采用双曲面双层拉索做罐顶的超大保温储罐及其施工方法
阅读说明：本技术 采用双曲面双层拉索做罐顶的超大保温储罐及其施工方法 (Oversized heat-preservation storage tank with hyperboloid double-layer inhaul cable as tank top and construction method thereof ) 是由 计静 姜丽 姜良芹 杨毛毛 宋化宇 于殿友 于 2019-09-18 设计创作，主要内容包括：本发明涉及的是采用双曲面双层拉索做罐顶的超大保温储罐及其施工方法,其中采用双曲面双层拉索做罐顶的超大保温储罐包括罐顶、罐壁、罐底,罐顶采用双曲面双层拉索结构,内环梁上采用网壳结构封闭,在双曲面双层拉索结构和网壳结构上铺设屋面板,罐顶由稳定索、承压索、内环梁、外环梁和高强弹簧钢管构成,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,罐壁顶部设置两道环形的工字钢梁,两道环形的工字钢梁通过横向加劲肋连接成整体,形成环形钢桁架。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 heat-preservation storage tank adopting a hyperboloid double-layer cable as a tank top and a construction method thereof, wherein the oversized heat-preservation storage tank adopting the hyperboloid double-layer cable as the tank top comprises a tank top, a tank wall and a tank bottom, the tank top adopts a hyperboloid double-layer cable structure, an inner ring beam is sealed by adopting a net shell structure, a roof panel is laid on the hyperboloid double-layer cable structure and the net shell structure, the tank top is composed of a stabilizing cable, a bearing cable, an inner ring beam, an outer ring beam and a high-strength spring steel pipe, the tank wall is composed of an inner plate, an outer plate, an interlayer heat-preservation plate and common concrete, the interlayer heat-preservation plate is arranged between the inner plate and the outer plate, the inner plate, the outer plate and the interlayer heat-preservation plate are fixed by anchor bolt connecting pieces, the common concrete is filled between the inner plate, the outer, forming an annular steel truss. 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，具体涉及采用双曲面双层拉索做罐顶的超大保温储罐及其施工方法。
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；根据其设置位置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；在高严寒地区，对储罐的保温性能要求较高，而常规的钢制储罐保温性能差，严重影响罐内液体的流动，不利于储液的充入与输出。因此提出一种新型的超大保温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采用双曲面双层拉索做罐顶的超大保温储罐，这种采用双曲面双层拉索做罐顶的超大保温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采用双曲面双层拉索做罐顶的超大保温储罐的施工方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种采用双曲面双层拉索做罐顶的超大保温储罐包括罐顶、罐壁、罐底，罐顶采用双曲面双层拉索结构，内环梁上采用网壳结构封闭，在双曲面双层拉索结构和网壳结构上铺设屋面板，罐顶由稳定索、承压索、内环梁、外环梁和高强弹簧钢管构成，平行排列的高强弹簧钢管通过索网交汇连接钢节点设置在稳定索、承压索之间，各稳定索、各承压索的内侧与内环梁连接，各稳定索、各承压索的外侧锚固在外环梁中，通过与稳定索连接的各索管交汇连接钢节点上端的螺栓孔与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，罐壁顶部设置两道环形的工字钢梁，两道环形的工字钢梁通过横向加劲肋连接成整体，形成环形钢桁架；罐底由活性粉末混凝土和保温层构成。
