ОПОРА ТРУБОПРОВОДА Российский патент 1994 года по МПК F16L3/22 

Изобретение относится к строительству, а именно к конструкциям опор трубопроводов различного назначения, расположенных на участках трассы трубопроводов, на которых температурные деформации трубопроводов имеют составляющие перемещений, направленные как вдоль, так и поперек трассы.

На фиг. 1 изображена опора трубопровода, общий вид; на фиг.2 - вид А-А на фиг.1; на фиг.3 - вид Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - вид В-В на фиг.2; на фиг. 5 - узел I соединения колонны с фундаментом; на фиг. 6 - вид Г-Г на фиг.5; на фиг.7 - вид Д-Д на фиг.5; на фиг.8 - вид Е-Е на фиг.5.

Опора трубопровода содержит вертикально расположенную пространственную решетчатую колонну 1 с опертым на нее трубопроводом 2 и фундамент 3 этой колонны.

Колонна 1 соединена с трубопроводом 2 в узле 4, а с фундаментом 3 - в узле 5. Соединение колонны с трубопроводом является шарнирно-неподвижным.

Колонна в плане выполнена в виде ромба, одна из диагоналей которого размещена вдоль оси трубопровода (в примере, иллюстрирующем рассматриваемое решение, принято, что ромб имеет прямые углы, т.е. является квадратом). В углах ромба расположены ветви колонн и их базы с опорными листами 6, а в центре ромба - дополнительный опорный узел 9 (дополнительная опорная база) колонны 1, которым она оперта на фундамент 3. Узел 9 соединен с фундаментом 3 шарнирно-неподвижно и обеспечивает передачу на фундамент 3 действующей на колонну вертикальной нагрузки.

Для закрепления к фундаменту баз ветвей колонны фундамент имеет анкерные болты с нижними гайками 7, под которыми расположены вспомогательные элементы 8 баз ветвей колонны, служащие опорами для нижних гаек анкерных болтов.

Между нижними поверхностями опорных листов 6 баз ветвей колонны, находящихся на оси трассы (совпадающей с осью трубопровода в плане) - продольной оси колонны в плане, и расположенными под ними соответствующими опорными поверхностями фундамента 2, имеются сужающиеся в направлении вдоль трассы - от указанных ветвей колонны к ее поперечной оси в плане - зазоры 10.

Между нижними поверхностями опорных листов 8 баз ветвей колонны, находящихся на поперечной (перпендикулярной от трассы) от колонны в плане, и расположенными под ними соответствующими опорны- ми поверхностями фундамента имеются сужающиеся в направлении поперек трасы - от указанных ветвей колонны к ее продольной оси в плане - зазоры 11.

Между низом нижних гаек 7 анкерных болтов фундамента 3, предназначенных для закрепления расположенных на оси трассы трубопровода баз ветвей колонны, и верхом находящихся под ними элементов 8 этих баз, имеются расширяющиеся в направлении вдоль трассы - от поперечной оси колонны в плане вправо (для соединения базы ветки колонны с фундаментом, расположенным справа от указанной оси) и влево (для соединения базы ветви колонны с фундаментом, расположенным слева от этой оси) - зазоры 12.

Между низом нижних гаек 7 анкерных болтов фундамента 3, предназначенных для закрепления баз ветвей колонн, расположенных в плане на оси, перпендикулярной оси трассы трубопровода, и верхом находящихся под этими гайками элементов 8 указанных баз имеются расширяющиеся в направлении поперек трассы - от продольной оси колонны в плане вправо и влево - зазоры 13.

На фигурах 1, 4 и 5 пунктирными линиями показано положение проекции оси колонны. Эти пунктирные линии образуют с вертикалью (в вертикальной плоскости, проходящей по оси трасы - продольной оси колонны в плане) угол 14 ( α₁^t).

На фигурах 2, 3 6 и 8 пунктирными линиями показано положение проекции оси колонны (ее стержня) на вертикальную плоскость, проходящую по поперечной оси колонны в плане, при наибольших отклонениях колонны от вертикали, вызываемых наибольшими температурными перемещениями трубопровода 2 (имеющими две составляющие этих перемещений - направленными вдоль и поперек трассы). Эти пунктирные линии образуют с вертикалью (в вертикальной плоскости, проходящей по поперечной оси колонны в плане угол 15 ( α₂^t).

Противолежащие и разделенные зазорами опорные поверхности опорных листов без ветвей колонны, находящихся на оси трассы - продольной оси колонны в плане, и фундаменты имеют в направлении вдоль трассы (при вертикальном положении колонны) взаимный наклон под раскрывающимся от центра колонны к ее краям (влево и вправо от оси стержня вертикально расположенной колонны) углом 16 ( α₁), который не менее угла 14 (α₁^t).

