超大正交桁架索梁保温铝合金组合储罐及施工方法
阅读说明：本技术 超大正交桁架索梁保温铝合金组合储罐及施工方法 (Super-large orthogonal truss cable-girder heat-insulation aluminum alloy combined storage tank and construction method ) 是由 姜良芹 计静 姜丽 刘迎春 杨毛毛 宋化宇 于 2019-09-18 设计创作，主要内容包括：本发明涉及的是超大正交桁架索梁保温铝合金组合储罐及施工方法,其中超大正交桁架索梁保温铝合金组合储罐包括罐顶、罐壁、罐底,罐顶采用正交桁架索梁结构,由稳定索、承压索、高强弹簧钢管构成,上铺设屋面板,斜向高强弹簧钢管设置在稳定索、承压索间形成桁架索,罐壁由内板、外板、夹层保温板、普通混凝土构成,夹层保温板设置于内板和外板间,罐壁顶部设置竖向环形钢管活性粉末混凝土组合桁架,各稳定索,各承压索通过竖向环形钢管活性粉末混凝土组合桁架转换方向,各稳定索向下拉伸到罐底,通过横向环形钢管活性粉末混凝土桁架转换方向,锚固在罐底上；各承压索向上拉伸到罐壁上面并锚固。本发明解决常规钢制储罐容积小,保温效果差的问题。(the invention relates to an oversized orthogonal truss cable-girder thermal-insulation aluminum alloy combined storage tank and a construction method thereof, wherein the oversized orthogonal truss cable-girder thermal-insulation aluminum alloy combined storage tank comprises a tank top, a tank wall and a tank bottom, the tank top adopts an orthogonal truss cable-girder structure and consists of a stabilizing cable, a bearing cable and a high-strength spring steel pipe, a roof panel is laid on the tank top, an oblique high-strength spring steel pipe is arranged on the stabilizing cable, truss cables are formed among the pressure-bearing cables, the tank wall is composed of an inner plate, an outer plate, an interlayer heat-insulating plate and common concrete, the interlayer heat-insulating plate is arranged between the inner plate and the outer plate, a vertical annular steel pipe active powder concrete combined truss and each stabilizing cable are arranged at the top of the tank