Градирня - RU2144124C1

Чертежи

Показать все 50 чертежа(ей)

Описание

Изобретение относится к градирням и, более точно, к градирням, предназначенным для того, чтобы выдерживать боковые силы, действующие в направлении ветра, сейсмические нагрузки и т.п.

Градирни используются для охлаждения жидкости за счет контакта с воздухом. Многие градирни представляют собой градирни противоточного типа, в которых обеспечивается возможность течения теплой жидкости вниз через градирню, а поток воздуха, текущий в противоположном направлении, втягивается вверх с помощью различных средств через текущую вниз жидкость с целью охлаждения жидкости. В других конструкциях используются поперечный поток воздуха и системы для нагнетания воздуха. Обычной сферой применения градирен для жидкости является охлаждение воды с целью рассеяния отходящей (сбросной) теплоты на электрических станциях и технологических установках и в системах кондиционирования воздуха промышленного и гражданского назначения.

Большинство градирен включат в себя башенную конструкцию. Этот укрупненный конструктивный узел предназначен для того, чтобы выдерживать постоянные и временные нагрузки, включая нагрузки от оборудования для перемещения воздуха, такого как вентилятор, двигатель, редуктор, приводной вал или муфта, оборудования для распределения жидкости, такого как распределительные коллекторы и распылительные сопла, и поверхностных теплоносителей, таких как узел с наполнителем. Материал этого узла, как правило, имеет пространства, через которые жидкость течет вниз, и воздух течет вверх для обеспечения тепло- и массообмена между жидкостью и воздухом. Одним хорошо известным типом наполнителя, используемым компанией Ceramic Cooling Towers из Fort Worth, Техас, является наполнитель, состоящий из уложенных в виде штабеля рядов глиняной черепицы с открытыми полостями. Этот наполнитель может весить от 60 000 до 70 000 фунтов (от 266893,2 до 311375,4 Н) для градирни обычного размера в системе кондиционирования воздуха. Конструктивные элементы градирни должны не только выдерживать вес наполнителя, но также должны обладать стойкостью к ветровым нагрузкам или силе ветра и должны быть сконструированы таким образом, чтобы выдерживать сейсмические нагрузки.

Из-за вызывающих коррозию свойств больших объемов воздуха и воды, проходящих через такие градирни, ранее на практике было принято или монтировать такие градирни из конструкций из нержавеющей стали или оцинкованного металла с покрытием, или в случае градирен большего размера, собираемых (монтируемых) в полевых условиях, возводить такие градирни из дерева, которое подвергнуто химической обработке под давлением, или из бетона, используемого по меньшей мере для конструктивных элементов градирни.

Металлические элементы градирен могут подвергаться коррозии из-за состояния атмосферы в данном регионе или из-за охлаждаемой жидкости в зависимости от того, какой металл фактически использован, и того, какой материал покрытия применен для защиты металла. Кроме того, такие металлические градирни обычно ограничены по размерам, и, кроме того, их стоимость довольно высока, особенно в случае применения в очень больших конструкциях, как, например, при охлаждении воды из конденсатора электростанции.

Бетон обладает очень большой долговечностью, но градирни, построенные из бетона, являются дорогими и тяжелыми. Многие градирни расположены на крышах зданий, и вес бетонной градирни может вызывать проблемы при проектировании зданий.

Пластмассовые элементы обладают коррозионной стойкостью, но они обычно не обеспечивают достаточной прочности, чтобы создавать опору для наполнителя и выдерживать вес самой градирни.

Для выполнения конструктивных элементов градирен использовали древесину, но у нее также имеются свои недостатки. Деревянные градирни могут потребовать установки дорогостоящих систем противопожарной защиты. Древесина может гнить вследствие того, что она постоянно открыта для воздействия не только со стороны окружающей среды, но также со стороны горячей воды, охлаждаемой в градирне. Древесина, которая была химически обработана для повышения ее долговечности, может иметь недостатки с точки зрения охраны окружающей среды: вещества, используемые для химической обработки, могут выщелачиваться из древесины в охлаждаемую воду. В качестве удачной альтернативы древесине и металлу использовали волокнит.

Чтобы выдерживать ожидаемые боковые ветровые и сейсмические нагрузки, обычно создавали опорные башни двух типов: с каркасными конструкциями со стенами жесткости и с каркасными конструкциями, укрепленными связями в боковых направлениях. Каркасные конструкции со стенами жесткости выполнены в основном из конструкций из волокнита или бетона и имеют сеть взаимосвязанных колонн (стоек) и балок. Стены жесткости используются для обеспечения бокового сопротивления ветровым и сейсмическим нагрузкам. При использовании каркасных конструкций, укрепленных связями в боковых направлениях, градирни, как правило, смонтированы из балок и колонн из дерева или волокнита, которые собраны в обычную каркасную конструкцию, предназначенную для сопротивления постоянным нагрузкам; для обеспечения сопротивления боковым нагрузкам используются диагональные элементы связей. Соединения, где стыкуются балки и колонны, выполнены таким образом, чтобы обеспечить возможность поворота конструктивных элементов относительно друг друга. Соединения не обеспечивают бокового сопротивления нагрузкам или поперечной деформации конструкции.

Конструктивные решения по предшествующему техническому уровню, в которых использовали волокнит, включают решения, показанные в патентах США N 5 236 625 на имя Bardo и др. (1993) и N 5 028 357 на имя Bardo (1991). В обоих патентах раскрыты конструкции, пригодные для градирен, но при этом остается потребность в создании не очень дорогой конструкции, пригодной для использования в качестве градирни.

Таким образом, несмотря на то что волокнитовые конструкции градирен позволили решить многие проблемы, связанные с использованием деревянных и металлических конструкций градирен, многие решения проблемы обеспечения сопротивления боковым нагрузкам приводили к увеличению стоимости этих систем. Каркасные конструкции как со стенами жесткости, так и с укреплением связями в боковых направлениях могут быть трудоемкими при возведении, поскольку имеется много конструктивных элементов, и необходимо выполнить большое число соединений. Существует большое количество конструктивных элементов с пазами, требующих более сложного изготовления и учета деталей, что приводит к повышению сложности строительства и, следовательно, к увеличению стоимости. И несмотря на то что во многих случаях такое увеличение стоимости оправданно, остается потребность в разработке конструкции градирни с более низкой стоимостью и в конструкциях градирен, имеющих более низкую стоимость, которые отвечают менее строгим проектным критериям в тех случаях, когда конструкции по предшествующему техническому уровню имели бы избыточные характеристики.

При каркасных конструкциях из волокнита одна проблема, связанная с соединением между колоннами и балками, заключается в том, что, когда это соединение создается с помощью обычных болтов или винтов, балки и колонны могут поворачиваться относительно друг друга. Когда предпринимались попытки выполнить более плотные соединения с помощью обычных болтов или винтов с целью ограничения поворота и обеспечения поперечной устойчивости без добавления диагональной системы связей, возникала опасность повреждения волокнита, и проблема усугублялась, поскольку соединительные элементы разрушали волокнит и увеличивали отверстия, в которые они входили.

Целью настоящего изобретения является разработка градирен, которые просты в проектировании, изготовлении и монтаже. Оно также направлено на удовлетворение потребности в градирнях, которые менее дороги в изготовлении и более просты для возведения по сравнению с обычными градирнями.

В соответствии с изобретением разработана конструкция градирни среднего уровня, которая отвечает потребностям в градирне, удовлетворяющей менее строгим проектным критериям с целью снижения стоимости устройства. Разработанная конструкция отвечает требованиям поперечной устойчивости, позволяющей выдерживать ожидаемые ветровые и сейсмические нагрузки, и при этом уменьшена или устранена необходимость в традиционном укреплении диагональными связями и устранены стены жесткости. Она также обеспечивает возможность использования увеличенного пролета для балок, удовлетворяя при этом проектным критериям ползучести и срока службы без применения дополнительной диагональной системы связей, и, кроме того, разработанная конструкция обеспечивает конструктивную гибкость при увеличенном сроке службы и снижение деформации ползучести балок в градирнях.

