CN108869881B - 一种管道减隔震装置及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
一种管道减隔震装置，包括结构箍、上部管托、下部连接件和耗能部件，上部管托与结构箍连接并通过结构箍将管道固定，下部连接件与管道支座固定，管道减隔震装置相邻的纵向侧和横向侧安装有位移标尺和智能位移采集系统，其激光位移传感器与采集仪连接，采集仪通过有线或无线的方式与监控中心连接。该一种管道减隔震装置适用范围广，适用于水平和有一定坡度的管道的安装，其上部管托与管道连接牢固，其耗能部件具有一定刚度和屈服力，同时具有柔性耗能、复位、承载能力，可实现各向延性变形，降低上部管道的地震响应，减隔震效果显著，同时可对管道进行远程观测监控；该一种管道减隔震装置结构简单，安装拆卸方便，其施工方法操作简便，易于实施。
Description
技术领域
本发明涉及一种结构隔震装置及施工方法，特别是一种针对各类支承式架空管道的管道减隔震装置及其施工方法。
背景技术
（一）现有的各类支承式架空管道或采用将管道与所有支墩固结，或采用一部分支墩与管道固结，以上安装方式存在的问题是：
1．全部支墩固结的支承方式通常采用加强结构自身强度（通常采用增加支墩强度或增大管道壁厚等方式）来实现抗震的目的。这种传统的抗震方法利用结构自身的强度进行抗震，但由于结构本身的阻尼通常都很小，耗能效果差，甚至在罕遇地震时，即使按规范设计要求依然不能满足抗震能力，最终导致管道支墩或管道出现破害。对于温差变化大的管道，采用全部支墩固结将限制管道的热胀冷缩变形，导致管道出现不良应力。
2．采用部分支墩与管道固结的方式，虽然其他支墩可以滑移，但固定墩不能滑移，往往造成支墩受力不均匀，地震作用后管道沿轴向的作用力将由固定墩全部承担，从而加大固定墩及管道发生破坏的可能性；而且采用滑移支座进行支撑的管道要求管道必须保持水平，否则管道将出现轴向滑移，这种支撑方式显然不适用有一定坡度的管道（例如综合管廊内部管道因管廊空间限制，很多时候必须随着管廊坡度进行敷设）。
（二）根据减隔震技术的特点，减隔震产品应同时符合如下要求：
（1）柔性支撑：应具有一定的柔度，以延长结构周期，降低地震对上部结构的作用力；
（2）耗能能力：降低支承面处的相对变形，以便使位移在设计允许的范围内；
（3）具有一定的刚度、屈服力：在正常使用荷载下结构不发生屈服，或允许少量屈服，但不能有有害振动；
（4）具有一定的复位功能：使隔震系统在地震后尽可能的恢复到初始状态。
而现有的各类管道隔振垫存在如下不足：
1．不能满足减隔震技术的要求，且结构复杂，制造成本高，对于需要使用大量支墩进行支撑的管道来说，不够经济；
2．由于采用部分支墩与管道固结的方式，其他支墩是滑移的，滑移支座进行支撑的管道要求管道必须保持水平，因而不适用于有一定坡度的管道的安装；
3．没有对管道位移量、尤其是对管道的关键部位的监测功能，不能实时了解管道的运营状态。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种管道减隔震装置及其施工方法，以克服已有技术所存在的上述不足。
本发明采取的技术方案是：
该管道减隔震装置包括管道支座以及安装在管道支座上的下部连接件、耗能部件、上部管托和结构箍，所述下部连接件与管道支座固定连接，上部管托与下部连接件之间连接耗能部件，上部管托上部与结构箍连接并通过结构箍将管固定，所述管道支座或为混凝土支墩或为钢支架；
所述管道减隔震装置的纵向侧以及与其相邻的横向侧安装有位移标尺，包括上位移标尺和下位移标尺，上位移标尺安装在上部管托上，下位移标尺安装在下部连接件上；
所述上部管托或为整体式管托或为分体式管托，所述分体式管托包括管托座和活动托架，管托座与活动托架之间通过转动副配合，所述转动副为具有相同弧度的圆弧面或球面，所述管托座上设有用于限制活动托架横向移动的限位板；
