《復(fù)合材料拉擠型材結(jié)構(gòu)冷卻塔應(yīng)用技術(shù)規(guī)程編制說明》

CSTM團體標(biāo)準(zhǔn)《復(fù)合材料拉擠型材結(jié)構(gòu)冷卻塔應(yīng)用技術(shù)規(guī)

程》編制說明

征詢意見階段?

1、目的意義

復(fù)合材料因其輕質(zhì)、高強、耐腐蝕等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用于冷卻塔行業(yè)。隨著復(fù)

合材料制造技術(shù)的發(fā)展，其拉擠型材產(chǎn)品越來越多的應(yīng)用于大型冷卻塔，以替代

傳統(tǒng)的鋼材、木材與鋼筋混凝土，并作為主要結(jié)構(gòu)材料使用。復(fù)合材料拉擠型材

的力學(xué)性能具有較高的可設(shè)計性，與鋼材、木材等傳統(tǒng)材料的物理、化學(xué)性能存

在較大差異，復(fù)合材料作為發(fā)展中的新材料，目前尚無成體系的數(shù)據(jù)庫和資料可

供查詢，也缺少相關(guān)的設(shè)計規(guī)范指導(dǎo)設(shè)計，復(fù)合材料冷卻塔行業(yè)發(fā)展因此受到制

約。

目前國際上也缺少適用性強的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范，例如美國冷卻技術(shù)協(xié)會

（CTI）發(fā)布的相關(guān)指南無法滿足我國設(shè)計需求。在這種一方面是市場對復(fù)合材

料結(jié)構(gòu)冷卻塔的旺盛需求，另一方面是產(chǎn)品或結(jié)構(gòu)設(shè)計的高門檻的情況下，行業(yè)

亂象叢生，安全問題凸顯。安全問題若不能及時解決，不僅可能帶來人員、財產(chǎn)

損失，還可能扼殺整個新材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的長期缺失將帶來安全隱患。采用復(fù)合材料設(shè)計、制造的大型冷卻

塔出現(xiàn)安全事故的案例不再是小概率事件，施工和使用過程中發(fā)生整體坍塌的事

件時有發(fā)生。安全問題若不能及時解決，不僅可能導(dǎo)致人員和財產(chǎn)損失，還可能

扼殺復(fù)合材料在冷卻塔領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展。

本規(guī)程順應(yīng)市場需求，旨在推動復(fù)合材料在冷卻塔行業(yè)中的應(yīng)用，同時助力

促進行業(yè)的健康和可持續(xù)發(fā)展。

2、預(yù)期的社會效益、經(jīng)濟效益

冷卻塔是冷卻水循環(huán)使用的關(guān)鍵設(shè)備，承擔(dān)著全國約70%的工業(yè)和民用冷卻

水的循環(huán)冷卻任務(wù)，冷卻塔產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景廣闊。復(fù)合材料因其輕質(zhì)、高強、耐

腐等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用于冷卻塔行業(yè)，以代替自重大、易銹蝕的鋼材。同時，復(fù)合

材料結(jié)構(gòu)具有比傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)更低的碳排放量，將為我國實現(xiàn)“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)貢

獻重量力量。綜上，復(fù)合材料冷卻塔將在我國未來工業(yè)化發(fā)展進程中提到至關(guān)重

要的作用。

本標(biāo)準(zhǔn)的推廣和使用，將對提升復(fù)合材料冷卻塔的結(jié)構(gòu)安全、促進復(fù)合材料

冷卻設(shè)備的行業(yè)發(fā)展，以及降低冷卻塔結(jié)構(gòu)碳排量等方面發(fā)揮重要作用。在未來

能源和水源的雙重壓力下，復(fù)合材料冷卻塔的社會效益會更加顯著，在降低能耗、

節(jié)約用水、促進新材料發(fā)展方面做出更大的貢獻。

3、工作簡況

2023年8月CSTM/FC03/TC11中國材料與試驗標(biāo)準(zhǔn)化委員會建筑材料標(biāo)準(zhǔn)化領(lǐng)

