对《双曲线冷却塔施工与质量验收规范》（GB 50573-2010）中6.4.4条的思考

吴鸿昇 张思雨

国网江苏省电力工程咨询有限公司 江苏 南京 210000

引言

根据某电厂的双曲线冷却塔设计图纸，冷却塔筒壁的最小厚度为220mm，单节混凝土浇筑高度为1.2m，模板间采用直径为20mm的对拉螺栓固定。对拉螺栓留置在浇筑的混凝土内部，待混凝土强度达到一定程度后利用三脚架进行翻模施工，施工荷载和结构荷载施加在对拉螺栓之上，对拉螺栓的竖向反力由达到一定强度的混凝土提供。该电厂的冷却塔混凝土浇筑时采用小推车，小推车的容积约为0.16方，从上而下的混凝土层分别为：第一层（浇筑层）、第二层（规范要求达到2MPa的那层）、第三层。该电厂冷却塔施工采用三套模板，即施工第一层时，第二层、第三次层的三脚架体系尚未拆除，仍由第二层、第三层的上下两层对拉螺栓（每个断面合计4根对拉螺栓承受荷载）。处于最不利位置的考虑，假定混凝土浇筑时小推车的位置正好在对拉螺栓断面的正上方[1]。

为解决该超静定力学问题，采用SM solver进行对拉螺栓受力及其对混凝土压强的计算。SM solver是一款结构力学求解器，用于解决二维的结构力学问题，可以解决静定和超静定等各种结构力学问题。这款软件充分考虑计算模型的力学平衡及变形协调条件，为该超静定力学问题的解答提供分析依据[2]。

1 模型建立及力学求解

根据该电厂冷却塔设计图纸及施工参数，进行力学分析的模型建立，该模型分为三层：第一层（浇筑层）、第二层（规范要求达到2MPa的那层）、第三层[3-4]。

1.1 结构的约束条件

1.1.1 所有杆件之间的连接为刚性（即一根杆）。

1.1.2 在第一层对拉螺栓处不设置支座（第一层对拉螺栓对结构体系的竖向受力不贡献力量）。

1.1.3 在第二层、第三层对拉螺栓被混凝土包裹处设置固定支座[5-10]。

1.2 每层的受力为如下

1.2.1 第一层：筒壁内侧（图1-1为右侧）承受每延米1kN的结构体系荷载+小推车及人1kN荷载+混凝土3.8kN荷载（按0.16方计算），共计5.8kN荷载；筒壁外侧（图1-1为左侧）承受每延米1kN的结构体系荷载。

图1-1 三层结构体系

1.2.2 第二层：筒壁内侧及外侧分别承受每延米1kN的结构体系荷载。

1.2.3 第三层：筒壁内侧及外侧分别承受每延米1kN的结构体系荷载。

1.3 对计算的初始参数进行设定

按照钢材的弹性模量、剪切模量及所选用外径为48mm、壁厚为3.2mm钢管的截面参数进行初始参数设定[11]。

1.4 进行力学求解

求解结果见图1-2～图1-4。

图1-2 第一层受力分析

图1-3 第二层受力分析

图1-4 第三层受力分析

2 计算结果分析

该计算将模型进行简化，将对拉螺栓锚固在筒壁内的一段简化为锚固段左侧和锚固段右侧下设固定支座[12]。这样，在进行模型模拟时，就能避免SM solver是杆件类力学求解器（无法模拟三维模型）造成的求解困难[13]。

另外，在进行单元设置时，把1根对拉螺栓设置为3个单元并设置三个单元的连接方式。这样，在进行对拉螺栓模拟时，可在连接处设置支座形式，也解决了非节点不能设置支座的难题。

根据模型力学计算结果，第二层对拉螺栓中的上一层受力最大，为4.59kN（受到的竖直向上的合力）；第三层对拉螺栓中的下一层受力最小，为1.05kN（受到的竖直向上的合力）。根据软件的求解结果，第二层对拉螺栓中的上一层外侧（图1-1中为左侧）受到向上的力为0.55kN，内侧（图1-1中为右侧）受到向上的力为4.04kN。那么混凝土在最内侧受到的压强p[14]。试想：如果对拉螺栓的有效公称直径减小为16mm，那么p’的计算结果为将超过规范的限值2MPa！

那么规范的6.4.4条规定将偏于不安全！

3 合理化建议

建议将双曲线冷却塔施工与质量验收规范中（GB 50573-2010）第6.4.4条修改为：采用悬挂式脚手架翻模施工，浇筑混凝土时最上层承力层混凝土强度不应小于3MPa。因为对拉螺栓的有效公称直径小于11.4mm时，才会突破3MPa的限值，而一般对拉螺栓的直径不会小于这个数值，所以可以保证施工的偏于安全。

建议进行翻模作业前，建立双曲线冷却塔的受力模型，重点对：对拉螺栓、双曲线冷却塔筒壁厚度、荷载、三脚架搭设参数进行模拟，选择满足模型中受力性能的对拉螺栓。在进行对拉螺栓选型时，主要通过力学参数换算得到对拉螺栓的刚度等重要参数，每种型号的对拉螺栓在力学参数上存在较大差异[15-19]。

建议翻模作业前严格按照不小于规范中混凝土强度限制进行施工质量安全控制，必要时采取比规范更为严格的施工质量安全控制措施。即在进行翻模作业前，需进行最上层同条件试块的抗压强度试验，满足规范要求后，仍需参照SM solver建立的力学模型进行对拉螺栓参数复核。若采用直径小于20mm的对拉螺栓，尤其需注意翻模作业的条件[20]。