所述管道减隔震装置安装有智能位移采集系统，所述智能位移采集系统包含采集仪、激光位移传感器和反射板，所述激光位移传感器和反射板同时安装在管道减隔震装置安装有位移标尺的纵向侧和横向侧，激光位移传感器连接在上部管托上，如上部管托为分体式管托，则激光位移传感器连接在管托座上，反射板通过反射板定位架连接在下部连接件上，且反射板与激光位移传感器位置相对，所述激光位移传感器通过连接线与采集仪连接，采集仪通过有线传输或无线传输与监控中心电连接。
其进一步的技术方案是：所述结构箍为圆钢箍、折弯板箍或钢丝绳箍。
更进一步：所述耗能部件为橡胶、或为钢板与各种橡胶组合而成的复合材料。
其另一技术方案是：
一种管道减隔震装置的施工方法，所述方法为上述的一种管道减隔震装置的施工方法，包括下述步骤：
S1：规整管道支座
S11：当管道支座为混凝土支墩时，要求混凝土支墩竖直并保持混凝土支墩上部水平；
S12：当管道支座为钢支架时，要求钢支架横梁上表面水平；
S2：连接下部连接件
将下部连接件与管道支座连接，并保持下部连接件的上平面水平；
S21：如管道支座为混凝土支墩，则先将锚栓与下部连接件连接，再将锚栓埋入混凝土支墩进行锚接；
S22：当管道支座为钢支架时，则通过螺栓或焊接的方式将下部连接件与钢支架连接；
S3：连接耗能部件
用螺栓将耗能部件与下部连接件连接牢固；
S4：连接上部管托
用螺栓将上部管托与耗能部件连接牢固；
S41：如果管道为水平敷设，则选择整体式管托，安装时用螺栓直接将整体式管托与耗能部件连接牢固；
S42：如果管道为有坡度敷设，则选择分体式管托，安装时先用螺栓将管托座与耗能部件连接牢固，再将活动托架架安装在管托座上，使活动托架在转动副的作用下根据管道的坡度自由转动，以达到需要的坡度要求；
S5：固定管道
通过结构箍将管道固定；
S6：固定限位板
管道固定好后，如果管道为有坡度敷设，则用螺栓或者焊接的方式，将限位板与活动托架连接牢固，使管道不能上下移动；
S7：安装智能位移采集系统
将激光位移传感器、反射板定位架、反射板同时固定安装在管道减隔震装置安装有位移标尺的纵向侧和横向侧，激光位移传感器连接在上部管托上，如上部管托为分体式管托，则激光位移传感器连接在管托座上，反射板通过反射板定位架连接在下部连接件上，反射板与激光位移传感器位置相对，然后用连接线与采集仪连接；
S71：对于采用有线传输的采集仪，通过连接线将采集仪与监控中心连接；
S72：对于采用无线传输的采集仪，则应调试好相应的发射和接收设备；
更进一步：对于温差变化大的管道，当管道的热胀冷缩位移量达到耗能部件的预变形量后，则需要安装位移补偿器。
由于采用上述结构，与现有技术相比，本发明之一种管道减隔震装置及其施工方法具有以下有益效果：
1．该一种管道减隔震装置上部管托2与下部连接件4之间连接耗能部件3，所述耗能部件为橡胶、或高阻尼橡胶、或钢板与各种橡胶组合而成的复合材料，具有柔性耗能、复位和承载功能，因而使得该减隔震装置具有各向延性变形能力，可降低上部管道地震响应，在其延性变形过程中产生附加阻尼，耗散部分地震能量，减少上部管道的变形位移，减震耗能大，减震效果显著；
2．由于管道与管道支座5之间连接耗能部件3，一方面在地震作用下管道变形得到协调，管道支座受力得到改善，不仅避免部分管道支座因应力过大而破坏，而且也可降低管道自身的水流振动的影响；另一方面由于耗能部件具有复位功能，地震作用后可通过其复位功能将结构重心拉回管道支座的支撑中心，避免管道震动后长期处于偏离支撑中心带来的弯矩、剪切力的影响，导致管道支座长期受剪切或弯矩而破坏；
3．使用该一种管道减隔震装置敷设支撑管道，可提高支承式管道在地震作用下的抗震能力，在罕遇地震下仍能有效保护管道结构安全，极大地提高支承式管道在地震作用下的抗震能力；同时可减少因管道破坏后引起的次生灾害；．
该一种管道减隔震装置不仅可以承载管道自重及管道内部液体重量、检修负重等荷载，而且其上部管托与管道采用附加结构连接牢固，不发生相对滑动，能更有效发挥耗能部件的耗能效果，其具有的一定刚度和屈服力，使得该一种管道减隔震装置不仅适用于水平安装，而且适用于有一定坡度的管道的安装；
4. 该一种管道减隔震装置在上部管托2与下部连接件4安装有位移标尺7，可满足常规管道的位移监测要求，对于特殊部位的需要实时监控管道的位移变形状态的管段，可安装带有智能位移监测系统的管道减隔震装置，实现对管道的变形位移状况进行远程观测监控，无需到现场了解管道的变形位移状况，只需将采集数据连接到监控室即可实时监测管道关键部位可能发生的不利情况，提前采取避免措施，预防事故发生；