域委員會纖維增強復(fù)合材料標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會標(biāo)準(zhǔn)制定計劃下達后，成立了標(biāo)準(zhǔn)

編制工作組，該標(biāo)準(zhǔn)（中文版）立項編號為CSTMLX031101346-2023，標(biāo)準(zhǔn)（英

文版）立項編號為CSTMLX031101346-2023E。工作組由清華大學(xué)、北京工業(yè)

大學(xué)、北京玻鋼院復(fù)合材料有限公司滕州公司、江蘇海鷗冷卻塔股份有限公司、

南京斯貝爾復(fù)合材料儀征有限公司、上海良機冷卻技術(shù)有限公司、上海金日冷卻

設(shè)備有限公司、廣東覽訊科技開發(fā)有限公司、浙江東杰冷卻塔有限公司、中化工

程滄州冷卻技術(shù)有限公司組成。

2023年9月，召開了第一次工作的線上會議。會議分析討論了立項建議書，

確定了修訂的方向及主要技術(shù)內(nèi)容，制定了進度計劃及任務(wù)分工。

2023年9月～2023年11月，查閱、收集國內(nèi)外及行業(yè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，由清華大

學(xué)、北京工業(yè)大學(xué)、北京玻鋼院復(fù)合材料有限公司滕州公司、江蘇海鷗冷卻塔股

份有限公司、南京斯貝爾復(fù)合材料儀征有限公司、上海良機冷卻技術(shù)有限公司、

上海金日冷卻設(shè)備有限公司、廣東覽訊科技開發(fā)有限公司、浙江東杰冷卻塔有限

公司、中化工程滄州冷卻技術(shù)有限公司等單位進行了資料收集及驗證試驗工作，

在此基礎(chǔ)上完成標(biāo)準(zhǔn)和編制說明初稿的編寫工作。

2023年11月底，組織起草人員、參編單位技術(shù)代表召開了第二次編寫工作線

上會議，對標(biāo)準(zhǔn)和編制說明初稿進行討論、完善和修改。根據(jù)討論結(jié)果和建議正

式形成了征求意見稿和標(biāo)準(zhǔn)編制說明。

4、標(biāo)準(zhǔn)編制的原則

本標(biāo)準(zhǔn)參考了現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《結(jié)構(gòu)用纖維增強復(fù)合材料拉擠型材》GB/T

31539、《機械通風(fēng)冷卻塔工藝設(shè)計規(guī)范》GB/T50392、《機械通風(fēng)冷卻塔第1

部分：中小型開式冷卻塔》GB/T7190.1、《機械通風(fēng)冷卻塔第2部分：大型開

式冷卻塔》GB/T7190.2，以及現(xiàn)行團體標(biāo)準(zhǔn)《復(fù)合材料拉擠型材結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》

T/CECS692，學(xué)習(xí)、吸收了這些標(biāo)準(zhǔn)的先進技術(shù)和方法，保證了本標(biāo)準(zhǔn)的先進性

和科學(xué)性。

1)在本標(biāo)準(zhǔn)編寫過程中，主要參考了《結(jié)構(gòu)用纖維增強復(fù)合材料拉擠型材》

GB/T31539中規(guī)定的復(fù)合材料拉擠型材產(chǎn)品性能要求，以及《復(fù)合材料拉擠型材

結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》T/CECS692中規(guī)定的復(fù)合材料拉擠型材結(jié)構(gòu)設(shè)計方法；

2)在本標(biāo)準(zhǔn)第6章編寫過程中，參考了《機械通風(fēng)冷卻塔工藝設(shè)計規(guī)范》GB/T

50392中關(guān)于冷卻塔結(jié)構(gòu)構(gòu)造和結(jié)構(gòu)布置的相關(guān)規(guī)定，以保證冷卻塔結(jié)構(gòu)設(shè)計滿

