摘要：双曲线冷却塔是大型薄壳钢筋混凝土结构，有助于环境保护和发电效率和可靠性。双曲线冷却塔的安全性对于电厂的连续运行非常重要。根据分析，由于双曲线冷却塔上的地震荷载、板中的最大位移、支撑反作用力、支撑力矩、应力和弯矩是连续的几何形状（顶部直径和高度）函数，抗震性能对其整体安全稳定性影响较大。本文探究了钢筋混凝土双曲冷却塔结构抗震性能特点，并提出了相应的加固方法。
关键词：钢筋混凝土；双曲冷却塔；抗震性能；加固
双曲线冷却塔的安全性对于电厂的连续运行非常重要。本文对钢筋混凝土双曲线冷却塔领域发表的研究论文进行了全面回顾，并对自然通风冷却塔的最新发展进行了深入分析。总结了不同的建模、分析和设计技术，并讨论了各种挑战，旨在为研究人员和设计工程师提供新的双曲线冷却塔设计参考。
1.双曲线冷却塔
冷却塔是发电系统的重要组成部分，也有助于环境保护。双曲线冷却塔主要应用于核能和火力发电厂，也在一些大型化工和其他工业工厂中有所应用。从结构的角度来看，它们是高层钢筋混凝土结构，其形状为复杂几何形状的双曲面薄壁壳体。平面内膜的作用主要抵抗施加的力，弯曲在这些特殊结构中起次要作用。冷凝塔的发展可以追溯到19世纪，当时冷凝器与蒸汽机一起使用。第一个双曲面形冷却塔由荷兰工程师Frederik van Iterson和Gerard Kuypers发明，并于1918年在Heerlen附近建造，高度为35米。2002年在德国Niederaussem电站建成的200米高的冷却塔是世界上最高的双曲线冷却塔，直到2012年6月在印度拉贾斯坦邦建成卡利辛德热能工厂，这一双曲线冷却塔高度为202米，底部直径为142米。
冷却塔根据其使用、建造、传热方法、气流生成方法和气流式流动机构进行分类。气流产生方法有三种类型，即自然通风、机械通风和风扇辅助自然通风冷却塔。
2.双曲线冷却塔的抗震性能
地震载荷本质上是动态的。在双曲线冷却塔中，地震荷载是通过将地基运动从支柱和门楣传递到壳体而产生的。对于双曲线塔，经向方向上的地震诱发力大小和分布是塔的质量和结构的动力特性（固有频率和阻尼）以及地震加速度函数结构的基础。早在1967年，由Gould和Lee 推导出的闭式表达式就用于确定静态抗震设计荷载下壳体内的合力和相应的变形。
根据特征统计数据，Abu-Sitta和Davenport 研究了动力地震荷载的影响。在他们的研究中，诱导的动态应力与静态载荷的等效膜应力有关，导致了简化的地震分析程序。Wolf和Skrikerud 研究了几何和支柱的本构关系对双曲线冷却塔地震响应的影响。为了确定最佳的抗震设计，他们采用参数方法研究了柱的几何形状的影响。Bhimaraddi等人研究了柱支撑的环加劲冷却塔的自由振动响应，并得出结论认为，在冷却塔的地震激励下，加强环可能无助于增加结构的阻力，因为这些环对模态没有影响。然而，在这种激励下结构的特性，加强环有助于提高风力激励下塔架的承载能力。
壳体与支撑柱的总体结构响应强烈依赖于支撑柱系统，并且不同于传统的销支撑理想壳体。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆Sabouri-Ghomi等人对地震激励下柱支撑的钢筋混凝土冷却塔的非线性动力特性及其对冷却塔的完整性和稳定性的影响进行了数值研究。在这项研究中，确定了支柱内塑料铰链的位置，并评估了塑料铰链对冷却塔稳定性的影响。Asadzadeh等人研究了静态风和伪静态地震力下双曲线冷却塔的结构响应。在这项研究中考虑了两种类型的支撑系统，即I型和I型柱支撑的支撑系统，并且已经采用了使用高阶Mindlin公式对壳单元进行有限元分析他们观察到，与V型支架相比，I型支架在塔架底部产生更高的灵活性，V型支架的作用类似于底座的固定支架。塔架在风和地震之下的结构响应对于支撑在不同柱上的塔完全不同。
Asadzadeh等人研究了支柱的倾斜角度对冷却塔的动态响应的影响。在这项研究中，他们发现动态响应、塔架外壳最大位移的位置以及塔架刚度在层状冷却塔结构响应中影响倾斜角度的变化。此外还观察到，结构的刚度随着支柱倾角的增加而增加，导致周期的减少，从而改变了冷却塔抵抗地震荷载的阻力。从而得出结论，冷却塔的双曲线结构可以通过找到支柱的最佳倾角来优化。
3.双曲冷却塔加固方法
根据适用法规和标准的规定，塔架的结构部件应采用合适等级的混凝土建造。混合物的设计应反映混凝土的放置条件和塔的外部和内部环境。
冷却塔的构件应用变形钢筋进行加固，以提供因控制装载情况的组合而产生的拉力和力矩。壳壁可以按照受到轴向力和弯曲的矩形横截面成比例。应在壳壁内提供两层正交加筋层，一般在子午向和圆周方向。在每个方向上，内层和外层通常应该是相同的，除了在弯曲可能需要不对称网格。除了靠近门楣外，最好将环形钢筋定位在子午线钢筋的外面，子午钢筋应在外侧以稳定钢筋。
理想情况下，应使用适当的因子加载组合，将支撑柱按照从分析中计算出来的力和力矩按比例分配。如果柱状区域没有离散建模，而是通过连续近似建模，那么可以按照从壳体分析计算出的柱子比例来抵抗与门楣交界处的支流因素力和力矩。有效长度可以视为统一。当存在净张力时，应特别注意柱柱的接头。由于涉及大型钢筋，建议在这些区域使用焊接接头。
为了提高稳定性或恢复由于开裂或其他变质而损失的容量，可以在壳体上添加离散的圆周加强件。这种加强件通常可以包含在壳壁的有限元模型中，并且应该根据从这种分析计算出的力来比例化。当加强件仅位于壳体的一侧时，应考虑加强件相对于圆周轴线的偏心。
4.结语
钢筋混凝土双曲冷却塔外壳在其使用寿命期间会遭受相对恶劣的环境，为了保证结构的耐用性必须格外注重结构的加固。本文对双曲冷却塔的结构抗震性能特点进行了分析，并提出了相应的加固方法，希望能促进双曲冷却塔安全性和稳定性的提升。
参考文献：
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[3]江涛.大型双曲冷却塔的地震响应研究[D].南京：南京理工大学，2015.
论文作者:朱云靖
论文发表刊物:《基层建设》2018年第11期
论文发表时间:2018/6/5
标签：冷却塔论文; 双曲线论文; 结构论文; 壳体论文; 钢筋论文; 钢筋混凝土论文; 荷载论文; 《基层建设》2018年第11期论文;