wall, the pressure-bearing cables are converted by the vertical annular steel pipe active powder concrete combined truss, the stabilizing cables are stretched downwards to the bottom of the tank and are anchored on the bottom of the tank by the transverse annular steel pipe active powder concrete truss; the bearing cables are stretched upwards to the upper side of the tank wall and anchored. The invention solves the problems of small volume and poor heat preservation effect of the conventional steel storage tank.)
技术领域
本发明涉及土木建筑领域中的储罐，具体涉及超大正交桁架索梁保温铝合金组合储罐及施工方法。
背景技术
随着我国经济的飞速发展，高强材料、先进的技术设备不断改善，同时中国对石油的需求量、存储量也日益增长，带动了超大型储罐设计的建筑和迅速发展。随着存储石油和加工量的加大，对临时存储设备的容积要求也越来越大，常规储罐已不能很好地满足发展需要，对超大型储罐的研究越来越受到人们的关注。立式储罐因其施工简便，容积大，受周围的环境影响小，在各大油田和企业得到应用。储罐按其容量大小分为小型储罐、中型储罐、大型储罐和特大型储罐以及超大型储罐；根据其设置位子的不同分为地面储罐、地下储罐、半地下储罐和坑内储罐。储罐的大型化发展，对储罐的设计、施工带来了很大的挑战。常规的薄壁钢结构在外力作用下易发生整体或局部失稳，出现象足屈曲，导致结构未达到设计使用年限，就遭到破坏。同时钢制储罐直接与土壤接触，长期受到侵蚀，使用寿命短；在严寒地区，对储罐的保温性能要求高，而常规的钢制储罐保温性能差。但是超大型储罐设计要求高、施工困难，对结构和材料性能要求高，因此提出一种新型的超大组合储罐体系迫在眉睫。
发明内容
本发明的一个目的是提供超大正交桁架索梁保温铝合金组合储罐，这种超大正交桁架索梁保温铝合金组合储罐用于解决常规钢制储罐容积小，保温效果差，已不能很好的满足发展需要的问题，本发明的另一个目的是提供这种超大正交桁架索梁保温铝合金组合储罐的施工方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种超大正交桁架索梁保温铝合金组合储罐包括罐顶、罐壁、罐底，罐顶采用正交桁架索梁结构，正交桁架索梁结构上铺设屋面板，罐顶由稳定索、承压索、高强弹簧钢管构成，斜向布置的高强弹簧钢管通过索管交汇连接钢节点设置在稳定索、承压索之间形成桁架索，通过稳定索连接的各索管交汇连接钢节点上端的螺栓孔将索管交汇连接钢节点与T型钢板支架紧固在一起，T型钢板支架设置螺栓孔，T型钢板支架与上盖板通过高强螺栓将屋面板固定在二者之间；罐壁由内板、外板、夹层保温板、普通混凝土构成，夹层保温板设置于内板和外板之间，三者之间通过锚栓连接件固定，在内板、外板和夹层保温板之间分层填充普通混凝土，罐壁顶部设置钢筋混凝土圈梁，在圈梁中设置竖向环形钢管活性粉末混凝土组合桁架；罐底由钢筋活性粉末混凝土和保温层构成，罐底设置横向环形钢管活性粉末混凝土组合桁架；各稳定索通过竖向环形钢管活性粉末混凝土组合桁架转换方向，向下拉伸到罐底，再通过横向环形钢管活性粉末混凝土桁架转换方向，用锚具锚固在活性粉末混凝土罐底上；各承压索通过竖向环形钢管活性粉末混凝土组合桁架转换方向，向上拉伸到罐壁上端面并锚固。
