魏頔

摘 要：在整个热力管道当中，拱管的应用范围变得越来越广泛，其不仅是一种可以输送热水或者蒸汽的管道，同时也可以作为一个支撑结构。在整个设计过程当中，应该重视计算受力情况，这样才能提高其使用效果。本文针对拱形管道的设计情况和使用情况进行简要分析，希望可以给相关设计和施工的开展提供有效参考。

关键词：热力管道；大跨度拱管设计；矢跨比；拱形支架；人字形支架

在城镇的热网工程当中，管道经常需要跨越道路或者河流，这就衍生出了很多种结构，比较常见的有悬索、吊索和钢桁架，拱形管道也已得到了一定程度的应用。将钢管进行弯曲，之后加以焊接，形成一个圆弧的大跨度结构就是拱形管道，这种管道不仅是一个输送热水或者蒸汽的管道，更是一个支撑多结构，只有经过详细的受力计算才能做好设计工作。本文针对其在热力管道的应用情况进行简要介绍。

1 拱形管道的优势

对于跨度较大的管道结构来说，目前两种结构应用较为广泛，分别是拱形管道和钢桁架，二者相比起起来，钢桁架跨度很宽，但是其需要耗费较大量的钢材，并且维修难度很大，相比之下，拱形管道就能够节约大量，对于大跨度和粗管径的结构应用效果更好。除此之外，由于其结构呈现出拱形的特点，所以即便两侧支架高度较低，其底部空间仍然可以满足使用的需要。在造型上，拱形管道设计也较为多样，并且经济性较好。拱形管道的制作大多采用无缝钢管，从整体上来看，圆弧管道制作难度较低，所以应用较为广泛。由于其优势已经逐渐被人们所发掘，所以为了能够提高城市环境发展水平，拱形管道有着很广阔的发展水平。

2 关于拱形管道设计中的重点和要点

在管道跨越结构当中，拱形管道是一种非常合理的结构，在跨越中小型河流的管道结构当中，其应用是非常广泛的。正常来说，如果管径较大，则很难进行预弯，需要将一个直管进行焊接，将其变为折线拱；在如果管道直径较小，则可以首先进行热热弯，形成一个圆弧拱。

2.1 确定拱形管道强度

拱形管道在各种荷载情况之下的内力可以经过截面的相应力学计算就能够得到结果。而在计算管道的强度和稳定性时，正常来说我们往往会结合其垂直静荷载情况以及温度、风荷载、内应力等因素加以组合。

正常情况之下如果直径和跨度之间的比例较小，那仅仅靠拱形管道本身是不足以维持平面方向的稳定的，在这种情况下，我们大多会采用斜撑的方式来保证平面外的稳定，拉压杆是一个可行的设计方案。另外，斜撑提高整体刚度的同时，还提高了固有频率，对消除风振的影响也有一定作用。

2.2 拱管长细比

拱管长细比主要应从管道自重和管道与环境的协调性以及管道自身长短与粗细的协调性、美观性考虑，尤其在城市桥梁附近建设的拱管，在视觉上与城市桥梁相协调，适当长细比的拱管就如一道彩虹，成为城市一道美丽的风景。由于拱管一般都比桥梁高，所以拱管在设计时应充分考虑管道所承受的风荷载，特别是在热带风暴较频繁的沿海地带，拱管的稳定性校核需特别重视。设计中根据热力管道两根管同行的特点，推荐采用供回水管道双拱互为平面外支撑，增强拱管稳定性，两管在平面外互相倚靠，中间设拉杆连接，如图1、图2所示：

3 支墩設计

矩形空间刚架顶面按照拱支座要求，另设横梁来支承拱支座，此横梁受荷载往往较大，当采用钢筋混凝截土梁截面尺寸太大时，也有采用钢横梁。为此，这种结构横梁较多，传力途径比较长而且复杂，刚架顶面面积较大，但利用率低，并容易使拱管下弯段与顶横梁相碰。解决的办法只能将拱托支墩加高，这样对本来受力较大的支架更为不利。为了解决上述结构的不足之处，推荐采用人字型空间拱支架结构，如图3。这种结构采用二根人字型支架，再用连梁相联接，形成空间结构。这种结构最大特点是横梁较少，传力途径短，作用荷载直接。根据力学分析，在受水平力大的一侧沿管轴向，构件变形极小，水平位移量几乎为零。受力后的柱中弯矩大大减小。这样柱子截面尺寸和配筋相应减小。因此，字型支架与矩形空间支架相比较，在混凝土和钢材上要节省。此种型式使拱托支架高度较低，拱管也很容易下弯，不会与支架相碰。

4 结束语

为了提高我国能源利用率，现在我国仍然在不断推广集中供热，所这也在推动我国集中供热管网建设的发展。经过前文总结，我们已经知道供热管网本身具有较强的经济性，对在跨越河流的时候可以采用多个拱形管道，其可以形成一个多拱桥结构，不仅不会给通航造成影响，也可以大幅加快建设速度。在设计造型上也非常多样，对美化环境也能起到一些作用。本文首先探讨了拱形管道的优势，之后结合实际情况总结了设计和应用要点，希望可以给相关工作的开展提供一些参考。

参考文献

[1]吴艳飞.大跨度自承重拱形跨河供热蒸汽管道的研究与应用[J].科技传播，2014（14）.

[2]杜庆军.拱管设计及其在蒸汽管道跨越工程中的应用[J].能源与节能，2014（8）：166-167.

[3]贺兵.自动化技术在市政工程供热管道系统中的应用[J].中外企业家，2017（9）.

[4]史尚典.大口径长输供热管线中自控技术在供热工程中的应用[J].工程技术：全文版，2016（11）：00261-00261.