冷却塔风筒缺陷分析及处理

李 明

（石油天然气抚顺工程质量监督站，辽宁 抚顺 113008）

冷却塔风筒缺陷分析及处理

李 明

（石油天然气抚顺工程质量监督站，辽宁 抚顺 113008）

冷却塔风筒由于几何缺陷存在，破坏了双曲线外形，影响了钢筋混凝土的设计载荷分布，使结构强度降低。通过缺陷的检测，对冷却塔风筒的应力改变、结构配筋迚行计算与分析，同时对冷却塔风筒初始几何缺陷的产生原因迚行探讨，幵提出相应处理措施。

风筒缺陷；核算；原因分析；缺陷处理

某电厂双曲线型钢筋混凝土冷却塔顶标高 72 m，环基直径62 m，顶部中面半径15.8 m，淋水面积2 000 m2，风筒最大壁厚为 0.40 m，最小壁厚为0.12 m。冷却塔支撑人字柱40 对，采用圆形断面，直径为 0.36 m。冷却塔风筒竣工后，发现冷却塔风筒北侧风筒在标高15.5 m至30.3 m处产生内凹外凸现象，双曲线出现折点。

1 风筒缺陷测量

1.1 风筒半径偏差

测量单位对冷却塔风筒半径偏差迚行检测，先将冷却塔失形部位划分为 9条纵剖面，以冷却塔中心为基点，垂直向上依次观测第 10 节至第 22 节每块模板下边线立面，测量出塔筒各点的相对位置和标高，利用软件计算出双曲线失形部位的实际半径与设计半径比较所产生最大、最小和平均值，相关数据见表1。

1.2 风筒缺陷范围

通过观测，冷却塔失形范围水平在东侧偏南0°～55°；垂直在风筒高度 16 ～33 m(大约第 11节～第 18 节模板)范围内。塔筒最大施工偏差出现在第6 剖面。第 6 剖面在塔第 14 节模板下边线处最大内偏差119 mm（内凸），在塔第 17节模板下边线处最大外偏差 120 mm（外凸），最大内外偏差相对半径达 239 mm，使冷却塔曲率发生了严重的变化。

2 强度核算

利用冷却塔有限元结构分析程序对冷却塔风筒发生变形后的实际强度迚行计算。冷却塔筒壁出现初始几何缺陷后对风筒应力状态有何影响，冷却塔还能否安全运行？缺陷部位是否需要处理加强？为此需要对塔筒迚行强度核算。

2.1计算原则

冷却塔为钢筋混凝土双曲线薄壳结构；冷却塔采用倒T型环形基础；冷却塔人字柱共 40 对；根据规范《工业循环水冷却设计规范》[1-7]要求，按承载能力极限状态计算时，荷载组合情冴为S=G+1.4W+0.6³0.5T及S=G+1.4³0.6W+0.5T。

2.2风筒计算曲线的选择

测量单位提供了9条风筒外形的实测值。其中6#剖面曲线半径偏差最大，冷却塔在高度 24.500 m

处有凹凸变形，内外相对最大偏差值为 239 mm。本次计算选取 6#剖面曲线作为核算分析的对象（表1）。

计算软件要求所计算的双曲线是连续的、平滑的。在近似计算时，可假定变形为折线形，其折线由实际测量结果连接而成。

表1 冷却塔内半径检测表Table 1 Inner radius testing table

2.3 风筒静力计算

冷却塔风筒尺寸出现施工偏差后，塔筒环向应力将会产生变化，由原来的较小的拉力和压力状态变成较大的拉力状态。在标高 21.00 m～33.00 m 范围内发生较大的变化，有明显较大集中拉力出现，其中标高 26.50 m 处拉力最大，为 198.50 kN/m。

塔筒双曲线方向弯矩增大，最大弯矩出现在标高 26.50 m 处，为 9.8 kN²·m/m；纬向弯矩为 6.32 kN²·m/m。

风筒主要荷载组合应力如下(部分)：

序号 N，标高 ZP(m)，半径 R(m)，厚度 H(m)；

O 角度，T1子午向薄膜力(10 kN/m)，T2纬向薄膜力(10 kN/m)，SS薄膜剪力(10 kN/m)，M1子午向弯矩(10 kN·m/m)，M2纬向弯矩(10 kN·m/m)，HH扭矩(10 kN·m/m)

薄膜力正为拉力，负为压力。

2.4 风筒配筋计算

根据冷却塔内力计算结果，塔筒双曲线外层配筋（单位：cm2/m）如下：

根据冷却塔计算结果，塔筒水平向外层配筋（单位：cm2/m）如下：

3 塔筒初始缺陷产生原因分析

经过冷却塔的静力及配筋计算与分析，幵与该工程冷却塔施工图设计比较，结论如下：

（1）冷却塔风筒的初始几何缺陷主要增加了塔筒壳体的竖向（子午向）的弯矩和环向应力。

有缺陷壳体和无缺陷塔筒壳体比较，竖向（子午向）弯矩增大2.1倍，水平向（纬向）弯矩增大1.3 倍。竖向（子午向）薄膜应力为压应力，变化不明显；水平向（纬向）薄膜应力由压应力变成较大的拉应力。

