电厂干煤棚的选型和工程实践

电厂干煤棚的选型和工程实践*

高博青

(浙江大学 310027)

摘 要: 为推广应用有优良性能的空间结构, 分析了几种可选作电厂干煤棚的空间结构形式,

并结合工程实例作了详细的介绍。几种结构形式可应用于实际工程。

关键词: 干煤棚 空间结构 网架 网壳

SELECTION ON THE ROOF OF THE C OAL STORAGE IN POWER STATION AND ENGINEERING PRACTISE

Gao Boqing

(Zheji ang University 310027)

Abstract: In order to popularize and apply ex cellent quality of space structure, some space structure forms

are put forw ard and analysed, the engineering proj ect in Tai z hou station i s i ntroduced detailed. T he structure formulas suggested here may beadopted in practice.

Keywords: the roof of coal storage space structure space truss reticul ated shell

为适应我国火力发电厂建设的需要, 一种用来满足储存和运输等工艺要求的干煤棚得到了兴建。这种结构的跨度一般需要70m 以上, 净高在30m 以上。在80年代以前, 这种结构大都采用平面二铰拱或三铰拱。其耗钢量相当可观, 一般在100kg/m 2左右。随着计算技术的发展, 干煤棚采用空间结构的越来越多, 如嘉兴电厂干煤棚、金陵石化厂干煤棚、台州电厂四期工程干煤棚, 均获得了较好的经济效益。国内部分干煤棚工程见表1所列。

4

*本文得到浙江大学董石麟教授指导。收稿日期:1996-10-15

1 几种较优的干煤棚结构形式

从表1可以见到, 空间结构比平面结构具有较好的经济效益, 而且受力性能也优于

后者, 下面着重介绍几种可用作干煤棚的空间结构。

1. 1 网架和组合网架

经过30多年的研究和工程实践, 网架结构的优越性已得到充分显示。它能有效地承

4

表1 国内部分干煤棚工程

工程名称石洞口二厂上海石化二厂台州电厂一期山西稷山煤库金陵石化厂嘉兴发电厂台州电厂四期江西贵溪电厂

结构形式折线拱两绞拱三铰拱球面网壳柱面网壳网状筒壳网状筒壳局部三层网壳

跨度m 102. 275. 275=47. 273. 8103. 580. 144

69. 00悬挑6. 883

柱距m 107. 57. 5-网格3. 75网格4. 00网格3. 753. 00

长度m 1007582. 5-608082. 5105. 0

矢高m 42. 53031. 414. 628. 718232. 933. 747. 2(偏壳)

基本风压kN/m 20. 550. 600. 720. 400. 500. 600. 720. 50

用钢量kg/m [1**********]0. 2-62. 25035

受各种非对称荷载、集中荷载和动力荷载, 具有良好的抗震性能, 而且施工方便, 工厂化程度高。图1为可选作干煤棚结构的网架形式, 其中图1d 网架既可作为屋盖又可为支承柱。组合网架是在网架结构基础上发展起来

的, 这种用钢筋混凝土平板或带肋平板代替网架钢上弦, 可充分发挥两种不同材料的强度优势, 具有受力合理、刚度大, 既承重又围护的特点。在国内已建成近30幢组合网架。其计算方法可参见文献[1~3]

。

图1 网架剖面形式

1. 2 网壳和组合网壳

网壳结构(图2) 是将杆件按一定规律布置, 通过节点连接而呈曲面状的一种空间结构。尤其是柱面网壳, 其外形基本上与干煤棚工艺相符。国内已有不少干煤棚结构选用柱面网壳(或在柱面网壳的基础上进行适当

的改变) , 取得了较好的效果。组合网壳是将钢网壳与其钢筋混凝土屋面板共同作用, 这样可大大提高网壳的强度、刚度和稳定性。通过计算分析表明[4, 5], 一般仅带肋壳部分通常已能承受全部外荷载, 钢网壳只要能承受施工荷载即可,