上述方案中竖向环形钢管活性粉末混凝土组合桁架包括两个环形钢管活性粉末混凝土构件，两个环形钢管活性粉末混凝土沿垂向设置、通过钢腹杆连接，每个环形钢管活性粉末混凝土构件均套置若干抗滑转向橡胶圈；横向环形钢管活性粉末混凝土组合桁架包括两个环形钢管活性粉末混凝土构件，两个环形钢管活性粉末混凝土水平设置、通过钢腹杆连接，每个环形钢管活性粉末混凝土构件均套置若干抗滑转向橡胶圈。
上述方案中内板、外板均为高强铝合金板，均由高强铝合金拼接板通过榫舌和榫槽相互连接而成；夹层保温板和保温层均采用挤塑板。
上述方案中屋面板采用聚双环戊二烯屋面板。
上述方案中罐底与罐壁的交汇处，设置带扩大头的抗拔锚栓。
上述方案中罐壁的顶部内侧设置高强铝合金内加强环。
上述超大正交桁架索梁保温铝合金组合储罐的施工方法：
一、建造活性粉末混凝土罐底：首先在工厂按照设计尺寸预制高强铝合金拼接板、带扩大头的抗拔锚栓，在现场铺设好罐底垫层，然后绑扎罐底下层钢筋，预留连接筋，布置好横向环形钢管活性粉末混凝土组合桁架，套置抗滑转向橡胶圈，布置定位好设置在罐底的稳定索部分，浇筑活性粉末混凝土，养护完成后在罐底布置保温层，在保温层上布置安装好抗拔锚栓的底层高强铝合金拼接板，通过高强螺栓固定夹层保温板，同时固定由，然后在底层高强铝合金拼接板内部浇筑混凝土到一半的高度，全部罐底上层钢筋绑扎完毕，通过连接筋做好上下层钢筋的连接，确保上下层活性粉末混凝土和保温层形成整体，然后浇筑活性粉末混凝土，养护，完成罐底施工；
二、采用分层施工的方法建造罐壁：首先在罐底伸出的铝合金拼接板上，准确安装罐壁第二层的内板、外板、夹层保温板，用锚栓连接件贯穿内板、外板、夹层保温板，通过调整螺母位置确定三者之间的间距，布置定位好设置在罐壁的稳定索部分，下端与罐底引伸到罐壁内的预应力索连接起来，做好索与混凝土的隔离保护；然后用混凝土泵将搅拌好的普通混凝土分层浇筑到内板、夹层保温板、外板的空隙之中，分层依次施工到罐壁顶部；罐壁顶部设置钢筋混凝土圈梁，将预制好的环形钢管活性粉末混凝土构件通过钢腹杆连接形成竖向环形钢管活性粉末混凝土组合桁架，将竖向环形钢管活性粉末混凝土组合桁架放置在钢筋混凝土圈梁里，同时将抗滑转向橡胶圈套到环形钢管活性粉末混凝土组合桁架上，调整好位置；然后绑扎钢筋混凝土圈梁钢筋笼；
三、正交桁架索梁施工：工厂预制好高强弹簧钢管和索管交汇连接钢节点，现场安装，通过索管交汇连接钢节点的预留索道，把索从索道穿入，将正交桁架索梁的所有索准确穿入节点，然后安装高强弹簧钢管压杆，与节点实现可靠连接；调整桁架索高度，将稳定索与罐壁引伸出来的索可靠连接，将承压索通过抗滑转向橡胶圈固定在罐壁中并向上留出一定的长度，然后浇筑活性粉末混凝土到罐壁顶部，养护达到一定强度后，对悬索体系施加预应力到张拉控制应力，首先张拉一个方向的稳定索和承压索，承压索通过竖向环形钢管活性粉末混凝土组合桁架转换方向锚固在罐壁的顶端，稳定索通过竖向环形钢管活性粉末混凝土组合桁架转换方向，一直拉伸到罐壁底部，再通过横向环形钢管活性粉末混凝土组合桁架转换方向后锚固在罐底，最后封锚，完成罐壁施工；
四、在罐壁的顶部内侧设计好的位置设置高强铝合金加强环，增强罐壁结构的横向稳定，同时在罐壁的顶部内侧安装屋面支撑环，增强罐顶PDCPD屋面板的稳定性，利于采用正交桁架索梁做罐顶的超大储罐的排水；
