CN110541481A - 超大双曲面双层拉索储罐结构体系及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是超大双曲面双层拉索储罐结构体系及施工方法，其中超大双曲面双层拉索储罐结构体系包括罐顶、罐壁、罐底，罐顶采用双曲面双层拉索结构，内环梁上采用网壳结构封闭，在双曲面双层拉索结构和网壳结构上铺设屋面板，罐顶双曲面双层拉索结构由稳定索、承压索、内环梁、外环梁和高强弹簧钢管构成，各稳定索、各承压索通过与稳定索连接的各索管交汇连接钢节点上端的螺栓孔与T型钢板支架紧固在一起，T型钢板支架与上盖板通过高强螺栓将屋面板固定在二者之间；罐壁由内板、外板内夹普通混凝土构成，顶部设置两道环形的工字钢梁，两道环形工字钢梁连接形成环形钢桁架。本发明用于解决常规钢制储罐容积小，已不能很好的满足发展需要的问题。

Description

超大双曲面双层拉索储罐结构体系及施工方法

技术领域

本发明涉及土木建筑领域中的储罐，具体涉及超大双曲面双层拉索储罐结构体系及施工方法。

背景技术

随着我国经济的飞速发展，对石油的需求量和存储量日益增长。随着高强材料、先进的技术设备的不断更新，带动了储罐向大型化方向的迅速发展。存储石油和加工量的加大，对临时存储设备的容积要求也越来越大，常规储罐已不能很好地满足发展需要，对超大型储罐的研究越来越受到人们的关注。立式储罐因其施工简便，容积大，受周围的环境影响小，在各大油田和企业得到应用。储罐按其容量大小分为小型储罐、中型储罐、大型储罐和特大型储罐以及超大型储罐；根据其设置位置的不同分为地面储罐、地下储罐、半地下储罐和坑内储罐。储罐的大型化发展，对储罐的设计、施工带来了很大的挑战。常规的薄壁钢结构在外力作用下易发生整体或局部失稳，出现象足屈曲，导致结构未达到设计使用年限，就遭到破坏。同时钢制储罐直接与土壤接触，长期受到侵蚀，使用寿命短。而超大型储罐对结构材料性能要求高，施工难度大，因此提出一种新型的超大组合储罐体系及其施工方法迫在眉睫。

发明内容

本发明的一个目的是提供超大双曲面双层拉索储罐结构体系，这种超大双曲面双层拉索储罐结构体系用于解决常规钢制储罐容积小，已不能很好的满足发展需要的问题，本发明的另一个目的是提供这种超大双曲面双层拉索储罐结构体系的施工方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种超大双曲面双层拉索储罐结构体系包括罐顶、罐壁、罐底，罐顶采用双曲面双层拉索结构，内环梁上采用网壳结构封闭，在双曲面双层拉索结构和网壳结构上铺设屋面板，罐顶双曲面双层拉索结构由稳定索、承压索、内环梁、外环梁和高强弹簧钢管构成，平行排列的高强弹簧钢管通过索管交汇连接钢节点设置在稳定索、承压索之间，各稳定索、各承压索的内侧与内环梁连接，各稳定索、各承压索的外侧锚固在外环梁中，通过与稳定索连接的各索管交汇连接钢节点上端的螺栓孔与T型钢板支架紧固在一起，T型钢板支架设置螺栓孔，T型钢板支架与上盖板通过高强螺栓将屋面板固定在二者之间；罐壁由内板、外板内夹普通混凝土构成，内板、外板上交错布置高强铝合金抗剪键，罐壁顶部设置两道环形的工字钢梁，两道环形的工字钢梁通过横向加劲肋连接成整体，形成环形钢桁架。

上述方案中内板、外板均为高强铝合金板，均由高强铝合金拼接板通过榫舌和榫槽相互连接而成。

上述方案中屋面板采用PDCPD屋面板，外环梁为高强铝合金混凝土外环梁，内环梁为高强铝合金混凝土内环梁。

上述方案中罐底与罐壁的交汇处，设置高强铝合金抗拔圈。

上述方案中各稳定索和各承压索沿辐射方向布置，各稳定索和各承压索外侧锚固在罐壁顶的外环梁上，各稳定索和各承压索内侧锚固于内环梁上，整个罐顶支撑在罐壁上；通过调整承压索、稳定索和高强弹簧钢管的长度并利用内环梁受拉，对罐顶施加预应力并与外环梁锚固；内环梁上设置的网壳结构为高强铝合金网壳，高强铝合金网壳由高强铝合金杆件和铝合金螺栓球节点构成。