5．该一种管道减隔震装置结构简单，安装拆卸方便，适用范围广，有利于地震后管道的快速维修，恢复正常功能，降低管道的维修成本，可应用于地面石油化工等工业管道的减震，也可应用于城市综合管廊内敷设的各类支承式管道；
6．对于温差变化大的管道，当管道的热胀冷缩位移量达到耗能部件的预变形量后，可安装位移补偿器，释放多余的热胀冷缩位移。
7.该一种管道减隔震装置及其施工方法操作简便，易于实施。
下面，结合附图和实施例对本发明之一种管道减隔震装置及其施工方法的技术特征作进一步的说明。
附图说明
图1～图2为实施例一之一种管道减隔震装置结构示意图（不带智能位移监测系统、整体式管托、用于水平管道敷设）：
图1为主视图，图2为左视图；
图3～图4为用实施例一之一种管道减隔震装置固定管道状态示意图：
图3为主视图，图4为左视图；
图5为用实施例一之一种管道减隔震装置水平敷设管道状态示意图；
图6～图7为实施例二之一种管道减隔震装置结构示意图（不带智能位移监测系统、分体式管托、用于有斜坡管道敷设）：
图6为主视图，图7为左视图；
图8～图9为为用实施例二之一种管道减隔震装置固定管道状态示意图：
图8为主视图，图9为左视图；
图10为用实施例二之一种管道减隔震装置有斜坡敷设管道状态示意图；
图11～图12为实施例三之一种管道减隔震装置安装管道状态示意图（带智能位移监测系统、整体式管托、用于水平管道敷设）：
图11为主视图，图12为左视图；
图13～图14为用实施例三之一种管道减隔震装置固定管道状态示意图：
图13为主视图，图14为左视图；
图15 为用实施例三之一种管道减隔震装置水平敷设管道状态示意图；
图16～图17为实施例四之一种管道减隔震装置结构示意图（带智能位移监测系统、分体式管托、用于有斜坡管道敷设）：
图16为主视图，图17为左视图；
图18～图19为用实施例四之一种管道减隔震装置固定管道状态示意图：
图18为主视图，图19为左视图；
图20为用实施例四之一种管道减隔震装置有斜坡敷设管道状态示意图；
图中：
P、P1、P2、Pn—管道减隔震装置，1—结构箍，2—上部管托，21—活动托架，22—管托座，3—耗能部件，4—下部连接件，5—管道支座，6—管道，7—位移标尺，71—上位移标尺，72—下位移标尺，8—采集仪，9—连接线，10—激光位移传感器，11—反射板，12—反射板定位架，13—监控中心，14—位移补偿器，15—限位板。
实施方式
实施例一
该管道减隔震装置包括管道支座5以及安装在管道支座上的下部连接件4、耗能部件3、上部管托2和结构箍1，所述下部连接件4与管道支座5固定连接，上部管托2与下部连接件4之间连接耗能部件3，上部管托2上部与结构箍1连接并通过结构箍将管道6固定，所述管道支座或为混凝土支墩或为钢支架；
所述管道减隔震装置的纵向侧以及与其相邻的横向侧安装有位移标尺，包括上位移标尺71和下位移标尺72，上位移标尺安装在上部管托2上，下位移标尺安装在下部连接件上；
所述结构箍1为圆钢箍；所述耗能部件3为橡胶；
所述上部管托2为整体式管托。
该实施例用于水平敷设管道的支撑固定（参见附图1-5）。
实施例二
一种管道减隔震装置，其结构与实施例一基本相同，所不同的是，所述上部管托2为分体式管托，所述分体式管托包括管托座22和活动托架21，管托座与活动托架之间通过转动副配合，所述转动副为具有相同弧度的圆弧面或球面，所述管托座上设有用于限制活动托架横向移动的限位板。
此时上位移标尺安装在管托座22上，激光位移传感器连接在管托座22上。
该实施例用于有坡度敷设管道的支撑固定（参见附图6-10）。
实施例三
一种管道减隔震装置，其结构与实施例一基本相同，所不同的是，所述管道减隔震装置安装有智能位移采集系统，所述智能位移采集系统包含采集仪8、激光位移传感器10和反射板11，所述激光位移传感器10和反射板11同时安装在管道减隔震装置安装有位移标尺的纵向侧和横向侧，激光位移传感器连接在上部管托2上，所述反射板11通过反射板定位架12连接在下部连接件4上，且反射板11与激光位移传感器10位置相对，所述激光位移传感器10通过连接线9与采集仪8连接，采集仪8通过有线传输或无线传输与监控中心13电连接。
