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某钢结构冷却塔施工过程分析

发表时间：2020/11/2 来源：《基层建设》2020年第18期作者：鞠红光1 侯亚委2 张海洋3 刘学武4 李庆建5

[导读] 摘要：相对混凝土冷却塔，钢结构冷却塔存在自重轻、抗震性能突出、施工速度快、外形美观等优点，在国内外应用越来越多。

        1.新疆华电哈密热电有限责任公司新疆 2、3、4、5、6.华电重工股份有限公司北京
        摘要：相对混凝土冷却塔，钢结构冷却塔存在自重轻、抗震性能突出、施工速度快、外形美观等优点，在国内外应用越来越多。本文针对某个实际工程，采用高空吊装的安装方法，对施工过程中钢塔、塔吊附着节点等进行分析，构件和节点满足承载力要求，为其它工程提供参考。
        关键词：钢结构冷却塔高空吊装节点承载力
        空冷技术具有节水的特点，广泛应用于缺水地区的电厂。一般来讲，大型火力发电厂的间冷塔都是混凝土结构的，仅在国内，混凝土结构的间冷塔已建设了数百座，有的已安全运行了数十年，无论是设计还是施工，都已积累丰富的工程经验。随着技术的发展和业主需求的多样化，钢结构塔这一新型结构型式也将成为业主可供选择的结构形式之一。相对混凝土冷却塔，钢结构塔存在自重轻、抗震性能突出、施工速度快、外形美观等优点，在国内外应用越来越多。但是由于钢结构塔的自身特点，施工是工程实施的关键，本文针对某个实际工程，采用高空吊装的安装方法，对施工过程中钢塔、塔吊附着等进行分析，为其它工程提供参考。
        1 工程概况
        本项目为某电厂2×350MW国产超临界供热空冷燃煤发电机组钢结构空冷塔项目，工艺专业通过热力优化确定本工程间冷系统冷却塔热力设计参数，主要热力尺寸如下：塔高160m，底部直径141m，喉口高128m，喉口直径为90m，外形为双曲线塔型，见图1和图2。钢塔主结构为双向斜交钢管桁架结构，围护结构由檩条和压型面板组成，通过节点构造满足钢塔密封性要求。本工程使用年限为50年，结构安全等级为二级。

        图1 钢塔立面布置图
        2 塔吊布置
        根据钢塔结构特点、外形尺寸和塔吊工作范围，本工程采用两台中联TC7052塔机进行钢结构安装。两塔塔机臂长55m，吊重25t。受现场场地限制，双塔吊均布置在钢塔内，间距39m。为满足塔吊侧向稳定，两塔吊沿高度分别布置4道刚性撑杆附着在钢塔的加强环上，钢塔整体刚度有效支撑塔吊，避免侧向失稳破坏，塔吊底部采用筏板基础拟采用，见图2。

        图2 塔吊立面布置图
        3 计算分析
        考虑塔吊作业过程中和钢塔相互影响，采用整体建模计算方法，并对塔吊进行一定简化处理，即不考虑塔吊水平段，将反力施加在塔吊顶部。利用有限元软件MIDAS/GEN中设计功能，依据《钢结构设计规范》[1]《空间网格结构技术规程》[2]和对钢塔杆件截面进行验算。本工程施工步骤较多，施工工序繁琐，施工模拟按照施工顺序进行逐步建模加载进行计算。本文考虑篇幅问题，仅列出最不利工况计算结果，即钢塔施工到顶部，围护面板全部安装的工况。
        考虑结构整体初始几何缺陷采用二阶P-△弹性分析，钢塔杆件最大应力为175 MPa，满足规范要求。分析模型及结果分别见图3。

        图3 杆件应力
        塔吊附着点节点连接是关键受力点，采用耳板销轴的连接方法，由于节点复杂，运用有限元软件对塔吊附着节点进行足尺寸模拟分析[3]。
        经过分析，附着压力最大值发生在较低塔吊第三道上附着部位，设计值为1196kN。主结构附着节点的耳板材料选用Q345B，节点球为φ700*25。通过有限元分析，节点球及钢塔杆件应力小于160MPa。球节点耳板厚度为20mm，耳板两侧各焊接3块肋板，应力最大287MPa，满足承载力要求，见图4。

        图4 附着臂端部主结构节点应力分析
        附着臂端部与主结构采用销轴连接，耳板材料选用Q345B，厚度为25mm。经有限元分析，耳板应力为278MPa，满足承载力要求，见图5。

        图5 附着臂端部耳板应力分析
        4 结束语
        1）针对钢结构冷却塔特殊结构形式，提出双塔吊吊装的安装方案，受现场条件限制，将双塔吊布置在钢塔内部，方案合理高效。
        2）采用刚性附着方案，沿塔吊高度布置四道附着构件，附着在钢塔的加强环上，利用钢塔侧向刚度保证塔吊施工过程中的侧向稳定。
        3）进行塔吊附着节点设计，确定耳板尺寸，材质为Q345B，进行了有限元实体模型分析，节点最大应力278MPa，满足使用要求。
        参考文献
        [1] GB50017-2017 钢结构设计规范[S].
        [2] JGJ7-2010 空间网格结构技术规程[S].
       [3]王新敏.ANSYS土木工程结构数值分析[M].北京：中国水利水电出版社，2007.