管道支吊架便捷计算功能（管道支吊架设计与建模）

管道支吊架是用以承受管道荷载、控制管道位移和振动，并将管道荷载传递到承载建筑结构上的各种组件或装置。一般由管部、功能件、连接件和根部组成。

01支吊架分类和装置

管道按照性能，分为恒力支吊架、变力弹簧支吊架、刚性吊架、滑动支架、滚动支吊架五类。

1.恒力支吊架：用以承受管道垂直荷载，且其承载力不随支吊点处管道垂直位移的变化而变化，即荷载保持基本恒定的支吊架。

2.变力弹簧支吊架：用以承受管道垂直荷载，其承载力随着支吊点处管道垂直位移的变化而变化的弹性支吊架。

3.刚性吊架：用以承受管道重直荷载并约束管系在支吊点处垂直位移的吊架。

4.滑动支架：将管道支承在滑动底板上，用以承受管道垂直荷载并约束管系在支吊点处垂直位移的支架。

5.滚动支吊架：将管道支承在滚动部件上，用以承受管道垂直荷载并约束管系在支吊点处垂直位移的支吊架。

此外，支吊架安装时，一般需要安装以下装置使支吊架达到预期使用目标：导向装置、限位装置、固定支架、减振装置、阻尼装置。

1.导向装置：用以引导管道沿预定方向位移而限制其他方向位移的装置。水平管道的导向装置也可承受管道的垂直荷载。

2.限位装置：用以约束或部分限制管系在支吊点处某一个或某几个方向位移的装置。它通常不承受管道的垂直荷载。

3.固定支架：用以将管系在支吊点处完全约束而不产生任何线位移和角位移的刚性装置。

4.减振装置：用以控制管道低频高幅晃动或高颊低幅振动，对管系的热胀或冷缩有一定约束的装置。

5.阻尼装置：用以承受管道地震荷载或冲击荷载，控制管系高速振动位移，同时允许管系自由地热胀冷缩的装置。

02支吊架设计规范

为保证管道支吊架设计成果符合行业规范，保障支吊架的使用安全，管道支吊架设计需遵循以下内容：

1.在设计和选用管道支吊架时，可根据管道工作温度范围按表1对管道系统进行分级。

2.支吊系统应保证管道自由的位移或控制管道按预期的要求位移，包括设备接口的端点位移，并为管道系统提供其运行特性所需要的控制度。

3.确定支吊架间距时，应使管道荷载合理分布，并应满足疏水及介质排放的要求。

4.支吊架结构型式应根据管道布置、周围的建筑结构以及邻近管道和设备布置情况选择。支吊架应支承在可靠的构筑物上，且不应影响设备检修以及其他管道的安装和胀缩。

5.支吊架结构和连接(包括螺纹连接和焊接)应满足强度和刚度要求，并应简单可靠。除非选用经验证的标准支吊架零部件，支吊架结构和连接应进行强度和/或刚度计算。

6.支吊架应具有安装过程中能调整管道垂直高度的措施。对于公称尺寸DN65或更大管道的吊架,应具有在承载条件下直接调节垂直高度的能力。

7.支吊架应能承受管道和相关设备在各种工况下所施加的静力荷载和规定的动力荷载。支吊架零部件应按对其结构最不利的组合荷载进行选择和设计。在管道支吊架设计时，应计入下列各项(但不限于)荷载：

a）管子、阀门、管件及绝热层的重力；

b）支吊架零部件的重力；

c）管道输送介质的重力；

d）若输送介质较轻，则计入水压试验或管路清洗时的介质重力；

e）管道中柔性管件(如波形膨胀节、滑动伸缩节、柔性金属软管等)由于内部压力产生的作用力；

f）支吊架约束管道位移(包括热胀、冷缩、冷紧、自拉和端点附加位移)所承受的约束反力和力矩；

g）管道或管道绝热层外表面温度<20 ℃的室外管道受到的雪荷载；

h）正常运行时，由于种种原因引起的管道振动力；

i）室外管道受到的风荷载；

j）管内流体动量瞬时突变(如水锤、汽锤等)引起的瞬态作用力；

k）流体排放产生的反力；

l）地震引起的荷载。

8.支吊架结构设计应根据使用过程中各种可能的工况下在结构上可能同时出现的荷载分别进行荷载效应组合，并取其中最不利组合进行设计。

9.对于装有变力弹簧支吊架的管系，各个支吊架所承受的管系重力荷载应计及变力弹簧支吊架在冷状态和热状态下承载力的变化，并由此引起荷载向邻近刚性支吊架的转移。

10.水平方向限位的支吊装置在其约束方向的荷载还应计及管系中各活动支吊架因摩擦力约束管道位移所引起的荷载传递。

11.在荷载效应组合时，当永久荷载效应对结构有利时，永久荷载取其计算值；当永久荷载效应对结构不利时，对由可变荷载效应控制的组合永久荷载应取其计算值的1.2倍，对由永久荷载效应控制的组合永久荷载应取其计算值的1.35倍。

