一种减少城市供热管道固定墩扭转位移的方法与流程

1.本发明属于市政管道工程技术领域，特别是涉及一种减少城市供热管道固定墩扭转位移的方法。


背景技术：

2.如图1～3所示，由于城市供热管道固定墩采用供水管与回水管并行的双管道布置结构，因此在城市供热管道正常工作时，供水管与回水管会产生不同方向的水平轴向力。又由于供水管产生的水平轴向力与回水管产生的水平轴向力并未作用在同一条直线上，因此供水管与回水管产生的水平轴向力同时作用在固定墩时，就会对固定墩产生扭转力矩。此外，因为固定墩周围的土体属于非刚性体，当固定墩受到扭转力矩后，就会导致固定墩发生扭转位移。再有，因为供水管产生的水平轴向力与回水管产生的水平轴向力是大小不同的，从而会进一步导致固定墩中性轴发生偏移，所导致的直接后果就是造成固定墩内部结构的严重破坏。
3.目前，针对城市供热管道固定墩扭转位移的相关研究比较鲜见，以往在城市供热管道固定墩的设计中，通常面对的都是小管径供热管道，因此固定墩的扭转位移往往忽略不计。但是随着城市化进程不断加剧，城市容量也在不断扩大，导致传统的小管径供热管道已经难以满足城市供热需要，大口径、高压力的供热管道被越来越多的采用，从而导致固定墩扭转位移问题变得越发严峻。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的问题，本发明提供一种减少城市供热管道固定墩扭转位移的方法，有效弥补了现有城市供热管道固定墩设计中的不足，一方面采用非对称式管道结构设计，使固定墩的中心线与中性轴相重合，在减少固定墩扭转位移的同时增加了固定墩的整体稳定性；另一方面通过对固定墩周围的局部土体进行加固，提高被动土压力，进而提高土体对固定墩的约束力，进一步减小固定墩的扭转位移。
5.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种减少城市供热管道固定墩扭转位移的方法，包括如下步骤：
6.步骤一：根据固定墩受到的外部载荷，确定供水管的水平轴向力n1和回水管的水平轴向力n2，且n1＞n2；
7.步骤二：在确定供水管和回水管在固定墩中的布置方案时，首先采用对称式管道结构设计，然后通过公式n1/n2＝w/u和公式w+u＝d，计算出对称式管道结构下固定墩中性轴与固定墩供水侧边缘的距离w，同时计算出对称式管道结构下固定墩中性轴与固定墩回水侧边缘的距离u；式中，d为固定墩的宽度；
8.步骤三：在固定墩周围确定受到被动土压力影响的局部土体，对局部土体进行加固，增加局部土体的被动土压力，用以提高局部土体对固定墩的约束力；
9.步骤四：将步骤二中采用的对称式管道结构设计，调整为非对称式管道结构设计，
使固定墩的中性轴与中心线相重合。
10.本发明的有益效果：
11.本发明的减少城市供热管道固定墩扭转位移的方法，有效弥补了现有城市供热管道固定墩设计中的不足，一方面采用非对称式管道结构设计，使固定墩的中心线与中性轴相重合，在减少固定墩扭转位移的同时增加了固定墩的整体稳定性；另一方面通过对固定墩周围的局部土体进行加固，提高被动土压力，进而提高土体对固定墩的约束力，进一步减小固定墩的扭转位移。
附图说明
12.图1为固定墩、供水管及回水管的组合体结构示意图(立体)；
13.图2为采用对称式管道结构设计下的固定墩、供水管及回水管的组合体结构示意图(俯视)；
14.图3为采用对称式管道结构设计下的固定墩在扭转位移时的受力示意图；
15.图4为采用本发明方法后的固定墩、供水管及回水管的组合体结构示意图(俯视)；
16.图5为采用本发明方法后的固定墩在扭转位移时的受力示意图；
17.图中，1—固定墩，2—供水管，3—回水管，4—局部土体，a—中性轴，b—中心线，n1—供水管产生的水平轴向力，n2—回水管产生的水平轴向力，l0—对称式管道结构设计中供水管与回水管的中心距，l1—非对称式管道结构设计中供水管与回水管的中心距。
具体实施方式
18.下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
19.一种减少城市供热管道固定墩扭转位移的方法，包括如下步骤：
20.步骤一：根据固定墩1受到的外部载荷，确定供水管2产生的水平轴向力n1和回水管3产生的水平轴向力n2，且n1＞n2；本实施例中，针对供水管2产生的水平轴向力n1和回水管3产生的水平轴向力n2，可以通过《城市直埋供热管道工程技术规程》中的要求进行计算确定；
21.步骤二：在确定供水管2和回水管3在固定墩1中的布置方案时，首先采用对称式管道结构设计，然后通过公式n1/n2＝w/u和公式w+u＝d，计算出对称式管道结构下固定墩1中性轴a与固定墩1供水侧边缘的距离w，同时计算出对称式管道结构下固定墩1中性轴a与固定墩1回水侧边缘的距离u；式中，d为固定墩1的宽度；
22.步骤三：在固定墩1周围确定受到被动土压力影响的局部土体4，对局部土体4进行加固，增加局部土体4的被动土压力，用以提高局部土体4对固定墩的约束力；本实施例中，加固局部土体4的方法可以选用夯实法、加筋法等；
23.步骤四：将步骤二中采用的对称式管道结构设计，调整为非对称式管道结构设计，使固定墩1的中性轴a与中心线b相重合。本实施例中，将供水管2向固定墩1的中性轴a一侧偏移，直到固定墩1的中性轴a与中心线b相重合。具体的，在对称式管道结构设计中，供水管2与回水管3的中心距可记为l0，而在非对称式管道结构设计中，供水管2与回水管3的中心距可记为l1，且l0＞l1。由于在非对称式管道结构设计中的供水管2与回水管的中心距变小，因此供水管2的水平轴向力n1和回水管3的水平轴向力n2作用在固定墩1时，对固定墩1产生
扭转力矩也相应减小，同时辅以加固后的局部土体4，便可以有效减小固定墩1的扭转位移，进而增加了固定墩1的整体稳定性，如图4、5所示。
24.实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。


