超大型钢筋混凝土冷却塔缩尺试验模型的制作方法

超大型钢筋混凝土冷却塔缩尺试验模型的制作方法
【专利摘要】本发明涉及超大型钢筋混凝土冷却塔缩尺试验模型的制作方法，根据冷却塔缩尺模型的空间尺寸，使用电热丝对缩尺模型的硬质塑料泡沫模板逐层切割，采用不同型号的铁丝焊接好支柱骨架，安装好每层的内模板后，焊接塔筒内的子午向、环向铁丝网，然后逐次安装外模板并浇筑筒体。与现有技术相比，本发明制作的冷却塔缩尺模型，其模型在水平面内半径、厚度可随着模型高度的变化而连续变化，且试验模型的外表光滑、连续，其几何尺寸尤其是冷却塔筒体的厚度可达到毫米级的控制精度。该模型制作方法具有操作简便易行、成本低、所需材料在市场上容易购买等优点。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明属于工程结构试验模型的制作方法，尤其是涉及一种超大型钢筋混凝土冷 却塔缩尺试验模型的制作方法。 超大型钢筋混凝土冷却塔缩尺试验模型的制作方法

【背景技术】
[0002] 自然通风冷却塔是一种大型空间薄壁结构，由于结构体型特殊，其安全性能受到 了人们的广泛的关注。在钢筋混凝土冷却塔安全性能分析中，试验研究是非常重要的一环， 然而目前这种空间薄壁结构试验模型的制作成为了制约冷却塔试验研究广泛开展的难点。 为了能够正确反应冷却塔的几何特征及受力特点，需要冷却塔缩尺试验模型的塔筒能够仿 照原型冷却塔为旋转双曲抛物面，要求模型的塔筒壁厚较小（远小于径向的尺寸）、可以连 续变化且精度可控。与以横平坚直为特点的普通房屋结构的试验模型相比，冷却塔模型体 型的特殊性给模型制作带来了较大困难。目前对于该类试验模型的制作一般采用木质材料 制作内模板，采用钢丝网片模拟原型结构中的子午向、环向钢筋组成的钢筋网，最后采用人 工涂抹砂浆的方式冷却塔缩尺试验模型的筒壁。这种缩尺试验模型的制作方法存在如下不 足：（1)木质内模板制作复杂、制作耗时长、制作成本高且精度不易保证；（2)木质内模板不 易按照原型结构制作出具有较高精度的双曲抛物面；（3)塔筒半径随高度变化，采用正交 布置的铁丝网直接预埋在塔筒中，将无法直接模拟出原型塔筒中的环向、子午向钢筋分布； (4)采用人工涂抹砂浆的方式制作模型塔筒，无法控制筒壁各个高度位置的厚度，而筒壁的 厚度误差对试验结果影响很大；（5)由于筒壁较薄，砌筑好的筒壁易于失去水分而开裂，造 成模型养护上的困难。