因此具有明显的经济效益。

图2 网壳剖面形式

(a)-圆柱面网壳; (b)-三心圆网壳; (c) -折线型网壳; (d) -局部三层网壳

1. 3 斜拉网架和斜拉网壳

斜拉网架(网壳) 是一种新型的空间结构, 它是通过斜拉索将网架(网壳) 与独立塔

高博青

柱相连接的杂交结构体系。这种结构可使结构内力分布均匀, 受力更加合理, 能充分发挥高强度索的作用, 具有结构轻巧, 跨越能力

大, 造型美观等优点。图3给出了几种斜拉

网壳的剖面图。

图3 斜拉网壳

2 干煤棚工程实例

作者曾设计了台州电厂四期工程干煤棚。该煤棚设计跨度80. 144m, 长度82. 500m, 矢高33. 740m 。煤棚两侧是露天煤堆。

在确定本工程煤棚结构方案时, 考虑了如下因素:煤棚的内轮廓尺寸须满足工艺要求, 并尽量节约空间; 煤棚应与两侧煤堆少接触; 结构要有较好的刚度, 制作安装方便; 经济指标优越; 建筑造型丰富。基于以上考虑, 该煤棚结构的基本轮廓采用网状筒壳形式。为减少干煤棚与附近煤堆接触, 同时为便于采用独立基础, 降低材料耗量和造价, 故沿网壳纵向两侧仅设置少量支座节点, 两侧开设较大的门洞。为提高结构刚度, 丰富建筑造型, 本工程采用了纵向为折线形的网状筒壳。计算结果表明, 折线形网状筒壳比相应光面网壳的刚度可提高26%, 其最大内力可降低22%。

台州电厂干煤棚外形曲线是通过拟合得到的, 采用了圆弧和直线段两种曲线形式。两侧采用直线段, 内部区域采用了三心圆。其矢高最大一截面的大圆上弦半径R 1=62. 55m, 小圆半径R 2=18. 9m, 直线段离基础顶面为13. 20m 。结构沿纵向采用5个整波段, 两端各延伸1/4波段。每一波段长为15m, 沿纵向水平方向分成4个网格, 每一网格的水平尺寸为3. 75m 。网壳内部最小厚度为2. 00m , 最大厚度为2. 75m 。纵向折线坡度为1:5。沿纵向成折线形网壳, 在横向形成谷线和脊线。网壳由谷线腿部杆件直接落地形成12条支承腿, 每条支承腿有4个节点与基础相连。由于支座数量较少, 致使网壳支撑腿部内力相对较大, 因而将网壳腿部支承处厚度放大至3. 50m 。

经计算分析表明:在竖向荷载作用下, 网壳谷线上下弦内力均呈5波段分布, 最大内力在支承腿部, 脊线上下弦内力呈3波段分布, 最大内力发生在跨中。在竖向荷载和风荷载共同作用下, 网壳谷线上弦内力呈4波段分布, 最大内力仍在支承腿部; 脊线上弦内力亦呈4波段分布, 最大内力约在1/4、3/4跨中。谷线和脊线内力沿网壳纵向均呈逐渐衰减状。

网壳在各荷载工况下, 每一支撑腿部对基础而言的最大竖向反力1120kN, 最大弯矩4500kN m, 最大横向水平推力600kN, 而最大纵向水平力较小, 约为100kN 。

网壳在各荷载工况下, 最大竖向变位为10. 3cm, 最大水平变位7. 8cm 。该网壳具有足够的刚度。

从总体来看, 这种网状筒壳结构在横向呈折线形刚架受力状态, 在纵向呈多波连续拱受力状态, 但纵向内力远小于横向内力。此外, 对该结构的非线性稳定验算表明, 结构不会因失稳而破坏。

3 结论

(1) 本文提出的几种结构形式, 可根据实际情况应用于干煤棚结构中。

(下转第33页)

