CN104389453A - 适用于超大型lng全容储罐的预应力钢绞线扶壁柱系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于超大型LNG全容储罐的预应力钢绞线扶壁柱系统。所述预应力钢绞线扶壁柱系统包括设于超大型LNG储罐罐壁外的6个或8个扶壁柱和敷设于超大型LNG储罐罐壁内的若干环向预应力钢绞线束和若干竖向预应力钢绞线束；所述环向预应力钢绞线束的两端固定于所述扶壁柱沿超大型LNG储罐周向方向两端的锚具上；所述竖向预应力钢绞线束的两端固定于超大型LNG储罐罐壁外顶端和底端的锚具上。本发明解决了常规大型LNG全容储罐四扶壁柱系统在超大罐型、极端地震力、极不利地质条件下大量预应力钢绞线束的布置难题，满足了各种不利条件下的设计要求，使得在绝大部分的场地条件下建设超大型LNG全容储罐成为现实，是一种具备灵活性和集约性特点的LNG全容储罐建造技术。

Description

适用于超大型LNG全容储罐的预应力钢绞线扶壁柱系统

技术领域

本发明涉及一种预应力钢绞线扶壁柱系统，具体涉及一种适用于超大型LNG全容储罐的预应力钢绞线扶壁柱系统。 

背景技术

液化天然气(LNG)是天然气在常压下冷却至-162℃时，由气态转变为液态，体积约为同量天然气体积的1/600，密度约为480kg/m³。液化天然气无色、无味、无毒且无腐蚀性，泄露后可以直接蒸发。 

储罐混凝土外墙预应力系统是储罐建造的重要组成部分，它的设计优化是储罐建造工作的重点和难点。现有的大型LNG全容储罐采用的都是四个扶壁柱沿墙体均匀分布的布置方式，但是当面对超大型LNG全容储罐设计建造的时候，由于自身重量非常大，当建设场地地质条件不好，或是地震加速度很大的情况时，储罐混凝土外墙需要配置很多的预应力钢绞线束，而由于地震力过大，为满足桩基础设计的要求往往需要降低储罐高度。因此在预应力钢绞线束数量大大增加，而储罐高度却又要降低的双重不利因素影响下，会出现扶壁柱高度范围内无法完全合理的布置所有设计需要预应力钢绞线束的情况。 

为了解决大量预应力钢绞线束布置的问题，在不改变目前普通大型LNG全容储罐采用的四扶壁柱均匀分布的结构形式的前提下，有以下两种解决办法：(1)增大预应力钢绞线束的截面尺寸。现有预应力生产厂家所能生产的最大尺寸的预应力钢绞线束的规格是27S15.2。当所需预应力钢绞线束较大时，可以选用这种规格的预应力钢绞线束。但是这种解决办法只能在一定的限度内增加预应力钢绞线束的数量，它有一个上限值，在碰到非常极端的设计工况时有其局限性。(2)增大四个扶壁柱的截面宽度。图2是目前大型LNG全容储罐混凝土外墙扶壁柱常见的预应力钢绞线束布置形式。图中①、②、③、④是四个扶壁柱的编号。由于扶壁柱宽度的限制，其采用的是预应力钢绞线束对齐的布置方式，即相互垂直的扶壁柱中的钢绞线束是错开的，而相互平行的扶壁柱中的钢绞线束是对齐的。图3是四个扶壁柱的截面宽度增大后的预应力钢绞线束布置形式。由于扶壁柱宽度的增加，其采用的是预应力钢绞线束错开的布置方式，即不但相互垂直的扶壁柱中的钢绞线束是错开的，而且相互平行的扶壁柱中的钢绞线束也是错开的，这使得在相同高度的扶壁柱上能布置更多的预应力钢绞线束。这种解决办法在办法(1)的基础上增大了预应力钢绞线束的数量上限，但是因为扶壁柱宽度不能无限增大，而且增加的预应力钢绞线束数量与扶壁柱宽度增加所带来的建设造价 的上升，经济性上不是最优。 

因此，为了解决以上两种办法不能解决的预应力钢绞线束的数量上限和经济性的问题，需要提供一种新型的预应力钢绞线扶壁柱系统，以满足极端场地条件下超大型LNG全容储罐的混凝土外墙对预应力钢绞线束较大数量的设计要求。 

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于超大型LNG全容储罐的预应力钢绞线扶壁柱系统，用于解决大量钢绞线束的布置问题。 

本发明所提供的适用于超大型LNG全容储罐的预应力钢绞线扶壁柱系统，包括设于超大型LNG储罐罐壁外的6个或8个扶壁柱和敷设于超大型LNG储罐罐壁内的若干环向预应力钢绞线束和若干竖向预应力钢绞线束； 

