冷卻塔是發電、化工等行業中工業循環水冷卻的重要設施。我國早期建造的冷卻塔已使用幾十年,由于自然損傷或施工質量因素,出現一定程度的老化和破損,存在安全隱患。
某電廠雙曲線旋轉殼冷卻塔,立面呈雙曲線形,平面呈圓形,該塔塔高105m,淋水面積為4500m2。進風口高度7.8m,進風口直徑77.482m,塔筒出口直徑48.174m,填料底部高度8.7m,豎井高度12.15 m。
塔底直徑為84.97m,喉部直徑為21.90m,直徑隨高度變化,塔筒筒身厚度中間部位多為160mm,塔頂過渡到246mm、塔底過渡到600mm。
塔筒筒身下設有44個V字柱支撐,截面尺寸為550mm*550mm,塔筒和斜支柱混凝土標號為R300,S8,D200。
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冷卻塔筒體及環梁混凝土強度采用回彈法檢測,并用鉆芯法修正,人字柱及環基混凝土強度使用回彈法檢測,采 用 混 凝 土 齡 期 修 正 法 修 正,并 依 據《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程》、《鉆芯法檢測混凝土強度技術規程》和《混凝土結構加固設計規程》進行強度評定。
構筑物V字柱的鋼筋銹蝕較嚴重,結構承載能力受到削弱;風筒外壁的結構耐久性情況較差,混凝土碳化深度普遍已達到或超過實際的鋼筋保護層厚度,鋼筋周圍失去堿性保護而出現大量的銹蝕;風筒內壁有防腐涂料的保護,現狀較好,但涂料處于半失效狀態,需要重刷;淋水裝置支承柱部分混凝土保護層剝落;地面環形裂縫等現象。
冷卻塔南北向最大傾斜率為向南1.92‰,東西向最大傾斜率為向西0.40‰。均未超出《工業建筑可靠性鑒定標準》GB50144-2019關于同類建筑整體傾斜4‰的限值。
按照現場檢測數據建立結構力學模型,對構筑物的結構承載力進行驗算。計算程序采用有限元結構分析軟件。
風荷載
根據《工業循環水冷卻設計規范》GB/T 50102-2014,作用在雙曲線冷卻塔外表面上的等效風荷載標準值按下式計算:
其中=0.55KN/m2(50年重現期風壓),=0.30KN/m2(10年重現期風壓),為塔間干擾系數,兩塔間距離L為30m,dm為冷卻塔殼底直徑和喉部直徑的平均值,按照規范表49,塔間干擾系數取1.22。
溫度荷載:
根據《工業循環水冷卻設計規范》GB/T 50102-2014的要求,由于北方地區夏季晝夜溫差不大,且持續時間較短,因此,夏季產生的溫度作用可不計算,僅計算冬季的溫度作用。計算筒壁溫度作用時,混凝土可取徐變系數Ct=0.5,對溫度進行折減。冬季按30年一遇極端最低氣溫取值。筒壁內外溫差應按下列公式計算:
結合規范附錄A,計算得:
構筑物整體穩定計算
根據《工業循環水冷卻設計規范》GB/T 50102-2014第3.5.15條,塔筒整體穩定驗算按下式計算:
整體穩定滿足規范要求。
位移圖1
位移圖2
V字柱強度驗算比
環向板頂配筋率
依據國家標準《工業建筑可靠性鑒定標準》GB50144-2019,按50年重現期風壓計算,塔筒環向外側配筋率最大為0.54%,范圍在40m-70m之間,多數為0.47-0.51%,設計配筋率最大為0.29%,設計值不滿足計算值要求。塔筒環向內側配筋率最大為0.45%,范圍在40m-60m之間多數為0.42-0.45%,設計配筋率最大為0.25%,設計值不滿足計算值要求。塔筒子午向外側配筋率最大為0.28%,設計值滿足計算值要求。塔筒子午向內側配筋率大多為構造配筋,配筋率最大為0.16%,設計值滿足計算值要求。V字柱軸力比最大N/Nr=0.66<1.0,驗算比M/Mr=0.68<1.0滿足計算要求。環梁設計配筋率環向外側為0.58%,環向內側為0.21%滿足計算配筋率。剛性環設計配筋率環向外側、內側配筋率均為0.67%(102-104.4m),0.51%(104.4m-105m),滿足計算配筋率。