足工藝要求。

5、確定標(biāo)準(zhǔn)主要技術(shù)內(nèi)容的依據(jù)

目前國內(nèi)可用的冷卻塔設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)有GB/T7190.1《機械通風(fēng)冷卻塔第1部分：

中小型開式冷卻塔》、GB/T7190.2《機械通風(fēng)冷卻塔第2部分：大型開式冷卻

塔》、GB/T7190.3《機械通風(fēng)冷卻塔第3部分：閉式冷卻塔》，但是并未充分

考慮復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能特點。美國冷卻塔協(xié)會（CTI）雖然已形成了針對

復(fù)合材料冷卻塔的相關(guān)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)CTI-STD137FiberglassPultruded

StructuralProductsforUseinCoolingTowers，但不能滿足完全的設(shè)計需

求。

首先，GB/T7190.1、GB/T7190.2、GB/T7190.3分別對中小型開式冷卻塔、

大型開式冷卻塔和閉式冷卻塔規(guī)定了產(chǎn)品分類和標(biāo)記、要求、試驗方法、檢驗規(guī)

則、標(biāo)志、包裝、運輸、貯存及其他等。材料要求方面，該標(biāo)準(zhǔn)僅對塔體材料中

的復(fù)合材料件的原材料、外觀、氧指數(shù)及彎曲性能提出了一般規(guī)定和簡單的試驗

方法。該標(biāo)準(zhǔn)尚未考慮復(fù)合材料拉擠型材的軸心受壓、受剪或受集中力作用、組

合受力構(gòu)件以及連接節(jié)點的設(shè)計等。

其次，CTI-STD137對作為冷卻塔應(yīng)用中的建筑項目的玻璃纖維增強拉擠型

材的分類、結(jié)構(gòu)材料、公差、缺陷、工藝、檢驗、物理、機械和設(shè)計性能提出了

建議。標(biāo)準(zhǔn)中的建議大都是從ASTM中相關(guān)的復(fù)材標(biāo)準(zhǔn)中確定的，不夠全面，而且

尚未考慮復(fù)合材料冷卻塔的結(jié)構(gòu)特征，例如構(gòu)造、變形與振動、疲勞等。

綜上，目前已有冷卻塔設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)尚未充分考慮復(fù)合材料拉擠型材的力學(xué)性能

特點，而且很少涉及到對于復(fù)合材料冷卻塔的結(jié)構(gòu)特征，難以滿足目前復(fù)合材料

的工業(yè)冷卻塔結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求。所以針對上述問題，本標(biāo)準(zhǔn)提出了復(fù)合材料冷卻

塔結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，以保證復(fù)合材料冷卻塔結(jié)構(gòu)的設(shè)計、施工和驗收。

本標(biāo)準(zhǔn)的主要技術(shù)要素包括復(fù)合材料拉擠型材冷卻塔的基本力學(xué)性能、結(jié)構(gòu)