В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения разработана градирня, содержащая множество вертикальных колонн (стоек), изготовленных из волокнита, множество балок первого уровня на первом по вертикали уровне и множество балок второго уровня на втором по вертикали уровне. Каждая балка первого уровня, так же как и каждая балка второго уровня, изготовлена из волокнита и проходит между парой колонн. Градирня также имеет систему распределения текучей среды, предназначенную для распределения текучей среды, подлежащей охлаждению, внутри градирни; система распределения текучей среды находится на втором вертикальном уровне. Градирня также имеет теплообменный материал, через который может проходить воздух и текучая среда из системы распределения текучей среды; теплообменный материал находится на первом вертикальном уровне. Вертикальные колонны и одна из балок имеют лежащие в одной плоскости (копланарные) поверхности в местах соединения балки и вертикальных колонн. В местах соединения вертикальных колонн и балки имеются монтажные элементы. Каждый монтажный элемент имеет плоскую монтажную поверхность, обращенную к копланарным поверхностям балки и вертикальных колонн. Множество механических крепежных деталей обеспечивают крепление монтажных элементов к колоннам и балке. Между монтажными поверхностями монтажных элементов и копланарными поверхностями колонн и балки находится (расположен) связующий материал. Связующий материал представляет собой связующий материал такого типа, который наносят в первом его состоянии и который отверждается до другого конечного состояния отверждения. Механические крепежные детали, монтажные элементы, балка и колонны образуют монтажные соединения, которые способны выдерживать по существу все расчетные монтажные нагрузки на соединения, когда связующий материал находится в первом состоянии. Монтажные элементы, балка, колонны и отвердевший связующий материал образуют соединения после монтажа, которые способны выдерживать по существу все расчетные послемонтажные нагрузки на соединения.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения разработана градирня, содержащая множество вертикальных колонн (стоек), изготовленных из волокнита, множество балок первого уровня на первом вертикальном уровне и множество балок второго уровня на втором вертикальном уровне. Каждая балка первого уровня и каждая балка второго уровня изготовлена из волокнита и проходит между парой колонн. Имеется система распределения текучей среды, предназначенная для распределения текучей среды, подлежащей охлаждению, внутри градирни; система распределения текучей среды находится на втором вертикальном уровне. Также имеется теплообменный материал, через который может проходить воздух и текучая среда из системы распределения текучей среды; теплообменный материал находится на первом вертикальном уровне. Вертикальные колонны и множество балок имеют лежащие в одной плоскости (копланарные) поверхности в местах соединения балок и вертикальных колонн. В местах соединения вертикальных колонн и балок имеются монтажные элементы. Каждый монтажный элемент имеет плоскую монтажную поверхность, обращенную к копланарным поверхностям балок и вертикальных колонн. Множество механических крепежных деталей обеспечивают крепление монтажных элементов к колоннам и балкам. Между монтажными поверхностями монтажных элементов и копланарными поверхностями колонн и балок находится связующий материал. Связующий материал представляет собой связующий материал такого типа, который наносят в первом неотвердевшем состоянии и который отверждается до другого конечного состояния отверждения. Механические крепежные детали, монтажные элементы, балка и колонны образуют монтажные соединения, когда связующий материал находится в первом неотвердевшем состоянии, и монтажные элементы, балка, колонны и отвердевший связующий материал образуют соединения после монтажа. Монтажные соединения способны выдерживать вес конструкции градирни в процессе монтажа, а соединения после монтажа способны выдерживать постоянную нагрузку от конструкции градирни после монтажа.

В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения разработана градирня, содержащая множество вертикальных колонн, изготовленных из волокнита; множество балок первого уровня на первом вертикальном уровне и множество балок второго уровня на втором вертикальном уровне. Каждая балка первого уровня и каждая балка второго уровня изготовлена из волокнита и проходит между парой колонн. Градирня также имеет систему распределения текучей среды, предназначенную для распределения текучей среды, подлежащей охлаждению, внутри градирни; система распределения текучей среды находится на втором вертикальном уровне. Имеется теплообменный материал, через который может проходить воздух и текучая среда из системы распределения текучей среды; теплообменный материал находится на первом вертикальном уровне. Вертикальные колонны и одна из балок имеют копланарные поверхности в местах соединения балки и вертикальных колонн. В местах соединения вертикальных колонн и балки имеются монтажные элементы. Каждый монтажный элемент имеет монтажную поверхность, обращенную к копланарным поверхностям балки и вертикальных колонн. Имеется множество механических крепежных деталей, обеспечивающих крепление монтажных элементов к колоннам и балке. Между монтажными поверхностями монтажных элементов и копланарными поверхностями колонн и балки находится связующий материал. Связующий материал представляет собой связующий материал такого типа, который наносят в первом неотвердевшем состоянии и который отверждается до другого конечного состояния отверждения. При постоянных нагрузках величина любого прогиба балки, прикрепленной к монтажным элементам посредством отвердевшего связующего материала, в большей степени аналогична величине прогиба моделируемой балки с передающими момент соединениями, чем величине прогиба моделируемой балки с простыми опорами.

Фиг. 1 представляет частичное перспективное изображение каркасной конструкции градирни по предшествующему техническому уровню с удаленными конструктивными элементами для ясности изображения.

Фиг. 2 - увеличенное частичное перспективное изображение деталей каркасной конструкции по предшествующему техническому уровню, такой, как показана на фиг. 1, причем на данном изображении показаны пересечения колонны с горизонтальными балками и диагональными элементами связей.

Фиг. 3 - вертикальный вид сбоку двухсекционной градирни, выполненной в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг. 4 - вид сверху двухсекционной градирни по фиг. 3.

Фиг. 5 - перспективное изображение другой двухсекционной градирни с элементами, удаленными для ясности изображения.

Фиг. 6 - перспективное изображение двухсекционной градирни по фиг. 5 с элементами, удаленными для ясности изображения.

Фиг. 7 - увеличенное частичное перспективное изображение нижнего конца колонны с одним вариантом осуществления подножия колонны, который можно использовать в конструкции по настоящему изобретению.

Фиг. 7a - сечение, выполненное по линии 7a-7a на фиг. 7.

Фиг. 8 - увеличенное частичное перспективное изображение другого варианта осуществления подножия колонны, который можно использовать в конструкции по настоящему изобретению.

Фиг. 9 - вид сверху листа, используемого для изготовления крепежной скобы подножия колонны по фиг. 8, причем лист показан в плоском состоянии и перед сгибанием его в форму, изображенную на фиг. 8.

Фиг. 10 - вертикальный вид сбоку нижней части колонны с крепежной скобой подножия по фиг. 9 и с двумя уголками, смонтированными на нижнем конце колонны.

Фиг. 11 - вертикальный вид сбоку кронштейна, который можно использовать с крепежной скобой подножия колонны по фиг. 8 или с другими уголками в качестве подножия по настоящему изобретению.

Фиг. 12 - поперечное сечение, выполненное по линии 12-12 на фиг. 11.

Фиг. 13 - увеличенное частичное перспективное изображение передающего момент соединения между колонной и тремя балками, при этом одна балка больше остальных.

Фиг. 14 - увеличенное частичное перспективное изображение другого передающего момент соединения между колонной и тремя балками, при этом одна балка больше остальных.

Фиг. 15 - увеличенное частичное перспективное изображение еще одного передающего момент соединения между колонной и тремя балками одинакового размера.

Фиг. 16 - поперечное сечение, выполненное по линии 16-16 на фиг. 13.

Фиг. 17 - вид сверху варианта осуществления монтажной пластины по настоящему изобретению.

Фиг. 18 - вид сверху другого варианта осуществления монтажной пластины по настоящему изобретению.

Фиг. 19 - вид сверху еще одного варианта осуществления монтажной пластины по настоящему изобретению.

Фиг. 20 - вид сверху еще одного варианта осуществления монтажной пластины по настоящему изобретению.

