因為光熱是一個新的發(fā)電型式，我相信各個專業(yè)都碰到了很多新問題，土建結(jié)構(gòu)專業(yè)也不例外，碰到了很多以前沒有碰到過的問題，今天借這個機(jī)會跟大家分享一下我們碰到的問題，大家共同尋找一些解決方案。主要講四部分內(nèi)容：第一是吸熱塔，第二是設(shè)備抗震驗算，或是說非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的驗算，第三是熔鹽罐基礎(chǔ)，第四是定日鏡基礎(chǔ)。
第一，關(guān)于吸熱塔結(jié)構(gòu)。
吸熱塔目前來看主要分為三種，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)和混合結(jié)構(gòu)。
左側(cè)的圖顯示的是伊萬帕電站，這是一個鋼結(jié)構(gòu)的吸熱塔，不太高，大概140米左右。右側(cè)的圖是混合結(jié)構(gòu)，是摩洛哥努奧三期吸熱塔模型，這種現(xiàn)在也成了中國絕大部分吸熱塔的樣式，即混凝土加鋼結(jié)構(gòu)。但是國內(nèi)做法和摩洛哥做法不太一樣，摩洛哥項目上部的鋼結(jié)構(gòu)是設(shè)計院設(shè)計，國內(nèi)項目上部鋼結(jié)構(gòu)一般是廠家，即鍋爐廠來做，不太一樣。
這個照片是以色列項目，采用整體吊裝形式，底部開一個巨大的孔洞，這個目前在中國還沒有。
關(guān)于設(shè)計原則。我們做了幾個項目以后，發(fā)現(xiàn)吸熱塔不是煙囪，所以我們編寫國家標(biāo)準(zhǔn)的時候沒有引用煙囪設(shè)計規(guī)范。但問題是實(shí)際設(shè)計的時候又避不開煙囪規(guī)范，還是在繼續(xù)引用煙囪設(shè)計規(guī)范的一些規(guī)定。我們目前在規(guī)范里面寫的是主要參考高聳結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范，但是在中國，高聳結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范也不能夠完全指導(dǎo)設(shè)計。在美國有一個煙囪設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)ACI307，這個也是針對煙囪，對吸熱塔也不完全適用。所以目前吸熱塔各個單位可能是自己根據(jù)自己的理解，做法和依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)不太一樣。
我們院目前申請了一個關(guān)于吸熱塔的能源行業(yè)專項標(biāo)準(zhǔn)，目前正在編制過程中。主要面對的問題是，國內(nèi)采用荷載規(guī)范和煙囪規(guī)范計算結(jié)果不一樣，同時國內(nèi)和國外規(guī)范計算方法也不一樣，比如中國的煙囪規(guī)范、高聳結(jié)構(gòu)規(guī)范和美國的煙囪規(guī)范不一樣。
其中一個核心問題是關(guān)于阻尼比問題，阻尼比問題是我們做摩洛哥項目時出現(xiàn)的一個問題，左上角是吸熱塔沿高度方向的質(zhì)量分布，上面兩張圖是摩洛哥努奧項目國外合作方做的風(fēng)洞試驗，在加拿大Western University做的。
做完風(fēng)洞實(shí)驗之后，結(jié)果顯示內(nèi)力比我們設(shè)計的內(nèi)力大1.4倍左右，導(dǎo)致設(shè)計結(jié)果不安全，我們作為設(shè)計方比較擔(dān)心這個問題。經(jīng)過我們自己的研究和分析，我們認(rèn)為主要問題是大家關(guān)于阻尼比的理解不一樣，做實(shí)驗的時候，他認(rèn)為這個結(jié)構(gòu)的阻尼比只有0.7%，是非常低的，而中國的標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)為阻尼比是5%，差了7倍左右。基于這個原因我們就要研究一下阻尼比到底對吸熱塔結(jié)構(gòu)影響有多大。
所以我們自己中國做了一個風(fēng)洞實(shí)驗。第一個問題是想把阻尼比做到0.7%的話，這個對實(shí)驗?zāi)Ｐ偷募庸ひ蠓浅８摺Ｎ覀冞@個實(shí)驗?zāi)Ｐ褪窃谖覀儑覍ｉT稿軍工產(chǎn)品加工的單位做的，是把實(shí)體的鋁合金構(gòu)件中間掏空做了一個實(shí)驗?zāi)Ｐ停艥M足0.7%阻尼比要求。
