冷却塔是发电、化工等行业中工业循环水冷却的重要设施。我国早期建造的冷却塔已使用几十年,由于自然损伤或施工质量因素,出现一定程度的老化和破损,存在安全隐患。
某电厂双曲线旋转壳冷却塔,立面呈双曲线形,平面呈圆形,该塔塔高105m,淋水面积为4500m2。进风口高度7.8m,进风口直径77.482m,塔筒出口直径48.174m,填料底部高度8.7m,竖井高度12.15 m。
塔底直径为84.97m,喉部直径为21.90m,直径随高度变化,塔筒筒身厚度中间部位多为160mm,塔顶过渡到246mm、塔底过渡到600mm。
塔筒筒身下设有44个V字柱支撑,截面尺寸为550mm*550mm,塔筒和斜支柱混凝土标号为R300,S8,D200。
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冷却塔筒体及环梁混凝土强度采用回弹法检测,并用钻芯法修正,人字柱及环基混凝土强度使用回弹法检测,采 用 混 凝 土 龄 期 修 正 法 修 正,并 依 据《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》、《钻芯法检测混凝土强度技术规程》和《混凝土结构加固设计规程》进行强度评定。
构筑物V字柱的钢筋锈蚀较严重,结构承载能力受到削弱;风筒外壁的结构耐久性情况较差,混凝土碳化深度普遍已达到或超过实际的钢筋保护层厚度,钢筋周围失去碱性保护而出现大量的锈蚀;风筒内壁有防腐涂料的保护,现状较好,但涂料处于半失效状态,需要重刷;淋水装置支承柱部分混凝土保护层剥落;地面环形裂缝等现象。
冷却塔南北向最大倾斜率为向南1.92‰,东西向最大倾斜率为向西0.40‰。均未超出《工业建筑可靠性鉴定标准》GB50144-2019关于同类建筑整体倾斜4‰的限值。
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按照现场检测数据建立结构力学模型,对构筑物的结构承载力进行验算。计算程序采用有限元结构分析软件。
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风荷载
根据《工业循环水冷却设计规范》GB/T 50102-2014,作用在双曲线冷却塔外表面上的等效风荷载标准值按下式计算:
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其中=0.55KN/m2(50年重现期风压),=0.30KN/m2(10年重现期风压),为塔间干扰系数,两塔间距离L为30m,dm为冷却塔壳底直径和喉部直径的平均值,按照规范表49,塔间干扰系数取1.22。
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温度荷载:
根据《工业循环水冷却设计规范》GB/T 50102-2014的要求,由于北方地区夏季昼夜温差不大,且持续时间较短,因此,夏季产生的温度作用可不计算,仅计算冬季的温度作用。计算筒壁温度作用时,混凝土可取徐变系数Ct=0.5,对温度进行折减。冬季按30年一遇极端最低气温取值。筒壁内外温差应按下列公式计算:
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结合规范附录A,计算得:
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构筑物整体稳定计算
根据《工业循环水冷却设计规范》GB/T 50102-2014第3.5.15条,塔筒整体稳定验算按下式计算:
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整体稳定满足规范要求。
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位移图1
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位移图2
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V字柱强度验算比
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环向板顶配筋率
依据国家标准《工业建筑可靠性鉴定标准》GB50144-2019,按50年重现期风压计算,塔筒环向外侧配筋率最大为0.54%,范围在40m-70m之间,多数为0.47-0.51%,设计配筋率最大为0.29%,设计值不满足计算值要求。塔筒环向内侧配筋率最大为0.45%,范围在40m-60m之间多数为0.42-0.45%,设计配筋率最大为0.25%,设计值不满足计算值要求。塔筒子午向外侧配筋率最大为0.28%,设计值满足计算值要求。塔筒子午向内侧配筋率大多为构造配筋,配筋率最大为0.16%,设计值满足计算值要求。V字柱轴力比最大N/Nr=0.66<1.0,验算比M/Mr=0.68<1.0满足计算要求。环梁设计配筋率环向外侧为0.58%,环向内侧为0.21%满足计算配筋率。刚性环设计配筋率环向外侧、内侧配筋率均为0.67%(102-104.4m),0.51%(104.4m-105m),满足计算配筋率。
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