采用正交索梁做罐顶的超大保温储罐及施工方法与流程

本发明涉及土木建筑领域中的储罐，具体涉及采用正交索梁做罐顶的超大保温储罐及施工方法。

背景技术：

随着中国经济的不断发展，对石油的需求量、存储量都日益增长，石油作为全球战略能源，它的储备量的多少越来越重要，因此存储石油或加工品（汽油、柴油、机油等）的装置是必不可少的油田设备。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。随着石油加工量和需求量的不断增加，对临时存储设备的容积要求也越来越高，常规的钢制储罐已不能很好地满足市场的需求，对超大型储罐的研究越来越受到人们的关注。但是储罐的大型化发展，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。若仅通过增加钢板壁厚度来满足结构受力要求，会导致钢板壁厚过厚，对此类钢板的加工提出了新的挑战。而且钢制储罐的罐壁往往与土壤直接接触，长期会收到侵蚀，从而大大降低罐壁的承载力和刚度，缩短储罐的使用寿命；在高严寒地区，外界温度过低会影响石油的存储与输送，因此提出一种新型的超大保温储罐体系迫在眉睫。

技术实现要素：

本发明的一个目的是提供采用正交索梁做罐顶的超大保温储罐，这种采用正交索梁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正交索梁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：这种采用正交索梁做罐顶的超大保温储罐包括罐顶、罐壁、罐底，罐顶采用正交索梁结构，正交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，竖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、承压索之间形成索梁，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；罐底由活性粉末混凝土和保温层构成，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，向下用锚具锚固在罐壁顶部的内侧，实现在罐壁上完成预应力索的锚固；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构件沿垂向设置、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。

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。

上述方案中罐底与罐壁的交汇处，设置抗拔圈。

上述方案中罐壁的顶部内侧设置高强铝合金内加强环。

上述采用正交索梁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：首先在工厂按照设计尺寸预制高强铝合金拼接板和抗拔圈，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，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圈的底层高强铝合金拼接板，通过高强螺栓固定夹层保温板，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；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组合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构件上，调整好位置；然后绑扎钢筋混凝土圈梁的钢筋笼；

三、正交索梁施工：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；调整罐顶高度，将无粘结索穿过抗滑转向橡胶圈，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,将稳定索锚固在罐壁顶部的内侧，然后超张拉另一个方向的稳定索和承压索，锚固后对首次张拉的稳定索和承压索二次张拉，补充由于另一方向张拉而引起的预应力损失，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，有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，使承重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。

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，达到一定年限可更换正交索梁体系。

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是本发明中两块高强铝合金拼接板横向连接关系的示意图；

图6是本发明中两块高强铝合金拼接板纵向连接关系的示意图；

图7是本发明中罐顶索网结构平面示意图；

图8是本发明中聚双环戊二烯罐顶围护结构示意图；

图9是本发明中竖向环形活性粉末混凝土钢管上的抗滑转向橡胶圈布置示意图；

图10是本发明抗滑转向橡胶圈结构详图；

图11是本发明中索管交汇连接钢节点结构示意图；

图12是本发明罐壁与罐底连接详图；

图13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抗拔圈；13活性粉末混凝土；14索管交汇连接钢节点；15抗滑转向橡胶圈；16螺栓孔；17索道；18t型钢板支架；19上盖板；20高强螺栓；21锚具；22罐底；23钢筋混凝土圈梁；24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13所示，这种采用正交索梁做罐顶的超大保温储罐包括罐顶、罐壁、罐底22，罐顶采用正交索梁结构，正交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23，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22由活性粉末混凝土13和保温层24构成，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、图5、图6，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高强螺栓20连接而成；夹层保温板7和保温层24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7，罐顶采用正交索梁结构，正交索梁结构上铺设屋面板4，罐顶由稳定索1、承压索2、高强弹簧钢管3构成，竖向布置的高强弹簧钢管3通过索管交汇连接钢节点14设置在稳定索1、承压索2之间形成索梁，在双层平行索的索交汇处安装索管交汇连接钢节点14，参阅图11，通过稳定索1连接的各索管交汇连接钢节点上端的螺栓孔16将索管交汇连接钢节点14与t型钢板支架18紧固在一起，t型钢板支架18设置螺栓孔，t型钢板支架18与上盖板19通过高强螺栓20将屋面板4固定在二者之间，形成封闭的储罐结构。

