超大型鋼筋混凝土冷卻塔縮尺試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷闹谱鞣椒?br> 【專利摘要】本發(fā)明涉及超大型鋼筋混凝土冷卻塔縮尺試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷闹谱鞣椒ǎ鶕?jù)冷卻塔縮尺模型的空間尺寸，使用電熱絲對(duì)縮尺模型的硬質(zhì)塑料泡沫模板逐層切割，采用不同型號(hào)的鐵絲焊接好支柱骨架，安裝好每層的內(nèi)模板后，焊接塔筒內(nèi)的子午向、環(huán)向鐵絲網(wǎng)，然后逐次安裝外模板并澆筑筒體。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明制作的冷卻塔縮尺模型，其模型在水平面內(nèi)半徑、厚度可隨著模型高度的變化而連續(xù)變化，且試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷耐獗砉饣?、連續(xù)，其幾何尺寸尤其是冷卻塔筒體的厚度可達(dá)到毫米級(jí)的控制精度。該模型制作方法具有操作簡(jiǎn)便易行、成本低、所需材料在市場(chǎng)上容易購(gòu)買等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷闹谱鞣椒?，尤其是涉及一種超大型鋼筋混凝土冷 卻塔縮尺試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷闹谱鞣椒ā?超大型鋼筋混凝土冷卻塔縮尺試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷闹谱鞣椒?br>
【背景技術(shù)】
[0002] 自然通風(fēng)冷卻塔是一種大型空間薄壁結(jié)構(gòu)，由于結(jié)構(gòu)體型特殊，其安全性能受到 了人們的廣泛的關(guān)注。在鋼筋混凝土冷卻塔安全性能分析中，試驗(yàn)研究是非常重要的一環(huán)， 然而目前這種空間薄壁結(jié)構(gòu)試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷闹谱鞒蔀榱酥萍s冷卻塔試驗(yàn)研究廣泛開展的難點(diǎn)。 為了能夠正確反應(yīng)冷卻塔的幾何特征及受力特點(diǎn)，需要冷卻塔縮尺試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷乃材軌蚍?照原型冷卻塔為旋轉(zhuǎn)雙曲拋物面，要求模型的塔筒壁厚較小（遠(yuǎn)小于徑向的尺寸）、可以連 續(xù)變化且精度可控。與以橫平堅(jiān)直為特點(diǎn)的普通房屋結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)?zāi)Ｐ拖啾?，冷卻塔模型體 型的特殊性給模型制作帶來(lái)了較大困難。目前對(duì)于該類試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷闹谱饕话悴捎媚举|(zhì)材料 制作內(nèi)模板，采用鋼絲網(wǎng)片模擬原型結(jié)構(gòu)中的子午向、環(huán)向鋼筋組成的鋼筋網(wǎng)，最后采用人 工涂抹砂漿的方式冷卻塔縮尺試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷耐脖?。這種縮尺試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷闹谱鞣椒ù嬖谌缦虏?足：（1)木質(zhì)內(nèi)模板制作復(fù)雜、制作耗時(shí)長(zhǎng)、制作成本高且精度不易保證；（2)木質(zhì)內(nèi)模板不 易按照原型結(jié)構(gòu)制作出具有較高精度的雙曲拋物面；（3)塔筒半徑隨高度變化，采用正交 布置的鐵絲網(wǎng)直接預(yù)埋在塔筒中，將無(wú)法直接模擬出原型塔筒中的環(huán)向、子午向鋼筋分布； (4)采用人工涂抹砂漿的方式制作模型塔筒，無(wú)法控制筒壁各個(gè)高度位置的厚度，而筒壁的 厚度誤差對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響很大；（5)由于筒壁較薄，砌筑好的筒壁易于失去水分而開裂，造 成模型養(yǎng)護(hù)上的困難。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種簡(jiǎn)便、高效的鋼 筋混凝土冷卻塔縮尺試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷闹谱鞣椒?，使用該方法制作的冷卻塔模型在平面內(nèi)的半 徑、厚度可隨模型高度的變化而連續(xù)變化，且制作精度可達(dá)到毫米級(jí)，試驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵子陴B(yǎng)護(hù)， 適用于教學(xué)或研究。