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高强螺栓连接而成；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，外环梁为高强铝合金混凝土外环梁，内环梁为高强铝合金混凝土内环梁。
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。
上述方案中各稳定索和各承压索沿辐射方向布置，周围支撑在罐壁顶的外环梁上，中心连接内环梁，整个罐顶支撑在罐壁上；通过调整承压索、稳定索和高强弹簧钢管的长度并利用内环梁受拉，对罐顶施加预应力并与外环梁锚固；内环梁上设置的网壳结构为高强铝合金网壳，高强铝合金网壳由高强铝合金杆件和铝合金螺栓球节点构成。
上述方案中罐壁的顶部内侧设置高强铝合金内加强环。
上述采用双曲面双层拉索做罐顶的超大保温储罐的施工方法：
一、建造活性粉末混凝土罐底：首先在工厂预制高强铝合金拼接板和扩大头的抗拔锚栓，在现场铺设好罐底垫层，然后绑扎罐底钢筋，同时在罐底布置保温层，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，固定夹层保温板，全部罐底钢筋绑扎完毕，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；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，罐壁顶部设置两道环形的工字钢梁，并用横向加劲肋连接成整体，形成环型钢桁架，并且在罐壁的顶部内侧设计好的位置设置高强铝合金加强环；
三、罐顶施工：在罐壁顶部绑扎好钢筋笼，预埋索孔，浇筑普通混凝土，完成外环梁施工；工厂预制好的内环梁和稳定索、承压索通过高强弹簧钢管和索管交汇连接钢节点现场连接，通过索网交汇连接钢节点的索道，把索从索道穿入，将双曲面索梁的所有索准确穿入索管交汇连接钢节点，然后安装高强弹簧钢管，与索管交汇连接钢节点实现可靠连接，将所有索锚固在外环梁，最后封锚，将与稳定索连接的各索管交汇连接钢节点与T型钢板支架连接好，然后在T型钢板支架上铺设屋面板，通过高强螺栓将上盖板、屋面板与T型钢板支架实现可靠连接；然后在内环梁上安装网壳支座，现场安装工厂预制好的高强铝合金网壳杆件、铝合金螺栓球节点、环杆和斜腹杆，形成高强铝合金网壳结构，并在其上铺设屋面板，完成罐顶的全部施工。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明罐壁、罐底都设置了保温层，罐顶PDCPD屋面板保温性能也较好，所以整体储罐保温性能好，在高严寒的环境下，能有效保持罐体内的温度，从而确保储液具有良好的流动性。
2、罐壁顶部设置两道环形的工字钢梁，并用横向加劲肋连接成整体，形成环型钢桁架，大大增加储罐的整体稳定性。
3、罐壁由高强铝合金板拼接而成，材料强度大，耐腐蚀性能高，加工性能好，易于加工和成型。
4、 本发明施工时高强铝合金板可作为混凝土的模板，节约模版租赁费用和减少劳动力，施工周期短，整体造价低。
5、本发明采用双曲面双层拉索结构做罐顶，重量轻，可实现的跨度大，对罐壁的竖向作用力小；承重索和稳定索沿辐射方向布置，周围锚固支撑在罐壁顶部的外环梁上，将罐顶荷载均匀传递到罐壁上。
6、本发明的PDCPD材料为工程塑料，相对于钢板等其他材料，质量轻，对罐顶的竖向作用力小。PDCPD材料力学性能优异，其耐腐蚀性、耐酸碱性和防水性以及保温性能较强，在盐碱地区以及温度变化较大的地区适应性强。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。
7、本发明的双曲面双层拉索结构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。
8、本发明构成罐顶的稳定索和承压索锚固于罐壁顶部外环梁上，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双曲面双层拉索体系。
附图说明
图1是本发明中整体结构示意图；
图2是本发明中罐顶双曲面双层拉索结构布置示意图；
图3是本发明中罐顶网架结构示意图；
图4是本发明中罐顶内环梁剖面示意图；
图5是本发明中罐顶钢索与内环梁的连接示意图；
图6是本发明中罐壁顶部的结构示意图；
图7是本发明中罐壁剖面详图；
图8是本发明中高强铝合金拼接板的结构示意图；
图9是本发明中两块高强铝合金拼接板横向连接示意图；
图10是本发明中两块高强铝合金拼接板纵向连接示意图；
图11是本发明中罐壁与罐底连接详图；
图12是本发明中索管交汇连接节点详图；
图13是本发明中高强铝合金加强环示意图。
图中：1稳定索；2承压索；3网壳；4高强弹簧钢管；5外环梁；6外板；7内板；8挤塑板；9锚栓连接件；10抗拔锚栓；11高强铝合金加强环；12屋面板；13屋面支撑环；14普通混凝土；15罐底；16活性粉末混凝土；17内环梁；18铝合金螺栓球节点；19高强铝合金环杆；20高强铝合金斜杆；22 钢筋笼；23索管交汇连接钢节点；24螺栓孔；25索道；26 T型钢板支架；27上盖板；28高强螺栓；29工字钢梁。
