架空输水钢管新型滑动支座研究

许志刚 王金华 王 蓓

（山东省水利勘测设计院，山东济南 250013）



架空输水钢管新型滑动支座研究

许志刚 王金华 王 蓓

（山东省水利勘测设计院，山东济南 250013）

【摘 要】本文介绍了一种架空输水钢管新型滑动支座，该支座将工程塑料合金自润滑材料与传统滑动支座结合，具有承载能力高、滑动摩擦系数小、结构简单、安装加工方便、使用寿命长、免维护等优点。降低了钢管支座处的轴向荷载，从而简化了混凝土排架柱设计。

【关键词】架空输水钢管；自润滑材料；滑动支座

随着人口的增加和工农业的发展，需水量不断增加，为缓解水资源的紧缺，输水管道工程的实施日益增多。输水管道跨越河道、公路、铁路等建筑物时，一般采用开槽埋地或顶管穿越，但受地形、地貌、施工环境等因素的限制，经常遇到管道架空穿越的情况。架空输水管道通常为钢管，通过钢管支座支承在混凝土排架柱顶部，采用单跨或多跨的型式穿越。架空输水钢管由于露天布置，受环境温度的影响将产生伸长或缩短，从而在钢管支座处产生轴向荷载，该荷载通过混凝土排架柱传递至地面基础。当混凝土排架柱高度较大时，钢管支座处轴向荷载对混凝土排架柱的设计影响较大。因此，架空输水钢管选择合适的钢管支座对简化混凝土排架柱设计、降低工程投资具有重要意义。本文以山东省胶东地区引黄调水工程高疃泵站—星石泊泵站输水管道架空输水钢管支座为例进行探讨交流。

1　工程概况

山东省胶东地区引黄调水工程高疃泵站—星石泊泵站输水管道设计流量5.5m3/s，采用泵站加压输水方式，线路全长约60.4km。在跨铁路、跨公路处需架空输水管道，架空管道总长度210m，管道工作压力1.0 MPa，管道距地面4～10m，架空管道选用螺旋钢管，内直径2.2m，根据线路布置跨度15.5m，每两跨设双钢管支座和伸缩器，钢管支座支承在混凝土排架柱上。

2　传统钢管支座

架空输水钢管支座通常采用以下几种型式。

2.1鞍型支座

直接将混凝土墩体做成与钢管外壁成120°的包角，在钢管的外管壁与混凝土墩体接触的部位加焊加强板，在混凝土墩体相应位置预埋钢板，为保证钢管的轴向位移，在管壁加强板与混凝土墩体预埋钢板之间加设垫层。这种支座型式结构简单，但在钢管产生轴向位移时摩擦阻力较大，同时在支座处的钢管承受载荷较小。当管径较小时，此种支座型式采用较多。

2.2滑动支座

在钢管支承处设置刚性支承环，支承环支承在轨道上，轨道通过预埋螺栓固定在混凝土排架柱上。由于设置了支承环，钢管在支承处的承载能力较高，并且结构简单，但在钢管产生轴向位移时支承处的摩擦阻力较大。

2.3滚轴或摇摆支座

滚轴或摇摆支座的支座型式都是在钢管支承处设置刚性支承环，滚轴支座的支承方式是在支承环与混凝土排架柱之间采用滚轴支承，滚轴通过上下支承板分别与支承环、混凝土排架柱连接，滚轴采用线接触布置；摇摆支座的支承方式是在支承环与混凝土排架柱之间采用铰接的摇臂，上端以圆弧面与支承环的平板接触，下端通过固定铰座固定于混凝土排架柱上。这两种支座型式采用较多，其承载能力较高，都是将钢管产生轴向位移时，把支承处的滑动摩擦变为滚动摩擦，从而大大减小了摩擦阻力。

通过以上几种支座型式的比较，滑动、滚轴和摇摆支座都可以应用到该工程上。但是滚轴和摇摆支座都普遍存在结构复杂、制造安装烦琐、检修维护困难等缺点，且由于结构尺寸大、重量高，传递给混凝土排架柱的附加荷载也较高，给混凝土排架柱的结构设计带来诸多不便。滑动支座具有结构简单、承载力高、制造安装及检修维护方便等优点，但其存在钢管产生轴向位移时支承处的摩擦阻力大的缺点，限制了这种支座型式的应用范围。