性能、幾何尺寸、截面形狀等。參數(shù)共有四大類，包括作用和作用效應(yīng)、材料性

能、幾何參數(shù)和計算參數(shù)。

作用和作用效應(yīng)：

——構(gòu)件整體撓度；

——構(gòu)件彎曲撓度；

——構(gòu)件剪切撓度；

——受彎構(gòu)件局部穩(wěn)定承載力；

——旋轉(zhuǎn)平面面內(nèi)橫向振動荷載設(shè)計值；

——旋轉(zhuǎn)平面面內(nèi)縱向振動荷載設(shè)計值；

——旋轉(zhuǎn)平面面外法向振動荷載設(shè)計值；

——受彎構(gòu)件承載力設(shè)計值；

——受彎構(gòu)件整體穩(wěn)定抗彎承載力；

——受彎構(gòu)件局部失穩(wěn)的抗彎承載力；

——受彎構(gòu)件發(fā)生強度破壞時的抗彎承載力；

——螺栓塊剪切承載力；

——螺桿受剪承載力；

——軸心受力承載力設(shè)計值；

——軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定承載力；

——軸心受壓構(gòu)件的局部穩(wěn)定承載力；

——軸心受壓承載力；

——單螺栓剪切承載力；

——螺栓間剪切承載力；

——動力設(shè)備的當(dāng)量靜荷載；

——動力設(shè)備的振動荷載；

——抗剪承載力設(shè)計值；

——抗剪屈曲承載力設(shè)計值；

——發(fā)生材料破壞時的抗剪承載力設(shè)計值；

——實際剪切應(yīng)力；

——實際強軸彎曲應(yīng)力；

——實際弱軸彎曲應(yīng)力；

——實際剪切應(yīng)力。

材料性能：

——縱向壓縮彈性模量；

——縱向拉伸彈性模量；

——橫向壓縮彈性模量；

——橫向拉伸彈性模量；

——拉擠型材強度容許值；

——容許軸向應(yīng)力；

——容許強軸彎曲應(yīng)力；

——容許弱軸彎曲應(yīng)力；

——容許剪切應(yīng)力；

——膠層材料受剪強度設(shè)計值;

——拉擠型材強度設(shè)計值；

——拉擠型材強度標(biāo)準(zhǔn)值；

——縱向螺栓擠壓強度標(biāo)準(zhǔn)值；

——縱向壓縮強度標(biāo)準(zhǔn)值；

——縱向拉伸強度標(biāo)準(zhǔn)值；

——面內(nèi)剪切強度標(biāo)準(zhǔn)值；

——層間剪切強度標(biāo)準(zhǔn)值；

——橫向螺栓擠壓強度標(biāo)準(zhǔn)值；

——橫向壓縮強度標(biāo)準(zhǔn)值；

——橫向拉伸強度標(biāo)準(zhǔn)值；

——面內(nèi)剪切模量；

——轉(zhuǎn)子的總質(zhì)量；

——動力設(shè)備的自重；

Tg——玻璃化溫度；

——結(jié)構(gòu)的阻尼比；

νLT——面內(nèi)泊松比；

——結(jié)構(gòu)的自振圓頻率。

幾何參數(shù)：

——構(gòu)件全截面面積；

——構(gòu)件凈截面面積；

——工字型材的腹板截面面積；

——構(gòu)件截面回轉(zhuǎn)半徑；

——構(gòu)件截面寬厚比；

——有效長細比。

計算參數(shù)：

——疲勞計算參數(shù)；

——轉(zhuǎn)子質(zhì)心與轉(zhuǎn)軸幾何中心的當(dāng)量偏心距；

——衡量轉(zhuǎn)子平衡品質(zhì)等級的參數(shù)；

——有效截面折減系數(shù)；

——動力設(shè)備的工作轉(zhuǎn)速；

——應(yīng)力循環(huán)次數(shù)；

——結(jié)構(gòu)與動力設(shè)備的頻率比；

——拉擠型材構(gòu)件的安全系數(shù)；

——動力放大系數(shù)；

——拉擠型材材料分項系數(shù)；

——拉擠型材環(huán)境影響系數(shù)；

——拉擠型材溫度影響系數(shù)；

——容許應(yīng)力幅；

——動力設(shè)備的工作圓頻率。

6、主要試驗或驗證結(jié)果

材料特性檢驗：依據(jù)GB/T1447-2005等多項相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)，對復(fù)合冷卻塔專

用方管和槽鋼兩種復(fù)材進行檢驗，其中對方管進行了包括縱向拉伸強度、縱向彎

曲強度、縱向壓縮強度和橫向壓縮強度共4個檢驗項目，對槽鋼進行了包括縱橫

雙向的拉伸強度、拉伸模量、壓縮強度、壓縮模量、螺栓擠壓強度、耐水后拉伸

強度、拉伸強度保留率、耐水后壓縮強度和壓縮強度保留率，以及橫向彎曲強度

和氧指數(shù)共20個檢驗項目。

結(jié)構(gòu)振動檢驗：依據(jù)ISO2372標(biāo)準(zhǔn)對全玻璃鋼型冷卻塔結(jié)構(gòu)進行振動監(jiān)測，

振動結(jié)果合格。

復(fù)合材料拉擠型材冷卻塔整體檢驗：依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T7190.1-2008《玻璃纖維