【发明内容】

[0003] 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种简便、高效的钢 筋混凝土冷却塔缩尺试验模型的制作方法，使用该方法制作的冷却塔模型在平面内的半 径、厚度可随模型高度的变化而连续变化，且制作精度可达到毫米级，试验模型易于养护， 适用于教学或研究。
[0004] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0005] 超大型钢筋混凝土冷却塔缩尺试验模型的制作方法，根据冷却塔缩尺模型的空间 尺寸，使用电热丝对缩尺模型的硬质塑料泡沫模板逐层切割，采用不同型号的铁丝焊接好 支柱骨架，安装好每层的内模板后，焊接塔筒内的子午向、环向铁丝网，然后逐次安装外模 板并浇筑筒体，具体采用以下步骤：
[0006] (1)制作冷却塔缩尺模型模板：使用由电源、可调压式变压器、电热丝组成的电路 中的电热丝对硬质塑料泡沫模板进行切割，切割支柱层模板还需使用预制支柱半截面拓 板，对于最上层模板需要根据冷却塔模型上口体型特征划分为3层子模板分别切割；
[0007] (2)制作冷却塔缩尺模型支柱：包括制作支柱铁丝骨架及支柱套管、支柱定位、支 柱的浇筑；
[0008] (3)制作冷却塔缩尺模型塔筒：包括制作塔筒内铁丝网及塔筒模型上口、塔筒内 外模板的定位及筒体内砂浆的浇筑。
[0009] 步骤（1)中，根据冷却塔模型的空间尺寸，确定模板沿冷却塔缩尺模型高度方向 的层数（假定为N层），其中第1层为支柱层模板，其高度与支柱高度同高，中间层塔筒模板 的厚度控制在100?250mm，最后一层模板高度为冷却塔缩尺模型高度与前（N-1)层模板高 度之和的差值；在冷却塔缩尺模型的平面方向，采用外观平整、符合尺寸要求的硬质塑料泡 沫在平面内拼接为一层模板，同一层模板采用硬质塑料泡沫的数量根据拼接好的硬质塑料 泡沫宽度大于冷却塔缩尺模型平面内的最大宽度的原则确定；在每层模板上、下表面的切 割宽度应根据所在高度冷却塔缩尺模型的半径尺寸确定。
[0010] 切割时将拼接好的某层模型模板固定在可绕固定轴转动的台座上，根据该层模板 上、下表面所对应的冷却塔模型的内、外半径尺寸，采用由电源、可调压式变压器、电热丝组 成的电路，通过电热丝对模板进行切割，通过移动固定转向点的位置调整模板上、下表面切 割区域的宽度。通过绕轴旋转工作台，切割出塔筒的筒壁，同时将硬质塑料泡沫切割成内模 板和外模板；对于冷却塔支柱层模板的制作，需要先沿支柱上、下端截面圆心所在的圆将该 层硬质塑料泡沫切割成内、外2块模板，制作模型支柱的半截面拓板2块，将制作好的拓板 同时贴在内、外模板的上、下表面并使该拓板半圆圆心与欲切割的支柱圆心重合，采用由电 源、可调压式变压器、电热丝组成的电路，使用电热丝分别在内、外模板上切割出支柱。将切 割好的各层内模板按由下至上的顺序组装好并放置在冷却塔模型的基础上。由于各层内模 板半径不同，组装时下一层模板的上表面和上一层模板的下表面务必对齐，以便浇筑好后 塔筒模型的内表面光滑连续。
[0011] 冷却塔支柱制作时根据相似比理论换算好柱内配置铁丝的直径和数量，焊接好铁 丝骨架，纵向铁丝在模型支柱两端超出一定长度，用于模型支柱与基础、上部塔筒的搭接； 使用与模型支柱截面直径相同的套管，截取与支柱高度相同的长度，将铁丝骨架置于套管 内，并将套管固定于第1层支柱模板内，然后向套管内浇筑预定配合比的砂浆。
[0012] 冷却塔塔筒制作时先将第2?N层的内模板从下至上依次装配好，然后选择好子 午向、环向铁丝的直径、数量，从下至上依次固定好每层模板内子午向、环向铁丝，并对子午 向铁丝和环向铁丝的交叉点进行焊接。按照自下而上的顺序，每安装好一层外模板即进行 浇筑一次，直至整个冷却塔模型浇筑完毕。待浇筑好的最后一层模型超过28天龄期即可拆 除内、外模板，冷却塔缩尺试验模型制作完成。
[0013] 每层冷却塔缩尺模型模板的厚度为100?250_。
[0014] 根据每层模板的上、下表面所对应的冷却塔模型的内、外半径尺寸，调整固定转向 点的位置控制好每层切割区域上、下口的宽度。
[0015] 切割支柱层模板使用2块支柱半截面拓板的圆心分别与支柱上下端截面圆心对 齐，在该层模板上分别切割支柱。
[0016] 支柱定位时，首先在模型基础固定上支柱层内模板的位置，然后通过U形铁丝将 支柱套管固定在内模板上，再将下端的纵向铁丝锚固于基础内，然后再浇筑基础，最后安装 上该层的外模板。
[0017] 制作塔筒内铁丝网时，先将切割好的筒体模型的内模板按照从下至上的顺序安装 好，然后在组装好的内模板外表面依次按要求焊接子午向、环向铁丝网。
[0018] 该试验模型用于制作高度超过200m的钢筋混凝土冷却塔。
[0019] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：
[0020] (1)由于模板制作是采用直径较细的电热丝对塑料泡沫进行切割，其切割时的精 度易于控制；另外，由于模板采用硬质塑料泡沫制作，浇筑砂浆时模板变形很小。因此，与其 他制作方法相比，使用本方法制作的冷却塔缩尺试验模型的厚度小、精度高，其最小薄壁厚 度可达到5mm，误差可以控制在1mm的精度；
[0021] (2)由于模型模板是分层制作，而且每层模板上、下表面的切割尺寸是由该切割位 置的标高决定，因此，浇筑好的冷却塔模型薄壁的厚度可以做到随冷却塔模型高度的变化 而连续变化；
[0022] (3)由于模型模板是分层制作，所分层数较多时，可以较好地反映塔筒的连续双曲 面或抛物面的几何特征。和采用木质模板制作相比，采用本方法制作的试验模型表面光滑、 连续、无突起；
[0023] (4)可以根据试验目的及需要，使用砂浆、细石混凝土、石膏等材料制作；
[0024] (5)本方法操作简便、成本低、所需材料易于在市场上找到。

