斜支柱及下环梁在大型双曲线冷却塔中的施工分析

摘要：双曲线冷却塔在大型火电站和核电站中，是重要的组成部分之一，其作用是用于循环水的冷却。在其施工过程中，斜支柱部分因为其独特的结构，成为整个工程的施工难点和重点，斜支柱――下环梁施工对整个工程都有着重要的影响，其质量直接关系到整个工程的质量和经济效益。

关键词：大型双曲线冷却塔；斜支柱；下环梁；施工分析

中图分类号：K928文献标识码： A

双曲线冷却塔由斜支柱、通风筒、集水池、环形结构、淋水构件等部分组成，其中的斜支柱部分呈双向倾斜的状态在空间中存在，所以对其的施工在整个工程中是最有难度的部分，在本文中的斜支柱――下环梁施工工程中，用无排架的方式取代传统的满堂脚手架，将传统的施工用支架、桁架受力体系来代替，减少了施工成本，取得了较好的效益。

1关于斜支柱和下环梁。

双曲线冷却塔的结构如下图一所示：

图一 双曲线冷却塔结构

1.1关于斜支柱。斜支柱是用于支撑通风筒的结构，用来承受上部结构的自重、稳定变化引起的应力和侧向风的荷载等，是重要的构件部分。在空间中斜支柱一般呈现双向倾斜的结构，大约为70度左右的倾角，形状为几何状的V、I、X字形，有矩形、圆形和八边形的截面。

1.2关于下环梁。双曲线通风筒的底部为下环梁，类似于刚性环梁，作用为承受上部结构自重引起的竖向和环向荷载和增强空间结构的稳定性。其结构一般为梯形，斜支柱的截面直径或截面长度一般比下底宽度要短，并倾斜于通风筒内。

1.3关于斜支柱――下环梁体系结构的现浇工艺的特点。双曲线冷却塔塔体主体的施工中，其顺序依次为：环形基础、支墩与斜支柱、下环梁、通风筒、上环梁。在通风筒和上环梁的施工中一般采用爬模工艺施工和悬挂式脚手架工艺，将其搭建在已经浇好的混凝土结构上。而斜支柱和下环梁在其现浇的过程中要考虑搭设竖向辅助支撑结构，在传统的施工工艺中，斜支柱――下环梁采用满堂脚手架的方式，这种方式的缺点是在施工中制模定位较困难、高空作业较多、劳动力密集、施工工期长、安全和质量较难得到保证。

2研发和运用斜支柱模具。

2.1现浇施工的难点。因为斜支柱的长度较长，需要模板和支撑从基层顶面开始，所以难以精确把握高支模对支撑体系的形变和稳定性。斜支柱呈现双向倾斜的模式，要有足够的刚度、强度来满足对支撑体系的竖向和水平的荷载要求。需要控制斜支柱的现浇混凝土的自由落差，在施工中需对其进行连续的现浇来确保施工中无冷缝，并用分段合模在施工中对模具进行快速和准确的拼接制作。双曲线冷却塔中的支柱空间分布较宽，因此其需要制作的模具和需要支撑的体系就多，这种模具和支撑体系的大量增多会给整个施工增大工作量、生产成本和安全风险。所以亟需研制开发一种机械化程度高、能进行整体移动并可周转使用的工具。

2.2研发模板和支撑体系。人字柱小车模具就是为了解决上述难题而研制的，其结构如下图二和图三所示：

图二 人字形小车

图三 人字形小车在施工现场

经过多次的实验和优化测试，模具在施工工况下容易变形的不确定性问题由此得到了很好地控制，结构构件的应力得到了极好的控制，小车模具的弹性控制在变形的范围之内，得到能循环使用的目的。另外，小车模具还具有高空作业少、整体性能高、机械化程度高的特点，这种模具得到了相关机构的认证和认可。

2.3人字柱施工的工艺流程。人字柱的施工工艺流程为：定位放线、小车拼装、小车定位、下模板系统吊装、下模板系统安装、小车定位校核、钢筋笼吊装、上模板安装于混凝土浇筑、养护、上模板拆除、下模板拆除、小车移除。