技术特征：
1.一种减少城市供热管道固定墩扭转位移的方法，其特征在于包括如下步骤：步骤一：根据固定墩受到的外部载荷，确定供水管的水平轴向力n1和回水管的水平轴向力n2，且n1＞n2；步骤二：在确定供水管和回水管在固定墩中的布置方案时，首先采用对称式管道结构设计，然后通过公式n1/n2＝w/u和公式w+u＝d，计算出对称式管道结构下固定墩中性轴与固定墩供水侧边缘的距离w，同时计算出对称式管道结构下固定墩中性轴与固定墩回水侧边缘的距离u；式中，d为固定墩的宽度；步骤三：在固定墩周围确定受到被动土压力影响的局部土体，对局部土体进行加固，增加局部土体的被动土压力，用以提高局部土体对固定墩的约束力；步骤四：将步骤二中采用的对称式管道结构设计，调整为非对称式管道结构设计，使固定墩的中性轴与中心线相重合。

技术总结
一种减少城市供热管道固定墩扭转位移的方法，步骤为：根据固定墩受到的外部载荷，确定供水管的水平轴向力N1和回水管的水平轴向力N2，且N1＞N2；在确定供水管和回水管在固定墩中的布置方案时，首先采用对称式管道结构设计，然后通过公式N1/N2＝w/u和公式w+u＝d，计算出对称式管道结构下固定墩中性轴与固定墩供水侧边缘的距离w，同时计算出对称式管道结构下固定墩中性轴与固定墩回水侧边缘的距离u；式中，d为固定墩的宽度；在固定墩周围确定受到被动土压力影响的局部土体，对局部土体进行加固，增加局部土体的被动土压力，用以提高局部土体对固定墩的约束力；将对称式管道结构设计调整为非对称式管道结构设计，使固定墩的中性轴与中心线相重合。轴与中心线相重合。轴与中心线相重合。


技术研发人员：费兴彪 曹海莹 张昌盛 王平 陆法潭 蒋正义 崔鹏 袁朔
受保护的技术使用者：中冶沈勘工程技术有限公司
技术研发日：2021.12.09
技术公布日：2022/3/8