核电厂中，管道支吊架及管道数量繁多且较复杂。文中以某核电厂某系统的一个管道应力分析单元为例，以管道应力计算的专业软件为平台，采用有限元方法进行数值模拟计算，对复杂管道系统中管道支吊架进行了布置设计。
计算模型
计算模型中的基本参数：材料为不锈钢Tu42C，大管道公称直径700mm，管道壁厚12．5mm，总长度约43m，保温层的线密度为0．560N／mm；小管道公称直径4o0mm，管道壁厚8．0mm，总长度约25m，保温层的线密度为0．317N／mm；管内流体均为水，计算温度90℃，压力为4bar，抗地震等级为2级。管道系统的三维模型如图l所示。计算的有限元模型见图2，共划分134个单元，节点数为135。
计算结果与分析
通过数值模拟计算，设计结果见表2～5和图3。该模型中管道支吊架布置设计的难点在于热膨胀载荷和地震载荷作用下的支吊架布置和功能选择。在热胀载荷作用下，大管道和小管道的热胀位移方向不一致，很容易使三通成为应力危险点。另一方面，由于大管道的竖直段较长，增加了考虑重力和地震载荷时的设计困难。以上两个方面是在设计中重点关注的。
从管道的走向和几何尺寸，管道支吊架可以比较容易地确定支架1，2，3，4，1l，12，13，l5的功能类型为G。由于支架4在靠近三通处，处于敏感区，其位置需要在计算中不断调整，其余几个LG类型支架的位置都可以直接确定。确定以上支架以后进行计算，输出图3中编号为510与l4处的位移，计算结果见表2，3，同时，管道支吊架得到支架3承受的重力载荷为163．3kN；支架4承受的地震载荷为223．5kN，该力来自大管上面水平段的地震冲击。
从表3可以看出，应力比值远超出了设计标准和规范的要求，没有达到设计目的，需要设计其它支架。管道支吊架由于支架3承受的重力载荷太大，需要在编号5的位置设计一个支架，为了解决重力和热胀的矛盾，将支架5设计成弹簧吊架。分析表2的计算结果，支架6设计为轴向和横向约束，可以解决支架4地震力过大的问题，支架7为承重支架；支架8处的水平地震位移很大，可将支架8设计为横向约束；支架9处的水平热胀位移较大，设计为承重支架；支架10处的水平热胀位移小，地震位移大，管道支吊架设计为横向约束支架；支架14处的轴向和竖直方向的位移较大，设计为轴约束和竖直约束的支架。支架6～10和14的设计，很好地解决了大管道重力、热胀和地震载荷之间的矛盾。计算的应力比值和管道支吊架反力都满足相关的设计标准、规范，达到了设计目的，见表4，5。
沧州五森管道设备有限公司 管道支吊架