五、罐顶施工：将预制好的带螺栓孔的T型钢板支架与所有索管交汇连接钢节点连接好，然后铺设PDCPD屋面板，通过高强螺栓将上盖板、PDCPD屋面板与T型钢板支架实现可靠连接；在罐壁附近，将PDCPD屋面板支撑在屋面支撑环上，完成罐顶施工。
本发明具有以下有益效果：
1、 本发明罐壁由高强铝合金板拼接而成，材料抗拉压强度大，耐腐蚀性能高，加工性能好，易于加工和成型。
2、本发明施工时高强铝合金板可作为混凝土的模板，节约模板租赁费用和劳动力，施工周期短，整体造价低。
3、 本发明采用正交桁架索梁做罐顶，重量轻，对罐壁的竖向作用力小。PDCPD材料为工程塑料，相对于钢板等其他材料，质量轻，对索梁的竖向作用力小。
4、 本发明的PDCPD材料力学性能优异，其耐腐蚀性、耐酸碱性和防水性较强，在高严寒地区，具有良好的保温性能。并且这种材料制作成本低廉，成型周期短，生产效率高，可有效缩短施工工期。
5、 本发明的罐壁顶部设置了钢筋混凝土圈梁，大大增强罐壁的竖向和径向整体稳定性。
6、 本发明的正交桁架索梁罐顶结构具有一定的坡度，排水性能好，不需要额外设置排水管道，也不会造成积水和积雪。
7、 本发明采用正交桁架索梁做罐顶的超大储罐结构体系可以通过调整受拉钢索或压杆的长度，对悬索体系施加预应力，使承压索和稳定索始终保持足够大的拉紧力，可提高整个罐顶结构的稳定性和抗震能力；同时，由于预应力的存在，稳定索、承压索和压杆构成的索梁结构可一起抵抗竖向荷载的作用，把荷载有效的传递到罐壁上；调整改变压杆的角度，斜向布置压杆，构成犹如屋架的结构体系，节省高强铝合金杆件用量。
8、本发明布置在圈梁里的竖向环形钢管活性粉末混凝土组合桁架，不但可增加罐壁顶部的径向刚度，而且给稳定索和承重索提供了转向，便于在罐壁上实现索的锚固。
9、本发明构成罐顶的稳定索和承压索藏于罐体内部，在罐壁外侧无需布置用于张拉的凸肋，不但罐体表面光滑整洁性好，而且达到一定年限可更换正交桁架索梁的索。
10、本发明的超大储罐不但容积大，而且在高严寒地区保温性能好，受外界温度变化影响不明显，可确保罐内介质具有良好的流动性。
附图说明
图1是本发明整体结构示意图；
图2是本发明中罐壁顶部的结构示意图；
图3是本发明罐壁剖面详图；
图4是本发明中铝合金拼接板的结构示意图；
图5是本发明中罐顶索网结构平面示意图；
图6是本发明中聚双环戊二烯罐顶围护结构示意图；
图7是本发明中套在竖向环形钢管活性粉末混凝土构件上的抗滑转向橡胶圈布置示意图；
图8是本发明中罐底横向环形钢管活性粉末混凝土组合桁架结构示意图；
图9是本发明抗滑转向橡胶圈结构详图；
图10是本发明中索管交汇连接钢节点结构示意图；
图11是本发明罐壁与罐底连接详图；
图12是本发明铝合金加强环示意图。
图中：1稳定索；2承压索；3高强弹簧钢管；4屋面板；5外板；6内板；7夹层保温板；8竖向环形钢管活性粉末混凝土组合桁架；9加长锚栓连接件；10高强铝合金加强环；11屋面支撑环；12抗拔锚栓；13活性粉末混凝土；14横向环形钢管活性粉末混凝土桁组合架； 15榫舌；16榫槽；17索管交汇连接钢节点；18抗滑转向橡胶圈；19螺栓孔；20索道；21 T型钢板支架；22上盖板；23高强螺栓；24锚具；25罐底；26钢筋混凝土圈梁；27保温层。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明：