工业建 年第274

! 测温频率:根据大体积混凝土温度变化规律, 测温分三个阶段:

第1~7天为第一阶段。每天测温6次。即8:00、12:00、16:00、20:00、0:00、4:00; 第8~23天为第二阶段。每天测温3次。即0:00、8:00、16:00; 第24~30天为第三阶段, 每天测温1次。即8:00。

∀测温结果及分析:图2为塔楼底板温升曲线。从图2可看出:中心最高温度发生在混凝土浇筑后第3天, 最高温度76. 8#, 与理论计算十分接近; 混凝土表面最高温度为56#, 中心与表面温升曲线基本同步, 其温差始终保持在16~24#, 低于25#, 表明温差控制较理想, 避免了混凝土表面裂缝的产生; 温升分三个阶段:升温阶段。此阶段在3d 内完成, 升温速度较快, 平均每天升温17. 3#。此阶段要注意温升最大值的到来, 要有切实可行的措施来保证温差不超限。其次为降温阶段。降温速度比升温要慢, 基本呈线性速率降温, 其降温速度约为2. 5#/d, 至20d 基本稳定。第三阶段为稳定阶段。温度下降缓慢, 此时混凝土强度已达设计值的70%~80%, 一般不会出现开裂问题。

经对底板进行检查, 未发现任何裂缝。混凝土强度试验报告表明, f c , 28已达46MPa 。4 结 语(上接第20页)

(2) 通过平面结构与空间结构的比较, 空间结构无论在结构的性能上还是经济效益上, 均优于平面结构。

(3) 台州电厂四期工程干煤棚所采用的折线形网状筒壳, 不仅提高了结构的刚度, 满足了煤堆对网壳型体的要求, 而且丰富了建筑造型, 获得了较好的效果。

参

考

文

献

(1) 大体积混凝土尽量采用一次成型浇筑, 避免留设水平施工缝, 以确保高层筏基整体性要求。若在特殊情况下, 必须全面分层浇筑, 应在上部素混凝土表面增设构造筋。理论和实践均表明, 混凝土材料结构是非均质的, 承受拉力作用时, 截面中各质点受力是不均匀的, 有大量不规则的应力集中点, 这些点由于应力首先达到抗拉强度极限, 引起了局部变形, 如无钢筋, 继续受力, 便在应力集中处出现裂缝。如进行适当配筋, 钢筋将约束混凝土的塑性变形, 从而分担混凝土的内应力, 提高了混凝土极限拉伸。

(2) 大体积混凝土施工中控制裂缝的开展, 应从降低温度应力着手, 通过减少水化热、优化配合比、捣实成型、二次抹压、温度监控、保温保湿及加强施工组织等措施达到控制质量的目的。

(3) 大体积混凝土的养护比较适宜的办法是保温覆盖法, 尽量不要采用水养护, 以免表面温度降低过快, 使温差增大而导致混凝土出现裂缝。

参

社, 1987

2 杨嗣信。高层建筑施工手册. 北京:中国建筑工业出版社, 1992

3 Keene P W. Crack Control Cons truction in Southern

Africa April. 1978

4 GB204-92 混凝土结构施工及验收规范

考文献

1 王铁梦。建筑物的裂缝控制。上海:上海科学技术出版

1 高博青, 董石麟。组合网架有限元分析和受力特性的研

究。新型空间结构论文集。杭州:浙江大学出版社, 1994

2 董石麟, 杨永革。网架平板组合结构的简化计算法(上、

下) 。建筑结构学报, 1985(4, 5) :10~20, 29~353 董石麟, 高博青。组合网架结构的拟夹层板分析法。结

构工程学报, 1989(1) :71~80

4 赵阳, 董石麟。组合网壳结构几何非线性稳定分析。新

型空间结构论文集。杭州:浙江大学出版社, 19945 高博青, 赵阳。组合扭网壳结构的稳定性分析。工程力

学, 1995(增) :1282~1286