Противолежащие и разделенные зазорами опорные поверхности опорных листов без ветвей колонны, находящихся на поперечной оси колонны в плане, и фундамента имеют в направлении поперек трассы (при вертикальном положении колонны) взаимный наклон под раскрывающимся от центра колонны к ее краям (влево и вправо от оси стержня вертикально расположенной колонны) углом 17 ( α₂), который не менее угла 15 ( α₂^t).

Указанный выше взаимный наклон противолежащих опорных поверхностей опорных листов баз ветвей колонны и фундамента в рассматриваемом решении образован за счет того, что находящиеся под горизонтально расположенными (при вертикальном положении колонны) опорными листами баз ветвей колонны опорные поверхности фундамента выполнены к горизонтальной поверхности с уклоном.

В соединениях с фундаментом баз ветвей колонны, находящихся в плане на оси трассы трубопровода, нижняя плоскость нижней гайки 7 каждого анкерного болта и противолежащая ей плоскость элемента 8 базы ветви колонны имеют взаимный наклон в направлении вдоль трассы под углом 18 (α₁≥α₁^t), который по величине и направлению раскрытия соответствует углу 16 ( α₁≥α₁^t ).

В соединениях с фундаментом баз ветвей колонны, находящихся в плане на оси, перпендикулярной оси трассы трубопровода, нижняя плоскость нижней гайки 7 каждого анкерного болта и противолежащая ей плоскость элемента 8 базы ветви колонны имеют взаимных наклон в направлении поперек трассы под углом 19 ( α₂≥α₂^t), который по величине и направлению раскрытия соответствует углу 17 ( α₂≥α₂^t).

Величины зазоров 10 и 12 таковы, что прилегание и совмещение в одной плоскости противолежащих и разделенных этими зазорами соответствующих поверхностей опорных листов баз ветвей колонн, находящихся на оси трассы трубопровода - продольной оси колонны в плане, и фундамента, а также нижних гаек 7 анкерных болтов и элементов 8 указанных баз ветвей колонны происходит одновременно при повороте колонны в направлении вдоль трассы вокруг опорной поверхности дополнительного опорного узла 9 (дополнительной опорной базы) колонны на угол 16 (α₁≥α₁^t), т.е. зазоры 10 и 12 в соединениях ветвей колонны с фундаментом, расположенные с противоположных сторон от поперечной оси колонны в плане, закрываются одновременно с совмещением указанных противолежащих контактных поверхностей в одной плоскости при соответствующем отклонении колонны от вертикали в направлении вдоль трассы на угол 16 (α₁≥α₁^t).

Величины зазоров 11 и 13 (т.е. зазоров соответственно под опорными листами баз ветвей колонны, расположенных на поперечной оси колонны в плане, и под нижними гайками анкерных болтов фундамента, служащих для закрепления этих баз) имеют такую же взаимосвязь, как и зазоры 10 и 12 и назначаются аналогично.

Дополнительный опорный узел 9 колонны, выполненный на пересечении продольной и поперечной осей колонны в плане, имеет традиционную конструкцию и обеспечивает шарнирное неподвижное соединение с фундаментом.

При монтаже конструкций трассы трубопровода каждую колонну предложенной конструкции целесообразно устанавливать вертикально и фиксировать в направлениях вдоль и поперек трассы с помощью анкерных болтов, предназначенных для закрепления ветвей колонны, установив в зазоры 12 и 13 под нижние гайки 7 этих анкерных болтов временные прокладки. После окончания монтажа всех колонн и трубопровода трассы эти прокладки удаляются.

В процессе эксплуатации трубопроводов работа их опор предложенной конструкции происходит следующим образом. При изменении температуры (по отношению к температуре ведущего трубопровода при его замыкании - выполнении последнего стыка) происходит его удлинение (или укорочение), которое вызывает соответствующее отклонение от вертикали колонны 1, имеющее составляющие этого отклонения как в направлении вдоль трассы, так и в направлении поперек трассы. Это отклонение колонны происходит свободно, не вызывая каких-либо сопротивлений, так как конструкция соединения колонны с фундаментом в период температурных перемещений обеспечивает шарнирный характер его работы (как в направлении вдоль трассы, так и в направлении поперек трассы): свободный поворот колонны вокруг опорной поверхности ее дополнительного опорного узла (с составляющими этого поворота, направленными как вдоль, так и поперек трассы) происходит за счет наличия зазоров 10 и 12, а также 11 и 13 (под опорными листами 6 соответствующих анкерных болтов) и шарнирному неподвижному соединению дополнительного опорного узла 9 с фундаментом 3.