该实施例用于水平敷设管道的支撑固定（参见附图11-15）。
实施例四
一种管道减隔震装置，其结构与实施例二基本相同，所不同的是，所述管道减隔震装置安装有智能位移采集系统，所述智能位移采集系统包含采集仪8、激光位移传感器10和反射板11，所述激光位移传感器10和反射板11同时安装在管道减隔震装置安装有位移标尺的纵向侧和横向侧，所述上部管托2为分体式管托，激光位移传感器连接在管托座22上，反射板11通过反射板定位架12连接在下部连接件4上，且反射板11与激光位移传感器10位置相对，所述激光位移传感器10通过连接线9与采集仪8连接，采集仪8通过有线传输或无线传输与监控中心13电连接。
在上述实施例一～实施例四中：
所述结构箍也可为折弯板箍或钢丝绳箍。
所述耗能部件可为高阻尼橡胶、或为钢板与橡胶组合而成的具有柔性耗能、复位、承载能力、并具有一定刚度和屈服力的复合材料。
该实施例用于有坡度敷设管道的支撑固定（参见附图16-20）。
实施例五
一种管道减隔震装置的施工方法，所述方法为上述实施例三或实施例四所述的一种管道减隔震装置的施工方法，包括下述步骤：
S1：规整管道支座
S11：当管道支座5为混凝土支墩时，要求混凝土支墩竖直并保持混凝土支墩上部水平；
S12：当管道支座为钢支架时，要求钢支架横梁上表面水平；
S2：连接下部连接件
将下部连接件4与管道支座5连接，并保持下部连接件的上平面水平；
S21：当管道支座为混凝土支墩时，则先将锚栓与下部连接件连接，再将锚栓埋入混凝土支墩进行锚接；
S22：当管道支座为钢支架时，则通过螺栓或焊接的方式将下部连接件与钢支架连接；
S3：连接耗能部件
用螺栓将耗能部件3与下部连接件4连接牢固；
S4：连接上部管托
用螺栓将上部管托2与耗能部件3连接牢固；
S41：如果管道为水平敷设，则选择整体式管托，安装时用螺栓直接将整体式管托与耗能部件3连接牢固；
S42：如果管道为有坡度敷设，则选择分体式管托，安装时先用螺栓将管托座22与耗能部件3连接牢固，再将活动托架21安装在管托座22上，使活动托架在转动副的作用下根据管道的坡度自由转动，以达到需要的坡度要求；
S5：固定管道
通过结构箍1将管道6固定；
S6：固定限位板
管道固定好后，如果管道为有坡度敷设，则用螺栓或者焊接的方式，将限位板15与活动托架21连接牢固，使管道不能上下移动；
S7：安装智能位移采集系统
将激光位移传感器10、反射板定位架12、反射板11同时固定安装在管道减隔震装置安装有位移标尺的纵向侧和横向侧，激光位移传感器连接在上部管托2上，如上部管托为分体式管托，则激光位移传感器连接在管托座22上，反射板11通过反射板定位架12连接在下部连接件4上，并使反射板11与激光位移传感器10位置相对，然后用连接线9与采集仪8连接；
S71：对于采用有线传输的采集仪，通过连接线9将采集仪8与监控中心13连接；
S72：对于采用无线传输的采集仪，则应调试好相应的发射和接收设备；
对于温差变化大的管道，当管道的热胀冷缩位移量达到耗能部件的预变形量后，则需要安装位移补偿器14。
上述施工方法为实施例三或实施例四所述的一种管道减隔震装置的施工方法，如为实施例一或实施例三之一种管道减隔震装置，其施工步骤不包含S7：安装智能位移采集系统。该管道减隔震装置包括管道支座5以及安装在管道支座上的下部连接件4、耗能部件3、上部管托2和结构箍1，所述下部连接件4与管道支座5固定连接，上部管托2与下部连接件4之间连接耗能部件3，上部管托2上部与结构箍1连接并通过结构箍将管道6固定，所述管道支座或为混凝土支墩或为钢支架；
所述管道减隔震装置的纵向侧以及与其相邻的横向侧安装有位移标尺，包括上位移标尺71和下位移标尺72，上位移标尺安装在上部管托2上，下位移标尺安装在下部连接件上；
所述结构箍1为圆钢箍；所述耗能部件3为橡胶；
所述上部管托2为整体式管托；
该实施例用于水平敷设管道的支撑固定（参见附图1-5）。
Claims (5)