所述环向预应力钢绞线束的两端固定于所述扶壁柱沿超大型LNG储罐周向方向两端的锚具上； 

所述竖向预应力钢绞线束的两端固定于超大型LNG储罐罐壁外顶端和底端的锚具上。 

所述的预应力钢绞线扶壁柱系统中，所述扶壁柱沿LNG储罐的周向方向均匀布置，即每个所述扶壁柱之间呈60°的夹角。 

所述的预应力钢绞线扶壁柱系统中，所述环向预应力钢绞线柱沿LNG储罐的高度方向合理布置，如均匀布置，以使所述LNG储罐墙体环向预应力钢绞线按其受力包络线布置。 

所述的预应力钢绞线扶壁柱系统中，所述竖向预应力钢绞线束沿LNG储罐的周向均匀布置，以保证所述LNG储罐墙体竖向预应力均匀。 

所述的预应力钢绞线扶壁柱系统中，每两个对称的所述扶壁柱为一组进行所述环向预应力钢绞线束的布置，这样有利于每半圈布置一束钢绞线，保证上下两圈钢绞线之间有搭接部分。 

本发明中的“超大型LNG全容储罐”，指的是在极端不利地质情况、地震情况下，LNG(液化天然气)储罐由于罐容过大导致储罐外墙无法布置设计所要求的预应力钢绞线数量的情况下的储罐。 

本发明预应力钢绞线扶壁柱系统中，所述扶壁柱根据罐型大小、地震力学参数和地质力学参数，对超大型LNG全容储罐罐壁即混凝土外墙进行地震工况力学计算，从而计算得到预应力钢绞线束的需求数量。根据预应力钢绞线束的需求数量、混凝土外墙墙体高度及施工要求的预应力钢绞线束间距，设计扶壁柱的数量。 

本发明中的“扶壁柱”指的是储罐混凝土外墙(罐壁)上凸出的混凝土结构，均 匀的布置于外墙筒体圆周上，与混凝土外墙统一浇筑。 

本发明中的环向预应力钢绞线束和竖向预应力钢绞线束需要在常温(20℃)和低温(-165℃)条件下分别进行有缺口试件、无缺口试件的抗拉强度试验。 

本发明中的锚具需要配有防爆钢筋，需要在常温(20℃)和低温(-165℃)条件下进行抗拉强度试验。 

本发明预应力钢绞线扶壁柱系统具有以下有益效果： 

(1)避免了增加扶壁柱宽度导致的混凝土、钢筋用量的增加，降低了建设成本； 

(2)扩展了LNG全容储罐预应力混凝土外墙扶壁柱的结构形式； 

(3)极大的满足了极端地震工况下及不利地质条件下超大型LNG全容储罐混凝土外墙对预应力钢绞线束巨大数量的需求； 

(4)多扶壁柱结构体系使得LNG全容储罐混凝土外墙的受力更为均匀合理。 

本发明解决了常规大型LNG全容储罐四扶壁柱系统在超大罐型、极端地震力、极不利地质条件下大量预应力钢绞线束的布置难题，满足了各种不利条件下的设计要求，使得在绝大部分的场地条件下建设超大型LNG全容储罐成为现实，是一种具备灵活性和集约性特点的LNG全容储罐建造技术。 

附图说明

图1为现有大型LNG全容储罐混凝土外墙扶壁柱常见的预应力钢绞线束布置形式，其中，①、②、③、④是四个扶壁柱的编号。 

图2为现有技术中四个扶壁柱的截面宽度增大后的预应力钢绞线束布置形式，其中，①、②、③、④是四个扶壁柱的编号。 

图3为本发明中环向预应力钢绞线束和竖向预应力钢绞线束在LNG全容储罐混凝土外墙上的立面图。 

图4为本发明中环向预应力钢绞线束在扶壁柱结构中的位置示意图。 

图5为本发明中预应力钢绞线束低温锚具的示意图。 

图6为本发明预应力钢绞线束系统施工安装的流程图。 

图7为扶壁柱的结构示意图，其中左图为现有大型LNG全容储罐混凝土外墙四扶壁柱结构示意图，在某一相同壁高截面上能布置7个钢绞线束；右图为本发明采用的六扶壁柱结构示意图，在某一相同壁高截面上能布置10个钢绞线束。 

图中各标记如下： 

1锚具、2波纹管、3环向预应力钢绞线束、4竖向预应力钢绞线束、5施工线、6墙体、7扶壁柱、8夹片、9锚板、10垫板、11灌浆孔、12螺旋筋、13喇叭管。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。 

本发明适用于超大型LNG全容储罐的预应力钢绞线扶壁柱系统，包括设于超大型LNG储罐罐壁外的6个扶壁柱7和敷设于超大型LNG储罐罐壁内的多个环向预应力钢绞线束3和多个竖向预应力钢绞线束4，如图7所示。 