[0004] 本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：
[0005] 超大型鋼筋混凝土冷卻塔縮尺試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷闹谱鞣椒ǎ鶕?jù)冷卻塔縮尺模型的空間 尺寸，使用電熱絲對(duì)縮尺模型的硬質(zhì)塑料泡沫模板逐層切割，采用不同型號(hào)的鐵絲焊接好 支柱骨架，安裝好每層的內(nèi)模板后，焊接塔筒內(nèi)的子午向、環(huán)向鐵絲網(wǎng)，然后逐次安裝外模 板并澆筑筒體，具體采用以下步驟：
[0006] (1)制作冷卻塔縮尺模型模板：使用由電源、可調(diào)壓式變壓器、電熱絲組成的電路 中的電熱絲對(duì)硬質(zhì)塑料泡沫模板進(jìn)行切割，切割支柱層模板還需使用預(yù)制支柱半截面拓 板，對(duì)于最上層模板需要根據(jù)冷卻塔模型上口體型特征劃分為3層子模板分別切割；
[0007] (2)制作冷卻塔縮尺模型支柱：包括制作支柱鐵絲骨架及支柱套管、支柱定位、支 柱的澆筑；
[0008] (3)制作冷卻塔縮尺模型塔筒：包括制作塔筒內(nèi)鐵絲網(wǎng)及塔筒模型上口、塔筒內(nèi) 外模板的定位及筒體內(nèi)砂漿的澆筑。
[0009] 步驟（1)中，根據(jù)冷卻塔模型的空間尺寸，確定模板沿冷卻塔縮尺模型高度方向 的層數(shù)（假定為N層），其中第1層為支柱層模板，其高度與支柱高度同高，中間層塔筒模板 的厚度控制在100?250mm，最后一層模板高度為冷卻塔縮尺模型高度與前（N-1)層模板高 度之和的差值；在冷卻塔縮尺模型的平面方向，采用外觀平整、符合尺寸要求的硬質(zhì)塑料泡 沫在平面內(nèi)拼接為一層模板，同一層模板采用硬質(zhì)塑料泡沫的數(shù)量根據(jù)拼接好的硬質(zhì)塑料 泡沫寬度大于冷卻塔縮尺模型平面內(nèi)的最大寬度的原則確定；在每層模板上、下表面的切 割寬度應(yīng)根據(jù)所在高度冷卻塔縮尺模型的半徑尺寸確定。
[0010] 切割時(shí)將拼接好的某層模型模板固定在可繞固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的臺(tái)座上，根據(jù)該層模板 上、下表面所對(duì)應(yīng)的冷卻塔模型的內(nèi)、外半徑尺寸，采用由電源、可調(diào)壓式變壓器、電熱絲組 成的電路，通過(guò)電熱絲對(duì)模板進(jìn)行切割，通過(guò)移動(dòng)固定轉(zhuǎn)向點(diǎn)的位置調(diào)整模板上、下表面切 割區(qū)域的寬度。通過(guò)繞軸旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)，切割出塔筒的筒壁，同時(shí)將硬質(zhì)塑料泡沫切割成內(nèi)模 板和外模板；對(duì)于冷卻塔支柱層模板的制作，需要先沿支柱上、下端截面圓心所在的圓將該 層硬質(zhì)塑料泡沫切割成內(nèi)、外2塊模板，制作模型支柱的半截面拓板2塊，將制作好的拓板 同時(shí)貼在內(nèi)、外模板的上、下表面并使該拓板半圓圓心與欲切割的支柱圓心重合，采用由電 源、可調(diào)壓式變壓器、電熱絲組成的電路，使用電熱絲分別在內(nèi)、外模板上切割出支柱。將切 割好的各層內(nèi)模板按由下至上的順序組裝好并放置在冷卻塔模型的基礎(chǔ)上。由于各層內(nèi)模 板半徑不同，組裝時(shí)下一層模板的上表面和上一層模板的下表面務(wù)必對(duì)齊，以便澆筑好后 塔筒模型的內(nèi)表面光滑連續(xù)。
[0011] 冷卻塔支柱制作時(shí)根據(jù)相似比理論換算好柱內(nèi)配置鐵絲的直徑和數(shù)量，焊接好鐵 絲骨架，縱向鐵絲在模型支柱兩端超出一定長(zhǎng)度，用于模型支柱與基礎(chǔ)、上部塔筒的搭接； 使用與模型支柱截面直徑相同的套管，截取與支柱高度相同的長(zhǎng)度，將鐵絲骨架置于套管 內(nèi)，并將套管固定于第1層支柱模板內(nèi)，然后向套管內(nèi)澆筑預(yù)定配合比的砂漿。
