CN104372967A - 一种自然通风冷却塔用斜支柱结构及其施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自然通风冷却塔用斜支柱结构及其施工方法。该结构包括斜支柱结构，其中斜支柱结构由多个支柱榀架相互连接成环形结构，支柱榀架为由钢管和填充在钢管内的混凝土构成的钢管-混凝土组合结构；支柱榀架包括环梁、墩柱和支柱，其中支柱的顶端与环梁连接，其底端与墩柱连接；所述的支柱为X型支柱或V型支柱。施工方法为斜支柱内的混凝土及型钢管-混凝土组合结构环梁内的混凝土采用自底部注入、一次或分段顶升法浇筑，分段环梁通过焊接组装成整体环梁。本发明具有斜支柱横截面尺寸小、结构延性好、施工速度快、使用寿命长、整塔造价相对便宜、后期维护容易且维护成本低等优点。

Description

一种自然通风冷却塔用斜支柱结构及其施工方法
技术领域
本发明属于工业自然通风冷却塔技术领域，特别涉及一种自然通风冷却塔用斜支柱结构及其施工方法。
背景技术
大型自然通风冷却塔大多数采用钢筋混凝土结构，也有少数采用钢结构。由于受施工水平及施工机具等的限制，自然通风冷却塔的斜支柱大部分采用钢筋混凝土现浇结构，也有少数采用钢筋混凝土预制结构。其中，现浇钢筋混凝土斜支柱，由于其整体性好、对施工起吊机具要求低，是我国已建或在建的大型自然通风冷却塔广泛采用的结构体系。
针对自然通风冷却塔，特别是高位收水冷却塔、间接空冷冷却塔而言，由于其进风口高度普遍较高，传统的钢筋混凝土斜支柱往往需要分段施工，斜支柱施工模板脚手架支撑体系也越来越复杂，施工费用高，施工周期长，越来越不适应对缩短施工工期和降低工程造价的要求。
鉴于工业冷却塔设计、建造的现状，有必要提出一种新型结构体系，以期缩短施工工期和降低造价。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种自然通风冷却塔用斜支柱结构及其施工方法；该斜支柱结构能够缩短施工周期、降低工程造价、具有良好可维护性。
为实现上述目的，本发明采取如下技术解决方案：
一种自然通风冷却塔用斜支柱结构，包括斜支柱结构，其中斜支柱结构由多个支柱榀架相互连接成环形结构，所述的支柱榀架为由钢管和填充在钢管内的混凝土构成的钢管-混凝土组合结构；所述的支柱榀架包括环梁、墩柱和支柱，其中支柱的顶端与环梁连接，其底端与墩柱连接；所述的支柱为X型支柱或V型支柱。
所述的支柱结构为圆方钢管混凝土结构、矩形钢管混凝土结构、圆形钢管混凝土结构和钢管-腹板组合混凝土结构，其中钢管-腹板组合混凝土结构包括双圆钢管-双腹板组合混凝土结构、四圆钢管-四腹板组合混凝土结构、双圆-钢管格构式结构或四圆-钢管格构式混凝土结构，所述的腹板均与圆钢管外切焊接形成腔体，相对的腹板之间通过若干排间隔布置的拉条连接，相邻的圆钢管之间通过连接钢管连接形成格构式结构。
所述的混凝土设置在圆钢管内和腹板围成的腔体内。
所述的环梁结构为带底面外模板和侧面外模板的型钢结构，混凝土填充在由底面外模板和侧面外模板围成的腔体中；所述的型钢为方钢、圆钢或角钢。
所述的支柱榀架通过相邻的环梁焊接拼装成斜支柱结构。
所述的支柱榀架还设有临时硬支撑，硬支撑一端与地面接触，另一端与支柱榀架连接。
所述的支柱底部还设有混凝土注入孔，顶部设有排气口。
一种自然通风冷却塔用斜支柱结构的施工方法，包括以下步骤：钢管、腹板和型钢分段制造，然后组装成环梁、墩柱和支柱的钢管，进而焊接成支柱榀架框架；吊装就位、矫正支柱位置后，单个支柱榀架框架的环梁通过拼接组装成整体环梁，即得到斜支柱结构的钢管框架；再采用自底部注入、一次或分段顶升法浇筑钢管内混凝土，得到斜支柱结构的钢管-混凝土组合结构。
进一步，所述的斜支柱结构的焊接过程中通过在支柱榀架框架焊接硬支撑进行吊装就位。
进一步，所述的支柱结构为圆方钢管混凝土结构、矩形钢管混凝土结构、圆形钢管混凝土结构和钢管-腹板组合混凝土结构，其中钢管-腹板组合混凝土结构包括双圆钢管-双腹板组合混凝土柱、四圆钢管-四腹板组合混凝土结构、双圆-钢管格构式结构或四圆-钢管格构式混凝土结构，所述的腹板均与圆钢管外切焊接形成腔体，相对的腹板之间通过若干排间隔布置的拉条连接，相邻的圆钢管之间通过连接钢管连接形成格构式结构；所述的混凝土设置在圆钢管内和腹板围成的腔体内。
