一种双侧外包钢板-混凝土组合结构冷却塔

本发明涉及冷却塔施工的，特别是涉及一种双侧外包钢板-混凝土组合结构冷却塔。

背景技术：

1、随着我国能源工程的繁荣发展，冷却塔作为热力系统的重要组成部分，其施工质量的要求越来越高。目前，国内常见的冷却塔塔筒多为钢筋混凝土结构，采用的施工方法通常为翻模分层浇筑法，施工时对筒壁高度进行分层浇筑，在完成下层的筒壁浇筑后，以此为基础搭设脚手架绑扎钢筋，铺设模板，浇筑上层混凝土。

2、混凝土分层浇筑时，下层的混凝土需要在完成浇筑后形成一定的强度后才能满足上层的施工需求，延长了工期。此外，混凝土导热性能差，浇筑层的混凝土上表面暴露在环境中，下表面与已经硬化的混凝土接触，对水化热的逸散不利，极易产生温差裂缝。对于冷却塔这样的大面积混凝土结构，下层混凝土先浇筑，且每层厚度也比较大。随后浇筑上层混凝土时(二者可能间隔长达20天以上)，已经充分硬化的下层形成了如同基岩一样的结构不再参与变形，反而对上层形成约束，产生变形拉应力，此时由于上层混凝土的强度和弹性模量仍然还未到达完全值，比较脆弱，容易出现收缩裂缝，在上下层交界面将出现纵向裂缝。裂缝的累积和不同层施工工况的复杂性决定了施工质量难以控制，使得施工过程中的倒塌事故屡屡发生。

3、全钢结构的冷却塔固然可以解决传统混凝土结构的这些弊端，然而全钢结构造价高昂，是混凝土结构的数倍以上，大规模大用量地加工、运输、养护钢结构，其难度和成本也远高于混凝土结构。此外，钢材“轻质”的特点致使其稳定性较差，高层钢结构形成骨架节间长度长，面临的风致振动、地震响应等动力学问题始终难以解决。运营过程中，冷却塔内部发生热交换时，钢材又易受产生的高温蒸汽腐蚀，使用寿命较短，为了保证不产生化学污染，冷却塔用钢也难以像其他建筑钢结构一样在表面涂抹刷底漆，因此，全钢结构冷却塔应用范围比较有限。

4、钢混组合结构的设计思路，是利用混凝土提供抗压强度、钢材提供抗拉强度，用钢板材代替钢筋和模板，既能像钢筋混凝土结构一样满足受压、面内、外受压受剪等承载能力要求，又比全钢结构在稳定性、成本、施工难度上更具优势。组合结构有效结合了两种材料的优势，满足冷却塔施工的安全性和经济性要求，有望解决冷却塔施工和设计复杂程度高、施工危险系数高的工程问题。

5、专利cn201920450288.0公开了一种装配式混凝土冷却塔，传统的方法是倒模施工法或爬模施工法，都需要在高空完成，高空施工难度系数高，所以施工周期都相对较长。该实用新型包括：基础，基础上部连接塔壁，所述的塔壁上部连接顶箍，塔壁采用装配式结构，装配式结构的受力构件包括水平砼梁和与水平砼梁连接的双曲线砼柱)，双曲线砼柱为双曲体母线形状的自下而上的现浇砼柱，一组预制板随着现浇砼柱高度的上升，顺次镶嵌在受力构件中，最终形成冷却塔壳体；在基础和预制板之间现浇有水平底梁，在预制板之间的横向连接位置现浇有双曲线砼柱，在下层预制板和上层预制板之间高度方向连接位置现浇有水平砼梁。但该专利仍有施工难度大，施工质量难以保证，自重过大引起长期下挠的缺点。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种双侧外包钢板-混凝土组合结构冷却塔，通过工厂预制大型钢结构，增强结构力学性能的同时作为浇筑混凝土的模板，减少施工工期和施工复杂程度，提高施工质量，降低施工安全风险。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、一种双侧外包钢板-混凝土组合结构冷却塔，包括外侧钢板，内侧钢板，对拉螺栓，竖隔板和填充混凝土；所述的外侧钢板和内侧钢板围成半径不同的圆周，组成冷却塔塔壁的外侧和内侧，所述的外侧钢板与所述的内侧钢板之间的间隙处置有多个对拉螺栓和多个竖隔板，且所述的填充混凝土填充剩余的间隙部分。

4、进一步地，所述的外侧钢板和内侧钢板呈双曲面特征。

5、进一步地，所述的对拉螺栓的一端固定外侧钢板，另一端固定内侧钢板，多个对拉螺栓均匀矩形阵列分布。

6、所述的外侧钢板和内侧钢板上设有安装对拉螺栓的孔，其孔径大于对拉螺栓的外径1～3mm，留孔最大间距满足等效钢筋混凝土结构腹筋结构密度和配筋率需求应不大于700mm，最小间距应考虑开孔对结构密闭性的削弱应不小于500mm，所述对拉螺栓从外侧钢板和内侧钢板预留开孔处打入并锚固。