上述方案中罐壁的顶部内侧设置高强铝合金内加强环。

上述超大双曲面双层拉索储罐结构体系的施工方法：

一、建造活性粉末混凝土罐底：首先在工厂预制高强铝合金拼接板，在其上焊好高强铝合金抗剪键，预制高强铝合金抗拔圈，在现场铺设好罐底垫层，然后绑扎罐底钢筋，同时在罐底布置高强铝合金抗拔圈，在高强铝合金抗拔圈上焊接已焊好高强抗剪键的底层铝合金拼接板，全部罐底钢筋绑扎完毕，浇筑活性粉末混凝土，养护，完成罐底施工；

二、采用分层施工的方法建造罐壁：首先在罐底伸出的铝合金拼接板上，准确安装罐壁第二层的内板、外板，预先在内板、外板上沿圆周方向交错水平布置高强铝合金抗剪键；然后用混凝土泵将搅拌好的普通混凝土分层浇筑到内板、外板的空隙之中，待混凝土达到一定强度后，拼接上一层焊好高强铝合金抗剪键的内板、外板，浇筑普通混凝土，分层依次施工直到接近到罐壁顶部，在罐壁顶部设置两道环形的工字钢梁，并用横向加劲肋连接成整体，形成环型钢桁架，并且在罐壁的顶部内侧设计好的位置设置高强铝合金加强环；在离罐壁顶端500mm处开始向上布置连接筋，连接筋环向间隔1米，连接筋伸出罐壁一直到外环梁中；

三、罐顶施工：在罐壁顶部安装外环梁的内、外板，绑扎好钢筋笼，预埋索孔，浇筑活性粉末混凝土，用高强铝合金板封顶，完成外环梁施工；工厂预制好的内环梁和稳定索、承压索通过高强弹簧钢管和索管交汇连接钢节点现场连接，通过索管交汇连接钢节点的索道，把索从索道穿入，将所有双曲面双层索准确穿入索管交汇连接钢节点，然后安装高强弹簧钢管，与索管交汇连接钢节点实现可靠连接，将所有索锚固在外环梁上，最后封锚。将与稳定索连接的各索管交汇连接钢节点与T型钢板支架连接好，然后在T型钢板支架上铺设屋面板，通过高强螺栓将上盖板、屋面板与T型钢板支架实现可靠连接；然后在内环梁上安装网壳支座，现场安装工厂预制好的高强铝合金网壳杆件、铝合金螺栓球节点、高强铝合金环杆和高强铝合金斜腹杆，形成高强铝合金网壳结构，并在其上铺设屋面板，完成罐顶的全部施工。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明罐壁顶部设置两道环形的工字钢梁，并用横向加劲肋连接成整体，形成环型钢桁架，大大增加储罐的整体稳定性。罐壁由高强铝合金板拼接而成，材料强度大，耐腐蚀性能高，加工性能好，易于加工和成型。

2、本发明施工时高强铝合金板可作为混凝土的模板，节约模版租赁费用和减少劳动力，施工周期短，整体造价低。

3、本发明采用双曲面双层拉索做罐顶，重量轻，可实现的跨度大，对罐壁的竖向作用力小；承重索和稳定索沿辐射方向布置，周围锚固在罐壁顶部的外环梁上，将罐顶荷载均匀传递到罐壁上。

4、本发明的PDCPD材料为工程塑料，相对于钢板等其他材料，质量轻，对罐顶的竖向作用力小。PDCPD材料力学性能优异，其耐腐蚀性、耐酸碱性和防水性以及保温性能较强，在盐碱地区以及温度变化较大的地区适应性强。这种材料制作成本低廉，成型周期短，生产效率高，可有效缩短施工工期。

