CN109869022A - 一种预应力索网钢冷却塔 - Google Patents

一种预应力索网钢冷却塔 Download PDF

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CN109869022A CN201910268595.1A CN201910268595A CN109869022A CN 109869022 A CN109869022 A CN 109869022A CN 201910268595 A CN201910268595 A CN 201910268595A CN 109869022 A CN109869022 A CN 109869022A
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Inventor
陈东兆
王庆伟
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陈东兆
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Abstract

本发明提供了一种预应力索网钢冷却塔包括塔身索网结构、塔柱、上倾预应力径向索和下倾预应力径向索,所述塔身索网结构包括环绕所述塔柱的环梁,所述上倾预应力径向索和所述下倾预应力径向索分别设置于所述环梁所在的平面的两侧,所述上倾预应力径向索和所述下倾预应力径向索沿所述环梁交替设置连接所述环梁和所述塔柱。所述环梁与所述塔柱通过所述上倾预应力径向索和所述下倾预应力径向索连接,可以大大减小所述塔柱的长细比,显著提高所述塔柱的稳定承载力,并且可以有效降低所述塔柱的高度。

Description

一种预应力索网钢冷却塔
技术领域
本发明涉及大型冷却塔结构的设计技术领域,尤其涉及一种预应力索网钢冷却塔。
背景技术
冷却塔是一种应用于电力、化工等行业的大型构筑物,这些行业的生产过程会产生大量废热,冷却塔的主要功能就是为携带废热的冷却水与空气提供热交换的场所,使废热能快速散入大气,从而保证生产系统的正常运行。传统的冷却塔多采用钢筋混凝土薄壳结构,但是在缺水地区,混凝土的制备施工受限,因此目前采用钢结构冷却塔。但钢结构冷却塔用钢量较大,节点构造复杂,考虑节点刚度,大量采用现场焊接,高空作业,易受风雨雪等恶劣天气影响,而干旱少雨地区大多风大雪大,因此施工工期仍较长。
为此,中国矿业大学(北京)于2018年8月17日公开的、公开号为CN108412257A、发明名称为“一种冷却塔及其施工方法”的发明专利申请,该专利申请中公开一种冷却塔包括:塔筒及塔柱,所述塔筒包括主要由金属索连接成的筒结构骨架,所述塔柱为刚性柱,设于所述筒结构骨架内,在所述塔柱径向上连接有支撑横梁,所述支撑横梁端部连接于所述筒结构骨架上。在该专利提供的冷却塔中,由于采用金属索连接成塔筒骨架,在施工现场仅需要将塔柱固定稳妥,将金属索根据要求连接固定即可施工完成,避免大量现场焊接工作和高空作业,能有效提高现场施工进度。但是,该专利提供的冷却塔通过在所述塔柱径向上设置所述支撑横梁连接所述塔柱和所述筒结构骨架,虽然可以提高冷却塔整体结构稳定性,但是该结构在大跨度、高耸、超高层结构中应用时需要较高的塔柱,仅在所述塔柱径向上设置所述支撑横梁会影响冷却塔结构的稳定性,但同时要受到长细比的限制,而导致塔柱截面较大、强度利用率不高、自重大等问题。
为了解决以上问题,对冷却塔的设计做进一步的优化已成为亟需。
发明内容