相对于现有技术，本发明具有以下优点：
根据计算分析和试验证明，本发明自然通风冷却塔用钢管混凝土斜支柱结构体系，具有良好的力学性能，具有横截面尺寸小、结构延性好、施工支撑体系简单、施工周期短、后期维护容易且维护成本低等优点，通过对传统结构体系的调研及分析计算，在满足结构安全和施工要求，可作为大型自然通风冷却塔采用的斜支柱结构体系。
相对于传统结构体系，该新结构体系的主要特点如下：
(1)横截面尺寸小，工程造价低，具有多种型式的柱截面；
(2)结构延性好，满足强度及抗震要求；
(3)结构施工吊装就位采用临时硬支撑，不需要复杂的施工模板脚手架支撑架构，支撑体系简单，施工方便；
(4)管内混凝土采用底部注入一次或分段顶升法施工，避免了传统钢筋混凝土斜支柱需要分段浇筑的弊端，施工速度快；
(5)后期可维护性好和维护成本低。
该结构体系经过数模分析及物模研究，以及典型的节点研究，表明结构具有良好的力学性能，可广泛应用于自然通风冷却塔的斜支柱支撑体系结构设计。
附图说明
图1为X型斜支柱的冷却塔；1a为X型斜支柱的冷却塔立体图；1b为X型斜支柱的冷却塔主视图；1c为X型斜支柱的冷却塔俯视图；
图2为V型斜支柱的冷却塔；2a为V型斜支柱的冷却塔立体图；2b为V型斜支柱的冷却塔主视图；2c为V型斜支柱的冷却塔俯视图；
图3为自然通风冷却塔的斜支柱横截面；3a为圆方钢管混凝土结构；3b为矩形钢管混凝土结构；3c为圆形钢管混凝土结构；3d为双圆钢管-双腹板组合混凝土柱；3e为四圆钢管-四腹板组合混凝土结构；3f为双圆钢管格构式结构；3g为四圆钢管格构式混凝土结构；
图4为自然通风冷却塔的斜支柱柱顶型钢管-混凝土环梁；
图5为自然通风冷却塔的斜支柱硬支撑；5a为X型支柱硬支撑；5b为V型支柱硬支撑；
图6斜支柱柱顶分段制做的环梁焊接拼装成环；6a为X型斜支柱柱顶型钢管-混凝土分段环梁拼接成环；6b为V型斜支柱柱顶型钢管-混凝土分段环梁拼接成环；
图7斜支柱管内混凝土采用底部注入顶升法施工；7a为X型斜支柱管内混凝土注入；7b为V型斜支柱管内混凝土注入；
图中，1、支柱榀架；11、支柱；12、环梁；13、墩柱；14、混凝土注入孔；2、硬支撑；3、混凝土；4、圆钢管；5、腹板；6、拉条；15、连接钢管。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步的详细说明。
参见图1、2，为本发明一种自然通风冷却塔用斜支柱结构，斜支柱结构上部与塔筒连接，下部通过支墩与环基连接。塔筒为钢筋混凝土壳体结构；环基为钢筋混凝土环板结构；支墩为钢筋混凝土块体结构。支柱结构包括V型和X型斜支柱，以及柱顶分段制做的钢管-混凝土组合结构环梁。斜支柱结构由多个支柱榀架1相互连接成环形结构，支柱榀架1为由钢管和填充在钢管内的混凝土构成的钢管-混凝土组合结构；支柱榀架1包括环梁12、墩柱13和支柱11，其中支柱11的顶端与环梁12连接，其底端与墩柱13连接；钢管混凝土斜支柱底部通过柱底支墩与冷却塔基础连接。支柱11为X型支柱或V型支柱。
钢管混凝土柱具有多种新型的横截面，参见图3，支柱11的结构为圆方钢管混凝土结构(图3a)、矩形钢管混凝土结构(图3b)、圆形钢管混凝土结构(图3c)和钢管-腹板组合混凝土结构，其中钢管-腹板组合混凝土结构包括双圆钢管-双腹板组合混凝土柱(图3d)、四圆钢管-四腹板组合混凝土结构(图3e)、双圆-钢管格构式结构(图3f)或四圆-钢管格构式混凝土结构(图3g)，腹板5均与圆钢管4外切焊接形成腔体，相对的腹板之间通过若干排间隔布置的拉条6或拉杆连接，相邻的圆钢管4之间通过连接钢管15或拉杆连接形成格构式结构。混凝土3设置在圆钢管4内和腹板5围成的腔体内。
参见图5，为自然通风冷却塔的斜支柱硬支撑；图5a为X型支柱硬支撑；图5b为V型支柱硬支撑2，硬支撑2一端与地面接触，另一端与支柱榀架1连接。
参见图4，环梁12的结构为带底面外模板和侧面外模板的型钢结构，混凝土填充在由底面外模板和侧面外模板围成的腔体中；所述的型钢为方钢、圆钢或角钢。
参见图6，斜支柱柱顶分段制做的环梁焊接拼装成环；图6a为X型斜支柱柱顶型钢管-混凝土分段环梁拼接成环；图6b为V型斜支柱柱顶型钢管-混凝土分段环梁拼接成环；支柱榀架1通过相邻的环梁12焊接拼装成斜支柱结构。