Фиг. 20A - перспективное изображение варианта осуществления монтажной пластины по настоящему изобретению, имеющей топологию, аналогичную варианту осуществления по фиг. 20, но с поверхностью с регулярными впадинами.

Фиг. 20B - сечение, выполненное по линии 20B-20B на фиг. 20A.

Фиг. 21 - перспективное изображение альтернативной каркасной опорной конструкции в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг. 22 - частичный вертикальный вид сбоку пары колонн, укрепленных диагональным элементом связи с С-образным пазом.

Фиг. 23 - сечение, выполненное по линии 23-23 на фиг. 22.

Фиг. 24 - сечение, выполненное по линии 24-24 на фиг. 22.

Фиг. 25 - вертикальный вид сбоку испытательной установки для определения прогиба балки при различных нагрузках.

Фиг. 26 - вид с торца балки такого типа, какой подвергался испытаниям при использовании установки по фиг. 25.

Фиг. 27 - вид с торца колонны такого типа, какой подвергался испытаниям при использовании установки по фиг. 25.

Фиг. 28 - график результатов испытаний, полученных на испытательной установке по фиг. 25 и для расчетных моделей балки 5x10 и колонн 5x5 с монтажными пластинами из нержавеющей стали.

Фиг. 29 - график результатов испытаний, полученных на испытательной установке по фиг. 25 и для расчетной модели с передающими момент соединениями для балки 5x7 и колонн 5x5 с монтажными пластинами из нержавеющей стали.

Фиг. 30 - график результатов испытаний, полученных на испытательной установке по фиг. 25 и для расчетных моделей балки 5x10 и колонн 5x5 с монтажными пластинами из нержавеющей стали.

Фиг. 31 - график результатов испытаний, полученных на испытательной установке по фиг. 25 и для расчетных моделей балки 5x10 и колонн 5x5 с монтажными пластинами из волокнита.

Фиг. 32 - график результатов испытаний, полученных на испытательной установке по фиг. 25 и для расчетных моделей балки 5x5 и колонн 5x5 с монтажными пластинами из волокнита.

Фиг. 33 - график момента, рассчитанного для модели с передающими момент соединениями и рассчитанных моментов для соединений между балкой 5x10 и колоннами 5x5 с монтажными пластинами из нержавеющей стали.

Фиг. 34 - график момента, рассчитанного для модели с передающими момент соединениями и рассчитанных моментов для соединений между балкой 5x7 и колоннами 5x5 с монтажными пластинами из нержавеющей стали.

Фиг. 35 - график момента, рассчитанного для модели с передающими момент соединениями и рассчитанных моментов для соединений между балкой 5x5 и колоннами 5x5 с монтажными пластинами из нержавеющей стали.

Пример каркасной конструкции градирни по предшествующему техническому уровню показан на фиг. 1-2. Как показано на фиг. 1-2, каркас градирни, обозначенный в целом поз. 10, включает в себя множество вертикальных колонн 12 и горизонтальных балок 14. Колонны 12 и балки 14 каркаса типовой градирни по предшествующему техническому уровню были выполнены или из дерева, или из волокнита и имели множество диагональных элементов 16 связей для обеспечения поперечной устойчивости и сопротивления ветровым и сейсмическим нагрузкам. Конструкция, показанная на фиг. 1, представляет собой градирню, изображенную неполностью, с элементами, удаленными для ясности, чтобы показать типовую общую конструкцию по предшествующему техническому уровню. На фиг. 2 изображена типовая каркасная конструкция из диагональных элементов связи с диагональными балками 16, соединенными конец к концу и присоединенными к различным конструктивным элементам опорного каркаса в разных местах.

В такой типовой конструкции по предшествующему техническому уровню колонны 12 расположены на расстоянии друг от друга, составляющем около шести футов (1,83 м); в показанной каркасной конструкции 10 колонны удалены на некоторое расстояние друг от друга, чтобы cоздать пролеты 18, причем каждый пролет имеет ширину порядка шести футов (1,83 м). Каркасная конструкция 10 имеет ряд ярусов или уровней, причем первый нижний уровень представляет собой уровень 20 для забора воздуха, при этом верхние уровни 22 вертикально выровнены относительно уровня 20 забора воздуха. Верхние уровни 22 предназначены для размещения наполнителя, системы распределения воды и оборудования для всасывания воздуха. Как правило, в таких противоточных конструкциях вентилятор большого диаметра и электродвигатель (не показанные) смонтированы на крыше 24 с целью втягивания воздуха с уровня 20 забора воздуха и через верхние уровни 22 для выпуска его у вентилятора.

Как показано на фиг. 1-2, такие конструкции по предшествующему техническому уровню обычно требовали использования диагональных элементов 16 связей на каждом уровне конструкции. Хотя могли быть использованы и использовались и другие схемы расположения диагональных элементов связей, отличные от изображенных на фиг. 1, связи обычно были предусмотрены парами, так что один комплект связей находился под натяжением, в то время как другой испытывал сжатие, когда рамная конструкция подвергалась воздействию боковых сил, подобных тем, которые возникают в результате ветров и заземлений. Связи также были предусмотрены на других сторонах каркасной конструкции и внутри каркаса с целью защиты каркаса от боковых сил, действующих в других направлениях. Если не была предусмотрена какая-либо другая форма защиты от боковых сил, как правило, была предусмотрена диагональная система связей на каждом уровне каркаса и между уровнями от балки основания до верхней балки.

Градирня в соответствии с настоящим изобретением показана на фиг. 3-4. Следует понимать, что градирня, изображенная на фиг. 3-4, и конструкции, показанные на остальных чертежах и описанные в данной заявке, представляют собой примеры реализации настоящего изобретения; изобретение не ограничивается показанными и описанными конструкциями. В варианте осуществления по фиг. 3-4 градирня, обозначенная в целом поз. 30, содержит две соединенныe секции 32. В показанном варианте осуществления каждая секция имеет форму квадрата с длиной каждой стороны порядка тридцати футов (10,97 м), так что размеры всей градирни составляют порядка тридцать шесть футов (10,97 м) на семьдесят два фута (21,95 м). Каждая секция имеет вентилятор 34, закрепленный внутри кожуха 36 вентилятора, который может в основном представлять собой конструкцию из волокнита, смонтированную наверху градирни 30. Вентилятор 34 расположен сверху от редуктора вентилятора с зубчатыми передачами, в который входит приводной вал, выступающий от приводного двигателя вентилятора. Вентилятор, редуктор вентилятора и электродвигатель могут быть смонтированы так, как это обычно принято в данной области техники, например, на балке, такой как стальная труба с соответствующим образом выбранными конструктивными параметрами, такими как прочность при изгибе и сдвиге и сопротивление кручению. Двигатель и балка могут быть расположены снаружи крыши или верха градирни или внутри градирни. В показанном варианте осуществления кожух 36 вентилятора смонтирован на верхней поверхности плоского настила 38 перекрытия наверху градирни с перилами 40, ограждения, проходящими по периметру. Также могут быть предусмотрены приставная лестница 41 или лестничный марш 43 для обеспечения доступа к настилу перекрытия, а на настиле, кроме того, могут быть предусмотрены пешеходные дорожки (проходы).

Под настилом 38 расположены верхние уровни 42 градирни, а под верхними уровнями 42 находится нижний уровень 44, или уровень забора воздуха. Ниже уровня 44 забора воздуха расположены средства, предназначенные для сбора охлажденной воды из системы заполнения. В показанном варианте осуществления собирающее средство представляет собой резервуар 46, в который охлажденная вода стекает и в котором она собирается.

Наружная поверхность верхних уровней 42 может быть покрыта кожухом (обшивкой) или наружным ограждением 48, которое может быть выполнено с возможностью пропускания воздуха в градирню, например, при наличии ветровой нагрузки, и может быть выполнена с возможностью "самоуничтожения", то есть с возможностью сдувания, когда расчетные нагрузки превышены. Наружное ограждение может быть выполнено из волокнита или какого-либо другого материала и может содержать жалюзийные решетки.