5、本发明的双曲面双层拉索结构罐顶具有一定的坡度，排水性能好，不需要额外设置排水管道，也不会造成积水和积雪。

6、本发明构成罐顶的稳定索和承压索锚固于罐壁顶部外环梁上，在罐壁外侧无需布置用于张拉的凸肋，不但罐体表面光滑整洁性好，而且达到一定年限可更换双曲面双层拉索体系。

附图说明

图1是本发明中整体结构示意图；

图2是本发明中罐顶双曲面双层拉索结构布置示意图；

图3是本发明中罐顶网架结构示意图；

图4是本发明中罐顶内环梁剖面示意图

图5是本发明中罐顶钢索与内环梁的连接示意图；

图6是本发明中罐壁顶部结构示意图；

图7是本发明中罐壁剖面详图；

图8是本发明中高强铝合金拼接板的结构示意图；

图9是本发明中高强铝合金加强环示意图；

图10是本发明中罐壁与罐底连接详图；

图11是本发明中索管交汇连接节点详图。

图中：1稳定索；2承压索；3网壳；4高强弹簧钢管；5外环梁；6外板；7内板；8普通混凝土；9高强铝合金抗剪键；10高强铝合金抗拔圈；11高强铝合金加强环；12屋面支撑环；13罐底；14内环梁；15铝合金螺栓球节点；16高强铝合金环杆；17高强铝合金斜杆；18活性粉末混凝土；19工字钢梁；20钢筋笼；21连接筋；22榫舌；23榫槽；24索管交汇连接钢节点；25螺栓孔；26索道；27 T型钢板支架；28屋面板；29上盖板；30高强螺栓；31锚具。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

结合图1-图11所示，这种超大双曲面双层拉索储罐结构体系包括罐顶、罐壁、罐底13，罐顶采用双曲面双层拉索结构，内环梁14上采用网壳结构封闭，在双曲面双层拉索结构和网壳结构上铺设屋面板28，形成封闭的储罐结构。罐顶双曲面双层拉索结构由稳定索1、承压索2、内环梁14、外环梁5和高强弹簧钢管4构成，平行排列的高强弹簧钢管4通过索管交汇连接钢节点24设置在稳定索1、承压索2之间，各稳定索1、各承压索2的内侧与内环梁14连接，各稳定索1、各承压索2的外侧锚固在外环梁5中，通过调整承压索2、稳定索1和腹杆的长度并利用内环梁14受拉，对罐顶施加预应力并锚固于外环梁5上；通过与稳定索1连接的各索管交汇连接钢节点24上端的螺栓孔25与T型钢板支架27紧固在一起，T型钢板支架27设置螺栓孔，T型钢板支架27与上盖板29通过高强螺栓30将屋面板28固定在二者之间；罐壁由内板7、外板6内夹普通混凝土构成，内板7、外板6上交错布置高强铝合金抗剪键9，罐壁顶部设置两道环形的工字钢梁19，两道环形的工字钢梁19通过横向加劲肋连接成整体，形成环形钢桁架，加强储罐上部的整体刚度。罐底13由活性粉末混凝土18构成，活性粉末混凝土18抗压强度高，抗裂性和抗渗性强，可确保大底盘罐底的完整性。

内板7、外板6均为高强铝合金板，均由高强铝合金拼接板通过榫舌22和榫槽23相互连接而成。屋面板28采用聚双环戊二烯（PDCPD）屋面板，外环梁5为高强铝合金混凝土外环梁，内环梁14为高强铝合金混凝土内环梁。

罐顶采用双曲面双层拉索结构，由稳定索1、承压索2、高强弹簧钢管4、高强铝合金混凝土外环梁5、高强铝合金板混凝土内环梁14以及高强铝合金网壳3构成，在双曲面双层拉索结构的索管交汇处安装索管交汇连接钢节点24，将索、高强弹簧钢管4压杆及T型钢板支架27可靠连接起来，然后采用高强螺栓30将上盖板29、PDCPD屋面板28和T型钢板支架27固定到一起，将连接完成的稳定索1、承压索2通过锚具31锚固在高强铝合金钢筋混凝土外环梁5上，外环梁5上设置有屋面支撑环12。在高强铝合金板混凝土内环梁14上安装网壳支座，现场安装工厂预制好的高强铝合金网壳杆件、铝合金螺栓球节点15、高强铝合金环杆16和高强铝合金斜杆17，形成高强铝合金网壳结构，并在其上铺设PDCPD屋面板28。

如图7，罐壁由内板7、外板6和普通混凝土8构成，内板7、外板6上交错布置高强铝合金抗剪键9；如图8，内、外板由高强铝合金拼接板通过榫舌22和榫槽23相互连接而成；在内板7、外板6之间分层填充混凝土，形成罐壁结构，可以充分利用材料的力学性能，罐壁不但刚度大、承载力高，而且耐腐蚀性能好、保温性能好。如图9所示，在罐壁的顶部内侧设置高强铝合金加强环11，增加罐壁的环向刚度；如图10所示，罐壁底部设置高强铝合金抗拔圈10，埋于罐底13中，确保地震作用下罐壁与罐底不发生脱离破坏。

本发明采用双曲面双层拉索做罐顶，索在外环梁5实现可靠锚固，使得罐顶达到轻质化，实现更大的跨度；引入高强铝合金和混凝土，充分发挥两者之间的优越性能，将两者有机组合到一起，形成超大保温组合储罐结构体系的罐壁。