[0012] 冷卻塔塔筒制作時(shí)先將第2?N層的內(nèi)模板從下至上依次裝配好，然后選擇好子 午向、環(huán)向鐵絲的直徑、數(shù)量，從下至上依次固定好每層模板內(nèi)子午向、環(huán)向鐵絲，并對(duì)子午 向鐵絲和環(huán)向鐵絲的交叉點(diǎn)進(jìn)行焊接。按照自下而上的順序，每安裝好一層外模板即進(jìn)行 澆筑一次，直至整個(gè)冷卻塔模型澆筑完畢。待澆筑好的最后一層模型超過(guò)28天齡期即可拆 除內(nèi)、外模板，冷卻塔縮尺試驗(yàn)?zāi)Ｐ椭谱魍瓿伞?br> [0013] 每層冷卻塔縮尺模型模板的厚度為100?250_。
[0014] 根據(jù)每層模板的上、下表面所對(duì)應(yīng)的冷卻塔模型的內(nèi)、外半徑尺寸，調(diào)整固定轉(zhuǎn)向 點(diǎn)的位置控制好每層切割區(qū)域上、下口的寬度。
[0015] 切割支柱層模板使用2塊支柱半截面拓板的圓心分別與支柱上下端截面圓心對(duì) 齊，在該層模板上分別切割支柱。
[0016] 支柱定位時(shí)，首先在模型基礎(chǔ)固定上支柱層內(nèi)模板的位置，然后通過(guò)U形鐵絲將 支柱套管固定在內(nèi)模板上，再將下端的縱向鐵絲錨固于基礎(chǔ)內(nèi)，然后再澆筑基礎(chǔ)，最后安裝 上該層的外模板。
[0017] 制作塔筒內(nèi)鐵絲網(wǎng)時(shí)，先將切割好的筒體模型的內(nèi)模板按照從下至上的順序安裝 好，然后在組裝好的內(nèi)模板外表面依次按要求焊接子午向、環(huán)向鐵絲網(wǎng)。
[0018] 該試驗(yàn)?zāi)Ｐ陀糜谥谱鞲叨瘸^(guò)200m的鋼筋混凝土冷卻塔。
[0019] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0020] (1)由于模板制作是采用直徑較細(xì)的電熱絲對(duì)塑料泡沫進(jìn)行切割，其切割時(shí)的精 度易于控制；另外，由于模板采用硬質(zhì)塑料泡沫制作，澆筑砂漿時(shí)模板變形很小。因此，與其 他制作方法相比，使用本方法制作的冷卻塔縮尺試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷暮穸刃?、精度高，其最小薄壁?度可達(dá)到5mm，誤差可以控制在1mm的精度；
[0021] (2)由于模型模板是分層制作，而且每層模板上、下表面的切割尺寸是由該切割位 置的標(biāo)高決定，因此，澆筑好的冷卻塔模型薄壁的厚度可以做到隨冷卻塔模型高度的變化 而連續(xù)變化；
[0022] (3)由于模型模板是分層制作，所分層數(shù)較多時(shí)，可以較好地反映塔筒的連續(xù)雙曲 面或拋物面的幾何特征。和采用木質(zhì)模板制作相比，采用本方法制作的試驗(yàn)?zāi)Ｐ捅砻婀饣?連續(xù)、無(wú)突起；
[0023] (4)可以根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康募靶枰?，使用砂漿、細(xì)石混凝土、石膏等材料制作；
[0024] (5)本方法操作簡(jiǎn)便、成本低、所需材料易于在市場(chǎng)上找到。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0025] 圖1為制作得到的模型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026] 圖2為切割模板時(shí)的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0027] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0028] 實(shí)施例
[0029] 為了制作鋼筋混凝土冷卻塔縮尺試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，本發(fā)明可按照下列步驟完成模型制 作：
[0030] (1)模型模板的設(shè)計(jì)。①根據(jù)冷卻塔模型的空間尺寸，將冷卻塔模板沿模型高度方 向分為N層，分別確定每層模板的高度。其中，第1層模板為冷卻塔模型支柱的模板層，模 板高度與模型支柱高度相同，第2?（N-1)層為塔筒模型模板層，每層模板的高度為100? 250mm，最上面一層（即第N層）為塔筒模型上口模板層，其高度為冷卻塔模型高度減去前 (N-1)層模板高度之和，如圖1所示；②根據(jù)冷卻塔最大的平面尺寸以及硬質(zhì)塑料泡沫的平 面尺寸，確定每層模板所需硬質(zhì)塑料泡沫的數(shù)量，在一個(gè)水平面內(nèi)采用三塊獨(dú)立塑料泡沫 組成一層模板；③根據(jù)冷卻塔縮尺試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷某叽纾謩e計(jì)算每層模板上、下表面的內(nèi)、夕卜 徑以及切割區(qū)域的尺寸；④由于第1層為模型支柱層模板，不同于上部塔筒層模板，故第1 層模板需要確定支柱上、下表面圓心所在圓的半徑；⑤第N層模板為塔筒上口層，其形狀特 殊不同于中部塔筒層模板，需再分為N-a、N-b、N-c三個(gè)子層分別切割。