Как показано на фиг. 5, верхние уровни 42 включают в себя уровень 50 наполнителя или теплопередачи и уровень 52 распределения воды. Уровень наполнителя или теплопередачи находится ниже уровня распределения воды, так что вода распределяется для стекания через уровень наполнителя или теплопередачи в водосборный резервуар 46, расположенный внизу. Воздух перемещается через уровень наполнителя или теплопередачи мимо воды для охлаждения ее. Изображенный вентилятор 34 представляет собой одно возможное средство для обеспечения принудительного движения воздуха через систему наполнителя или теплопередачи, хотя можно использовать и другие средства; например, можно использовать воздуходувку (вентилятор высокого давления), установленный в поперечном потоке.

Уровень 50 наполнителя или теплопередачи заполнен теплопередающим материалом или средами. Теплопередающий материал может представлять собой наполнитель 54, как показано, хотя рассматриваемый здесь термин "теплопередающий материал" может представлять собой змеевики теплообменника, или съемные фальшпанели, или какие-либо другие теплопередающие средства для прямой или непрямой теплопередачи, или комбинации таких средств. По существу изображенный наполнитель представляет собой материал с открытыми порами, который позволяет воде проходить вниз, а воздуху проходить вверх, при этом при проходе воды и воздуха между ними происходит теплообмен. Можно использовать глиняную черепицу с открытыми порами, а также поливинилхлоридные материалы с открытыми порами и любые другие теплопередающие среды с открытыми порами. В показанном варианте осуществления в качестве наполнителя использованы блоки из многих в основном гофрированных вертикальных листов из поливинилхлорида. Можно использовать имеющиeся на рынке наполнители, такие, например, как наполнитель, ранее продаваемый компанией Munters Corp. из Ft. Myers, Флорида, под обозначениями 12060, 19060, 25060; наполнитель, продаваемый компанией Brentwood Industries из Reading, Пенсильвания, под обозначениями 1200, 1900, 3800 и 5000; наполнитель, продаваемый компанией Hamon Cooling Towers из Bridgewater, Нью-Джерси, под названиями "Cool Drop" и "Clean Flow" и наполнители ячеистого типа; эти наполнители указаны только в целях иллюстрации, и изобретение не ограничено использованием какого-либо определенного типа наполнителя. Настоящее изобретение также применимо в конструкциях с поперечным потоком, и специалисты в данной области могут предусмотреть соответствующее расположение наполнителя для таких конструкций.

Система 49 распределения воды, расположенная на уровне 52 выше уровня 50 наполнителя, включает в себя распределительный коллектор 56, в который горячая вода поступает из подающей трубы (не показанной), которая может быть присоединена к впускному элементу 58 на наружной поверхности градирни. Один распределительный коллектор 56 проходит по всей ширине каждой секции, и каждый коллектор соединен с множеством распределительных труб 60, проходящих перпендикулярно от коллектора 56 к противоположным краям каждой секции. Боковые распределительные трубы расположены на одинаковых расстояниях друг от друга вдоль каждого пролета 62, при этом в показанном варианте осуществления предусмотрено восемь боковых распределительных труб в каждом из пролетов размером шесть на шесть футов (1,83 х 1,83 м). Могут быть предусмотрены пролеты большого размера с соответствующим числом водораспределительных труб с расстояниями между ними.

Каждая боковая распределительная труба 60 имеет множество направленных вниз распылительных сопл 63, присоединенных для приема горячей воды и распыления ее вниз в виде капель на наполнитель 54, где может происходить теплообмен, по мере того как сила тяжести притягивает водяные капли вниз в резервуар, а вентилятор втягивает охлаждающий воздух через градирню. Каждая боковая распределительная труба может иметь, например, десять сопл, так что в каждом пролете 62 могут быть расположены восемьдесят сопл. Этa водораспределительная система 49 показана и описана только в целях иллюстрации; другие конструкции также могут быть пригодными.

Градирня по настоящему изобретению также имеет опорный каркас 64 для создания опоры для вентиляторной системы, системы 49 распределения воды и наполнителя 54. Опорный каркас 64 образует внутренний объем 65, внутри которого удерживаются наполнитель 54 и существенная часть водораспределительной системы 49. Каркас 64 по настоящему изобретению содержит множество вертикальных колонн 66 и горизонтальных балок 68. Все они имеют простую форму - форму удлиненных труб квадратного или прямоугольного сечения и плоскими сторонами 67, 69, как показано на фиг. 13-16. Поверхности 67, 69 колонн 66 и балок 68 в местах 61 их соединения или пересечения являются копланарными. Горизонтальные балки прикреплены к колоннам по-новому, так что полностью смонтированный каркас является жестким, и тем самым верхние уровни могут быть выполнены без диагональных связей, что упрощает конструкцию и снижает стоимость строительства этой градирни, сооружаемой в полевых условиях.

Все показанные колонны 66 и балки 68 опорного каркаса 64 изготовлены из материала, содержащего стекловолокно или какое-либо другое армирующее волокно. Показанный волокнит представляет собой волокнит, изготовленный с помощью процесса получения одноосно-ориентированного волокнистого пластика, и он может быть выполнен или из огнестойких, или из неогнестойких материалов, как очевидно для специалистов в данной области. Элементы из волокнита, изготовленные с помощью процесса получения одноосно-ориентированного волокнистого пластика, по существу представляют собой такие элементы, которые получены путем протягивания удлиненных стекловолокон или других армирующих волокон через головку со связующим материалом и обеспечения возможности схватывания (отверждения) удлиненных волокон и связующего материала. Можно использовать армирующие волокна, отличные от стекловолокон, и материал, содержащий армирующие волокна, может представлять собой любой обычный пластик, или смолу, или другой обычный материал, или связующее, как очевидно для специалистов в данной области.

Как показано на фиг. 6, в каждом из четырех углов градирни каждая угловая колонна 70 присоединена к двум горизонтальным балкам 72 первого уровня на уровне 50 наполнителя или первом вертикальном уровне. Каждая из вертикальных колонн 72, расположенных вдоль торцевых поверхностей, присоединена к трем горизонтальным балкам 71 первого уровня, а каждая из внутренних вертикальных колонн 74 присоединена к четырем горизонтальным балкам 71 первого уровня. Этот первый уровень горизонтальных балок 71 служит опорой для наполнителя 54 на уровне 50 наполнителя, расположенном на некотором расстоянии над резервуаром 46. Эти вертикальные колонны присоединены к такому же количеству горизонтальных балок 73 второго уровня на следующем, более высоком уровне 52 распределения воды и к такому же количеству горизонтальных балок 75 третьего уровня на следующем, более высоком уровне 76 опорного настила. Каждый последующий уровень балок удален на некоторое расстояние от предыдущих уровней в вертикальном направлении.

Для создания опоры для наполнителя 54 на уровне 50 наполнителя конструкция по изобретению содержит множество горизонтальных опорных перемычек 78 для наполнителя, проходящих между параллельными горизонтальными балками 71 первого уровня и опирающихся на них. Все опорные перемычки 78 для наполнителя лежат в одной плоскости, и блоки наполнителя 54 могут опираться на соседние перемычки 78 и находиться между ними, а также могут опираться на соседние перемычки и параллельные горизонтальные балки 71. Горизонтальные балки 71 первого уровня установлены по высоте таким образом, что те балки, на которые опираются перемычки, расположены немного ниже по отношению к горизонтальным балкам первого уровня, перпендикулярным тем балкам, на которые опираются перемычки, так что верхние поверхности перемычек находятся в той же плоскости, что и верхние поверхности балок первого уровня, параллельных перемычкам, как видно на фиг. 5 и 6. Перемычки могут быть закреплены на месте съемными технологическими винтами, вставленными через перемычки в лежащие под ними горизонтальные балки.