有鉴于此,本发明提供一种预应力索网钢冷却塔,以解决上述问题。
为此,本发明提供的具体技术方案为:一种预应力索网钢冷却塔,包括塔身索网结构、塔柱、上倾预应力径向索和下倾预应力径向索,所述塔身索网结构包括环绕所述塔柱的环梁,所述上倾预应力径向索和所述下倾预应力径向索分别设置于所述环梁所在的平面的两侧,所述上倾预应力径向索和所述下倾预应力径向索沿所述环梁交替设置连接所述环梁和所述塔柱。
优选地,所述环梁为钢构件。其中,所述环梁的数量不限,可以为二、三、四、五、六等,具体数量根据所述预应力索网钢冷却塔的高度而确定。
其中,本文中“环梁所在的平面”是指所述环梁围成的、以所述中柱为中心的水平面”。
优选地,所述上倾预应力径向索与所述塔柱的连接处为上连接处,所述下倾预应力径向索与所述塔柱的连接处为下连接处,所述上连接处和所述下连接处以所述环梁所在的平面为对称中心在所述塔柱上对称设置。
基于上述,所述上倾预应力径向索和所述下倾预应力径向索分别与水平面形成夹角,且该夹角大于0°且小于等于15°。
基于上述,所述塔柱为钢管混凝土柱、钢筋混凝土柱、钢管柱、格构柱或多横隔预应力撑杆柱。
基于上述,所述多横隔预应力撑杆柱包括中柱和沿该中柱高度方向间隔设置的多层横隔,每层横隔由刚性撑杆和连接相邻所述刚性撑杆的水平预应力拉索组成,所述中柱贯穿每层横隔的中心;每根所述刚性撑杆的一端与所述中柱连接,另一端与所述水平预应力拉索连接。优选地,所述中柱为钢构件。
基于上述,相邻两层的所述横隔之间设置有交叉斜向预应力拉索和竖向预应力拉索,所述竖向预应力拉索与所述中柱平行设置,并与沿所述中柱高度方向上相邻两根所述刚性撑杆连接;所述交叉斜向预应力拉索的一端连接于所述刚性撑杆与所述中柱的连接处,另一端连接于所述刚性撑杆与所述竖向预应力拉索的连接处。
基于上述,每层横隔中的所述刚性撑杆和所述水平预应力拉索的数量相同,且均大于等于八根。其中,所述所述刚性撑杆和所述水平预应力拉索的数量可以均为八、十、十二等,具体根据实际需要而确定。
优选地,所述多横隔预应力撑杆柱中的所有刚性撑杆的长度相等,所有水平预应力拉索的长度相等。
基于上述,所述塔身索网结构由若干三角形模数单元组成。具体地,所述三角形模数单元可以任意形状的三角形模数单元,如:等腰三角形模数单元、等边三角形模数单元、直角三角形模数单元、不等边三角形模数单元等。
基于上述,所述三角形模数单元由预应力斜向索和预应力环向索或所述环梁组成,其中,所述预应力环向索和所述环梁沿所述塔柱高度方向平行设置。具体地,所述三角形模数单元由两条预应力斜向索和一条预应力环向索或一道所述环梁组成。
基于上述,所述三角形模数单元还由所述预应力斜向索、预应力竖向索和所述预应力环向索或所述环梁组成。具体地,所述三角形模数单元还由一条所述预应力斜向索、一条竖向索和一条所述预应力环向索或一道所述环梁组成。
其中,本文中的“预应力斜向索”与所述预应力环向索或所述环梁的夹角小于90°,“预应力竖向索”与所述预应力环向索或所述环梁的夹角为90°。
基于上述,所述塔身索网结构具有双曲外形轮廓的结构。
与现有技术相比,本发明提供的预应力索网钢冷却塔通过交替设置在所述环梁的所述上倾预应力径向索和所述下倾预应力径向索连接所述环梁和所述塔柱,不仅能够有效地承担和传递塔身索网结构受到的水平荷载,还能够有效地承担和传递塔身索网结构受到的竖向荷载,提高塔身索网结构抵抗弯曲变形的能力,从而能够大大减小所述塔柱的长细比,显著提高所述塔柱的稳定承载力,并且在保证所述预应力索网钢冷却塔整体结构稳定性的前提下,可以有效降低所述塔柱的高度和减小塔柱自重。