1.一种管道减隔震装置，该管道减隔震装置包括管道支座（5）以及安装在管道支座上的下部连接件（4）、耗能部件（3）、上部管托（2）和结构箍（1），所述下部连接件（4）与管道支座（5）固定连接，上部管托（2）与下部连接件（4）之间连接耗能部件（3），上部管托（2）上部与结构箍（1）连接并通过结构箍将管道（6）固定，所述管道支座或为混凝土支墩或为钢支架；其特征在于：
所述管道减隔震装置的纵向侧以及与其相邻的横向侧安装有位移标尺（7），包括上位移标尺（71）和下位移标尺（72），上位移标尺安装在上部管托上，下位移标尺安装在下部连接件上；
所述上部管托（2）或为整体式管托或为分体式管托，所述分体式管托包括管托座（22）和活动托架（21），管托座与活动托架之间通过转动副配合，所述转动副为具有相同弧度的圆弧面或球面，所述管托座上设有用于限制活动托架横向移动的限位板（15）；
所述管道减隔震装置安装有智能位移采集系统，所述智能位移采集系统包含采集仪（8）、激光位移传感器（10）和反射板（11），所述激光位移传感器（10）和反射板（11）同时安装在管道减隔震装置安装有位移标尺的纵向侧和横向侧，激光位移传感器连接在上部管托（2）上，或连接在分体式管托的管托座（22）上，反射板（11）通过反射板定位架（12）连接在下部连接件（4）上，且反射板（11）与激光位移传感器（10）位置相对，所述激光位移传感器（10）通过连接线（9）与采集仪（8）连接，采集仪（8）通过有线传输或无线传输与监控中心（13）电连接。
2.如权利要求1所述的一种管道减隔震装置，其特征在于：所述结构箍为圆钢箍、折弯板箍或钢丝绳箍。
3.如权利要求1或2所述的一种管道减隔震装置，其特征在于：所述耗能部件（3）为橡胶或为钢板与橡胶组合而成的复合材料。
4. 一种管道减隔震装置的施工方法，其特征在于：所述方法为权利要求3所述的一种管道减隔震装置的施工方法，包括下述步骤：
S1：规整管道支座
S11：当管道支座（5）为混凝土支墩时，要求混凝土支墩竖直并保持混凝土支墩上部水平；
S12：当管道支座（5）为钢支架时，要求钢支架横梁上表面水平；
S2：连接下部连接件
将下部连接件（4）与管道支座（5）连接，并保持下部连接件的上平面水平；
S21：当管道支座为混凝土支墩时，则先将锚栓与下部连接件连接，再将锚栓埋入混凝土支墩进行锚接；
S22：当管道支座为钢支架时，则通过螺栓或焊接的方式将下部连接件与钢支架连接；
S3：连接耗能部件
用螺栓将耗能部件（3）与下部连接件（4）连接牢固；
S4：连接上部管托
用螺栓将上部管托（2）与耗能部件（3）连接牢固；
S41：如果管道为水平敷设，则选择整体式管托，安装时用螺栓直接将整体式管托与耗能部件连接牢固；
S42：如果管道为有坡度敷设，则选择分体式管托，安装时先用螺栓将管托座（22）与耗能部件（3）连接牢固，再将活动托架（21）架安装在管托座（22）上，使活动托架在转动副的作用下根据管道的坡度自由转动，以达到需要的坡度要求；
S5：固定管道
通过结构箍（1）将管道（6）固定；
S6：固定限位板
管道固定好后，如果管道为有坡度敷设，则用螺栓或者焊接的方式，将限位板（15）与活动托架（21）连接牢固，使管道不能上下移动；
S7：安装智能位移采集系统
将激光位移传感器（10）、反射板定位架（12）、反射板（11）同时固定安装在管道减隔震装置安装有位移标尺的纵向侧和横向侧，激光位移传感器连接在上部管托（2）上，如上部管托为分体式管托，则激光位移传感器连接在管托座（22）上，反射板（11）通过反射板定位架（12）连接在下部连接件（4）上，使反射板（11）与激光位移传感器（10）位置相对，然后用连接线（9）与采集仪（8）连接；
S71：对于采用有线传输的采集仪，通过连接线（9）将采集仪（8）与监控中心（13）连接；
S72：对于采用无线传输的采集仪，则应调试好相应的发射和接收设备。
5.如权利要求4所述的一种管道减隔震装置的施工方法，其特征在于：
对于温差变化大的管道，当管道的热胀冷缩位移量达到耗能部件的预变形量后，则需要安装位移补偿器（14）。
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