На следующем уровне предусмотрена отдельная система опорных перемычек 80 для водораспределительной системы, которая находится на втором уровне 52, или уровне системы водораспределения, который представляет собой второй вертикальный уровень. Опорные перемычки 80 для водораспределительной системы расположены перпендикулярно боковым распределительным трубам 60 и проходят между горизонтальными балками 73 второго уровня и опираются на них. В показанном варианте осуществления опорные перемычки 80 для водораспределительной системы расположены перпендикулярно опорным перемычкам 78 для наполнителя и служат опорой для боковых распределительных труб и сопл над наполнителем. Перпендикулярные горизонтальные балки 73 второго уровня могут быть установлены в двух уровнях, так что верхние поверхности перемычек будут находиться в той же плоскости, что и балки второго уровня, параллельные перемычкам.

Отдельная система опорных перемычек 82 для настила предусмотрена выше, и эти перемычки расположены на некотором расстоянии от опорных перемычек 80 для водораспределительной системы и находятся на уровне 76 опорного настила. Опорные перемычки 82 для настила опираются на горизонтальные балки 75 третьего уровня и могут служить опорой элементам (доскам, планкам) 84 настила и вентилятору 34, и кожуху 36 вентилятора. Перпендикулярные горизонтальные балки 75 третьего уровня могут быть установлены на разной высоте, так что верхние поверхности перемычек будут находиться в одной плоскости с верхними поверхностями балок, которые параллельны перемычкам.

Одна из горизонтальных балок 73 второго уровня может служить опорой снизу для водораспределительного коллектора 56. В альтернативном случае может оказаться желательным предусмотреть дополнительные более толстые горизонтальные подвесные балки 85 между теми двумя вертикальными колоннами, между которыми проходит водораспределительный коллектор 56. При такой конструкции вместо того, чтобы обеспечивать опору для всего веса коллектора в одной точке в центре горизонтальной балки под коллектором, опора для веса может быть обеспечена за счет подвески в двух точках, удаленных на некоторое расстояние от центра, при этом обеспечивается меньшая возможность возникновения деформации ползучести в нижней балке. Такая подвеска может быть образована с помощью двух болтов или шпилек, проходящих через балку и через хомут, охватывающий коллектор. Часть остальных элементов водораспределительной системы 49 может опираться на горизонтальные балки 73 второго уровня.

В показанном варианте осуществления бетонный резервуар 46 для сбора воды образует основание, на котором могут быть смонтированы вертикальные колонны 66 посредством подножий 86. Как показано на фиг. 7, каждое подножие может иметь плоскую базовую плиту 90, подлежащую установке заподлицо с горизонтальным полом 91 резервуара, и вертикальный кожух 92, в котором удерживается нижний конец 94 вертикальной колонны 66. Вертикальный кожух выполнен с такой формой поперечного сечения, которая позволяет ему сопрягаться с колонной таким образом, что между кожухом и колонной существует довольно плотная посадка. Плоское основание 90 каждого подножия может быть прикреплено болтами к полу 91 резервуара для обеспечения сохранения положения градирни на резервуаре.

Альтернативный вариант подножия показан на фиг. 8-12. Как показано на фиг. 8-12, в качестве подножия 86 может быть использована U-образная крепежная скоба вместе с парой уголков 202. U-образная крепежная скоба 200 может быть образована из плоского металлического листа, как показано на фиг. 9, причем при образовании скобы лист сгибают вдоль линий 204 сгиба, так что концевые секции 206 становятся перпендикулярными центральной секции 208. Ширина центральной секции 208 между линиями 204 сгиба достаточно большая для того, чтобы плотно удерживать нижний конец 94 колонны 66 между вертикальными сторонами, образованными концевыми секциями 206. Крепежная скоба 200 может быть прикреплена к нижнему концу колонны с помощью одного или более болтов 210, проходящих через колонну и обе стороны 206 крепежной скобы.

Для крепления конца колонны с крепежной скобой к полу к концу колонны можно прикрепить болтами пару уголков 202, как показано на фиг. 10, и после этого весь узел в сборе может быть прикреплен к полу резервуара с помощью болтов, проходящих через уголки и расположенную под ними центральную секцию 208 крепежной скобы 200. В альтернативном варианте для присоединения каждой колонны к полу резервуара можно использовать совокупность уголков 202, при этом вертикальные поверхности 212 уголков будут прикреплены к концу колонны, как описано ниже.

В альтернативном случае может оказаться желательным предусмотреть вертикальный элемент, который входит внутрь колонны, а не охватывает ее. В любом из данных вариантов осуществления для крепления подножия к колонне 66 и к основанию 46 предусмотрены две перпендикулярные плоские поверхности, такие, как поверхности плоского основания 90 и вертикального кожуха 92, центральной секции 208 и сторон 206 крепежной скобы, и две поверхности 212, 214 уголков; для крепления подножий к бетонному полу резервуара можно использовать, например, болты.

В некоторых случаях может оказаться желательным прикрепить нижний конец 94 колонны 66 к вертикальному кожуху подножия 86 или к вертикальным концевым секциям 206 U-образной крепежной скобы 200 и уголкам 202 с помощью связующего материала. В некоторых других случаях может быть также или альтернативно желательно прикрепить плоскую базовую плиту 90 подножия 86 к основанию или полу 91 резервуара с помощью связующего материала. Таким образом, как показано на фиг. 7a, между внутренними стенками 213 вертикального кожуха 92 подножия может иметься слой связующего материала или клея 211; связующий материал или клей также может находиться между вертикальными концевыми секциями 206 U-образной крепежной скобы и поверхностями нижнего конца 94 колонны 66 или между вертикальными поверхностями 212 уголков 202 и поверхностями нижнего конца колонны. Как показано на фиг. 10, между центральной секцией 208 крепежной скобы 200 и полом 91 также может находиться слой клея или связующего материала 215; в альтернативном варианте слой связующего материала может находиться между нижними поверхностями 214 уголков 202 и полом 91; кроме того, связующий материал или клей может находиться между плоским основанием 90 и полом 91. Однако во многих установках колонны могут быть прикреплены к подножиям и подножия могут быть прикреплены к полу без применения клея или связующего материала.

В соответствии с настоящим изобретением разработано соединение между каждой колонной 66 и балкой 68. В то время как традиционные болтовые соединения создавали возможность относительного поворотного смещения между такими колоннами и балками, в соответствии с настоящим изобретением предусмотрены в основном жесткие соединения без какого-либо относительного смещения при расчетных нагрузках. В то время как при традиционных соединениях отсутствует передача моментов между балками и колоннами, такая передача обеспечивается в конструкции по настоящему изобретению. Соединения 59 (фиг. 13-16) можно охарактеризовать как передающие момент соединения, что означает, что по существу отсутствует относительное смещение между соединенными элементами при расчетных собственном весе конструкции и боковых нагрузках. Соединения между нижними концами 94 колонн 66 и основанием 46 также могут быть выполнены как соединения, передающие момент. Следовательно, в конструкции по настоящему изобретению в качестве расчетного ограничения для боковых сил служит жесткость вертикальных колонн. Градирня может быть спроектирована и построена таким образом, что она будет выдерживать ожидаемые сдвигающие нагрузки без использования перекрестных связей или стен жесткости или при использовании таких элементов в меньшем количестве.

Для создания такого передающего момент соединения 59 между колоннами и балками, в конструкции по настоящему изобретению используется комбинация жесткого монтажного элемента и связующего, материала. В каждом месте соединения или пересечения 61 монтажную поверхность, или поверхность 101 монтажного элемента 100 размещают так, чтобы она покрывала и была присоединена с помощью связующего материала к части стыкующихся копланарных поверхностей 67, 69 вертикальной колонны 66 и горизонтальной балки 68. В показанном варианте осуществления монтажные элементы содержат пластины, которые закрывают всю ширину плоских копланарных поверхностей 67, 69 каждого из стыкующихся (пересекающихся) элементов 66, 68 и проходят в. боковом направлении, чтобы закрыть всю ширину части плоской поверхности каждого из примыкающих стыкующихся элементов. Между поверхностями 67, 69 колонны и балки и расположенной рядом внутренней монтажной поверхностью 101 монтажного элемента имеется тонкий слой 102 клея или связующего материала. Слой 102 клея служит для приклеивания пластины к колонне и балке с целью создания передающего момент соединения 59, при котором по существу отсутствует какое-либо относительное смещение между пластиной и теми элементами, к которым она приклеена, и, следовательно, по существу отсутствует какое-либо относительное смещение между присоединенными друг к другу колонной и балкой. При отсутствии относительного смещения моменты могут передаваться от балок к колоннам.