结合图1-图12所示，这种超大正交桁架索梁保温铝合金组合储罐包括罐顶、罐壁、罐底25，罐顶采用正交桁架索梁结构，正交桁架索梁结构上铺设屋面板4；罐壁由内板6、外板5、夹层保温板7、普通混凝土构成，夹层保温板7设置于内板6和外板5之间，在内板6、外板5和夹层保温板7之间分层填充普通混凝土，参阅图2，罐壁顶部设置钢筋混凝土圈梁26，在圈梁中设置竖向环形钢管活性粉末混凝土组合桁架8，用于索的转换方向；罐底25由活性粉末混凝土13和保温层27构成，参阅图11，罐底25设置横向环形钢管活性粉末混凝土组合桁架14，活性粉末混凝土抗压强度高，抗裂性和抗渗性强，可确保大底盘罐底的完整性。
参阅图4，内板6、外板5均为高强铝合金板，均由高强铝合金拼接板通过榫舌15和榫槽16相互连接而成；夹层保温板7和保温层27均采用挤塑板。屋面板4采用聚双环戊二烯（PDCPD）屋面板。
参阅图5，罐顶采用正交桁架索梁结构，正交桁架索结构上铺设屋面板4，罐顶由稳定索1、承压索2、高强弹簧钢管3构成，斜向布置的高强弹簧钢管3通过索管交汇连接钢节点17设置在稳定索1、承压索2之间形成桁架索，在双层平行索的索交汇处安装索网交汇连接钢节点17，参阅图10，通过稳定索1连接的各索管交汇连接钢节点17上端的螺栓孔19将索管交汇连接钢节点17与T型钢板支架21紧固在一起， T型钢板支架21设置螺栓孔，T型钢板支架21与上盖板22通过高强螺栓23将屋面板4固定在二者之间，形成封闭的储罐结构。参阅图6，正交桁架索梁结构上面设置有聚双环戊二烯罐顶围护结构。
正交桁架索梁结构的稳定索1通过在圈梁内的竖向环形钢管活性粉末混凝土组合桁架8转换方向，向下拉伸到罐底25，再通过罐底横向环形钢管活性粉末混凝土组合桁架14转换方向，最终用锚具24锚固在活性粉末混凝土罐底底板上，预应力索在罐壁中布置，对罐壁有轴压作用，在大震作用下可有效的延缓内部混凝土的开裂。各承压索2通过竖向环形钢管活性粉末混凝土组合桁架8转换方向，向上拉伸到罐壁上端面并锚固。
结合图7、图8、图9所示，竖向环形钢管活性粉末混凝土组合桁架8和横向环形钢管活性粉末混凝土组合桁架14为转换构件，在其上准确位置安装好特制的抗滑转向橡胶圈，不但可承担预应力索带来的压力，而且可确保预应力索的合理转向。
竖向环形钢管活性粉末混凝土组合桁架8包括两个环形钢管活性粉末混凝土构件，两个环形钢管活性粉末混凝土沿垂向设置、通过钢腹杆连接，每个环形钢管活性粉末混凝土构件均套置若干抗滑转向橡胶圈18；横向环形钢管活性粉末混凝土组合桁架14包括两个环形钢管活性粉末混凝土构件，两个环形钢管活性粉末混凝土构件水平设置、通过钢腹杆连接，每个环形钢管活性粉末混凝土构件均套置若干抗滑转向橡胶圈18。
参阅图3，罐壁由内外两层高强铝合金板、普通混凝土、挤塑板构成，三者之间设置固定的加长锚栓连接件9；内板6和外板5均由高强铝合金拼接板通过高强螺栓连接而成，在内板6、外板5和夹层保温板7之间分层填充普通水泥混凝土，形成罐壁结构。可以充分利用材料的力学性能，罐壁不但刚度大、承载力高，而且耐腐蚀性能好、保温性能好。如图12所示，在罐壁的顶部内侧设置高强铝合金加强环10，增加罐壁的环向刚度；如图11所示，罐壁底部设置带扩大头的抗拔锚栓12，埋于罐底25中，确保地震作用下罐壁与罐底25不发生脱离破坏。
罐壁和罐底中间设置挤塑板保温层，确保高严寒地区储罐的保温。
本发明采用正交桁架索梁做罐顶，索在管壁和罐底实现可靠锚固，使得罐顶达到轻质化，实现更大的跨度；引入高强铝合金材料和活性粉末混凝土，充分发挥两者之间的优越性能，将两者有机组合到一起，形成超大保温组合储罐结构体系的罐壁。
这种超大正交桁架索梁保温铝合金组合储罐可做成地上、地下或半地下的。
这种超大正交桁架索梁保温铝合金组合储罐的施工方法：