[0031] (2)模板的切割。①塔筒模板的切割：將位于同一層的硬質(zhì)塑料泡沫模板固定于 一個(gè)可繞固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的工作臺(tái)上，將硬質(zhì)塑料泡沫板中心與工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)軸對(duì)齊。將電熱絲 1連接到可調(diào)壓的可調(diào)壓式變壓器2上，通過(guò)工作臺(tái)上的固定轉(zhuǎn)向點(diǎn)的位置，調(diào)節(jié)模板切割 區(qū)域上口、下口的寬度。繞軸旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)，切割出塔筒的筒壁，同時(shí)將塑料泡沫切割成內(nèi)模 板和外模板，利用電源3控制可調(diào)壓式變壓器2的電壓以及電熱絲1上通過(guò)的電流；②支柱 模板的切割：將支柱層的硬質(zhì)塑料泡沫模板沿支柱上、下表面中心所在的圓切割成內(nèi)、外模 板，制作支柱半截面拓板，將該拓板貼在內(nèi)、外模板上、下表面并使拓板半圓圓心與支柱上、 下截面圓心重合，手持與可調(diào)壓式變壓器連接的電熱絲，分別在內(nèi)、外模板上切割支柱，。
[0032] (3)模板組裝。將切割好的各層內(nèi)模板按由下至上的順序組裝好并放置在冷卻塔 模型的基礎(chǔ)上。由于各層內(nèi)模板半徑不同，組裝時(shí)下一層模板的上表面和上一層模板的下 表面務(wù)必對(duì)齊，以便燒筑好后塔筒模型的內(nèi)表面光滑連續(xù)。
[0033] (4)模型鐵絲骨架的制作。①支柱鐵絲骨架的制作：按冷卻塔縮尺模型支柱的配 筋要求，預(yù)先制作好支柱的鐵絲骨架，同時(shí)，采用與支柱相同直徑的塑料套管，切割成與支 柱相同的長(zhǎng)度。將柱鐵絲骨架放在套管內(nèi)，將套管固定在支柱層模板的內(nèi)模板上。②按照 由下至上的順序，依據(jù)縮尺模型的配筋要求，分別焊接塔筒內(nèi)的環(huán)向和子午向鐵絲，組成與 塔筒雙曲拋物面相符的鐵絲網(wǎng)。
[0034] (5)模型砂漿的澆筑。采用具有較大流動(dòng)性的砂漿，首先澆筑與支柱的套管內(nèi)，然 后按照自下向上的順序，每安裝一層塔筒的外模板，澆筑一層塔筒的砂漿，直至將所有層模 板燒筑完。
[0035] (6)冷卻塔縮尺模型澆筑完成后，等待28天齡期后再拆除內(nèi)、外模板，模型養(yǎng)護(hù)期 內(nèi)、外模板可防止模型水份的散失。
[0036] 上述的對(duì)實(shí)施例的描述是為便于該【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā) 明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對(duì)這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說(shuō)明的 一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過(guò)創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此，本發(fā)明不限于這里的實(shí)施 例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，對(duì)于本發(fā)明做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的 保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 超大型鋼筋混凝土冷卻塔縮尺試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷闹谱鞣椒ǎ涮卣髟谟?