В конструкции по настоящему изобретению верхние уровни 42 градирни могут быть в основном свободны от диагональных связей, противодействующих боковым и сдвигающим нагрузкам. Это отсутствие диагональных связей особенно предпочтительно во внутреннем объеме 65 конструкции, поскольку в этом случае как уровни наполнителя, так и уровень распределения воды свободны от диагональных связей, что упрощает и позволяет ускорить как установку наполнителя, так и монтаж системы распределения воды. Такая улучшенная доступность также предпочтительна с точки зрения замены, очистки или ремонта таких деталей, как сопла, в системе распределения воды. Уменьшение количества диагональных связей предпочтительно с точки зрения сокращения материальных затрат при строительстве градирни, сокращения срока строительства и общей стоимости. Также существенно уменьшается количество и разнообразие элементов, необходимых на строительной площадке, что обеспечивает еще большую эффективность строительства. Кроме того, создается возможность изготовления модульных каркасных конструкций для еще более быстрой сборки их на месте строительства.

Образцы монтажных пластин, пригодных для использования в конструкции по настоящему изобретению, изображены на фиг. 13-20В. Как показано на этих фигурах, необходимо иметь в наличии только несколько базовых форм монтажных пластин, которые должны быть предусмотрены и выполнены таким образом, чтобы они отвечали требованиям монтажа градирен в полевых условиях. Первая базовая форма - это форма, показанная на фиг. 14 и 17 и предназначенная для типового углового соединения между вертикальной колонной и горизонтальной балкой, стыкующейся с колонной. Как показано, монтажная пластина 100 имеет удлиненную зону 103, предназначенную для крепления к вертикальной колонне 66, и выполненную за одно целое с удлиненной зоной зону 104, которая имеет более короткую длину и предназначена для крепления к балке. Обе зоны 103, 104 имеют ширину, по меньшей мере, около пяти дюймов (127 мм) и предназначены для использования с вертикальной колонной, имеющей ширину примерно пять дюймов (127 мм). Как правило, предпочтительно, чтобы зона 104 крепления балки имела длину, которая, по меньшей мере, покрывала бы ширину балки. В показанном варианте осуществления могут быть использованы балки с шириной, например, пять, семь или десять дюймов (127 мм, 177,8 мм или 254 мм), так что может быть изготовлена универсальная монтажная пластина, покрывающая балку шириной десять дюймов (254 мм). Таким образом, в комплекте может быть предусмотрена монтажная пластина одного размера, которую используют для балки любого размера, которую предполагается использовать в каркасе градирни.

Другая базовая форма показана на фиг. 13 и 18. Эта форма предназначена для использования в местах пересечения, в которых к одной вертикальной колонне 66 присоединено более одной горизонтальной балки 68. Эта форма аналогична первой форме, но в данном случае на обеих сторонах копланарной удлиненной зоны 103, предназначенной для крепления к вертикальной колонне, предусмотрены две копланарные зоны 104, предназначенные для крепления к балке. Альтернативные формы монтажной пластины показаны на фиг. 15-16 и 19-20. Как показано здесь, монтажные пластины могут иметь Т-образную форму 106, как изображено на фиг. 15, L-образную форму 108, как изображено на фиг. 15, и прямоугольную форму 110, как изображено на фиг. 13-14 и 19-20. Как показано на фиг. 13-16 и 21, каркасная конструкция может включать в себя все или некоторыe из этих различных форм монтажных пластин в зависимости от размера используемой балки.

Монтажные пластины 100 предпочтительно выполнены с предварительно просверленными отверстиями 112, через которые самонарезающие винты 113 и технологические винты 114 могут быть ввинчены в колонны 66 и балки 68. Как очевидно для специалистов в данной области, технологические винты - это по существу самосверлящие и самонарезающие винты. Самонарезающие винты 113 и технологические винты 114 устанавливают в процессе строительства, перед тем как клей схватится, и они служат для удерживания каркасной конструкции градирни вместе в процессе монтажа. Как правило, в показанном варианте осуществления самонарезающие винты 113 вставляют через отверстия в монтажных пластинах 100 и через отверстия в поверхностях 67, 69 колонн и балок 66, 68; технологические винты 114 вставляют через отверстия в монтажных пластинах 100 и в поверхности 67, 69 колонн и балок 66, 68, причем при этом винты 114 образуют свои собственные отверстия в колоннах и балках. Эти соединения выдерживают постоянную нагрузку, обусловленную весом конструкции в процессе монтажа, и образуют монтажные соединения. Эти монтажные соединения также выдерживают любые временные нагрузки, такие как ветровые и сейсмические нагрузки, действующие в процессе монтажа. Эти соединения также служат для того, чтобы удерживать внутреннюю монтажную поверхность 101 монтажной пластины и поверхности 67, 69 примыкающих друг к другу колонн и балок в тесном контакте с клеем, так что между этими элементами образуется клеевое соединение. Как показано на фиг. 16 и 20, самонарезающие винты 113 можно, например, использовать во внутренних отверстиях 115 монтажной пластины, а технологические винты 114 - в наружных отверстиях 117, расположенных по периметру монтажной пластины. Дополнительно или в качестве альтернативного варианта может оказаться желательным предусмотреть отверстия 116 для сквозных болтов 118 в одну четверть дюйма (6,35 мм), которые проходят через пластину и в балку и колонну для позиционирования балки и колонны в процессе монтажа и размещения их на некотором расстоянии друг от друга. Следует понимать, что можно использовать сквозные болты других размеров, например, сквозные болты в пять восьмых дюйма (15,875 мм). Болты также могут быть расположены вне поверхностной колонны и балки, чтобы удерживать любые части монтажных пластин с избыточными размерами на желательном расстоянии и ограничить деформацию монтажных пластин.

Монтажные пластины могут быть выполнены, например, из нержавеющей стали или оцинкованного металла, или могут представлять собой пластины из волокнита. Может быть использован любой материал, который обеспечивает требуемую прочность и который обладает стойкостью к ожидаемой окружающей среде, в частности к условиям повышенной влажности внутри градирни. В показанном варианте осуществления монтажные пластины могут быть выполнены из листовой нержавеющей стали марки 304 или 316 при толщине листа 12. В некоторых случаях может быть желательно использовать разные материалы, при этом некоторые материалы применяются внутри градирни, а другие, например, по ее периметру.

В показанном варианте осуществления клей или связующий материал представляет собой тонкий слой 102, расположенный между внутренней монтажной поверхностью 101 каждой монтажной пластины 100 и копланарными поверхностями 67, 69 каждой колонны 66 и балки 68, к которым прикреплена монтажная пластина. Прочность клеевого соединения (прочность прилипания) может изменяться в зависимости от толщины слоя связующего материала. Клей, как правило, может быть нанесен в виде слоя толщиной порядка 2-15 мил (50,8 - 381 мкм). Чтобы с большей уверенностью гарантировать то, что на поверхностях будет находиться надлежащее количество клея, внутренняя монтажная поверхность 101 монтажной пластины 100 может быть выполнена с вмятинами, как показано в вариантах осуществления по фиг. 20A и 20B, и с кольцевыми выступающими зонами 105, окружающими предварительно просверленные отверстия 112 под винты. Высота этих зон может быть использована для образования слоя клея соответствующей толщины, поскольку зоны 105 внутренней монтажной поверхности 101 могут упираться в копланарные поверхности 67, 69 колонны 66 и балки 68, при этом связующий материал находится между остальной частью внутренней поверхности 101 и копланарными поверхностями 67, 69. Такой вариант с вмятинами может быть использован для металлических монтажных пластин 100.