一、建造活性粉末混凝土（RPC）罐底：首先在工厂按照设计尺寸预制高强铝合金拼接板、带扩大头的抗拔锚栓12，在现场铺设好罐底垫层，然后绑扎罐底下层钢筋，预留连接筋，布置好横向环形钢管活性粉末混凝土组合桁架14，套置抗滑转向橡胶圈18，布置定位好设置在罐底25的稳定索部分，浇筑活性粉末混凝土，养护完成后在罐底布置保温层27，在保温层27上布置安装好带有抗拔锚栓12的底层高强铝合金拼接板，以增强罐壁与罐底的连接，增强储罐的抗风性。通过加长锚栓连接件9固定夹层保温板，然后在底层高强铝合金拼接板内部浇筑混凝土到一半的高度，全部罐底上层钢筋绑扎完毕，通过连接筋做好上下层钢筋的连接，确保上下层活性粉末混凝土和保温层形成整体，然后浇筑活性粉末混凝土，养护，完成罐底施工；
二、采用分层施工的方法建造罐壁：首先在罐底伸出的铝合金拼接板上，准确安装罐壁第二层的内板6、外板5、夹层保温板7，用加长锚栓连接件9贯穿内板6、外板5、夹层保温板7，通过调整螺母位置确定三者之间的间距，布置定位好设置在罐壁的稳定索部分，下端与罐底引伸到管壁内的预应力索连接起来，做好索与混凝土的隔离保护；然后用混凝土泵将搅拌好的普通混凝土分层浇筑到内板6、夹层保温板7、外板5的空隙之中，罐壁铝合金板和保温板的连接与混凝土的浇筑可同时进行，分层依次施工到罐壁顶部。罐壁顶部设置钢筋混凝土圈梁26，将预制好的环形钢管活性粉末混凝土构件通过钢腹杆连接形成竖向环形钢管活性粉末混凝土组合桁架8，将竖向环形钢管活性粉末混凝土组合桁架8放置在钢筋混凝土圈梁26里，同时将抗滑转向橡胶圈18套到环形钢管活性粉末混凝土组合桁架上，调整好位置；然后绑扎钢筋混凝土圈梁钢筋笼。
三、正交桁架索梁施工：工厂预制好高强弹簧钢管和索管交汇连接钢节点17，现场安装，通过索管交汇连接钢节点17的预留索道20，把索从索道20穿入，将正交桁架索梁的所有索准确穿入节点，然后安装高强弹簧钢管压杆，与节点实现可靠连接；调整桁架索到指定高度，将稳定索1与罐壁引伸出来的索可靠连接，将承压索2通过抗滑转向橡胶圈18固定在罐壁中并向上留出一定的长度，然后浇筑活性粉末混凝土到罐壁顶部，养护达到一定强度后，对悬索体系施加预应力到张拉控制应力，首先张拉一个方向的稳定索1和承压索2，承压索2通过竖向环形钢管活性粉末混凝土组合桁架8转换方向锚固在罐壁的顶端，稳定索1通过竖向环形钢管活性粉末混凝土组合桁架8转换方向，一直拉伸到罐壁底部，再通过横向环形钢管活性粉末混凝土组合桁架14转换方向后锚固在罐底25，从而充分利用预应力提高整个体系的稳定性和抗震能力，同时，由于预应力的存在，稳定索1能同承压索2一起抵抗竖向荷载的作用，从而提高整个体系的刚度。最后封锚，完成罐壁施工。
四、在罐壁的顶部内侧设计好的位置设置高强铝合金加强环10，增强罐壁结构的横向稳定。同时在罐壁的顶部内侧安装屋面支撑环11，增强罐顶PDCPD屋面板的稳定性，同时也利于采用正交桁架索梁做罐顶的超大储罐的排水。
五、建造罐顶。将预制好的带螺栓孔的T型钢板支架21与所有索管交汇连接钢节点17连接好，然后在其上铺设PDCPD屋面板，通过高强螺栓23将上盖板22、PDCPD屋面板与T型钢板支架21实现可靠连接。在罐壁附近，将PDCPD屋面板支撑在屋面支撑环11上，依次按顺序进行屋面板4的铺设、固定，完成罐顶的全部施工。
本发明罐顶采用正交桁架索结构，自重小，可实现跨度大，施工方便；储罐组合罐壁结构承载力高，刚度大，可充分发挥高强铝合金和混凝土材料的力学性能，挤塑板保温性能好、使用寿命长；构成罐顶的稳定索和承压索达到一定年限可更换，延长储罐使用年限。