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发布：2026-06-03 · 事件：2026-06-03 08:18:54

摘自 《煤气与热力》2025年6月刊 供热管道小位移固定墩受力分析与计算实例 张雯雯 1 ，李飞 1 ，刘守领 2 ，许国春 1 ，娄裕昌 1 ，刘雪冬 1 （1.中国市政工程华北设计研究总院有限公司 第一设计研究院， 天津 300381；2.济南城投排水集团有限公司， 山东 济南 250000） 摘要：对自然补偿段的小位移固定墩进行受力分析，结合实例对小位移固定墩进行计算。固定墩推力计算不仅要考虑运行状态，还应考虑回冷状态。

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  摘自 《煤气与热力》2025年6月刊>>> 供热管道小位移固定墩受力分析与计算实例 张雯雯 1 ，李飞 1 ，刘守领 2 ，许国春 1 ，娄裕昌 1 ，刘雪冬 1 （1.中国市政工程华北设计研究总院有限公司  第一设计研究院，  天津  300381；2.济南城投排水集团有限公司，  山东  济南  250000） 摘要：对自然补偿段的小位移固定墩进行受力分析，结合实例对小位移固定墩进行计算。固定墩推力计算不仅要考虑运行状态，还应考虑回冷状态。对于非水平安装的供热管道，应对固定墩受力进行分析，合理确定供热管道与水平面夹角。 关键词：固定墩；小位移；受力分析 参考文献示例： 张雯雯，李飞，刘守领，等. 供热管道小位移固定墩受力分析与计算实例［J］. 煤气与热力，2025，45（6）：A01-A04. 1  概述 截至 2023 年末，全国城市集中供热管道长度达到 52.37×10 4  km ，同比增长 6.13% ；集中供热面积 115.49×10 8  m 2 ，同比增长 3.81% 。 高强 [1] 对 DN 1 000 mm 供热管道固定墩进行了受力分析及计算，研究了运行工况下位移为 1~10 mm 的固定墩设计推力。研究表明，固定墩所受推力随位移增大而减小，考虑固定墩位移可大幅降低固定墩所受推力，使固定墩的设计更加合理和经济。王飞等人 [2] 针对 DN 1 400 mm 及以下供热管道提出固定墩极限位移与固定墩底面至地面距离有关，根据实验得出的极限位移为 0.02 h ， h 为固定墩底面至地面距离，单位为 m 。为了安全取 0.01 h ，且不得超过 20 mm 。 本文对自然补偿段的小位移固定墩进行受力分析，结合实例对小位移固定墩进行设计。 2  固定墩受力分析 文献 [1] 对小位移固定墩受力提出了一套计算方法，据此方法对固定墩进行受力分析。某市长输热网采用 DN 1 600 mm 预制直埋保温管，设计供、回水温度为 130 、 30 ℃ 。普通管段设计压力为 2.5 MPa ，不利管段峰值压力为 3.0 MPa 。供水管采用有补偿安装方式，回水管采用冷安装方式。供水管直管段采用双向补偿器进行补偿，不设固定墩，仅在自然补偿管段（方形管段、 Z 形管段）两端设置固定墩保护弯头。本文研究对象为供水管自然补偿段的固定墩。 自然补偿段（局部）布置见图 1 。在与弯头距离为 L 位置设置固定墩，紧贴固定墩一侧的直管段设置单向补偿器（波纹管补偿器）。由于回水管工作温度较低，不需补偿和固定，因此回水管一侧的固定墩预留仅用于回水管穿越的孔。 图 1     自然补偿段（局部）布置 运行状态小位移固定墩受力见图 2 。由于管道受热膨胀，管道与土壤间产生摩擦力（方向向左），弯头对固定墩产生弹性反力（方向向左）。补偿器对固定墩产生弹性力（方向向右）、固定墩盲板力（方向向右）。由于固定墩埋设于土壤中，在各种力的作用下，假设固定墩存在微小位移，土壤会对固定墩施加主动土压力（方向向右）、被动土压力（方向向左） [1] 。考虑固定墩位移时，固定墩左侧管道过渡段变长，也会产生摩擦力，方向向左。因此， F f 实际上为摩擦合力，方向向左。 图 2     运行状态小位移固定墩受力 运行状态小位移固定墩所受向左的合力 F L 、向左的合力 F R 的计算式分别为： 对于运行结束后的回冷状态（温度为安装温度、压力不变），弯头连同管子向固定墩方向回缩，管道与土壤间的摩擦合力方向与固定墩盲板力方向相同。 回冷状态小位移固定墩受力见图 3 。回冷状态固定墩受到土壤施加的主动土压力、被动土压力的方向与运行状态相反 [1] 。考虑固定墩位移时，固定墩左侧管道过渡段也会产生摩擦力，方向向右。因此， F f 方向向右。 图 3     回冷状态小位移固定墩受力 回冷状态小位移固定墩所受向左的合力 F L 、向左的合力 F R 的计算式分别为： 3  设计实例 3.1  参数设定 采用 START 软件进行建模计算。