Таким образом, в показанных вариантах осуществления монтажная поверхность или сторона 101 монтажных пластин 100 может быть или плоской, или иметь выступающие зоны 105. Монтажная поверхность 101 находится на одной стороне монтажной пластины. Монтажная поверхность может включать в себя по существу всю внутреннюю поверхность одной стороны пластины или может представлять собой зону или зоны на внутренней поверхности одной стороны пластины.

В монтажных пластинах 100 также могут быть предусмотрены отверстия для сбора (разгрузки), так что избыточный клей может вытекать. Такие отверстия также могут быть предпочтительными и вследствие того, что слой клея может проходить от поверхности колонн и балок до поверхности монтажной пластины и через всю толщину монтажной пластины. Избыточный клей может выдавливаться через отверстия, и это указывает на то, что было использовано достаточное количество клея, и при этом создается дополнительная зона надежного сцепления.

Клей или клеящий материал должен обладать водоустойчивостью при отверждении и должен обеспечивать сцепление как с материалом, используемым для балок и колонн, так и с материалом, используемым для монтажных пластин. Клей или связующий материал может представлять собой, например, эпоксидную смолу, такую как эпоксидная смола марки "Magnobond 56 A & B" или "Magnobond 62 A & B", поставляемую компанией Magnolia Plastics из Chamblee, Джорджия; Magnobond 56 представляет собой высокопрочный клей из эпоксидной смолы и модифицированного полиамидного отверждающего агента, который предназначен для приклеивания панелей из волокнита к большому разнообразию оснований. В альтернативном варианте можно использовать клей на основе метакрилата. Подходящими метакрилатными клеями являются автомобильный клей "PLEXUS АО420" и монтажный (конструкционный) клей "PLEXUS АО425", поставляемые компанией ITW Adhesive Systems из Danvers, Массачусетс. Предполагается, что в конструкции по настоящему изобретению можно использовать и другие монтажные клеи. Например, может быть желательно использовать клей, который поставляется в листовом виде, например в виде эпоксидной смолы, нанесенной на обе стороны листа или пленки; можно использовать клеящую ленту 3М, известную как лента марки VHB, поставляемую компанией 3М из St. Paul, Миннесота, или аналогичные продукты, такие как автомобильные клеи; предполагается, что термины "клей", "связующее вещество" и "связующий материал" охватывают эти и подобные им продукты (изделия). Эти клеи или связующие материалы названы только в качестве примера; можно использовать и другие клеи или связующие материалы, и они находятся в рамках объема изобретения.

Как правило, может быть желательно обильное нанесение клея или связующего материала, чтобы гарантировать наличие соответствующего количества данного материала. Подготовка поверхностей также может улучшить образованное соединение, так что пескоструйная очистка (зачистка шлифовальной шкуркой) копланарных поверхностей 67, 69 в местах пересечения 61 колонн 66 и балки 68 и монтажных поверхностей 101 монтажных элементов может улучшить соединение. Обезжиривание очищенных деталей растворителями, такими как ацетон или спирт, перед нанесением связующего материала также может привести к улучшению сцепления.

При выборе клея или связующего материала слоя 102 желательно выбирать такой материал, который взаимодействует благоприятным образом и совместим с составляющими балок и колонн, такими как любая смазка для форм (release agent) в волокните, которая может мигрировать к поверхности, при этом выбранный клей или связующий материал должен быть таким, чтобы клеевое соединение не ослаблялось из-за взаимодействия связующего материала и составляющих балки и колонны. Некоторые материалы, используемые при некоторых процессах получения одноосно-ориентированного волокнистого пластика, могут вызывать разрушение соединения, образованного с помощью эпоксидной смолы или метакрилата, или другого связующего материала. Определенные смазки для форм не влияют на прочность клеевого соединения, и их следует использовать в процессе изготовления. Одним примером смазки для форм, совместимой с вышеуказанными клеями, является смазка, поставляемая компанией Blendex, Inc. из Newark, Нью-Джерси, под торговым обозначением "TECH-LUBE 250-СР"; указывается, что этот продукт представляет собой патентованный продукт конденсации смол, жирных глицеридов и производных органических кислот, смешанных с модифицированными жирными кислотами и эфирами фосфатов.

Также желательно использовать клей, который может быть нанесен и который схватится и отвердеет в условиях повышенной влажности и не потеряет свою прочность в данных условиях. Отвердевшее соединение не должно обладать такой гибкостью, которая обеспечила бы возможность относительного смещения между колоннами и балками при ожидаемых нагрузках; прочность клеевого соединения должна быть достаточно высокой, чтобы сохранять жесткость соединений во всем ожидаемом диапазоне нагрузок на конструкцию; тем не менее соединения могут и не быть жесткими во всем диапазоне нагрузок, которые они будут испытывать при использовании, они должны сохранять свою жесткость (лишь) при выбранном диапазоне боковых сил.

Когда клей слоя 102 схватится и отвердеет, он образует жесткое соединение, которое не только выдерживает постоянную нагрузку, обусловленную весом конструкции, но также придает жесткость каркасу и градирне против боковых сил, передавая моменты от горизонтальных балок вертикальным колоннам. Таким образом, жесткость вертикальных колонн и их сопротивление отклонению от вертикали могут быть ограничивающими расчетными критериями для ожидаемых ветровых и сейсмических нагрузок.

Один результат использования жестких соединений по настоящему изобретению заключается в том, что для каркаса градирни требуется меньше диагональных связей, или они вообще не требуются, в частности на верхних уровнях 42. Хотя может быть желательно включить в конструкцию некоторые диагональные связи на нижнем уровне 44 забора воздуха, как показано на фиг. 5-6, как правило, отсутствует необходимость в этом на верхних уровнях, поскольку передающие момент соединения 59 передают сдвигающие нагрузки от боковых усилий вертикальным колоннам. Как указано, сокращение количества диагональных связей предпочтительно с точки зрения уменьшения материальных и трудовых затрат при строительстве градирни, повышения эффективности строительства и улучшения доступа (к элементам конструкции). В то время как наружное ограждение (обшивка) градирни может быть прикреплено к балкам или колоннам 66, 68, как правило, по проекту это ограждение не должно содержать несущую нагрузку связь для временных нагрузок, таких как ветровые и сейсмические нагрузки.

Как показано на фиг. 5-6, диагональные связи 140 могут быть включены в конструкцию на уровне 44 забора воздуха. Может быть желательно использовать множество связей 350 с С-образным пазом, как показано в варианте осуществления по фиг. 22-24. Связи 350 жесткости могут иметь плоские поверхности 351, трубчатые распорки 352 и могут образовывать передающие момент соединения 354 с колоннами, которые выполнены со связующим материалом 356 и технологическими винтами 358, В альтернативном варианте для градирен меньшего размера можно использовать связи из металлических стержней.

Градирня по настоящему изобретению может быть смонтирована в полевых условиях, при этом клей или связующий материал наносят и обеспечивают возможность его отверждения на месте (строительной площадке), или градирня может представлять собой модуль, который частично или полностью изготавливают и собирают вне строительной площадки.

Испытания были проведены на установке, изображенной на фиг. 25. Использовали устройство для приложения нагрузки и измеритель прогиба, причем нагрузку прикладывали в четырех точках вдоль длины балки 502, удерживаемой между двумя колоннами 500. Четыре точки приложения нагрузки находились примерно на одинаковом расстоянии друг от друга вдоль пролета балки. Нагрузку постепенно увеличивали до разрушения или балки, или соединения. Прогиб измеряли примерно в центре балки с помощью электронного считывающего устройства. Информация по всем результатам испытаний представлена в нижеприведенных таблицах, в которых в столбце, озаглавленном "Нагрузка", указана общая приложенная нагрузка в кН; измеренные значения прогибов в центрах балок указаны в мм под заголовком "Прогиб"; и отношение длины балки к прогибу было рассчитано для каждого измеренного прогиба и представлено в столбцах таблиц под заголовком "L/D".

