Устройство для усиления конструкции градирни
Владельцы патента RU 2326218:
Открытое акционерное общество "Нижнекамскнефтехим" (RU)
Устройство относится к области строительства и реконструкции зданий, резервуаров, отстойников и других сооружений, имеющих в плане преимущественно круглое сечение, в частности градирен. Технический результат: обеспечение жесткости конструкции, уменьшение поперечных сечений элементов устройства, достижение рациональной передачи усилий и моментов на опоры и увеличение сейсмостойкости сооружений. Устройство для усиления конструкции градирни включает наклонные балки, расположенные в радиальных направлениях конфузора, прикрепленные верхними концами к несущим элементам конструкции и опирающиеся через подкладки на опорное кольцо, и соединительные планки. На опорном кольце закреплен опоясывающий бандаж, к которому посредством наклонных и расположенных попарно относительно каждой балки раскосов присоединены внешние концы наклонных балок. 3 з.п. ф-лы, 9 ил.
Изобретение относится к области строительства и реконструкции зданий, резервуаров, отстойников и других сооружений, имеющих в плане преимущественно круглое сечение, в частности градирен.
Известны устройства для усиления пролетных конструкций, включающие подкосы, прикрепленные нижними концами к основанию, а верхними к усиливаемой конструкции, расположенной на опорах. При этом устройство снабжено корытообразным элементом и тягой с натяжной муфтой. Корытообразный элемент закреплен под усиливаемой конструкцией с возможностью перемещения вдоль нее и шарнирно прикреплен к верхнему концу подкоса. Тяга с натяжной муфтой прикреплена с одной стороны к корытообразному элементу, а с другой - к опоре усиливаемой конструкции. Нижний конец подкоса шарнирно прикреплен к основанию (авторское свидетельство СССР №850851, МПК 5 Е04G 23/04, опубл. 30.07.81).
Однако в известных устройствах подкосы создают помехи для маневрирования внутри помещения и подвергаются интенсивному старению и разрушению. В пролетных сооружениях, имеющих большие высоты, подкосы должны иметь большие жесткости на изгиб.
Известны устройства для усиления конструкций здания, включающие несущие элементы с опорами и хомутами, консоли, натяжное устройство и прокладки. Они снабжены балками усиления, закрепленными на концах консолей, выполненных переменного таврового сечения, причем консоли жестко прикреплены к хомутам, установленным на опорах несущих элементов (авторское свидетельство СССР №623942, МПК Е04G 23/02, опубл. 15.09.78).
Указанные устройства не применимы в градирнях, поскольку элементы их конструкций занимают полезное внутреннее пространство и не позволяют решить проблему обеспечения рациональной передачи нагрузок на опоры.
Известно также устройство для усиления конструкции градирни, включающее консоли, которые представляют собой балки, прикрепленные к несущим элементам конструкции. При этом консоли расположены в радиальных направлениях конфузора градирни, причем каждая консоль установлена наклонно к горизонтали и жестко прикреплена к несущим элементам конфузора верхним концом и в одном или нескольких местах в средней части консоли. Нижний конец консоли оставлен свободным и оперт через подкладку на наклонно выполненную кромку кольцевой опоры. Свободные концы смежных консолей последовательно связаны друг с другом посредством соединительных планок, которые образуют в плане замкнутый многоугольник. Свободный конец консоли соединен посредством дополнительного стержня с несущими элементами конфузора с образованием треугольника жесткости (патент РФ №2239033, МПК 7 Е04Н 5/12, опубл. 27.10.2004).
Указанное устройство обладает следующими недостатками:
а) из-за того, что один конец консоли оставлен свободным, не обеспечивается жесткость системы консолей;
б) в зоне крепления консолей к конфузору возникают большие изгибающие моменты и требуется задавать большие моменты инерции сечения консолей;
в) устройство не позволяет воспринимать крутящие моменты, возникающие вокруг вертикальной оси градирни в результате действия ветровых нагрузок и (или) работы вентилятора и передающиеся от конфузора на опорное кольцо;
г) устройство не обеспечивает достаточной сейсмостойкости зданий и сооружений.
Задачей настоящего изобретения является обеспечение жесткости конструкции, уменьшение поперечных сечений элементов устройства, достижение рациональной передачи усилий и моментов на опоры и увеличение сейсмостойкости сооружений.
Указанная задача достигается тем, что в устройстве для усиления конструкции градирни, включающем наклонные балки, расположенные в радиальных направлениях конфузора, прикрепленные верхними концами к несущим элементам конструкции и опирающиеся через подкладки на опорное кольцо, и соединительные планки, на опорном кольце закреплен опоясывающий бандаж, к которому посредством раскосов присоединены внешние концы наклонных балок, причем раскосы расположены наклонно и их верхние концы связаны с внешними концами наклонных балок, а нижние концы прикреплены к бандажу.