正交索梁结构的稳定索通过在圈梁内的竖向环形钢管活性混凝土组合桁架8转换方向，向下用锚具21锚固在罐壁顶部的内侧，实现在罐壁上完成预应力索的锚固，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。各承压索通过竖向环形钢管活性混凝土组合桁架8转换方向，向上拉伸到罐壁上端面并用锚具21锚固。

结合图9、图10所示，竖向环形钢管活性粉末混凝土组合桁架8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15，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。竖向环形钢管活性混凝土组合桁架8包括两个环形钢管活性混凝土构件，两个环形钢管活性混凝土构件沿垂向设置、通过钢腹杆连接，每个环形钢管活性混凝土构件均套置若干抗滑转向橡胶圈15。

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13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12所示，罐壁底部设置高强铝合金抗拔圈12，埋于罐底22中，确保地震作用下罐壁与罐底不发生脱离破坏。

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。

本发明引入高强铝合金材料和活性粉末混凝土13，充分发挥二者之间的优越性能，将二者有机组合到一起，形成超大组合储罐结构体系的罐壁。采用索梁体系做罐顶，索在罐壁实现可靠锚固，使得罐顶达到轻质化，可实现更大的跨度。

这种采用正交索梁做罐顶的超大保温储罐可做成地上、地下或半地下的。

这种采用正交索梁做罐顶的超大保温储罐的施工方法：

一、建筑活性粉末混凝土（rpc）罐底，首先在工厂按照设计尺寸预制铝合金拼接板和高强铝合金抗拔圈12，埋于罐底活性粉末混凝土13中，增强罐壁与罐底22的连接，确保储罐的整体性。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，浇筑活性粉末混凝土13，养护完成后在罐底22布置挤塑板保温层24，在保温层24上布置高强铝合金抗拔圈12，在抗拔圈12上焊接底层高强铝合金拼接板，通过高强螺栓20固定夹层保温板7，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、外高强铝合金板和挤塑板，用加长锚栓连接件9贯穿三者，通过调整螺母位置确定三者之间的间距。然后用混凝土泵将搅拌好的活性粉末混凝土13分层浇筑到高强铝合金板与夹层保温板7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，分层依次施工到顶部。罐壁顶部设置钢筋混凝土圈梁23，将预制好的环形钢管活性粉末混凝土组合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，将其放置在圈梁里，同时将抗滑转向橡胶圈15套到钢管上，调整好位置；然后绑扎圈梁的钢筋笼。

三、正交索梁施工。工厂预制好高强弹簧钢管3和索网交汇连接钢节点14，现场安装，通过索管交汇连接钢节点14的预留索道17，把索从索道17穿入，将正交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。调整索梁到指定高度，将无粘结索穿过圈梁的抗滑转向橡胶圈15，留出一定的张拉长度，然后浇筑活性粉末混凝土13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，稳定索1通过竖向环形钢管活性粉末混凝土组合桁架8转换方向锚固在罐壁的顶端，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，将其锚固在罐壁顶部的内侧，然后超张拉另一个方向的稳定索1和承压索2，锚固后对首次张拉的稳定索和承压索二次张拉，补充由于另一方向张拉而引起的预应力损失，最后封锚，完成罐壁施工。将罐顶荷载通过圈梁传递到罐壁上，进而传给基础，实现结构荷载的合理传递。

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18与所有索管交汇连接钢节点14连接好，然后在其上铺设pdcpd屋面板4，通过高强螺栓20将上盖板19、pdcpd屋面板4与t型钢板支架18实现可靠连接。在罐壁附近，将pdcpd屋面板4支撑在屋面支撑环11上，依次按顺序进行屋面板的铺设、固定，完成罐顶的全部施工。

本发明罐顶采用正交索梁结构，自重小，可实现的跨度大，充分利用低松弛预应力钢绞线；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活性粉末混凝土材料的力学性能；罐顶采用的聚双环戊二烯屋面板耐腐蚀性好，有较强的耐候性。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，而且达到一定年限可更换正交索梁。罐体表面光滑整洁性好，在各大油田和石油化工企业将得到应用。