这种超大双曲面双层拉索储罐结构体系可做成地上、地下或半地下的。

这种超大双曲面双层拉索储罐结构体系的施工方法：

一、建造活性粉末混凝土（RPC）罐底，首先在工厂预制铝合金拼接板，在其上焊好高强铝合金抗剪键9，预制高强铝合金抗拔圈10。在现场铺设好罐底垫层，然后绑扎罐底钢筋，同时在罐底布置高强铝合金抗拔圈10，增强罐壁与罐底的连接，确保储罐的整体性，在抗拔圈上焊接已焊好高强铝合金抗剪键9的底层铝合金拼接板，全部罐底钢筋绑扎完毕，浇筑活性粉末混凝土18，养护，完成罐底施工；

二、采用分层施工的方法建造罐壁，首先在罐底13伸出的铝合金拼接板上，准确安装罐壁第二层的内、外高强铝合金板，预先在内、外两层铝合金板上沿圆周方向交错水平布置高强铝合金抗剪键9，然后按照预先设计好的高度，用混凝土泵把搅拌好的普通混凝土8浇筑到内、外层铝合金板中，待混凝土达到一定强度后，拼接上一层焊好高强铝合金抗剪键9的内、外层铝合金板，浇筑普通混凝土8，完成本层的施工，依次施工直到接近罐壁顶部。罐壁顶部设置两道环形的工字钢梁19，并用横向加劲肋连接成整体，形成环型钢桁架。并且在罐壁的顶部内侧设计好的位置设置高强铝合金加强环11。在离罐壁顶端500mm处开始向上布置连接筋21，连接筋21环向间隔1米，连接筋21伸出罐壁一直到外环梁5中，确保罐壁顶部与外环梁5之间的可靠连接；

三、罐顶施工。在罐壁顶部安装好内外高强铝合金板，绑扎好钢筋笼20，预埋索孔，并将连接筋21伸入到钢筋笼20中一定长度，增强罐壁和高强铝合金混凝土外环梁的连接，提高储罐的整体性，然后用混凝土泵把搅拌好的活性粉末混凝土18浇筑到内、外层铝合金板中，用高强铝合金板封顶，完成外环梁5施工。工厂预制好的高强铝合金混凝土内环梁14和稳定索1、承压索2通过高强弹簧钢管4和索管交汇连接钢节点24现场连接，通过索管交汇连接钢节点24的预留索道26，把索从索道26穿入，将双曲面双层拉索的所有索准确穿入节点，然后安装高强弹簧钢管压杆，与节点实现可靠连接，最后锚固在外环梁5上，最后封锚。将预制好的带螺栓孔的T型钢板支架27与所有索管交汇连接钢节点24连接好，然后在其上铺设PDCPD屋面板28，通过高强螺栓30将上盖板29、PDCPD屋面板28与T型钢板支架27实现可靠连接。然后在内环梁14上安装网壳支座，现场安装工厂预制好的高强铝合金网壳杆件、铝合金螺栓球节点15、高强铝合金环杆16和高强铝合金斜杆17，形成高强铝合金网壳结构，并在其上铺设PDCPD屋面板28，完成罐顶的全部施工。将罐顶荷载通过高强铝合金混凝土外环梁5传递到罐壁上，进而传给基础，实现结构荷载的合理传递。

Claims (8)

1.一种超大双曲面双层拉索储罐结构体系，其特征在于：这种超大双曲面双层拉索储罐结构体系包括罐顶、罐壁、罐底（13），罐顶采用双曲面双层拉索结构，内环梁（14）上采用网壳结构封闭，在双曲面双层拉索结构和网壳结构上铺设屋面板（28），罐顶双曲面双层拉索结构由稳定索（1）、承压索（2）、内环梁（14）、外环梁（5）和高强弹簧钢管（4）构成，平行排列的高强弹簧钢管（4）通过索管交汇连接钢节点（24）设置在稳定索（1）、承压索（2）之间，各稳定索（1）、各承压索（2）的内侧与内环梁（14）连接，各稳定索（1）、各承压索（2）的外侧锚固在外环梁（5）中，通过与稳定索（1）连接的各索管交汇连接钢节点（24）上端的螺栓孔与T型钢板支架（27）紧固在一起，T型钢板支架（27）设置螺栓孔，T型钢板支架（27）与上盖板（29）通过高强螺栓（30）将屋面板（28）固定在二者之间；罐壁由内板（7）、外板（6）、普通混凝土（8）构成，内板（7）、外板（6）上交错布置高强铝合金抗剪键（9），罐壁顶部设置两道环形的工字钢梁（19），两道环形的工字钢（19）梁通过横向加劲肋连接成整体，形成环形钢桁架。