Раскосы могут быть расположены попарно относительно каждой балки таким образом, что с каждой балкой связаны верхние концы двух раскосов, а нижние концы упомянутой пары раскосов прикреплены к бандажу. Узлы соединения нижних концов смежных раскосов к бандажу могут отстоять друг от друга на определенном расстоянии. Нижние концы смежных раскосов могут быть соединены с бандажом и между собой в одном узле.
Раскосы совместно с балками и опоясывающим бандажом формируют жесткую пространственную конструкцию с образованием пирамидальных фрагментов. Опоясывающий бандаж может быть изготовлен из металлической полосы прямоугольного сечения, уголка, швеллера, трубы или другого проката.
На фиг.1 схематически представлена градирня с устройством для усиления ее конструкции, общий вид; на фиг.2 - разрез А-А по фиг.1; на фиг.3 - разрез Б-Б по фиг.1; на фиг.4 показана схема устройства в зоне В по фиг.1 (увеличено); на фиг.5 - то же, вариант исполнения опоясывающего бандажа, например, из полосы; на фиг.6 - вид Д по фиг.4; на фиг.7 представлена схема устройства в зоне Г по фиг.2 (увеличено); на фиг.8 показан более общий вариант соединения балки с опоясывающим бандажом посредством раскосов; на фиг.9 показана зона Е по фиг.8.
Корпус градирни состоит из цилиндрической части 1, конфузора 2, горловины 3 и диффузора 4. Цилиндрическая часть 1 градирни опирается на систему стоек 5. Конфузор 2, горловина 3 и диффузор 4, например, в вентиляторных градирнях обычно выполняются из отдельных панелей 6. Панели 6 представляют собой тонкостенную оболочку 7, подкрепленную снаружи градирни продольными 8 и поперечными 9 несущими элементами. Несущие элементы 8 и 9 представляют собой подкрепления (например, швеллеры, уголки, другие профили или накладки). Панели конфузора взаимно состыкованы между собой по продольным и поперечным несущим элементам, опираются на цилиндрическую часть 1 (обычно на внутреннюю верхнюю кромку верхнего опорного кольца цилиндрической части) и фиксируются анкерами 10.
Для усиления конструкции градирни, например, в зоне стыка конфузора 2 к цилиндрической части 1 установлено устройство, включающее балки 11, прикрепленные к несущим элементам. Балки 11 расположены в радиальных направлениях (фиг.2 и 7-9) конфузора 2 градирни. Каждая балка 11 установлена наклонно к горизонтали и жестко прикреплена, в частности, к продольным несущим элементам 8 конфузора верхним концом непосредственно или при помощи соединительных накладок 12 и в одном или нескольких местах в средней части консоли накладками 13. Соединение элементов устройства (в том числе и накладок) к усиливаемой конструкции осуществляется при помощи крепежных деталей или сварки. Балка опирается через подкладку 14 на цилиндрическую часть, например, на наклонно выполненную внешнюю кромку опорного кольца цилиндрической части 1. Нижний конец балки 11 выступает наружу за пределы внешних очертаний цилиндрической части 1 и соединяется с опоясывающим бандажом 15 посредством раскосов 16. Бандаж 15 опоясывает цилиндрическую часть 1, например опорное кольцо цилиндрической части 1, и жестко прикреплен к цилиндрической части. Опоясывающий бандаж 15 может быть изготовлен из металлической полосы прямоугольного сечения, уголка, швеллера, трубы или другого проката. При необходимости бандаж может быть выполнен усиленным, например, состоящим из комбинации указанных прокатов, а также могут быть установлены два и более бандажей. При этом закрепление бандажей осуществляется с учетом конфигурации опорного кольца (цилиндрической части).
Раскосы 16 расположены наклонно, причем их верхние концы связаны с внешними концами наклонных балок 11, а нижние концы прикреплены к бандажу 15, например, посредством сварки или крепежных соединений. Раскосы расположены попарно относительно каждой балки таким образом, что с каждой балкой связаны верхние концы двух раскосов. Нижние концы упомянутой пары раскосов прикреплены к бандажу 15 на определенном удалении относительно друг друга. В частном случае нижние концы смежных раскосов могут быть соединены с бандажом и между собой в одном узле (в одном и том же месте) (фиг.2, 3, 6 и 7). Таким образом, образуется пространственная стержневая система в виде ломаной линии из последовательно расположенных по окружности раскосов.