【专利附图】

【附图说明】
[0025] 图1为制作得到的模型的结构示意图；
[0026] 图2为切割模板时的示意图。

【具体实施方式】
[0027] 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
[0028] 实施例
[0029] 为了制作钢筋混凝土冷却塔缩尺试验模型，本发明可按照下列步骤完成模型制 作：
[0030] (1)模型模板的设计。①根据冷却塔模型的空间尺寸，将冷却塔模板沿模型高度方 向分为N层，分别确定每层模板的高度。其中，第1层模板为冷却塔模型支柱的模板层，模 板高度与模型支柱高度相同，第2?（N-1)层为塔筒模型模板层，每层模板的高度为100? 250mm，最上面一层（即第N层）为塔筒模型上口模板层，其高度为冷却塔模型高度减去前 (N-1)层模板高度之和，如图1所示；②根据冷却塔最大的平面尺寸以及硬质塑料泡沫的平 面尺寸，确定每层模板所需硬质塑料泡沫的数量，在一个水平面内采用三块独立塑料泡沫 组成一层模板；③根据冷却塔缩尺试验模型的尺寸，分别计算每层模板上、下表面的内、夕卜 径以及切割区域的尺寸；④由于第1层为模型支柱层模板，不同于上部塔筒层模板，故第1 层模板需要确定支柱上、下表面圆心所在圆的半径；⑤第N层模板为塔筒上口层，其形状特 殊不同于中部塔筒层模板，需再分为N-a、N-b、N-c三个子层分别切割。
[0031] (2)模板的切割。①塔筒模板的切割：将位于同一层的硬质塑料泡沫模板固定于 一个可绕固定轴转动的工作台上，将硬质塑料泡沫板中心与工作台转动轴对齐。将电热丝 1连接到可调压的可调压式变压器2上，通过工作台上的固定转向点的位置，调节模板切割 区域上口、下口的宽度。绕轴旋转工作台，切割出塔筒的筒壁，同时将塑料泡沫切割成内模 板和外模板，利用电源3控制可调压式变压器2的电压以及电热丝1上通过的电流；②支柱 模板的切割：将支柱层的硬质塑料泡沫模板沿支柱上、下表面中心所在的圆切割成内、外模 板，制作支柱半截面拓板，将该拓板贴在内、外模板上、下表面并使拓板半圆圆心与支柱上、 下截面圆心重合，手持与可调压式变压器连接的电热丝，分别在内、外模板上切割支柱，。
[0032] (3)模板组装。将切割好的各层内模板按由下至上的顺序组装好并放置在冷却塔 模型的基础上。由于各层内模板半径不同，组装时下一层模板的上表面和上一层模板的下 表面务必对齐，以便烧筑好后塔筒模型的内表面光滑连续。
[0033] (4)模型铁丝骨架的制作。①支柱铁丝骨架的制作：按冷却塔缩尺模型支柱的配 筋要求，预先制作好支柱的铁丝骨架，同时，采用与支柱相同直径的塑料套管，切割成与支 柱相同的长度。将柱铁丝骨架放在套管内，将套管固定在支柱层模板的内模板上。②按照 由下至上的顺序，依据缩尺模型的配筋要求，分别焊接塔筒内的环向和子午向铁丝，组成与 塔筒双曲抛物面相符的铁丝网。
[0034] (5)模型砂浆的浇筑。采用具有较大流动性的砂浆，首先浇筑与支柱的套管内，然 后按照自下向上的顺序，每安装一层塔筒的外模板，浇筑一层塔筒的砂浆，直至将所有层模 板烧筑完。
[0035] (6)冷却塔缩尺模型浇筑完成后，等待28天龄期后再拆除内、外模板，模型养护期 内、外模板可防止模型水份的散失。