工作管材质为 L360M ，外直径为 1 620 mm ，聚乙烯外护管外直径为 1 890 mm 。不利管段工作管壁厚为 22 mm ，普通管段工作管壁厚为 20 mm 。土壤摩擦系数取 0.4 ，土壤热导率为 2.5 W/(m·K) ，安装温度 10 ℃ ，管顶覆土深度为 2.5 m 。由于地形复杂，高差较大，充水状态的静压达 2.1 MPa ，因此重点研究回冷状态固定墩受力。经初步模拟计算，满足回冷状态受力的固定墩结构也满足运行状态受力。在 START 软件中，在拟设置固定墩的管道处，对管道进行受力模拟，根据管道受力设计固定墩。无位移固定墩设为锚固，小位移固定墩设为限位滑动。 3.2  水平安装 选取典型 Z 形管段进行研究， Z 形管段布置见图 4 ， START 软件模型见图 5 。补偿臂长度为 40 m ，固定墩与弯头距离为 L 。 图 4    Z 形管段布置 图 5    Z 形管段 START 软件模型 ①  L 的确定 L 的初始值为 20 m ，逐步（步长取 10 m ）增加至 70 m 。在设计压力、峰值压力条件下，对运行状态无位移固定墩所受推力进行模拟，选取固定墩所受推力最小时的 L 作为最佳值。模拟结果见表 1 。由表 1 可知，设计压力条件下， L 为 40 m 时固定墩所受推力最小。峰值压力条件下， L 为 50 m 时固定墩所受推力最小。因此，不利管段的 Z 形管段的 L 设定为 50 m ，普通管段的 Z 形管段的 L 设定为 40 m 。 表 1     设计压力、普通峰值压力条件下运行状态无位移固定墩所受推力随 L 的变化 ②  回冷状态 不利管段的 Z 形管段的 L 设定为 50 m ，普通管段的 Z 形管段的 L 设定为 40 m 。 设计压力、峰值压力条件下回冷状态无位移固定墩所受推力、小位移固定墩所受推力随固定墩位移的变化见表 2 。由表 2 可知，设计压力条件下回冷状态无位移固定墩所受推力为 6 310 kN ，峰值压力条件下回冷状态无位移固定墩所受推力为 7 781 kN 。设计压力、峰值压力条件下，回冷状态小位移固定墩所受推力均随固定墩位移增大而减小。回冷状态下，与小位移固定墩相比，无位移固定墩所受推力更大。 表 2     设计压力、峰值压力条件下回冷状态无位移固定墩所受推力、小位移固定墩所受推力随固定墩位移的变化 本工程按 0.01 h 预估固定墩极限位移，固定墩底面至地面距离 h 初步确定为 4.5 m ，因此固定墩极限位移控制在 45 mm 以内。为提高安全性，固定墩极限位移限值取 25 mm 。由于该工程供热管道规格大于 DN 1 400 mm ，因此比王飞等人 [2] 提出的极限位移限值（ 20 mm ）稍大。 3.3  非水平安装 实际工程中，供热管道常顺应地势敷设，因此固定墩设置位置未必在水平管段上。仍以图 4 的 Z 形管段为例，图 4 中点 B 高于点 A ，管段 BC 水平安装，点 D 高于点 C ，管段 AB 、 CD 与水平面夹角相同。夹角分别取 10° 、 15° 、 20° 进行模拟分析。不利管段的 Z 形管段的 L 设定为 50 m ，普通管段的 Z 形管段的 L 设定为 40 m 。固定墩极限位移为 25 mm 。夹角为 10° 时固定墩安装形式见图 6 。 图 6     夹角为 10° 时固定墩安装形式 夹角为 10° 、 15° 、 20° 时，设计压力、峰值压力条件下回冷状态小位移固定墩受力分别见表 3~5 。由表 3~5 可知，供热管道非水平安装易增大固定墩的垂直（ z 方向）受力。夹角越大，垂直受力越大，从而导致固定墩体积增大。此外，供热管道与水平面夹角过大也不利于沿线的水土保持，易造成水土流失和管道外露。因此，供热管道与水平面夹角宜限制在 10° 以内。 表 3     夹角为 10° 时设计压力、峰值压力条件下回冷状态小位移固定墩受力 表 4     夹角为 15° 时设计压力、峰值压力条件下回冷状态小位移固定墩受力 表 5     夹角为 20° 时设计压力、峰值压力条件下回冷状态小位移固定墩受力 4  结论 固定墩推力计算不仅要考虑运行状态，还应考虑回冷状态。对于非水平安装的供热管道，应对固定墩受力进行分析，合理确定供热管道与水平面夹角。 参考文献： [1]  高强 .   供热直埋管道固定墩受力分析（硕士学位论文） [D].   太原：太原理工大学， 2011 ： 31-54. [2]  王飞，张建伟，王国伟，等 .   直埋供热管道工程设计 [M].   北京：中国建筑工业出版社， 2014 ： 129-141. （本文责任编辑：贺明健） 声明：本文著作权（版权）归《煤气与热力》杂志社所有。 点击关注我们↘