进一步,采用多横隔预应力支撑柱作为塔柱能够大幅度降低用钢量和减轻结构自重。所述多横隔预应力撑杆柱沿所述中柱的高度方向设置多层横隔,每层横隔包括不少于八根的刚性撑杆,可以减小所述多横隔预应力撑杆柱是计算长度,有效提高所述多横隔预应力撑杆柱在荷载作用下的稳定承载力。所述横隔通过所述水平预应力拉索将相邻的所述刚性撑杆连接,可以保证所述多横隔预应力撑杆柱受弯时维持各根刚性撑杆之间的角度不发生变化。相邻两层的所述横隔之间设置有所述交叉斜向预应力拉索和所述竖向预应力拉索,可以保证每层横隔的刚性撑杆都能为所述中柱提供足够的侧向支撑。
进一步,所述预应力径向索连接作为塔柱的所述多横隔预应力撑杆柱和所述塔身索网结构的环梁,且环梁数量不少于四根,可以大大减小所述多横隔预应力撑杆柱的长细比,加强所述冷却塔的抗风性能,显著提高所述塔柱的稳定承载力,并且可以有效降低所述塔柱的高度。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的本发明实施例1提供的预应力索网钢冷却塔的主视图,其中该图中未加围护。
图2为图1所示的预应力索网钢冷却塔的剖视图。
图3为本发明实施例1提供的环梁与塔柱的连接关系示意图。
图4为本发明实施例2提供的预应力索网钢冷却塔中的塔柱的剖视图。
图5为图4中的虚线圆A所示的结构的局部放大图。
图6为图4中所示的相邻横隔之间的结构示意图,其中,该图中未显示交叉斜向预应力拉索。
其中,各图中数字符号代表:1 塔柱、11 中柱、12 横隔、13 刚性撑杆、14 水平预应力拉索、15 交叉斜向预应力拉索、16 竖向预应力拉索、2 塔身索网结构、21 预应力斜向索、22 预应力环向索、23 环梁、31 上倾预应力径向索、32 下倾预应力径向索。
具体实施方式
下面通过具体实施方式,对本发明的技术方案做进一步的详细描述。其中,本文中使用的技术术语或科技术语应当为本发明所属技术领域人员所理解的通常意义;本文中的术语“水平预应力拉索”、“交叉斜向预应力拉索”、“竖向预应力拉索”、“预应力斜向索”、“预应力竖向索”、“预应力环向索”、“上倾预应力径向索”及“下倾预应力径向索”等涉及采用汉字“索”类似限定用语的,其本质就是预应力索;本文中使用的“上”、“下”、“左”、“右”等方位词仅用于表示相对位置关系,当被描述对象的绝对位置改变后,则该相对位置关系也相应地改变。
实施例1
请参阅图1至3,本发明实施例1提供一种预应力索网钢冷却塔,包括塔柱1、塔身索网结构2、上倾预应力径向索31和下倾预应力径向索32;所述塔身索网结构2和所述塔柱1通过所述上倾预应力径向索31和所述下倾预应力径向索32连接。
所述塔柱1可以为钢管混凝土柱、钢筋混凝土柱、钢管柱、格构柱或多横隔预应力撑杆柱。本实施例中,所述塔柱1为钢管柱。
所述塔身索网结构2的材料为钢材,采用传统的双曲外形轮廓,具有一定的经济性,而且节点技术成熟、构造简单。本实施例中,所述塔身索网结构2由一系列倒置的等腰三角形模数单元组成,该等腰三角形模数单元由若干预应力斜向索21和若干预应力环向索22或若干环梁23组成。底部倒置的等腰三角形模数单元的预应力斜向索21锚固于所述预应力索网钢冷却塔底部的基础。若干所述预应力斜向索21构成倒置的等腰三角形模数单元的等长侧边,若干所述预应力环向索22和若干所述环梁23分别构成倒置的等腰三角形模数单元的底边。具体地,所述塔身索网结构2中的等腰三角形模数单元一部分由两条预应力斜向索21和一条预应力环向索22组成,一部分由两条预应力斜向索21和一道环梁23组成。所述塔身索网结构2采用三角形网格,可以充分发挥构件的力学性能,并且具有良好的技术经济指标。所述预应力环向索22和所述环梁23沿所述塔柱1高度方向平行设置。本实施例中,所述塔身索网结构2中沿所述塔柱1高度方向设置有四道所述环梁23,所述环梁23为钢构件,通过所述上倾预应力径向索31和所述下倾预应力径向索32连接所述塔柱1,可以加强所述塔身索网结构2的抗风性能。所述塔身索网结构2采用设置檩条和压型钢板的方式进行围护。