В общем случае узлы (места) соединения нижних концов смежных раскосов к бандажу 15 отстоят друг от друга на определенном расстоянии. При этом раскосы совместно с участками опоясывающего бандажа также образуют пространственно расположенную стержневую систему по окружности.
Таким образом, раскосы 16 совместно с балками 11 и опоясывающим бандажом 15 формируют жесткую пространственную конструкцию с образованием пирамидальных фрагментов.
Устройство для усиления конструкции градирни работает следующим образом.
В процессе эксплуатации вследствие коррозии и других факторов происходит износ конструкции корпуса градирни, особенно в зоне стыка конфузора 2 с цилиндрической частью 1. Происходит износ нижнего поперечного несущего элемента, оболочки 7 в этой зоне и анкеров 10. Вследствие этого нарушаются связи между элементами конструкции в этой области, что может привести при определенных нагрузках (например, при сильных порывах ветра, сейсмических воздействиях и т.д.) к полному отрыву верхней части корпуса, включающего конфузор 2, горловину 3 и диффузор 4, от цилиндрической части 1. Все это может вызвать катастрофическое разрушение градирни в целом, что приведет к нарушению технологических циклов в цехах, обслуживаемых данной градирней, и к экологической катастрофе.
Поскольку балки 11 устройства, закрепленные на несущих элементах конфузора 2 и соединенные с опоясывающим бандажом 15 посредством раскосов 16, опираются нижним концом через подкладки 14 на цилиндрическую часть 1, то они передают часть возникающих нагрузок на цилиндрическую часть 1. Так как балки 11 выступают за пределы внешнего очертания цилиндрической части 1, то они предотвращают падение верхней части корпуса внутрь градирни или опрокидывание ее набок. Кроме того, балки 11 создают сжимающие усилия на верхнюю область цилиндрической части 1 и тем самым разгружают эту область от распирающих усилий, действующих от верхней части корпуса. Происходит взаимная компенсация сжимающих и растягивающих усилий, действующих на цилиндрическую часть 1. Тем самым обеспечивается рациональная передача нагрузок на цилиндрическую часть 1. Опоясывающий бандаж 15 существенно усиливает цилиндрическую часть 1, например опорное кольцо цилиндрической части 1, и повышает ее несущую способность по отношению к действию распирающих нагрузок. Кроме того, при возникновении дефектов в опорном кольце, в том числе трещин, опоясывающий бандаж 15 предотвращает разрушение опорного кольца и конструкции в целом.
Раскосы 16, прикрепленные к бандажу 15 и соединенные с нижним концом балки 11, образуют пространственно стержневую систему. Треугольники и тетраэдры, образуемые при этом, придают устройству пространственную жесткость. Кроме того, раскосы 16 воспринимают растягивающие усилия и в определенной мере уравновешивают нагрузки, действующие на балки 11. Вследствие этого происходит рациональное перераспределение усилий, действующих на балку, что приводит к уменьшению изгиба балок 11 и, соответственно, к их разгрузке.
Устройство для усиления конструкции градирни представляет собой достаточно жесткую конструкцию. Это позволяет повысить прочностные и жесткостные характеристики конструкции и ее несущую способность, что одновременно повышает и сейсмостойкость сооружения. Устройство не занимает полезного внутреннего пространства сооружения. Поэтому при наличии агрессивной среды внутри градирни элементы устройства не подвергаются ее воздействию и интенсивному старению и разрушению. Повышается долговечность и безопасность градирни. При возможном износе нижней части конфузора балки могут воспринять все нагрузки и таким образом предотвратить катастрофическое разрушение градирни и экологическую катастрофу.
1. Устройство для усиления конструкции градирни, включающее наклонные балки, расположенные в радиальных направлениях конфузора, прикрепленные верхними концами к несущим элементам конструкции и опирающиеся через подкладки на опорное кольцо, и соединительные планки, отличающееся тем, что на опорном кольце закреплен опоясывающий бандаж, к которому посредством раскосов присоединены внешние концы наклонных балок, причем раскосы расположены наклонно и их верхние концы связаны с внешними концами наклонных балок, а нижние концы прикреплены к бандажу.
2. Устройство для усиления конструкции градирни по п.1, отличающееся тем, что раскосы расположены попарно относительно каждой балки таким образом, что с каждой балкой связаны верхние концы двух раскосов, а нижние концы упомянутой пары раскосов прикреплены к бандажу.
3. Устройство для усиления конструкции градирни по п.2, отличающееся тем, что узлы соединения нижних концов смежных раскосов к бандажу отстоят друг от друга на определенном расстоянии.
4. Устройство для усиления конструкции градирни по п.2, отличающееся тем, что нижние концы смежных раскосов соединены с бандажом и между собой в одном узле.