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13所示，这种采用双曲面双层拉索做罐顶的超大保温储罐包括罐顶、罐壁、罐底15，罐顶采用双曲面双层拉索结构，内环梁17上采用网壳结构封闭，在双曲面双层拉索结构和网壳结构上铺设屋面板，形成封闭的储罐结构。罐顶双曲面双层拉索结构由稳定索1、承压索2、内环梁17、外环梁5和高强弹簧钢管4构成，平行排列的高强弹簧钢管4通过索管交汇连接钢节点23设置在稳定索1、承压索2之间，各稳定索1、各承压索2的内侧与内环梁17连接，各稳定索1、各承压索2的外侧锚固在外环梁5中，通过调整承压索2、稳定索1和高强弹簧钢管压杆的长度并利用内环梁17受拉，对罐顶施加预应力并锚固于外环梁5；在索管交汇处安装索管交汇连接钢节点23，将索、高强弹簧钢管压杆及T型钢板支架26可靠连接起来；与稳定索1连接的各索管交汇连接钢节点23通过其上端的螺栓孔24与T型钢板支架26紧固在一起，T型钢板支架26设置螺栓孔，T型钢板支架26与上盖板27通过高强螺栓28将屋面板12固定在二者之间；罐壁由内板7、外板6、夹层保温板、普通混凝土14构成，夹层保温板设置于内板7和外板6之间，三者之间通过锚栓连接件9固定, 锚栓连接件9为加长锚栓连接件，在内板7、外板6和夹层保温板之间分层填充普通混凝土14，罐壁顶部设置两道环形的工字钢梁29，两道环形的工字钢梁29通过横向加劲肋连接成整体，形成环形钢桁架，加强储罐上部的整体刚度。罐底15由活性粉末混凝土16和保温层构成，活性粉末混凝土16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。
内板7、外板6均为高强铝合金板，均由高强铝合金拼接板通过高强螺栓28连接而成；夹层保温板和保温层均采用挤塑板8。屋面板12采用聚双环戊二烯（PDCPD）屋面板，外环梁5为高强铝合金混凝土外环梁，内环梁17为高强铝合金混凝土内环梁。
罐顶采用双曲面双层拉索结构，由稳定索1、承压索2、高强弹簧钢管4、高强铝合金混凝土外环梁5、高强铝合金混凝土内环梁17以及高强铝合金网壳3构成，在双曲面双层拉索结构的索管交汇处安装索管交汇连接钢节点23，将索、高强弹簧钢管4压杆及T型钢板支架26可靠连接起来，然后采用高强螺栓28将上盖板27、PDCPD屋面板12和T型钢板支架26固定到一起，将连接完成的稳定索1、承压索2锚固在钢筋混凝土外环梁5上，外环梁5上设置有屋面支撑环13。在高强铝合金混凝土内环梁17上安装网壳支座，现场安装工厂预制好的高强铝合金网壳杆件、铝合金螺栓球节点18、高强铝合金环杆19和高强铝合金斜杆20，形成高强铝合金网壳结构，并在其上铺设PDCPD屋面板12。
如图6，罐壁由内外两层高强铝合金板、普通混凝土14、挤塑板8构成，三者之间设置固定的加长锚栓连接件9；如图7、图8、图9、图10，内层高强铝合金板和外层高强铝合金板均由高强铝合金拼接板通过高强螺栓连接而成，在内板7、外板6和夹层保温板之间分层填充普通水泥混凝土，形成管罐壁结构。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13所示，在罐壁的顶部内侧设置高强铝合金加强环11，增加罐壁的环向刚度；如图10所示，罐壁底部设置带扩大头的抗拔锚栓10，埋于罐底15中，确保地震作用下罐壁与罐底15不发生脱离破坏。
本发明采用双曲面双层拉索做罐顶，索在外环梁5实现可靠锚固，使得罐顶达到轻质化，实现更大的跨度；引入高强铝合金和混凝土，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。
这种采用双曲面双层拉索做罐顶的超大保温结构体系可做成地上、地下或半地下的。
这种采用双曲面双层拉索做罐顶的超大保温结构体系的施工方法：
一、建造活性粉末混凝土（RPC）罐底15，首先在工厂预制铝合金拼接板，并在拼接板的耳板上预留螺栓孔。预制加长的锚栓连接件9和带扩大头的抗拔锚栓10。在现场铺设好罐底垫层，在其上铺设挤塑板8保温层并绑扎罐底钢筋，同时将底层内、外层铝合金板及保温板竖直布置于准确位置，用加长的锚栓连接件9贯穿三者，通过调整螺母位置确定三者之间的间距。同时，在设计好的位置安装抗拔锚栓10，以增强罐壁与罐底15的连接，增强储罐的抗风性，然后浇筑活性粉末混凝土16，养护，完成罐底15施工；
二、采用分层施工的方法建造罐壁，首先在罐底15伸出的铝合金拼接板上，准确安装罐壁第二层的内、外高强铝合金板和挤塑板8，用加长的锚栓连接件9贯穿三者，通过调整螺母位置确定三者之间的间距，同时确保内外层铝合金板与保温板保持等间距。然后用混凝土泵将搅拌好的普通混凝土14浇筑到高强铝合金板与夹层保温板的空隙之中，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。在罐壁的顶部设置环型钢桁架，增加储罐的整体稳定性。同时，在罐壁的顶部内侧设计好的位置设置高强铝合金加强环11，有助于罐壁结构的横向稳定。
三、建造罐顶。在罐壁顶部安装好内外高强铝合金板，绑扎好钢筋笼22，浇筑活性粉末混凝土16，完成高强铝合金混凝土外环梁5施工。将工厂预制好的高强铝合金混凝土内环梁17和稳定索1、承压索2通过高强弹簧钢管4和索管交汇连接钢节点23现场安装，通过索管交汇连接钢节点23的预留索道25，把索从索道25穿入，将双曲面双层拉索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，调整到指定高度，将无粘结索穿过外环梁，留出一定的长度，然后浇筑活性粉末混凝土16，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最后锚固在外环梁5，封锚。将预制好的带螺栓孔的T型钢板支架26与所有索管交汇连接钢节点23连接好，然后在其上铺设PDCPD屋面板12，通过高强螺栓28将上盖板27、PDCPD屋面板12与T型钢板支架26实现可靠连接。在工厂预制好的带有网壳支座的高强铝合金混凝土内环梁13和预制好的高强铝合金网壳杆件、铝合金螺栓球节点18、铝合金螺栓球环杆和铝合金螺栓球斜杆现场安装，形成高强铝合金网壳结构，并在其上铺设PDCPD屋面板12，完成罐顶的全部施工。