摘要：本文在研究中以热力工程固定支架受力情况为核心，介绍固定支架受力分析，明确不同固定支架的受力情况，列举工程案例，根据受力参数调整热工工程管道的布置方式，提高热力工程的经济性和安全性，并为相关研究人员提供一定的借鉴和帮助。
关键词：热力工程；水平荷载；受力分析
固定支架中的管道和支撑结构不会发生相对位移，应用中可以保护弯头和三通支管不会由于应力过大而造成损坏，可以将热力管道划分成多个补偿段，实现分别补偿，进而保证热力管道的稳定性和安全性，使得补偿器稳定运行，保证热力工程效益的最大化。对此，在热力工程设计施工中，要优化固定支架布局，对固定支架受力情况进行分析，了解固定支架所受荷载是否超过承受极限值，适当调整固定支架位置，合理使用固定支架，发挥出固定支架的作用，进而提高热力工程的安全性、经济性和合理性。在这样的环境背景下，探究热力工程中固定支架的受力情况具有非常重要的现实意义。
一、热力工程中固定支架受力分析
固定支架受到荷载大小和支架管道受力状态相关，针对直埋供热管道而言，以轴向力为主要受力，具体包括水平荷载、垂直荷载等。
（一）水平荷载
水平荷载主要是限制直埋管道朝着固定支架方向进行热伸长，使得固定支架承受管道水平荷载，具体包括管道轴向力、不平衡内压力、土压力、固定支架与回填土的摩擦力；
1.管道轴向力
根据管道热伸长的具体受限情况，针对锚固段的固定支架而言，管道热伸长被完全限制，其轴向力公式为：，
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其中，代表锚固段轴向力；代表钢材线膨胀系数；E代表钢材弹性模量；、分别代表管最高温度和安装温度；v是泊桑系数，取值为0.3；代表管道内部环向应力；A代表管道环形管壁的横截面积；代表管道压力；Di代表管道内径；代表钢管公称壁厚。而针对过渡段固定支架而言，管道热伸长未被完全限制，
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，其中，其中F代表管道和土壤间的摩擦力；l代表固定支与自由端间距；代表土壤密度；g代表重力加速度；代表摩擦系数；代表管道顶部覆土深度；代表管道保护壳外径。
2.不平衡内压力
不平衡内压力主要是管道内部由于带压流体的影响，直接作用在阀门、盲板或是补偿器等部位，在截面变化的情况下，形成管道内部不平衡内压力，当固定支架安装位置在阀门、盲板或是弯头等位置时，内压力为：；当固定支架安装在补偿器位置时，内压力为：，并和管道工作压力有关，管道工作压力越大，其不平衡内压力就会越大。
3.土压力
由于固定支架深埋在土壤中，会受到土壤垂直土压力，使得固定支架对土壤形成水平推力，而土壤对固定支架形成水平反力，这种受力根据固定支架位移方向而分为主动土压力和被动土压力，主动土压力为，
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而被动土压力为：
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，本文主要考虑无粘性土情况。
4.固定支架与回填土的摩擦力
受到轴向力的影响，固定支架会产生轴向位移，即为固定支架与回填土的摩擦力，计算公式为：，其中，为底面摩擦力，公式为：；为侧面摩擦力，公式为：；。
（二）垂直荷载
基于刚性条件，固定支架的垂直荷载包括回填土重力和地面交通荷载，其中回填土重力静压力值为：
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；根据《公路桥涵设计规范》，以汽车车轮接触面积0.2*0.5m2，轴重10t为标准，其地面交通荷载压力值为：。
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二、热力工程施工中的固定支架受力影响分析
（一）固定支架受力影响分析原理
热力工程施工中，会受到资金限制、拆迁困难或是规划变化等因素的影响，必须进行分阶段施工，这种分段分工方式会对固定支架受力产生一定的影响，造成推力变化。如图1所示，为热力管道分段施工布局。
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图1 热力管道分段施工布局
在原有的施工方案设计中，计划管线布设由①至③，但由于施工原因，使得②段后的管道暂时停止施工，②段a位置加设堵板进行封堵，使得②位置形成固定支架推力，原设计固定支架压力值为：
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，而改动后固定支架压力值为
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：，其中P0A的值要超过P2，可见固定支架受力变动较大，施工中需要具体分析。
（二）工程案例分析
某DN500管线施工中，管道总长为540m，以地沟敷设为主，结构以钢筋混凝土结构为主，基地埋深为16m。本工程的固定支架位置处于隧道范围以内，为了让固定支架布设前后，其混凝土不受较大推力的影响，在固定支架周围尽量不布设伸缩缝，在固定支架施工后，在二衬结构布设纵向钢筋，供水管道固定支架和回水管道固定支架错开布置，施工布局为图2所示。
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图2 热力管道固定支架施工布局
管道线路中设置②、③、⑤等管路分支，而③段固定支架受力为：（其中）==1725kg，
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其中代表管道补偿器轴向刚度，取值为230N/mm，代表管线热膨胀量，取值为250mm。对此，在实际施工中，③段固定支架推力可取近视值1.8t。
施工中由于拆迁问题，在③段施工时停止施工，该管线实行分期施工、分段供热的运行策略，以②、③段用户供热，这种分段施工方式，使得③段固定支架受力情况发生变化，如图3所示，为改变后的施工布局情况，则③段固定支架受力为：
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，其中P0代表管线设计压力，取值为1.6MPa，A代表管道补偿器有效面积，取值为3167cm2。
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图3 改变后的热力管道固定支架施工布局情况
对此，在改变施工方式后，③段固定支架所受荷载和原设计方案中的受力情况差很多，实际施工中若选择一般支撑方式或是固定支架加固方式，一般无法满足施工质量要求，需要根据施工变动对固定支架受力情况进行重新分析和计算，制定有效的支护措施，避免③断固定支架由于受力过大而发生损坏或是变形，进而影响其他管道设备的运行。
（三）不同管网布置下的固定支架受力情况
主要有两种情况，第一，在管道施工中，选择轴向补偿器进行热伸长吸收和消耗的情况下，安装在阀门、弯头或是堵板等位置的固定支架会受到不平衡内压力的作用，即为P0A，这种不平衡内压力会随着管径增加而增加，远远大于管线上的弹性力与摩擦力，而在③段施工变化后，该段固定支架位置会接近堵板，其所受推力会明显增加；
第二，在管道施工中，选择自然补偿的方式进行热伸长吸收与消耗的情况下，③段固定支架的两侧不平衡力和内压力相互抵消，使得固定支架的受力主要是管线弹性力PK、管线与支架的摩擦力Pm。
结束语：
综上所述，在热力工程施工中，为了保证施工质量，在设计阶段要对固定支架受力情况进行分析和计算，优化施工方案，一旦施工中发生施工变动情况，势必会改变固定支架受力情况，需要协同设计人员重新分析和计算，发挥出固定支架的作用，提高热力工程的综合质量。
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