增強塑料冷卻塔第1部分：中小型玻璃纖維增強塑料冷卻塔》的相關(guān)規(guī)定，將“全

復(fù)合材料結(jié)構(gòu)防腐型冷卻塔”產(chǎn)品送往國家玻璃鋼制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心進行檢

驗，檢驗項目包括熱力性能、噪聲、外觀、耗電比、飄水率、樹脂含量、固化度、

彎曲強度和巴氏硬度共9個項目，均滿足要求。

7、與國際、國外同類標(biāo)準(zhǔn)水平的對比情況

方法標(biāo)準(zhǔn)與相關(guān)國際＼國外＼國家＼行業(yè)＼地方＼團體標(biāo)準(zhǔn)

主要參數(shù)對比表

標(biāo)準(zhǔn)號本標(biāo)準(zhǔn)（必填）GB/T31539CTIESG-152

復(fù)合材料拉擠型材結(jié)構(gòu)冷結(jié)構(gòu)用纖維增強復(fù)合StructuralDesignofFRP

標(biāo)準(zhǔn)名稱

卻塔應(yīng)用技術(shù)規(guī)程材料拉擠型材Components

產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，

應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，

（僅包括產(chǎn)品力學(xué)性

（包括結(jié)構(gòu)設(shè)計方法、施設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

標(biāo)準(zhǔn)類型能和物理性能，不包

工方法、驗收方法、維護（僅包括結(jié)構(gòu)設(shè)計方法）

括結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工方

方法等）

法等）

結(jié)構(gòu)設(shè)計原則容許應(yīng)力法無此規(guī)定容許應(yīng)力法

縱向拉伸強度≥300MPa縱向拉伸強度≥206.8MPa

橫向拉伸強度≥55MPa規(guī)定了三種力學(xué)性能橫向拉伸強度≥48.2MPa

等級，包括M30級、

縱向拉伸模量≥23GPa縱向拉伸模量≥17.9GPa

材料力學(xué)性能M23級、M17級，其

橫向拉伸模量≥7GPa中M23級如左側(cè)表橫向拉伸模量≥5.5GPa

縱向壓縮強度≥250MPa格所示縱向壓縮強度≥206.8MPa

橫向壓縮強度≥70MPa橫向壓縮強度≥110.3MPa

縱向壓縮模量≥20GPa縱向壓縮模量≥17.9GPa

橫向壓縮模量≥7GPa橫向壓縮模量≥6.9GPa

剪切強度≥25MPa剪切強度≥20.7MPa

巴柯爾硬度≥50

巴柯爾硬度

≥50纖維體積含量≥

巴柯爾硬度≥45

纖維體積含量

≥40%40%

纖維體積含量無規(guī)定

樹脂不可溶分含量

材料物理性能≥樹脂不可溶分含量

樹脂不可溶分含量無規(guī)定

90%≥90%

吸水率≤0.6

吸水率

≤0.6吸水率≤0.6玻璃化轉(zhuǎn)變溫度無規(guī)定

玻璃化轉(zhuǎn)變溫度

≥80玻璃化轉(zhuǎn)變溫度≥

80

主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件橫截面上計

拉擠型材橫截面上任

入受力面積的部分的壁厚

一壁厚應(yīng)不小于

結(jié)構(gòu)構(gòu)件≥5mm3.0mm；有耐久性要無此規(guī)定

次要結(jié)構(gòu)構(gòu)件橫截面上計求的產(chǎn)品，任一壁厚

入受力面積的部分的壁厚