7、进一步地，多个所述对拉螺栓之间的间距为500mm～700mm，与所留孔的间距相同。

8、进一步地，所述的竖隔板沿塔壁筒周径向分布，竖隔板间隔与开孔间隔一致，使其沿塔壁筒周径向与开孔间隔分布，所述的竖隔板与外侧钢板和内侧钢板焊接。

9、进一步地，所述的对拉螺栓的直径为12～16mm。

10、进一步地，所述的外侧钢板和内侧钢板的厚度为8～16mm，使施工过程混凝土硬化前后结构施工大变形的控制满足需求。

11、进一步地，所述的外侧钢板，内侧钢板和竖隔板的高度相同。

12、进一步地，所述的外侧钢板和内侧钢板通过其底部的支柱固定在地面上。

13、进一步地，所述填充混凝土在外侧钢板，内侧钢板，对拉螺栓和竖隔板完成组装后从上方浇灌填实，混凝土的规格应满足和钢材的连结强度和整体性，优选地，混凝土的规格为高强度混凝土c60。

14、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

15、(1)混凝土发挥其抗压强度高的特点，在硬化前能增强钢板的稳定性，大热容量的特点也能减缓高温对钢板强度的削弱。

16、(2)钢板既能作为承载结构承担拉、压、剪作用，又能起到永久模板的作用，完成混凝土的一次性浇筑且不必配置钢筋。钢板各向同性的特点有利于冷却塔曲面形状的设计，且相比纯钢结构大大减少了对加劲肋的需求量，受力性能利用效率更高，施工过程中，钢板能有效防止混凝土的崩落，可预制的钢板能够减少干缩时间，加快施工进程。

17、(3)本发明所述的双侧外包钢板-混凝土组合结构冷却塔通过将钢材与混凝土两种材料利用拉筋和竖隔板组合为整体共同工作，该组合结构无论是在安全性、经济性、适用性上上都有较大的优势，有望在核电安全壳、冷却塔塔壁等众多工程领域中得到应用。

技术特征：

1.一种双侧外包钢板-混凝土组合结构冷却塔，其特征在于，包括外侧钢板(1)，内侧钢板(2)，对拉螺栓(3)，竖隔板(4)和填充混凝土(5)；所述的外侧钢板(1)和内侧钢板(2)围成半径不同的圆周，组成冷却塔塔壁的外侧和内侧，所述的外侧钢板(1)与所述的内侧钢板(2)之间的间隙处设置有多个对拉螺栓(3)和多个竖隔板(4)，且所述的填充混凝土(5)填充剩余的间隙部分。

2.根据权利要求1所述的一种双侧外包钢板-混凝土组合结构冷却塔，其特征在于，所述的外侧钢板(1)和内侧钢板(2)呈双曲面特征。

3.根据权利要求1所述的一种双侧外包钢板-混凝土组合结构冷却塔，其特征在于，所述的对拉螺栓(3)的一端固定外侧钢板(1)，另一端固定内侧钢板(2)，多个对拉螺栓(3)均匀矩形阵列分布。

4.根据权利要求3所述的一种双侧外包钢板-混凝土组合结构冷却塔，其特征在于，所述的外侧钢板(1)和内侧钢板(2)上设有安装对拉螺栓(3)的孔，其孔径大于对拉螺栓(3)的外径1-3mm。

5.根据权利要求1所述的一种双侧外包钢板-混凝土组合结构冷却塔，其特征在于，相邻对拉螺栓(3)之间的间距为500mm～700mm。

6.根据权利要求1所述的一种双侧外包钢板-混凝土组合结构冷却塔，其特征在于，所述的对拉螺栓(3)的直径为12～16mm。

7.根据权利要求1所述的一种双侧外包钢板-混凝土组合结构冷却塔，其特征在于，所述的外侧钢板(1)和内侧钢板(2)的厚度为8～16mm。

8.根据权利要求1所述的一种双侧外包钢板-混凝土组合结构冷却塔，其特征在于，所述的外侧钢板(1)，内侧钢板(2)和竖隔板(4)的高度相同。

9.根据权利要求1所述的一种双侧外包钢板-混凝土组合结构冷却塔，其特征在于，所述的外侧钢板(1)和内侧钢板(2)通过其底部的支柱固定在地面上。

10.根据权利要求1所述的一种双侧外包钢板-混凝土组合结构冷却塔，其特征在于，所述的竖隔板(4)沿塔壁筒周径向分布，厚度为8～16mm，所述的竖隔板(4)的材料与外侧钢板(1)和内侧钢板(2)一致，与外侧钢板(1)和内侧钢板(2)焊接。

技术总结
本发明涉及一种双侧外包钢板‑混凝土组合结构冷却塔，包括外侧钢板(1)，内侧钢板(2)，对拉螺栓(3)，竖隔板(4)和填充混凝土(5)；所述的外侧钢板(1)和内侧钢板(2)围成半径不同的圆周，组成冷却塔塔壁的内外侧，所述的外侧钢板(1)与所述的内侧钢板(2)之间的间隙处置有多个对拉螺栓(3)和多个竖隔板(4)，且所述的填充混凝土(5)填充剩余的间隙部分。与现有技术相比，本发明具有良好的安全性、经济性、适用性，能有效防止混凝土的崩落，加快施工进程等优点。

技术研发人员：陈长盛,徐骁青,刘玉擎,方根深
受保护的技术使用者：同济大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15