在其它实施例中,根据实际需要,必要时,所述塔身索网结构2还可以设置若干预应力竖向索,一条预应力竖向索与一条预应力斜向索和一条预应力环向索或环梁构成三角形模数单元。
所述上倾预应力径向索31和所述下倾预应力径向索32在所述环梁23上交替设置连接所述环梁23和所述塔柱1。所述上倾预应力径向索31和所述下倾预应力径向索32分别设置于所述环梁23所在的平面的两侧,该环梁23所在的平面是指所述环梁23围成的、以所述中柱11为中心的水平面。所述上倾预应力径向索31与所述塔柱1的连接处为上连接处,所述下倾预应力径向索32与所述塔柱1的连接处为下连接处,所述上连接处和所述下连接处以所述环梁23所在的平面为对称中心在所述塔柱1上对称设置。所述上倾预应力径向索31与水平面形成上夹角,该上夹角的角度大于0°且小于等于15°,所述下倾预应力径向索32与水平面形成下夹角,该下夹角的角度大于0°且小于等于15°。所述上夹角的角度和所述下夹角的角度相等,本实施例中,所述上夹角和所述下夹角均为15°。因此,本实施例提供的预应力索网钢冷却塔通过设计所述上倾预应力径向索31和所述下倾预应力径向索32不仅能够有效地承担和传递塔身索网结构受到的水平荷载,还能够有效地承担和传递塔身索网结构受到的竖向荷载,提高塔身索网结构抵抗弯曲变形的能力,从而能够大大减小所述塔柱的长细比,显著提高所述塔柱的稳定承载力,并且在保证所述预应力索网钢冷却塔整体结构稳定性的前提下,可以有效降低所述塔柱的高度和减小塔柱自重。
实施例2
请参阅图4至图6,本发明实施例2提供一种预应力索网钢冷却塔,本实施例提供的预应力索网钢冷却塔与实施例1提供的预应力索网钢冷却塔的结构基本相同,不同之处在于:本实施例中的塔柱1采用多横隔预应力撑杆柱,以减少钢用量和塔柱的自重。具体地,所述塔柱1包括中柱11和沿该中柱11的高度方向间隔设置的多层横隔12,所述中柱11通过所述上倾预应力径向索31和所述下倾预应力径向索32与所述环梁23连接,所述中柱11的底部通过铰接的方式固定于所述预应力索网钢冷却塔底部的基础。本实施例中,所述中柱11为钢构件。
每层横隔12垂直于所述中柱11的高度方向,所述中柱11贯穿每层横隔12的中心,多层横隔12等间距设置在所述中柱11上。每层横隔12围绕所述中柱11设置,由八根刚性撑杆13和八根水平预应力拉索14组成。八根所述刚性撑杆13以所述中柱11为中心呈辐射状设置,所述水平预应力拉索14连接相邻的两根刚性撑杆13,所以,每根刚性撑杆13的一端与所述中柱11连接,另一端与所述水平预应力拉索14连接。因此,所述塔柱1的长度可以缩短,所述多横隔预应力撑杆柱受弯时维持各根刚性撑杆13之间的角度不发生变化,有效提高所述塔柱1在荷载作用下的稳定承载力。本实施例中,所述塔柱1中的所有刚性撑杆13的长度相等,所有水平预应力拉索14的长度相等。