整個過程非常有意思，我們跟合作方說，我們認(rèn)為阻尼比不會那么小，他們直接給我們發(fā)了幾篇參考文獻(xiàn)，因為有專家認(rèn)為阻尼比就是很小。參考文獻(xiàn)的作者是日本人，他這幾年一直在中國高校當(dāng)專家，所以我們把他請來做我們這個項目顧問。這個教授實(shí)測了很多煙囪，還有一些高層或者超高層建筑，包括日本的、香港的、美國的一些，發(fā)現(xiàn)超高建筑的阻尼比確實(shí)很低，一般就在1%左右甚至低于1%。他認(rèn)為中國規(guī)范有問題，阻尼比取5%是不合適的。我們也統(tǒng)計了中國在超高層建筑的阻尼比的實(shí)測數(shù)據(jù)，大部分確實(shí)在2%左右或者更低。事實(shí)上實(shí)測阻尼和風(fēng)速、擺幅有關(guān)系，展開講的話比較復(fù)雜，但證明我們規(guī)范里面存在一些問題需要研究。我們做的實(shí)驗也證明低阻尼比的時候，風(fēng)振響應(yīng)遠(yuǎn)超過規(guī)范計算值，為了項目順利進(jìn)行，所以我們在塔頂做了TMD，目的一是增加結(jié)構(gòu)阻尼比，二是減小風(fēng)振響應(yīng)，實(shí)測結(jié)果證明增加TMD之后，風(fēng)振響應(yīng)可以迅速降低。
第二，關(guān)于非結(jié)構(gòu)構(gòu)件驗算的問題。
中國電力設(shè)計工程師，尤其土建和設(shè)備工程師往往不太重視這個問題，事實(shí)上在規(guī)范里面是有規(guī)定的，在美國的ASCE規(guī)范里面也有規(guī)定。現(xiàn)在做光熱的時候，尤其做熔鹽泵支架，如果和外方廠家配合的時候會發(fā)現(xiàn)外方都會讓我們做熔鹽泵的地震作用計算，需要提交資料。我們國家的抗震規(guī)范是2001年開始有這個規(guī)定，同時美國的UBC、SCE，還有ASME等等都有一些規(guī)定。
右側(cè)圖有一個簡單的算力，建筑樓層上放一個設(shè)備，我們拿不同規(guī)范算看差異有多大，UBC94年規(guī)范算下來是0.4倍的設(shè)備質(zhì)量，97年規(guī)范算是0.326倍的質(zhì)量，用ASCE或者美國聯(lián)邦救急署的標(biāo)準(zhǔn)大概是0.16倍設(shè)備質(zhì)量，如果用ASME規(guī)范設(shè)計也可按照ASCE標(biāo)準(zhǔn)計算，用DLT標(biāo)準(zhǔn)算下來是0.2倍設(shè)備質(zhì)量，用GB50011-2010算是0.5倍設(shè)備質(zhì)量，差異非常大。這個問題沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，相對比較精確的辦法是用樓面譜的方法計算。
這個圖是摩洛哥項目的模型，左上角顯示是地震波的選取，右下角是用樓面譜的方法。原理是，根據(jù)地震波生成樓面譜，把這個樓面譜再給設(shè)備廠家，設(shè)備廠家根據(jù)樓面譜算出的地震作用反饋給設(shè)計院，設(shè)計院再進(jìn)行重新校合，可能需要有一個迭代過程完成設(shè)備的計算。
第三，熔鹽罐基礎(chǔ)。
有幾個問題，一是外環(huán)墻基礎(chǔ)，是鋼環(huán)還是鋼筋混凝土環(huán)?這兩個可能大家都有做，隔熱材料一般是選用陶粒土，這是比較常見但不是唯一的。陶粒土有一個基本問題，它是散粒體材料，很難壓實(shí)，目前已進(jìn)行的項目也發(fā)現(xiàn)了這個問題。正常碰到的力學(xué)問題都是連續(xù)介質(zhì)力學(xué)問題，而這個項目碰到的非連續(xù)介質(zhì)力學(xué)問題，比較復(fù)雜。
還有一個比較問題是熔鹽液面不斷變化，在運(yùn)行過程中實(shí)際是交變往復(fù)荷載，同時陶粒土長期處在高溫狀態(tài)，散粒體材料在高壓以及交變荷載時可能出現(xiàn)蠕變問題，比較遺憾的是這個問題很難進(jìn)行實(shí)驗研究，只能根據(jù)已有經(jīng)驗積累做設(shè)計。還有一個是關(guān)于陶粒的熱工參數(shù)測定，目前所有試驗設(shè)備都是針對連續(xù)體的測試，很少有針對散粒體的。
計算分析比較簡單，需要進(jìn)行熱應(yīng)力分析、膨脹分析和溫度場分析，耦合在一起做。
第四，關(guān)于定日鏡基礎(chǔ)主要問題。
一是短樁，目前國內(nèi)做的樁基礎(chǔ)比較節(jié)約，但是這個和常見的樁不一樣，長度和直徑比值比較小。短樁在我們國家樁基規(guī)范里面沒有規(guī)定，找不到很完備的設(shè)計理論，這也可能導(dǎo)致各個設(shè)計院做出來的結(jié)果差異比較大，甚至我們的結(jié)果和外方結(jié)果差異也比較大。樁基礎(chǔ)型式有兩種，一種是樁柱一體，一種是分離式，控制指標(biāo)是雙控。
最后匯報一個小問題，一萬多根樁，怎么檢測?如果按照現(xiàn)有樁基檢測規(guī)范的話數(shù)量太大，成本太高，不知道其他單位有沒有碰到類似的問題。按照我們國家的程序，做完必須有檢測，目前正在摸索一套檢測方法標(biāo)準(zhǔn)。
這是常見的兩種型式，左側(cè)是灌注樁，上面做常規(guī)的鋼樁和定日鏡，右側(cè)是摩洛哥項目，還有我們的哈密項目，樁柱一體的形式。