Однако шарнирные свойства соединения колонн с фундаментом в направлении вдоль и поперек трассы (при которых колонна работает как маятниковая, воспринимая только вертикальные нагрузки) сохраняются только до с момента прилегания противолежащих поверхностей опорных листов 6, опускающихся вниз (при соответствующем отклонении колонны от вертикали - при соответствующих составляющих этого отклонения, направленных вдоль и поперек трассы) баз ветвей колонны и фундамента, а также нижних гаек 7 анкерных болтов и элементов 8, расположенных с противоположной стороны колонны соответствующих поднимающихся вверх баз ее ветвей. После того, как в каждом из двух направлений одновременно - в направлении вдоль трассы и в направлении поперек трассы - или первоначально в одном из этих направлений - или в направлении вдоль трассы, или в направлении поперек трассы - опорные листы 6 баз ветвей колонны, расположенные с той стороны, в которую направлен наклон колонны преодолевают в результате соответствующего поворота колонны находящиеся под ними зазоры 10 и 11 одновременно (или первоначально только зазор 10, или только зазор 11) и обопрутся на расположенные под этими листами поверхности фундамента 3 и одновременно с этим элементы 8 баз ветвей колонны, расположенных со стороны, противоположной направлению наклона колонны - напротив расположенных на продольной линии поперечной оси колонны в плане опертых на фундамент баз ветвей (или опертой на фундамент первоначально одной из двух опускающихся вниз при рассматриваемом повороте колонны баз ветвей), примкнут к находящимся над ними нижним гайкам анкерных болтов, соединение колонны с фундаментом в направлении вдоль и поперек трассы одновременно (в случае одновременного закрытия соответствующих зазоров 10 и 12, 11 и 13) или первоначально в одном из этих направлений в случае, когда или в направлении вдоль трассы, или в направлении поперек трассы закрытие указанных зазоров под опорным листом 6 соответствующих анкерных болтов происходит в первую очередь становится жестким, воспринимающим как вертикальные, так и действующие в направлении приобретенной соединением колонны с фундаментом жесткости горизонтальные нагрузки.

Опора трубопровода, исключая полностью (или резко сокращая при соответствующем варианте количества, расположения и типа опирания трубопроводов, например в случае расположения опирающихся на колонну или ее траверсы трубопроводов в два или более ярусов), возникающие при традиционном решении опоры от температурных перемещений трубопроводов горизонтальные силы, направленные вдоль и поперек трассы, и вызываемые ими изгибающие моменты позволяет значительно снизить материалоемкость опоры - уменьшить сечение ветвей и элементов решетки колонны, уменьшить диаметры анкерных болтов, закрепляющих базы ветвей колонны, облегчить базы ветвей, уменьшить фундамент и расход на него арматуры.

Сущность изобретения, на фундаменте установлена пространственная металлическая решетчатая колонна, имеющая чутырехугольное поперечное сечение. В углах колонны в основании расположены опорные базы несущих ветвей на крепежных элементах. Трубопровод щарнирно-неподвижно установлен на колонне, выполненном с поперечным сечением в виде ромба, одна из диагоналей которого установлена вдоль оси трубопровода. Расположенная под опорными базами верхняя поверхность фундамента выполнена с уклонами, направленными от центра ромба к базам. В центре колонны размещена дополнительная опорная база, шарнирно-неподвижно соединенная с фундаментом. Базы ветвей установлены к фундаменту и крепежным элементам с зазорами и с возможностью поворота колонны на дополнительной базе на величину больше ее поворота от наибольших температурных перемещений трубопровода до жесткого соединения колонны с фундаментом. 8 ил.

ОПОРА ТРУБОПРОВОДА, содержащая установленную на фундаменте пространственную металлическую решетчатую колонну, имеющую четырехугольное поперечное сечение, в углах которой в основании расположены опорные базы несущих ветвей на крепежных элементах, и трубопровод, шарнирно неподвижно установленный на колонне, отличающаяся тем, что колонна выполнена с поперечным сечением в виде ромба, одна из диагоналей которого установлена вдоль оси трубопровода, а расположенная под опорными базами верхняя поверхность фундамента выполнена с уклонами, направленными от центра ромба к опорным базам, при этом колонна снабжена размещенной в ее центре дополнительной опорной базой, шарнирно неподвижно соединенной с фундаментом, а базы ветвей колонны установлены к фундаменту и крепежным элементом с зазорами и с возможностью поворота колонны на дополнительной опорной базе на величину больше ее поворота от наибольших температурных перемещений трубопровода до жесткого соединения колонны с фундаментом.