3探索斜支柱――下环梁体系的一体化现浇工艺。

3.1工艺路线。斜支柱在下环梁施工时就已经具有了一定的强度和刚度，施工时下环梁和通风筒及上环梁相比较自身质量荷载要远远小于两者的自重，所以将斜支柱作为下环梁施工支撑体系中的一部分的施工方式是完全合理的。接下来通过大量的计算研究取消格构柱、如何利用已浇筑的斜支柱，用增加人字柱底部支撑的方法解决人字柱的受力变形问题，预埋搁置点在人字柱上口，将桁架搁置其上。如下图四所示：

图四 无排架环梁的施工工艺

3.2分析工艺中的关键技术。在整个工程施工中，由冷却塔的本身特点和本工艺的施工工艺难点，决定了有三个方面的要素为控制的要点：控制斜支柱的变形、处理支撑和斜支柱混凝土的连接点、控制支撑施工。斜支柱在施工的过程中因为各种因素的影响会发生一定的偏差，为了将这种结构的变形偏差控制在安全范围之内，在施工中要根据实际的施工工况和工艺特点对其进行预先的起拱，从而将施工的偏差和施工中出现的各种荷载影响消除掉。在设计支撑点的连接时，要保证埋件点的混凝土不被破坏、不漏浆在浇筑时、可重复利用埋件。要达到上述要求，就需要采用进口的可装卸式的高强度埋件，这种埋件能循环使用并且能够大大减小了埋件尺寸，经过多次反复试验埋件的空间布置，从而使得埋件受力均衡和协调性得到了保证，防止个别埋件应力集中出现导致破坏周围的混凝土的现象发生，如下图五所示：

图五 埋件布置不合理导致的破坏

在支撑施工的过程中，需要有很强的技术性，在施工场地和支撑加工制作过程中都会不同程度的存在偏差，支撑的刚度要远远小于斜支柱的刚度，所以要同时满足协调变形和刚度的要求很难，这就需要在设计时需要将支撑达到预计的承载力，增加一定的预支撑力在实际的安装中，从而将上面的因素消除掉。混凝土的强度与斜支柱的刚度与时间有关系，并且在计算混凝土短期的刚度时存在偏差，不能很好地将实际的刚度反映出来。所以，综合上述因素考虑，应经过多次反复的实验，得到最佳合理的预加支撑力。

3.3总结工艺。该工艺的成功应用，将临时支撑和工具式排架相结合的设想，将格构柱运输成本大的特点大大的降低了。当然，还是存在一些问题，比如斜支柱的刚度过大，在施工实测中荷载的附加应力较小，将斜支柱作为施工支撑辅助作用的方法通过合理的改进达到进一步的发挥仍是考虑的重点。

4小结。

4.1在本文中通过对施工工艺的论述，表明该工艺通过工程实践能达到程序化施工、安装方便、低劳动力要求、进度快和高人性化设施的要求，采用了排架式的结构进行支撑从而打破了传统的的常规人字柱――下环梁结构。

4.2双曲线冷却塔在目前的工程设计中，因为具体施工环境的不同其斜支柱的截面大小、类型、倾斜角度、配筋率等参数是各不相同的。因此拆模后的混凝土结构的裂缝宽度和形变量很大程度上控制了现浇斜支柱模板拆除时是否需要进行支撑。在具体的施工和设计中，构件的参数安全值的考虑要优先于构件的类型区分的施工规定。

4.3从先前的研究成果中可以得出，斜支柱――下环梁结构体系现浇无支撑施工工艺是未来无排架结构体系发展的方向。应跟设计相互配合，充分利用安装完成后环向桁架所形成的一定程度的环向刚度，将其作为环向的支撑，从而使得从悬挑结构到整体性较好的结果的完美转化，从而使得斜支柱的扰度大大减小。在施工中为了加强斜支柱的薄弱部位，还可以采用改变支墩形式的方式，满足变形的需要。

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