[0036] 上述的对实施例的描述是为便于该【技术领域】的普通技术人员能理解和应用本发 明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的 一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施 例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的 保护范围之内。
【权利要求】
1. 超大型钢筋混凝土冷却塔缩尺试验模型的制作方法，其特征在于，根据冷却塔缩尺 模型的空间尺寸，使用电热丝对缩尺模型的硬质塑料泡沫模板逐层切割，采用不同型号的 铁丝焊接好支柱骨架，安装好每层的内模板后，焊接塔筒内的子午向、环向铁丝网，然后逐 次安装外模板并浇筑筒体，具体采用以下步骤： (1) 制作冷却塔缩尺模型模板：使用由电源、可调压式变压器、电热丝组成的电路中的 电热丝对硬质塑料泡沫模板进行切割，切割支柱层模板还需使用预制支柱半截面拓板，对 于最上层模板需要根据冷却塔模型上口体型特征划分为3层子模板分别切割； (2) 制作冷却塔缩尺模型支柱：包括制作支柱铁丝骨架及支柱套管、支柱定位、支柱的 烧筑； (3) 制作冷却塔缩尺模型塔筒：包括制作塔筒内铁丝网及塔筒模型上口、塔筒内外模 板的定位及筒体内砂浆的浇筑。
2. 根据权利要求1所述的超大型钢筋混凝土冷却塔缩尺试验模型的制作方法，其特征 在于，制作冷却塔缩尺模型模板时，通过调节可调式变压器的电压及电热丝的电流，控制电 热丝发热量达到控制切割硬质塑料泡沫模板的速度，通过调整转向固定点的位置控制切割 区域的尺寸。
3. 根据权利要求2所述的超大型钢筋混凝土冷却塔缩尺试验模型的制作方法，其特征 在于，每层冷却塔缩尺模型模板的厚度为100?250mm。
4. 根据权利要求3所述的超大型钢筋混凝土冷却塔缩尺试验模型的制作方法，其特征 在于，根据每层模板的上、下表面所对应的冷却塔模型的内、外半径尺寸，调整固定转向点 的位置控制好每层切割区域上、下口的宽度。
5. 根据权利要求1所述的超大型钢筋混凝土冷却塔缩尺试验模型的制作方法，其特征 在于，切割支柱层模板使用2块支柱半截面拓板的圆心分别与支柱上下端截面圆心对齐， 在该层模板上分别切割支柱。
6. 根据权利要求1所述的超大型钢筋混凝土冷却塔缩尺试验模型的制作方法，其特征 在于，支柱定位时，首先在模型基础固定上支柱层内模板的位置，然后通过U形铁丝将支柱 套管固定在内模板上，再将下端的纵向铁丝锚固于基础内，然后再浇筑基础，最后安装上该 层的外模板。
7. 根据权利要求1所述的超大型钢筋混凝土冷却塔缩尺试验模型的制作方法，其特征 在于，制作塔筒内铁丝网时，先将切割好的筒体模型的内模板按照从下至上的顺序安装好， 然后在组装好的内模板外表面依次按要求焊接子午向、环向铁丝网。
8. 根据权利要求1所述的超大型钢筋混凝土冷却塔缩尺试验模型的制作方法，其特征 在于，该试验模型用于制作高度超过200m的钢筋混凝土冷却塔。
【文档编号】G09B25/02GK104064101SQ201410271036
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年6月17日 优先权日:2014年6月17日
【发明者】顾祥林, 李毅, 林峰 申请人:同济大学