如图3所示，环向预应力钢绞线束3的两端固定于扶壁柱7沿超大型LNG储罐周向方向两端的锚具1上，环向预应力钢绞线束3沿混凝土外墙高度成环形布置，其布置数量和布置范围由极端工况(主要是SSE地震工况和LNG大泄漏工况)下混凝土墙体横截面的弯矩和轴力决定，按其内力包络图沿墙体高度合理布置。如图4所示，本发明中环向预应力钢绞线束3在扶壁柱中的布置形式，两组预应力钢绞线束在混凝土外墙中穿过，之后在扶壁柱7中交叉穿过，在扶壁柱7两端用锚具1封锚。 

如图3所示，竖向预应力钢绞线束4的两端固定于超大型LNG储罐罐壁外顶端和底端的锚具1上，竖向预应力钢绞线束4沿混凝土外墙周长成直线等间距均匀布置，其布置于混凝土墙体中轴线位置，布置数量由墙体纵截面的轴力决定。锚座需配置防爆钢筋(螺旋筋)，以满足防爆要求。竖向预应力钢绞线束4在混凝土外墙上竖向均匀布置，成直线型，上下两端用锚具封锚。 

如图7所示，本发明中的6个扶壁柱7为等截面宽度的混凝土扶壁柱，且沿LNG全容储罐混凝土外墙圆周方向均匀布置，呈60°夹角。其中和号扶壁柱中穿有①、②号预应力钢绞线束，和号扶壁柱中穿有③、④号预应力钢绞线束，和号扶壁柱中穿有⑤、⑥号预应力钢绞线束。在相同扶壁柱高度上，本发明六扶壁柱结构可以比现有四扶壁柱结构多布置33％数量的环向预应力钢绞线束。 

本发明中预应力钢绞线束低温锚具的示意图如图5所示，图中清楚的显示了夹片、锚板、垫板、灌浆孔、螺旋筋(防爆筋)、喇叭管、波纹管的相对位置。图中符号表示锚板直径、垫板直径、垫板厚度、螺旋筋直径、螺旋筋间距、螺旋筋长度、波纹管直径。 

本发明中预应力钢绞线系统的布置与安装步骤见流程图如图7所示。首先按照设计施工图在每层墙体钢筋网片安装后进行波纹管的布设(包括水平波纹管和竖向波纹管)，然后墙体混凝土浇筑。在墙体混凝土浇筑并养护完成后进行水平预应力钢绞线束和竖向预应力钢绞线束的穿束，并在钢绞线束的左右两端或上下两端安装锚具(此项工作之前需对进场钢绞线、锚具进行检验，合格后方可进行)。然后在张拉设备校准、摩阻试验完成后，对水平预应力钢绞线束和竖向预应力钢绞线束分别进行预应力张拉，按设计要求控制张拉应力和预应力钢绞线的伸长率。预应力钢绞线束张拉完毕后，须 在28天内对波纹管进行灌浆，并制作灌浆试块检测其强度，灌浆料是硅酸盐水泥浆，灌浆前须做灌浆试验以保证灌浆料的流动性、泌水性、强度能达到设计要求。最后用锚具进行封锚。 

虽然已对本发明的实施方案进行了描述，但是应当理解，在不背离本发明精神和范围的条件下可以进行各种修改。在实施方式中，本文所使用的词语为说明性和解释性词语，而非限定性词语，即本发明延伸至所有功能上等价的结构、方法和用途。 

Claims (5)

1.一种适用于超大型LNG全容储罐的预应力钢绞线扶壁柱系统，其特征在于：

所述预应力钢绞线扶壁柱系统包括设于超大型LNG储罐罐壁外的6个或8个扶壁柱和敷设于超大型LNG储罐罐壁内的若干环向预应力钢绞线束和若干竖向预应力钢绞线束；

所述环向预应力钢绞线束的两端固定于所述扶壁柱沿超大型LNG储罐周向方向两端的锚具上；

所述竖向预应力钢绞线束的两端固定于超大型LNG储罐罐壁外顶端和底端的锚具上。

2.根据权利要求1所述的预应力钢绞线扶壁柱系统，其特征在于：所述扶壁柱沿LNG储罐的周向方向均匀布置。

3.根据权利要求1或2所述的预应力钢绞线扶壁柱系统，其特征在于：所述环向预应力钢绞线柱沿LNG储罐的高度方向均匀布置。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的预应力钢绞线扶壁柱系统，其特征在于：所述竖向预应力钢绞线束沿LNG储罐的周向均匀布置。

5.根据权利要求2-4中任一项所述的预应力钢绞线扶壁柱系统，其特征在于：每两个对称的所述扶壁柱为一组进行所述环向预应力钢绞线束的布置。