鄒縣12000平米冷卻塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計

1、1姚友成 侯憲安西北電力設(shè)計院 水工結(jié)構(gòu)室2008年元月231.1 電廠性質(zhì)電廠性質(zhì)鄒縣發(fā)電廠四期鄒縣發(fā)電廠四期2x1000MW機(jī)組擴(kuò)建工程是我國百萬千瓦機(jī)組技術(shù)引進(jìn)國產(chǎn)化依機(jī)組擴(kuò)建工程是我國百萬千瓦機(jī)組技術(shù)引進(jìn)國產(chǎn)化依托項目，工程建設(shè)兩座淋水面積為托項目，工程建設(shè)兩座淋水面積為12000m2超大型冷卻塔，塔高超大型冷卻塔，塔高165m，采用一，采用一機(jī)一塔方案。機(jī)一塔方案。鄒縣四期工程冷卻塔的規(guī)模已經(jīng)超出國內(nèi)設(shè)計、施工規(guī)范限制。鄒縣四期工程冷卻塔的規(guī)模已經(jīng)超出國內(nèi)設(shè)計、施工規(guī)范限制。在此之前，國內(nèi)規(guī)模最大的冷卻塔是我院為鄒縣三期在此之前，國內(nèi)規(guī)模最大的冷卻塔是我院為鄒縣三期2x600MW機(jī)組

2、設(shè)計的，淋機(jī)組設(shè)計的，淋水面積為水面積為9500m2，塔高，塔高150m。10000m2以上的冷卻塔國內(nèi)尚無設(shè)計建造經(jīng)驗，以上的冷卻塔國內(nèi)尚無設(shè)計建造經(jīng)驗， 技術(shù)難度和風(fēng)險很大。技術(shù)難度和風(fēng)險很大。41.2 主要熱力參數(shù)主要熱力參數(shù)標(biāo)稱冷卻面積12000m2全塔塔高165.00m進(jìn)風(fēng)口高度11.64m喉部直徑75.21m淋水填料頂標(biāo)高13.95 m淋水填料頂標(biāo)高處筒壁內(nèi)徑123.64m循環(huán)系統(tǒng)分類單元制51.3 冷卻塔區(qū)域總平面布置冷卻塔區(qū)域總平面布置61.4 自然條件自然條件五十年一遇最大風(fēng)速22.1 m/s，對應(yīng)基本風(fēng)壓為0.30kN/m2百年一遇最大風(fēng)速為23.7m/s，相應(yīng)基本風(fēng)壓為0

3、.35 kN/m2, 結(jié)合全國風(fēng)壓等值線圖分析，百年一遇風(fēng)壓取值為0.40 kN/m2三十年一遇極端最低氣溫 -19.1，相應(yīng)風(fēng)速為10m/s年最多凍融循環(huán)次數(shù)33次屬中硬場地土，建筑場地類別類，為建筑抗震的有利地段抗震設(shè)防烈度6度，場地地震動峰值加速度為0.075g,地震動反應(yīng)譜特征周期值0.38s。廠址所處地貌單元沖積洪積平原，廠區(qū)場地土為較均勻、密實。7問題的提出問題的提出規(guī)模大規(guī)模大工程經(jīng)驗少工程經(jīng)驗少安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性 技術(shù)路線技術(shù)路線最初的考慮是最初的考慮是“與國外合作與國外合作”實際采取的是實際采取的是“立足國內(nèi)，聯(lián)合科研院所自主進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)的路線立足國

4、內(nèi)，聯(lián)合科研院所自主進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)的路線”。主要研究單位：由西北電力設(shè)計院、北京大學(xué)力學(xué)系、浙江大學(xué)固體力學(xué)研究所。主要研究單位：由西北電力設(shè)計院、北京大學(xué)力學(xué)系、浙江大學(xué)固體力學(xué)研究所。主要研究內(nèi)容及技術(shù)難點主要研究內(nèi)容及技術(shù)難點結(jié)構(gòu)選型研究結(jié)構(gòu)選型研究風(fēng)工程研究風(fēng)工程研究屈曲穩(wěn)定研究屈曲穩(wěn)定研究施工期的穩(wěn)定驗算施工期的穩(wěn)定驗算 83.1 風(fēng)工程方面的研究風(fēng)工程方面的研究設(shè)計基本風(fēng)荷載的確定火力發(fā)電廠水工技術(shù)設(shè)計規(guī)范 DL/T 5339-2006工業(yè)循環(huán)水冷卻設(shè)計規(guī)范GB/T 50102-2003高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程 JGJ 3-2002煙囪設(shè)計規(guī)范 GB 50051-200293.1

5、風(fēng)工程方面的研究風(fēng)工程方面的研究風(fēng)洞實驗單塔剛性模型試驗單塔彈性模型試驗群塔剛性模型試驗單塔彈性振動模型試驗風(fēng)洞試驗不足之處尚不能根據(jù)縮尺模型實驗中獲得實塔的風(fēng)壓分布。0 180010203040506070809010011012013014015016017018021.510.50.51規(guī)范風(fēng)壓分布剛性模型風(fēng)壓分布彈性模型風(fēng)壓分布剛性塔群模型風(fēng)壓分布不同風(fēng)壓分布曲線對比角度()分布系數(shù)103.2 冷卻塔的結(jié)構(gòu)選型與優(yōu)化冷卻塔的結(jié)構(gòu)選型與優(yōu)化“加肋塔”和“無肋塔”的方案比較結(jié)構(gòu)優(yōu)化選型-大量方案的優(yōu)化比選3.3 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析整體穩(wěn)定分析公式法有限元法(Ansys, Adin

