发电厂大型冷却塔施工塔吊的柔性附着局部模型分析

卢钦先

（广东省电力设计研究院，广东 广州510663）

1 塔吊柔性附着技术概述

自然通风冷却塔是国内火电厂与核电厂的重要组成部分。随着单机容量的扩展以及大型间接空冷系统的使用，双曲线型自然通风冷却塔正向超大型方向发展。而在冷却塔施工中，塔筒施工是其中最困难的部分，由于壁厚小而高度大，其垂直运输问题不易解决，尤其对于超大型冷却塔，采用电建系统通行的多孔井字架以及使用常规的自升式塔吊的刚性附着技术均实施困难，不再适用［1，2］。反之柔性附着的中心塔不仅解决了平面狭窄无法施工的困难，而且加速了施工进度，节约了施工费用。经实践证明，塔吊柔性附着技术适合在大型冷却塔施工中采用。

但对于超大超高冷却塔，塔吊的柔性附着技术得到成功实施的案例少，施工规范也尚无这方面内容的明确规定。目前更多研究集中于塔吊自身［3，4，5］，而施工期塔筒的结构安全与塔吊安全密切相关，因此本文以附着点局部塔筒模型为研究对象，基于某电厂具体项目，运用大型有限元软件ANSYS对不同柔性附着方案进行数值模拟计算，分析了不同附着点间距及混凝土龄期的受力规律，并提出了局部加固建议。

2 局部模型分析

2．1 影响因素及分析模型选取

塔吊通过钢丝绳与固定于塔筒混凝土内部的附着框连接，通过附着框将钢丝绳的内力传递到塔筒，附着框对混凝土塔筒影响范围即为局部分析模型选取范围。考虑到附着期间为塔筒施工期，混凝土变形自然受到龄期影响；同时，塔筒的应力集中程度亦受到附着点间距的影响，附着点间距的增大有助于应力扩散，但考虑实际施工便利性，不应过大。此外，对于塔筒的局部屈曲，通常在塔筒整体受力分析中考虑。因此，局部分析模型可考虑混凝土龄期和附着点间距作为分析因子。

对于圆截面的塔筒而言，由于柔性附着局部受力分析需要细分网格，带来的计算工作量巨大，加上柔性附着的每组受力相对独立，影响范围一般在1／4圆周之内，因此，根据塔筒的对称性以及塔吊整体附着方案分析，截取冷却塔喉部附近1／4圆周的塔筒作为局部计算模型。

结合某电厂冷却塔具体参数，计算高度约取两道附着的间距，共40 m；以网格进行细分，单位长度约为0．5 m。模型的边界为顶部自由，底部和两侧施加约束。附着力所受拉力为每个点60 kN，两层共8个点，每层4个附着点。模型三维图如图1。

2．2 不同附着点间距计算分析

结合某电厂的分析实例，混凝土龄期固定为15天，锚固点间距分为1．0×1．0m，1．5×1．5 m，2．5×2．5 m，3．5×3．5 m，4．5×4．5 m，5．5×5．5 m共6种方案，分析各工况下主拉应力和最大位移变化规律。

图1 附着点局部分析模型

计算结果表明，在附着力的作用下，塔筒局部应力较为集中，局部变形明显。在锚固正中区域出现最大的变形，变形沿着拉力作用方向。在锚固点两侧受到集中力的带动，亦出现两个比较应力和变形比较集中的区域，随着锚固间距的加大，两侧的应力集中区域与中央的应力集中区逐渐融合，应力集中度逐渐下降。各个模型的主拉应力和最大位移统计如表1；方案一和方案六的变形图例见图2和图3。

表1 附着点锚固方案计算结果

图2 方案一模型总位移图

图3 方案六模型总位移图

2．3 附着点不同混凝土龄期计算分析

结合某电厂分析实例和实际施工连续作业流程，局部模型混凝土的材料参数在附着点以上分别按照15天、7天、3天龄期混凝土材料参数取值。附着点以下按照28天龄期的混凝土参数取值。附着力大小和附着点间距不变。

计算结果表明，混凝土龄期参数的改变，主要影响结构位移，对于应力影响很小，如表2。本计算模型中结构位移在龄期提前由15天变成3天，位移增大23%。对于应力计算结果，由于规范允许的拉压应力减小很多，3天龄期的混凝土主拉应力已经超过抗拉强度，而7天的龄期则接近允许值。因此，就本计算项目而言，在所有荷载设置满足实际情况的前提下，附着点龄期至少应当在7天以上，建议预留一定安全储备，附着点混凝土龄期应保持在15天以上。

表2 附着点砼不同龄期计算结果

3 结 论

发电厂大型冷却塔施工塔吊的柔性附着局部模型分析结论：

（1）柔性附着局部分析模型可选用附着点间距和塔筒混凝土龄期作为关键影响因素，通过具体计算分析，选定合理参数，保证塔筒局部受力安全稳定。

（2）附着点间距对于塔筒局部应力集中和变形影响最大，本文分析实例中附着点间距从1．0m增大至5．5 m，主拉应力减小了60%；最大变形减小了55%。

（3）混凝土龄期参数的改变，主要影响结构位移。本分析实例建议附着点混凝土龄期保持在15天以上。

（4）局部加固的建议，应当考虑减小附着力本身和加大附着点间距，选用合理混凝土龄期，实际工程应做具体计算分析。

［1］ 王富昌．电厂冷却塔施工工艺改进及探索［J］．电力建设，2000，（7）：49－51．

［2］ 钱建军．塔式起重机软附着的设计计算［J］．建筑机械设计与管理，2005，（3）：73－74．

［3］ 李守林．电厂冷却塔机械化施工的垂直运输方法［J］．建筑机械化，2005，（5）：19－23．

［4］ 李进城，李江河．塔式起重机在电厂特大型冷却塔中的应用［J］．建筑机械化，2003，（7）：37－38．

［5］ 廖奇云．塔机软附着在双曲线冷却塔施工中的应用［J］．建筑机械化，2001，（1）：32－33．