2.根据权利要求1所述的超大双曲面双层拉索储罐结构体系，其特征在于：所述的内板（7）、外板（6）均为高强铝合金板，均由高强铝合金拼接板通过榫舌（22）和榫槽（23）相互连接而成。

3.根据权利要求2所述的超大双曲面双层拉索储罐结构体系，其特征在于：所述的屋面板（28）采用PDCPD屋面板，外环梁（5）为高强铝合金混凝土外环梁，内环梁（14）为高强铝合金混凝土内环梁。

4.根据权利要求3所述的超大双曲面双层拉索储罐结构体系，其特征在于：所述的罐底（13）与罐壁的交汇处，设置高强铝合金抗拔圈（10）。

5.根据权利要求4所述的超大双曲面双层拉索储罐结构体系，其特征在于：所述的各稳定索（1）和各承压索（2）沿辐射方向布置，外侧锚固在罐壁顶的外环梁（5）上，内侧锚固于内环梁（14）上，整个罐顶支撑在罐壁上；通过调整承压索（2）、稳定索（1）和高强弹簧钢管（4）的长度并利用内环梁（14）受拉，对罐顶施加预应力并与外环梁（5）锚固；内环梁（14）上设置的网壳结构为高强铝合金网壳（3），高强铝合金网壳（3）由高强铝合金杆件和铝合金螺栓球节点（15）构成。

6.根据权利要求5所述的超大双曲面双层拉索储罐结构体系，其特征在于：所述的罐壁的顶部内侧设置高强铝合金内加强环（11）。

7.一种权利要求6所述的超大双曲面双层拉索储罐结构体系的施工方法，其特征在于包括如下步骤：

建造活性粉末混凝土罐底：首先在工厂预制高强铝合金拼接板，在其上焊好高强铝合金抗剪键（9），预制高强铝合金抗拔圈（10），在现场铺设好罐底垫层，然后绑扎罐底钢筋，同时在罐底布置高强铝合金抗拔圈（10），在高强铝合金抗拔圈（10）上焊接已焊好高强抗剪键的底层铝合金拼接板，全部罐底钢筋绑扎完毕，浇筑活性粉末混凝土，养护，完成罐底施工；

二、采用分层施工的方法建造罐壁：首先在罐底（13）伸出的铝合金拼接板上，准确安装罐壁第二层的内板（7）、外板（6），预先在内板（7）、外板（6）上沿圆周方向交错水平布置高强铝合金抗剪键（9）；然后用混凝土泵将搅拌好的普通混凝土分层浇筑到内板（7）、外板（6）的空隙之中，待混凝土达到一定强度后，拼接上一层焊好高强铝合金抗剪键的内板（7）、外板（6），浇筑普通混凝土，分层依次施工直到接近到罐壁顶部，在罐壁顶部设置两道环形的工字钢梁（19），并用横向加劲肋连接成整体，形成环型钢桁架，并且在罐壁的顶部内侧设计好的位置设置高强铝合金加强环（11）；在离罐壁顶端500mm处开始向上布置连接筋（21），连接筋（21）环向间隔1米，连接筋（21）伸出罐壁一直到外环梁（5）中；

三、罐顶施工：在罐壁顶部安装外环梁（5）的内、外板，绑扎好钢筋笼（20），预埋索孔，浇筑活性粉末混凝土（18），用高强铝合金板封顶，完成外环梁（5）施工；工厂预制好的内环梁（14）和稳定索（1）、承压索（2）通过高强弹簧钢管（4）和索管交汇连接钢节点（24）现场连接，通过索管交汇连接钢节点的索道（26），把索从索道（26）穿入，将所有双曲面双层索准确穿入索管交汇连接钢节点（24），然后安装高强弹簧钢管（4），与索管交汇连接钢节点（24）实现可靠连接，将所有索锚固在外环梁（5）上，最后封锚。

8.将与稳定索（1）连接的各索管交汇连接钢节点（24）与T型钢板支架（27）连接好，然后在T型钢板支架（27）上铺设屋面板（28），通过高强螺栓（30）将上盖板（29）、屋面板（28）与T型钢板支架（27）实现可靠连接；然后在内环梁（14）上安装网壳支座，现场安装工厂预制好的高强铝合金网壳杆件、铝合金螺栓球节点（15）、高强铝合金环杆（16）和高强铝合金斜杆（17），形成高强铝合金网壳结构，并在其上铺设屋面板（28），完成罐顶的全部施工。