6、a)屈曲模態(tài)113.3 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析局部彈性屈曲穩(wěn)定分析Hamon結(jié)構(gòu)選型程序規(guī)范公式010203040506070020406080100120140160180GC33LBS由ANSYS、GC33、LBS內(nèi)力計算得到的局部屈曲穩(wěn)定系數(shù)KBANSYSKBm12內(nèi)力分析內(nèi)力分析 T1、T2M1、M2自重作用13內(nèi)力分析內(nèi)力分析 溫度作用M1、M2T1、T214內(nèi)力分析內(nèi)力分析 風(fēng)荷載作用M1、M2T1、T2153.4 結(jié)構(gòu)幾何非線性影響結(jié)構(gòu)幾何非線性影響1.2.6 幾何非線性影響評價幾何非線性影響評價 163.4 結(jié)構(gòu)幾何非線性影響結(jié)構(gòu)幾何非線性影響允許施工誤差允許施工誤差 0

7、20406080100120140160180米-800,000-700,000-600,000-500,000-400,000-300,000-200,000-100,0000100,000N有缺陷無缺陷020406080100120140160180米-1.2E+006-1E+006-800,000-600,000-400,000-200,0000200,000400,000N有缺陷無缺陷環(huán)向內(nèi)力 子午向內(nèi)力020406080100120140160180米010,00020,00030,00040,00050,00060,00070,00080,00090,000100,000110,0

8、00N.m無缺陷有缺陷環(huán)向彎矩 子午向彎矩020406080100120140160180米-10,000010,00020,00030,00040,00050,00060,000N.m無缺陷有缺陷173.5 施工期穩(wěn)定分析施工期穩(wěn)定分析隨著冷卻塔結(jié)構(gòu)尺度的不斷加大，塔筒隨著冷卻塔結(jié)構(gòu)尺度的不斷加大，塔筒直徑也隨之增大，這使得筒壁緯向曲率直徑也隨之增大，這使得筒壁緯向曲率變得越來越小，水平環(huán)的作用將削弱；變得越來越小，水平環(huán)的作用將削弱；同時，由于迎風(fēng)面積的增大，總的風(fēng)荷同時，由于迎風(fēng)面積的增大，總的風(fēng)荷載增大，冷卻塔施工期的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定問題載增大，冷卻塔施工期的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定問題也變得更加突出。也變得

9、更加突出。材料試驗 感謝西北電建四公司的大力支持感謝西北電建四公司的大力支持183.5 施工期穩(wěn)定分析施工期穩(wěn)定分析 風(fēng)荷載作用193.5 施工期穩(wěn)定分析施工期穩(wěn)定分析 風(fēng)荷載作用203.5 施工期穩(wěn)定分析施工期穩(wěn)定分析 施工荷載作用213.6 地基處理方案地基處理方案碾壓碎石墊層換填223.7 冷卻塔本體結(jié)構(gòu)設(shè)計冷卻塔本體結(jié)構(gòu)設(shè)計最終結(jié)構(gòu)設(shè)計方案最終結(jié)構(gòu)設(shè)計方案全塔塔高：全塔塔高：165.00m進(jìn)風(fēng)口高度：進(jìn)風(fēng)口高度：11.64m喉部直徑：喉部直徑：75.21m最小壁厚：最小壁厚：0.22m塔筒模板：塔筒模板：1.3米米/節(jié)節(jié)人字柱對數(shù)：人字柱對數(shù)：48對，圓形截面，直徑對，圓形截面，直徑1

10、.1m環(huán)板基礎(chǔ)：環(huán)板基礎(chǔ)：截面尺寸截面尺寸8.0mX2.0m冷卻塔混凝土指標(biāo)一覽表 結(jié) 構(gòu) 部 位 強度等級 塔筒 C35 支柱 C40 水池池壁，環(huán)基，支墩 C30 2006年6月18日#7塔順利到頂；2006年9月22日通水；投運一年多來運行良好。23采用規(guī)范給定的風(fēng)壓分布曲線、風(fēng)振系數(shù)并考慮塔群影響系數(shù)進(jìn)行分采用規(guī)范給定的風(fēng)壓分布曲線、風(fēng)振系數(shù)并考慮塔群影響系數(shù)進(jìn)行分析設(shè)計在目前這個尺度上是安全的。析設(shè)計在目前這個尺度上是安全的。塔群影響系數(shù)與工程實際密切相關(guān)。對于沿海、丘陵、非常規(guī)布置方塔群影響系數(shù)與工程實際密切相關(guān)。對于沿海、丘陵、非常規(guī)布置方案，建議針對性地進(jìn)行塔群影響系數(shù)研究。案，建議針對性地進(jìn)行塔群影響系數(shù)研究。為了使分析模型所加載的風(fēng)壓更符合實際，如果條件允許，可考慮沿為了使分析模型所加載的風(fēng)壓更符合實際，如果條件允許，可考慮沿塔高采用若干條風(fēng)壓分布曲線。塔高采用若干條風(fēng)壓分布曲線?？s尺模型試驗?zāi)M得到的數(shù)據(jù)與足尺測試尚有一定的差距，如有條件，縮尺模型試驗?zāi)M得到的數(shù)據(jù)與足尺測試尚有一定的差距，如有條件，最好對大塔風(fēng)壓分布進(jìn)行實測。最好對大塔風(fēng)壓分布進(jìn)行實測。鄒縣四期鄒縣四期#7、#8塔均已投運。其中塔均已投運。其中#7塔已運行一年有余，運行良好，塔已運行一年有余，