座固定于混凝土排架柱上。這兩種支座型式采用較多，其承載能力較高，都是將鋼管產生軸向位移時，把支承處的滑動摩擦變為滾動摩擦，從而大大減小了摩擦阻力。

通過以上幾種支座型式的比較，滑動、滾軸和搖擺支座都可以應用到該工程上。但是滾軸和搖擺支座都普遍存在結構復雜、制造安裝煩瑣、檢修維護困難等缺點，且由于結構尺寸大、重量高，傳遞給混凝土排架柱的附加荷載也較高，給混凝土排架柱的結構設計帶來諸多不便?；瑒又ё哂薪Y構簡單、承載力高、制造安裝及檢修維護方便等優點，但其存在鋼管產生軸向位移時支承處的摩擦阻力大的缺點，限制了這種支座型式的應用范圍。

3　新型滑動支座

該工程管道架空高度較高，跨度、管道直徑較大，由于受地形、地貌及施工環境影響，混凝土排架柱尺寸需盡量減小，因此鋼管與混凝土排架柱之間采用何種支座型式直接影響混凝土排架柱設計。傳統滑動支座結構型式簡單、承載力高，如果能夠解決傳統滑動支座在鋼管產生軸向位移時摩擦阻力高的問題，其應用前景必然非常廣泛。新型滑動支座在傳統滑動支座基礎上，通過改進支座與混凝土排架柱支承型式和支承接觸面材質，使其承載力提高的同時摩擦阻力大幅降低，減小了鋼管支座處產生的軸向荷載。

3.1新型滑動支座的結構

工程塑料合金自潤滑材料由于具有承載能力強、摩擦系數低、動靜摩擦系數相近等特點，現已普遍應用到各類工程領域，但在架空鋼管工程中應用不多。根據架空輸水鋼管的特點，針對傳統滑動支座的結構型式、支座接觸方式進行分析研究，將工程塑料合金自潤滑材料與傳統滑動支座結合，既保留了傳統滑動支座結構簡單的優點，又具有承載能力高、摩擦系數低的特性。新型滑動支座主要由鋼管支承環、上支承座板、下支承座板構成。上支承座板在安裝現場調整好后固定于鋼管支承環上，下支承座板固定于混凝土排架柱的預埋鋼板上，固定方式可采用螺栓連接或焊接；上支承座板結構型式為U形結構，U形槽內焊有不銹鋼滑板，兩側焊有不銹鋼滑條；下支承座板結構型式也為U形結構，U形槽內設置有工程塑料合金自潤滑滑塊。安裝時應使上、下支承座板緊密接觸，兩側預留一定的間隙，工程塑料合金自潤滑滑塊只在裝配時涂上潤滑油，以后工作中有潤滑或無潤滑都可以保證正常使用。新型滑動支座布置如圖1所示，支承結構布置如圖2所示。

3.2新型滑動支座的優點

a.結構簡單，便于制造安裝。滑動支座支承環與支承座可以分別加工，然后現場進行裝配，其結構尺寸小、重量輕，安裝簡便，不需要大型起重機械，人工即可完成。

b.低摩擦系數、高承載能力。滑動支座與架空鋼管采用鋼管支承環連接，并且與混凝土排架柱之間采用面接觸布置型式，使其承載能力有了極大的提高。選用不銹鋼板及工程塑料合金自潤滑滑塊間的平面作為支座的滑移面，使其摩擦阻力大大降低。

圖1　新型滑動支座布置示意圖

圖2　支承結構布置示意圖

c.免維護，便于工程運行管理。工程塑料合金自潤滑滑塊其獨有的自潤滑性、耐腐蝕性及抗磨損性使鋼管支座檢修維護的可能性大大降低，方便了工程的運行管理。該滑塊還具有出色的彈性和自恢復性，從而使鋼管支座具有一定的位差調節能力，緩解了管道局部應力過高的現象。

4　結 語

新型滑動支座既能承受較高的豎向荷載，又能適應鋼管在溫度變化時沿軸向的變形；并且摩擦系數小，從而使其傳給混凝土排架柱的軸向荷載大大降低；同時還具有結構簡單、安裝加工方便、使用壽命長、免維護等優點，應用范圍非常廣泛。完全可以替代水電站明管和架空輸水鋼管傳統的滾軸或搖擺支座，具有較高的經濟性和實用性。■

參考文獻

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DO l:1O.16616/j.cnki.11-4446/TV.2O16.O2.O2O

Research on overhead water conveyance steel PiPe novel sliding suPPort

XU Zhigang，WANG Jinhua，WANG Bei
（Shandong Survey and Design Institute ofWater Conservancy，Jinan 250013，China）

Abstract：In the paper，an overhead water conveyance stee1 pipe nove1s1iding support is introduced.Engineering p1astic a11oy se1f-1ubricatingmateria1s is combined with traditiona1s1iding support in the support.Ithas advantages of high bearing capacity，sma11 s1iding friction coefficient，simp1e structure，convenient insta11ation and processing，1ong service 1ife，maintenance-free，etc.Axia1 1oad on the stee1 pipe support is reduced，thereby simp1ifying concrete bent frame co1umn design.

Key words：overhead water conveyance stee1pipe；se1f-1ubricatingmateria1s；s1iding support

中圖分類號：TV672＋.2

文獻標志碼：B

文章編號：1005-4774（2016）02-0075-03