吳鴻昇 張思雨

國網(wǎng)江蘇省電力工程咨詢有限公司 江蘇 南京 210000

引言

根據(jù)某電廠的雙曲線冷卻塔設計圖紙，冷卻塔筒壁的最小厚度為220mm，單節(jié)混凝土澆筑高度為1.2m，模板間采用直徑為20mm的對拉螺栓固定。對拉螺栓留置在澆筑的混凝土內(nèi)部，待混凝土強度達到一定程度后利用三腳架進行翻模施工，施工荷載和結(jié)構(gòu)荷載施加在對拉螺栓之上，對拉螺栓的豎向反力由達到一定強度的混凝土提供。該電廠的冷卻塔混凝土澆筑時采用小推車，小推車的容積約為0.16方，從上而下的混凝土層分別為：第一層（澆筑層）、第二層（規(guī)范要求達到2MPa的那層）、第三層。該電廠冷卻塔施工采用三套模板，即施工第一層時，第二層、第三次層的三腳架體系尚未拆除，仍由第二層、第三層的上下兩層對拉螺栓（每個斷面合計4根對拉螺栓承受荷載）。處于最不利位置的考慮，假定混凝土澆筑時小推車的位置正好在對拉螺栓斷面的正上方[1]。

為解決該超靜定力學問題，采用SM solver進行對拉螺栓受力及其對混凝土壓強的計算。SM solver是一款結(jié)構(gòu)力學求解器，用于解決二維的結(jié)構(gòu)力學問題，可以解決靜定和超靜定等各種結(jié)構(gòu)力學問題。這款軟件充分考慮計算模型的力學平衡及變形協(xié)調(diào)條件，為該超靜定力學問題的解答提供分析依據(jù)[2]。

1 模型建立及力學求解

根據(jù)該電廠冷卻塔設計圖紙及施工參數(shù)，進行力學分析的模型建立，該模型分為三層：第一層（澆筑層）、第二層（規(guī)范要求達到2MPa的那層）、第三層[3-4]。

1.1 結(jié)構(gòu)的約束條件

1.1.1 所有桿件之間的連接為剛性（即一根桿）。

1.1.2 在第一層對拉螺栓處不設置支座（第一層對拉螺栓對結(jié)構(gòu)體系的豎向受力不貢獻力量）。

1.1.3 在第二層、第三層對拉螺栓被混凝土包裹處設置固定支座[5-10]。

1.2 每層的受力為如下

1.2.1 第一層：筒壁內(nèi)側(cè)（圖1-1為右側(cè)）承受每延米1kN的結(jié)構(gòu)體系荷載+小推車及人1kN荷載+混凝土3.8kN荷載（按0.16方計算），共計5.8kN荷載；筒壁外側(cè)（圖1-1為左側(cè)）承受每延米1kN的結(jié)構(gòu)體系荷載。

圖1-1 三層結(jié)構(gòu)體系

1.2.2 第二層：筒壁內(nèi)側(cè)及外側(cè)分別承受每延米1kN的結(jié)構(gòu)體系荷載。

1.2.3 第三層：筒壁內(nèi)側(cè)及外側(cè)分別承受每延米1kN的結(jié)構(gòu)體系荷載。

1.3 對計算的初始參數(shù)進行設定

按照鋼材的彈性模量、剪切模量及所選用外徑為48mm、壁厚為3.2mm鋼管的截面參數(shù)進行初始參數(shù)設定[11]。

1.4 進行力學求解

求解結(jié)果見圖1-2～圖1-4。

圖1-2 第一層受力分析

圖1-3 第二層受力分析

圖1-4 第三層受力分析

2 計算結(jié)果分析

該計算將模型進行簡化，將對拉螺栓錨固在筒壁內(nèi)的一段簡化為錨固段左側(cè)和錨固段右側(cè)下設固定支座[12]。這樣，在進行模型模擬時，就能避免SM solver是桿件類力學求解器（無法模擬三維模型）造成的求解困難[13]。

另外，在進行單元設置時，把1根對拉螺栓設置為3個單元并設置三個單元的連接方式。這樣，在進行對拉螺栓模擬時，可在連接處設置支座形式，也解決了非節(jié)點不能設置支座的難題。

根據(jù)模型力學計算結(jié)果，第二層對拉螺栓中的上一層受力最大，為4.59kN（受到的豎直向上的合力）；第三層對拉螺栓中的下一層受力最小，為1.05kN（受到的豎直向上的合力）。根據(jù)軟件的求解結(jié)果，第二層對拉螺栓中的上一層外側(cè)（圖1-1中為左側(cè)）受到向上的力為0.55kN，內(nèi)側(cè)（圖1-1中為右側(cè)）受到向上的力為4.04kN。那么混凝土在最內(nèi)側(cè)受到的壓強p[14]。試想：如果對拉螺栓的有效公稱直徑減小為16mm，那么p’的計算結(jié)果為將超過規(guī)范的限值2MPa！

那么規(guī)范的6.4.4條規(guī)定將偏于不安全！

3 合理化建議

建議將雙曲線冷卻塔施工與質(zhì)量驗收規(guī)范中（GB 50573-2010）第6.4.4條修改為：采用懸掛式腳手架翻模施工，澆筑混凝土時最上層承力層混凝土強度不應小于3MPa。因為對拉螺栓的有效公稱直徑小于11.4mm時，才會突破3MPa的限值，而一般對拉螺栓的直徑不會小于這個數(shù)值，所以可以保證施工的偏于安全。

建議進行翻模作業(yè)前，建立雙曲線冷卻塔的受力模型，重點對：對拉螺栓、雙曲線冷卻塔筒壁厚度、荷載、三腳架搭設參數(shù)進行模擬，選擇滿足模型中受力性能的對拉螺栓。在進行對拉螺栓選型時，主要通過力學參數(shù)換算得到對拉螺栓的剛度等重要參數(shù)，每種型號的對拉螺栓在力學參數(shù)上存在較大差異[15-19]。

建議翻模作業(yè)前嚴格按照不小于規(guī)范中混凝土強度限制進行施工質(zhì)量安全控制，必要時采取比規(guī)范更為嚴格的施工質(zhì)量安全控制措施。即在進行翻模作業(yè)前，需進行最上層同條件試塊的抗壓強度試驗，滿足規(guī)范要求后，仍需參照SM solver建立的力學模型進行對拉螺栓參數(shù)復核。若采用直徑小于20mm的對拉螺栓，尤其需注意翻模作業(yè)的條件[20]。