12.室外管道受到的雪荷载和风荷载可按GB 50009中规定的方法计算。

13.动力荷载应根据荷载的动力特性乘以相应的动载系数。

03管道支吊架建模

管道支吊架设计时，除了应满足上述设计规范，还需要选择合适的建模软件，如业内知名的管道设计软件AutoPIPE。

AutoPIPE除了能进行管道的支吊架设计和分析，还能进行管道整体设计和应力分析，并提供高级线性分析功能包括非线性水力测试、集成式墙热渐变、内置流体瞬态分析、热分层或弯曲和地震反应光谱封装分析等。下面，我们一起来看下软件的简介和具体功能：

AutoPIPE是专用于管道应力分析的高级综合软件工具。其直观的建模环境和高级分析功能有助于提高工作效率，改进质量控制效果。

软件功能

1.元件属性库

AutoPIPE包括全面的元件属性库，包括管段、大小头、三通、阀门、法兰等管件库，型钢截面库以及各种约束条件的管道支吊架库（固定支架、导向支架、弹簧吊架等）。此外，还包括根据温度和许用应力数据的基于ASME/ANSI, JIS, DIN，GB等标准的材质库。

2.弹簧吊架设计

AutoPIPE可分析计算一种或多种操作条件下的弹簧吊架，程序可根据结果直接自动选择厂商数据库中的弹簧（现有国内华东和西北电力院的标准）。

3.附属钢结构模型

AutoPIPE提供了内置的钢结构框架分析，用户可将结构支撑考虑为管道系统的一个部分进行分析。AutoPIPE内置有STAAD的型钢库，用户也可自定义型钢库。对于钢结构框架，在程序中和管道模型一样采用直观的可视化图形用户界面，用户可直观对模型和荷载条件进行定义。

4.非线性分析选项

AutoPIPE提供了包括导向支架的摩擦和缝隙，双线性弹簧吊及埋地管线等多种非线性分析的选项。用户可在支撑点指定摩擦和缝隙的参数，从而进行真实情况的边界条件模拟。AutoPIPE的独特性还在于提供指定非线性荷载次序，如，用户可指定风载、地震等在自重条件下立即进行分析，也可指定在热载下进行分析。这样，用户就可精确的分析计算非线性荷载在不同工况下的影响。

5.局部应力计算

AutoPIPE提供和WinNOZL软件的接口来对设备管嘴连接处的局部应力进行分析，可选用WRC107、WRC297、BS5500、API650等不同标准进行分析。而且，对于加强板等的计算，是AutoPIPE独有的特性，且适用于各种形状的设备。从AutoPIPE中直接导出管道系统的荷载特性进行局部应力计算，不仅大大节省时间，而且避免了人工错误。

6.有限元分析理论

AutoPIPE是采用内置的有限元分析机理来解决静力和动力条件下管道及其附属结构的应力分析的程序，但用户却并不需要有复杂的有限元理论基础。

7.动力分析

动力分析包括模态分析和自然频率分析，反应波谱分析，衰减谐波分析以及时程分析等。AutoPIPE还内置了流体的瞬时冲击合成分析。利用管网脉动分析软件PULS，用户可计算流体脉动的荷载并将其输入到AutoPIPE中进行管道应力的动力分析。

8.校核标准

AutoPIPE包含下列通用国际标准：

• ASME B31.1, B31.3, B31.4, B31.8
• Canadian CAN/CSA – Z66
• British Standards BS 806 and BS 7159 (GRP Piping Code
• Japanese MITI 501, Class 3 piping, Japanese General Fire Protection code, and
• Japanese KHK Seismic Levels 1 & 2

9.高级特性

AutoPIPE提供了诸多独特的高级特性，具体有如浪载、埋地分析、管道和管廊的相互作用、局部应力分析、时程分析、流体冲击瞬时合成、非线性摩擦、安全阀、FRP/GRP管道以及夹套管分析等。

10.质量认证

AutoPIPE通过了严格的安全认证审查，如10CFR50 App. B，ASME NQA-1，ANSI N45.2等，而且AutoPIPE 是通过核安全认证的管道应力分析软件。

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