，根?jù)冷卻塔縮尺 模型的空間尺寸，使用電熱絲對(duì)縮尺模型的硬質(zhì)塑料泡沫模板逐層切割，采用不同型號(hào)的 鐵絲焊接好支柱骨架，安裝好每層的內(nèi)模板后，焊接塔筒內(nèi)的子午向、環(huán)向鐵絲網(wǎng)，然后逐 次安裝外模板并澆筑筒體，具體采用以下步驟： (1) 制作冷卻塔縮尺模型模板：使用由電源、可調(diào)壓式變壓器、電熱絲組成的電路中的 電熱絲對(duì)硬質(zhì)塑料泡沫模板進(jìn)行切割，切割支柱層模板還需使用預(yù)制支柱半截面拓板，對(duì) 于最上層模板需要根據(jù)冷卻塔模型上口體型特征劃分為3層子模板分別切割； (2) 制作冷卻塔縮尺模型支柱：包括制作支柱鐵絲骨架及支柱套管、支柱定位、支柱的 燒筑； (3) 制作冷卻塔縮尺模型塔筒：包括制作塔筒內(nèi)鐵絲網(wǎng)及塔筒模型上口、塔筒內(nèi)外模 板的定位及筒體內(nèi)砂漿的澆筑。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超大型鋼筋混凝土冷卻塔縮尺試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷闹谱鞣椒ǎ涮卣?在于，制作冷卻塔縮尺模型模板時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)可調(diào)式變壓器的電壓及電熱絲的電流，控制電 熱絲發(fā)熱量達(dá)到控制切割硬質(zhì)塑料泡沫模板的速度，通過(guò)調(diào)整轉(zhuǎn)向固定點(diǎn)的位置控制切割 區(qū)域的尺寸。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的超大型鋼筋混凝土冷卻塔縮尺試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷闹谱鞣椒?，其特?在于，每層冷卻塔縮尺模型模板的厚度為100?250mm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的超大型鋼筋混凝土冷卻塔縮尺試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷闹谱鞣椒?，其特?在于，根據(jù)每層模板的上、下表面所對(duì)應(yīng)的冷卻塔模型的內(nèi)、外半徑尺寸，調(diào)整固定轉(zhuǎn)向點(diǎn) 的位置控制好每層切割區(qū)域上、下口的寬度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超大型鋼筋混凝土冷卻塔縮尺試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷闹谱鞣椒ǎ涮卣?在于，切割支柱層模板使用2塊支柱半截面拓板的圓心分別與支柱上下端截面圓心對(duì)齊， 在該層模板上分別切割支柱。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超大型鋼筋混凝土冷卻塔縮尺試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷闹谱鞣椒?，其特?在于，支柱定位時(shí)，首先在模型基礎(chǔ)固定上支柱層內(nèi)模板的位置，然后通過(guò)U形鐵絲將支柱 套管固定在內(nèi)模板上，再將下端的縱向鐵絲錨固于基礎(chǔ)內(nèi)，然后再澆筑基礎(chǔ)，最后安裝上該 層的外模板。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超大型鋼筋混凝土冷卻塔縮尺試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷闹谱鞣椒?，其特?在于，制作塔筒內(nèi)鐵絲網(wǎng)時(shí)，先將切割好的筒體模型的內(nèi)模板按照從下至上的順序安裝好， 然后在組裝好的內(nèi)模板外表面依次按要求焊接子午向、環(huán)向鐵絲網(wǎng)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超大型鋼筋混凝土冷卻塔縮尺試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷闹谱鞣椒ǎ涮卣?在于，該試驗(yàn)?zāi)Ｐ陀糜谥谱鞲叨瘸^(guò)200m的鋼筋混凝土冷卻塔。
【文檔編號(hào)】G09B25/02GK104064101SQ201410271036
【公開日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2014年6月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月17日
【發(fā)明者】顧祥林, 李毅, 林峰 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)