相邻两层的横隔12之间设置有多组交叉斜向预应力拉索15和多根竖向预应力拉索16。每根竖向预应力拉索16与所述中柱11平行设置,并与沿所述中柱高度方向上相邻的两根刚性撑杆13连接。所述交叉斜向预应力拉索15包括左斜向预应力拉索和与该左斜向预应力拉索交叉的右斜向预应力拉索,所述左斜向预应力拉索和所述右斜向预应力拉索的一端分别连接于所述刚性撑杆13与所述中柱11的连接处,另一端连接于所述刚性撑杆11与所述竖向预应力拉索16的连接处。所以,相邻的两根刚性撑杆13、与该相邻的两根刚性撑杆13连接的竖向预应力拉索16和中柱11可构成长方形结构,该长方形结构中设置一组所述交叉斜向预应力拉索15。因此,每层横隔12的刚性撑杆13都能为所述中柱11提供足够的侧向支撑。
故,本实施例采用上述多横隔预应力撑杆柱作为塔柱,与一般的圆钢管塔柱相比,上述多横隔预应力撑杆柱可节省约圆钢管塔柱40%的用钢量,并能够减轻所述塔柱1的自重。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制;尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换;而不脱离本发明技术方案的精神,其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.一种预应力索网钢冷却塔,其特征在于:包括塔身索网结构、塔柱、上倾预应力径向索和下倾预应力径向索,所述塔身索网结构包括环绕所述塔柱的环梁,所述上倾预应力径向索和所述下倾预应力径向索分别设置于所述环梁所在的平面的两侧,所述上倾预应力径向索和所述下倾预应力径向索沿所述环梁交替设置连接所述环梁和所述塔柱。
2.根据权利要求1所述的预应力索网钢冷却塔,其特征在于:所述上倾预应力径向索和所述下倾预应力径向索分别与水平面形成夹角,且该夹角大于0°且小于等于15°。
3.根据权利要求1或2所述的预应力索网钢冷却塔,其特征在于:所述塔柱为钢管混凝土柱、钢筋混凝土柱、钢管柱、格构柱或多横隔预应力撑杆柱。
4.根据权利要求3所述的预应力索网钢冷却塔,其特征在于:所述多横隔预应力撑杆柱包括中柱和沿该中柱高度方向间隔设置的多层横隔,每层横隔由刚性撑杆和连接相邻所述刚性撑杆的水平预应力拉索组成,所述中柱贯穿每层横隔的中心;每根所述刚性撑杆的一端与所述中柱连接,另一端与所述水平预应力拉索连接。
5.根据权利要求4所述的预应力索网钢冷却塔,其特征在于:相邻两层的所述横隔之间设置有交叉斜向预应力拉索和竖向预应力拉索,所述竖向预应力拉索与所述中柱平行设置,并与沿所述中柱高度方向上相邻两根所述刚性撑杆连接;所述交叉斜向预应力拉索的一端连接于所述刚性撑杆与所述中柱的连接处,另一端连接于所述刚性撑杆与所述竖向预应力拉索的连接处。
6.根据权利要求4或5所述的预应力索网钢冷却塔,其特征在于:每层横隔中的所述刚性撑杆和所述水平预应力拉索的数量相同,且均大于等于八根。
7.根据权利要求1或2所述的预应力索网钢冷却塔,其特征在于:所述塔身索网结构由若干三角形模数单元组成。
8.根据权利要求7所述的预应力索网钢冷却塔,其特征在于:所述三角形模数单元由预应力斜向索和预应力环向索或所述环梁组成,其中,所述预应力环向索和所述环梁沿所述塔柱高度方向平行设置。
9.根据权利要求8所述的预应力索网钢冷却塔,其特征在于:所述三角形模数单元还由所述预应力斜向索、预应力竖向索和所述预应力环向索或所述环梁组成。
10.根据权利要求8或9所述的预应力索网钢冷却塔,其特征在于:所述塔身索网结构具有双曲外形轮廓的结构。
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