3　新型滑动支座

该工程管道架空高度较高，跨度、管道直径较大，由于受地形、地貌及施工环境影响，混凝土排架柱尺寸需尽量减小，因此钢管与混凝土排架柱之间采用何种支座型式直接影响混凝土排架柱设计。传统滑动支座结构型式简单、承载力高，如果能够解决传统滑动支座在钢管产生轴向位移时摩擦阻力高的问题，其应用前景必然非常广泛。新型滑动支座在传统滑动支座基础上，通过改进支座与混凝土排架柱支承型式和支承接触面材质，使其承载力提高的同时摩擦阻力大幅降低，减小了钢管支座处产生的轴向荷载。

3.1新型滑动支座的结构

工程塑料合金自润滑材料由于具有承载能力强、摩擦系数低、动静摩擦系数相近等特点，现已普遍应用到各类工程领域，但在架空钢管工程中应用不多。根据架空输水钢管的特点，针对传统滑动支座的结构型式、支座接触方式进行分析研究，将工程塑料合金自润滑材料与传统滑动支座结合，既保留了传统滑动支座结构简单的优点，又具有承载能力高、摩擦系数低的特性。新型滑动支座主要由钢管支承环、上支承座板、下支承座板构成。上支承座板在安装现场调整好后固定于钢管支承环上，下支承座板固定于混凝土排架柱的预埋钢板上，固定方式可采用螺栓连接或焊接；上支承座板结构型式为U形结构，U形槽内焊有不锈钢滑板，两侧焊有不锈钢滑条；下支承座板结构型式也为U形结构，U形槽内设置有工程塑料合金自润滑滑块。安装时应使上、下支承座板紧密接触，两侧预留一定的间隙，工程塑料合金自润滑滑块只在装配时涂上润滑油，以后工作中有润滑或无润滑都可以保证正常使用。新型滑动支座布置如图1所示，支承结构布置如图2所示。

3.2新型滑动支座的优点

a.结构简单，便于制造安装。滑动支座支承环与支承座可以分别加工，然后现场进行装配，其结构尺寸小、重量轻，安装简便，不需要大型起重机械，人工即可完成。

b.低摩擦系数、高承载能力。滑动支座与架空钢管采用钢管支承环连接，并且与混凝土排架柱之间采用面接触布置型式，使其承载能力有了极大的提高。选用不锈钢板及工程塑料合金自润滑滑块间的平面作为支座的滑移面，使其摩擦阻力大大降低。

图1　新型滑动支座布置示意图

图2　支承结构布置示意图

c.免维护，便于工程运行管理。工程塑料合金自润滑滑块其独有的自润滑性、耐腐蚀性及抗磨损性使钢管支座检修维护的可能性大大降低，方便了工程的运行管理。该滑块还具有出色的弹性和自恢复性，从而使钢管支座具有一定的位差调节能力，缓解了管道局部应力过高的现象。

4　结 语

新型滑动支座既能承受较高的竖向荷载，又能适应钢管在温度变化时沿轴向的变形；并且摩擦系数小，从而使其传给混凝土排架柱的轴向荷载大大降低；同时还具有结构简单、安装加工方便、使用寿命长、免维护等优点，应用范围非常广泛。完全可以替代水电站明管和架空输水钢管传统的滚轴或摇摆支座，具有较高的经济性和实用性。■

参考文献

［1］ 王留超.大型输水钢管断裂原因分析及抢修措施探讨［J］.水利建设与管理，2015（8）:8-9.

［2］ 王兵.压力钢管明管滚轮支承埋件安装方法:平衡梁安装法［J］.水利建设与管理，2006（11）:40-42.

［3］ 李志强.金属复合材料在永定新河进洪闸的运用［J］.水利建设与管理，2000（4）: 65-67.

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

中图分类号：TV672＋.2

文献标志码：B

文章编号：1005-4774（2016）02-0075-03