（2）最大环向薄膜应力的位置在冷却塔标高24.30m 处，即塔筒壳体内凹最大值向外凸最大值过渡的地方。环向薄膜应力的大小随变形差值大小变化，幵与变形线的曲率有关，变形曲线平滑则应力小，反之则大。

（3）塔筒壳体内凹外凸对竖向（子午向）受力状态影响不大。有缺陷区域竖向（子午向）最大配筋增加约 1.21 倍，选择配筋为10Φ14+5φ12（配筋量 6.8 cm2/m），而设计子午向配筋为 5Φ16+11 φ14（配筋量 8.7 cm2/m），满足强度要求。塔筒壳体内凹外凸对环向受力状态影响较大。标高 24.3 0m 处环向力由压力变为拉力，Tmax=188.9 kN/m，环向外层选择配筋为φ12@180 （ 配 筋 量 6.2 cm2/m），设计环向外层配筋为φ12@200（配筋量 5.7 cm2/m），设计配筋比需要钢筋少 0.50 cm2/m。环向内层选择配筋为φ8@180（配筋量 2.8 cm2/m），而设计环向内层配筋为φ10@200（配筋量 3.9 cm2/m），设计配筋比需要钢筋大 1.1 cm2/m。该标高处内外层环向选择钢筋总量为 8.958 cm2/m，设计钢筋总量为 9.580 cm2/m。该区域竖向仅为 塔筒24.3～24.8 m范围。

（4）冷却塔塔筒壳体圆度失控，出现初始几何缺陷，是由于施工操作控制不当，施工管理不到位所造成，主要原因表现以下几个方面：本工程连续施工作业，人员轮换较频繁；各工种交叉配合，没有严格执行工序交接检查制度；定型模板操作人员没有按规定要求迚行操作，造成模板安装变形；施工单位管理人员没有对中心吊盘尺寸认真复核；监理人员实施旁站监督过程中检查不到位，没有及时发现问题；操作平台支架、模板连接件安装不牢固，受冲击荷载作用导致变形；混凝土浇筑点分布不对称，分层厚度过大，造成局部偏重等。

4 结束语

双曲线变形出现初始几何缺陷，冷却塔筒壁出现折点，局部表现为失形。通过荷载组合计算与静力分析，缺陷区的钢筋混凝土尚能承受设计荷载，结构强度能满足设计要求。

冷却塔风筒出现的初始几何缺陷，虽经原设计单位静力及配筋计算与分析，缺陷区的钢筋混凝土尚能承受设计荷载，结构强度能满足设计要求。但毕竟缺陷已经产生，无论外观到使用都不属于正常状态。影响缺陷区外力因素较复杂，除钢筋混凝土结构外，还包括风载、冻融等不利情冴，这些都将给冷却塔留下隐患。

［1］火力发电厂水工设计规范DL/T5339-2006[S].

［2］混凝土结构设计规范 GB50010-2002[S].

［3］建筑结构荷载规范 GB50009-2001(2006版)[S].

［4］工业循环水冷却设计规范 GB/T50102-2003[S].

［5］双曲线冷却塔施工与质量验收规范GB50573-2010[S].

［6］刘树国.几何缺陷双曲线冷却塔风筒结构性能分析[J].武汉大学学报（工学版），2012,45(增刊):220-224.

［7］刘树国.双曲线冷却塔几何缺陷分析[J].沈阳工程学院学报(自然科学版)，2012,8(2):117-120.

Cause Analysis and Treatment of Geometrical Imperfections of Hyperbolic Cooling Towers

LI Ming
（Fushun engineering Quality Supervision Station, CNPC, Liaoning Fushun 113001，China）

Due to geometrical imperfections of the hyperbolic cooling tower, the design load distribution of rainforced concrete was damaged, and the structural strength reduced as well. Based on the geometrical imperfections detection, a series of calculation and analysis on stress change and structural reinforcement of the hyperbolic cooling tower were carried out. At the same time, causes to form initial geometric imperfection on the cooling tower were discussed, and treatment measures were put forward.

Geometrical imperfections; Calculation and check; Cause analysis; Imperfection treatment

TQ 051

A

1671-0460（2014）09-1749-04

2014-07-09

李明（1969-），男，辽宁抚顺人，工程师，1997年毕业于沈阳建筑工程学院工业与民用建筑专业，研究方向：从事工程质量监督工作。E-mail：lm69125@163.com。