参见图7，斜支柱管内混凝土采用底部注入顶升法施工；图7a为X型斜支柱管内混凝土注入；图7b为V型斜支柱管内混凝土注入；支柱11底部设有混凝土注入孔14，顶部设有排气口。
自然通风冷却塔用斜支柱结构的施工方法，包括以下步骤：
钢管、腹板和型钢分段制造，然后组装成环梁12、墩柱13和支柱11的钢管，进而焊接成支柱榀架1框架；吊装就位、矫正支柱11位置后，单个支柱榀架1框架的环梁12通过拼接组装成整体环梁，即得到斜支柱结构的钢管框架；斜支柱结构的焊接过程中通过在支柱榀架1框架焊接临时硬支撑2进行吊装就位。参见图7，再采用自底部注入、一次或分段顶升法浇筑钢管内混凝土，得到斜支柱结构的钢管-混凝土组合结构。
实际生产中，钢管、型钢等钢管在加工厂分段制造，在工地现场组装成支柱榀架；结构施工吊装就位采用临时硬支撑2，不需要复杂的施工模板脚手架支撑架构，支撑体系简单，施工方便。拼接完成后，拆除硬支撑2。
以上内容是对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定发明保护范围。

Claims (9)

1.一种自然通风冷却塔用斜支柱结构，其特征在于：包括斜支柱结构，其中斜支柱结构由多个支柱榀架(1)相互连接成环形结构，所述的支柱榀架(1)为由钢管和填充在钢管内的混凝土构成的钢管-混凝土组合结构；所述的支柱榀架(1)包括环梁(12)、墩柱(13)和支柱(11)，其中支柱(11)的顶端与环梁(12)连接，其底端与墩柱(13)连接；所述的支柱(11)为X型支柱或V型支柱。
2.根据权利要求1所述的一种自然通风冷却塔用斜支柱结构，其特征在于：所述的支柱(11)结构为圆方钢管混凝土结构、矩形钢管混凝土结构、圆形钢管混凝土结构和钢管-腹板组合混凝土结构，其中钢管-腹板组合混凝土结构包括双圆钢管-双腹板组合混凝土结构、四圆钢管-四腹板组合混凝土结构、双圆-钢管格构式结构或四圆-钢管格构式混凝土结构，所述的腹板(5)均与圆钢管(4)外切焊接形成腔体，相对的腹板之间通过若干排间隔布置的钢筋拉条(6)连接，相邻的圆钢管(4)之间通过连接钢管(15)连接形成格构式结构。
3.根据权利要求2所述的一种自然通风冷却塔用斜支柱结构，其特征在于：所述的混凝土(3)设置在圆钢管(4)内和腹板(5)围成的腔体内。
4.根据权利要求1所述的一种自然通风冷却塔用斜支柱结构，其特征在于：所述的环梁(12)结构为带底面外模板和侧面外模板的型钢结构，混凝土填充在由底面外模板和侧面外模板围成的腔体中；所述的型钢为方钢、圆钢或角钢。
5.根据权利要求4所述的一种自然通风冷却塔用斜支柱结构，其特征在于：所述的支柱榀架(1)通过相邻的环梁(12)焊接拼装成斜支柱结构。
6.根据权利要求1所述的一种自然通风冷却塔用斜支柱结构，其特征在于：所述的支柱(11)底部还设有混凝土注入孔(14)，顶部设有排气口。
7.权利要求1所述的自然通风冷却塔用斜支柱结构的施工方法，其特征在于：包括以下步骤：
钢管、腹板和型钢分段制造，然后组装成环梁(12)和支柱(11)的钢结构，进而焊接成支柱榀架(1)框架；吊装就位、矫正支柱(11)位置后，单个支柱榀架(1)框架的环梁(12)通过拼接组装成整体环梁，即得到斜支柱结构的钢管框架；再采用自底部注入、一次或分段顶升法浇筑钢管内混凝土，得到斜支柱结构的钢管-混凝土组合结构。
8.权利要求7所述的自然通风冷却塔用斜支柱结构的施工方法，其特征在于：斜支柱结构的焊接过程中通过在支柱榀架(1)框架焊接硬支撑(2)进行吊装就位。
9.权利要求7所述的自然通风冷却塔用斜支柱结构的施工方法，其特征在于：所述的支柱结构为圆方钢管混凝土结构、矩形钢管混凝土结构、圆形钢管混凝土结构和钢管-腹板组合混凝土结构，其中钢管-腹板组合混凝土结构包括双圆钢管-双腹板组合混凝土柱、四圆钢管-四腹板组合混凝土结构、双圆-钢管格构式结构或四圆-钢管格构式混凝土结构，所述的腹板(5)均与圆钢管(4)外切焊接形成腔体，相对的腹板之间通过若干排间隔布置的拉条(6)连接，相邻的圆钢管(4)之间通过连接钢管(15)连接形成格构式结构；所述的混凝土(3)设置在圆钢管(4)内和腹板(5)围成的腔体内。
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