Для каждого из испытаний использовали одинаковый пролет балки, который имел длину 137,75 дюйма (3,5 м). Были смоделированы условия реальной конструкции за счет того, что между концами балки и колоннами оставляли небольшой интервал, как это было бы сделано при строительстве для облегчения размещения балок между колоннами. Каждая из колонн имела высоту 69 дюймов (1752,6 мм - 1,75 м), и верхние поверхности балок были размещены на расстоянии примерно двадцать четыре дюйма (1,656 м) от верхних свободных концов колонн. Общее расстояние между наружными поверхностями колонн составляло около 148 дюймов (3,759 м).

Для каждого испытания колонны 500 были поставлены компанией Creative Pultrusions, Inc. из Alum Bank, Пенсильвания. Колоннообразные элементы 500 имели вид с торца, изображенный на фиг. 27, с общими размерами порядка 5,2 на 5,2 дюйма (132,08 х 132,08 мм) и толщиной стенок порядка 0,375 дюйма (9,525 мм). Колонны были сделаны из волокнита, изготовленного с помощью процесса получения одноосно-ориентированного волокнистого пластика, причем в состав материала входили термоотверждающаяся полиэфирная смола, FR-Class 1 (армированная волокном), и стекловолокна.

Для испытаний с балками, обозначенными как балки "5х5", балочные элементы 502, предназначенные для испытаний, были выполнены из того же материала, что и колонны 500. Для испытаний, относящихся к балкам "5х10", балки представляли собой элементы типа изображенного на фиг. 26, с верхней стенкой 504 и нижней стенкой 506 толщиной около 0,425 дюйма (10,795 мм), боковой стенкой 508 толщиной около 0,300 дюйма (7,62 мм) между верхней и нижней стенками и полками 510, имеющими толщину около 0,375 дюйма (9,525 мм). Для испытаний балок, обозначенных как балки "5х7", использовали такие же балки, как балки 5х10, но без полок 510.

Для испытаний балок 5х7 и 5х10 балки были изготовлены с помощью процесса получения одноосно-ориентированного волокнистого пластика, используя нагретую головку, через которую протягивали стекловолокно, в то время как термоотверждающуюся смолу вводили под давлением в нагретую головку. Смола представляла собой высокосортный антипиреновый сложный полиэфир с добавками, обеспечивающими защиту от ультрафиолетового излучения. Слой стекловолокна содержал наружную вуаль с минимальной толщиной 12 мил (304,8 мкм) для обеспечения дополнительной защиты от ультрафиолетового излучения. Слой также включал в себя слои тканого мата из стекловолокна с минимальной толщиной 35 мил (889 мкм) для обеспечения защиты от коррозионно-активных материалов, технологических жидкостей и воды. Слой также включал в себя дополнительные слои материала для образования вуали из стекловолокна, мата из непрерывных нитей, тканого мата и комбинаций пучка из непрерывных волокон, расположенного однонаправленно, включающего волокна стеклянной пряди (пряденой ровницы) и прямой ровницы. Стекло представляло собой стекло типа C или типа E. Изделия были уплотнены с помощью герметика из полиэфирной смолы или базовой смолы (base resin) для предотвращения миграции влаги.

Хотя в нижеприведенных примерах были использованы эти вполне определенные материалы, предполагается, что в качестве материалов для изготовления балок и колонн могут быть выбраны и другие материалы, которые проявляют аналогичные свойства. Например, можно использовать виниловую смолу и другие волокна.

Пример 1
Испытываемый каркас, содержащий две колонны 5х5 описанного выше типа и балку 5х10 описанного выше типа, был смонтирован с четырьмя монтажными элементами. Монтажные элементы были изготовлены из листовой нержавеющей стали 300 с толщиной листа 12 и были присоединены к балке и колоннам как с помощью связующего материала, так и посредством механических крепежных деталей. Использованный связующий материал представлял собой эпоксидную смолу марки Magnobond 56 A и B. Монтажный элемент имел форму, показанную на фиг. 17. Поверхности балки и колонн были зачищены шкуркой и протерты ветошью, пропитанной ацетоном, перед нанесением эпоксидной смолы. Монтажные пластины также были зачищены шкуркой и протерты пропитанной ацетоном ветошью перед прикладыванием их к балке и колоннам. Механические крепежные детали представляли собой технологические винты, проходящие через монтажный элемент и балку или колонну. Болты были вставлены только в отверстия 116 (фиг. 17-18) за границами балок и колонн для обеспечения опоры пластин против изгиба или другой деформации. После полного схватывания эпоксидного клея испытываемый каркас монтировали на полу испытательной установки, используя крепежные скобы, как показано на фиг. 25. Непрерывно возрастающую нагрузку прикладывали, используя устройство, аналогичное изображенному на фиг. 25. Прогиб в центре балки измеряли при различных нагрузках, как представлено в таблице 1.

Результаты сравнивали с моделями простого и жесткого, или передающего момент, соединений, как указано в столбцах с заголовками "Прогиб модели" ("Model Deflection") и "Простой" ("Simple" - при простом соединении) и "Момент" ("Moment" - при передающем момент соединении). Модели для расчета прогиба при простом и передающем момент соединениях при каждом уровне нагрузки, прикладываемой в процессе испытания, были просчитаны, используя программное обеспечение "RISA-3D", Rapid Interactive Structural Analysis 3 Dimensional Version 1.01 (Быстрый интерактивный расчет строительных конструкций 3, размерная версия 1.01), которое разработано компанией RISA Technologies из Lake Forest, Калифорния. При выполнении этих расчетов момент инерции сначала был установлен в 96,9 дюйма⁴ (4033,29 см⁴), а модуль упругости первого рода, или модуль Юнга, был принят в размере 5 900 000 фунтов/дюйм² (40 679 084 кН/м²) на основе определения прогиба при испытаниях аналогичных балок с простыми опорами. Модуль сдвига для данной балки составлял 425000 фунтов/дюйм² (2 930 273 кН/м²) и площадь сдвига составляла 9,85 дюйма² (63,55 см²). Условия опирания концов, принятые для модели с простой опорой, представляли собой соединения с простыми опорами. Данное программное обеспечение позволяет выполнить расчет пространственных систем методом конечных элементов с целью определения прогибов модели для простого и передающего момента соединений. Все прогибы модели в нижеприведенных таблицах были рассчитаны с использованием программного обеспечения "RISA-3D" и модулей упругости, моментов инерции и других факторов, задаваемых для каждого размера балки. Можно использовать другое программное обеспечение и стандартные методы, формулы или матрицы с целью определения моделируемых прогибов для простых и передающих момент соединений, чтобы выполнить сравнения между испытываемыми соединениями и моделями.

Испытание повторяли три раза, и результаты приведены в таблице 1 для каждого из этих тестов. Также были рассчитаны отношения длины к прогибу для каждого значения прогиба, которые приведены в столбце, озаглавленном "L/D", и их сравнивали с отношением длины к прогибу (L/D), составляющем 180, которое соответствует максимальному прогибу 0,7644 дюйма (19,416 мм) для данной длины балки (137,75 дюйма - 3,5 м). Следует понимать, что отношение L/D, составляющее 180, используется только в целях иллюстрации и что могут быть использованы другие отношения L/D, которые находятся в рамках объема изобретения.

Из результатов данных тестов можно видеть, что при нагрузках, соответствующих отношению длины балки к прогибу, составляющему 180, соединения выдерживали нагрузку на балки около 12 000 фунтов (53,379 кН). Кроме того, при каждом испытании балка разрушалась раньше соединения. И, далее, при нагрузках, соответствующих отношениям длины балки к прогибу, составляющим 180 и выше, или прогибам 0,7644 дюйма (19,416 мм) и менее при длине балки 137,75 дюйма (3,5 м), прогибы балки более точно соответствовали модели балки с передающими момент соединениями или опорами, чем модели балки с простыми соединениями или опорами. Таким образом, соединения представляли собой по существу передающие момент или жесткие соединения при нагрузках, дающих отношение длины балки к прогибу, равное 180 и выше. Как указано, можно использовать другие отношения длины к прогибу, и балки с показанными соединениями также более точно соответствуют модели балки с жесткими опорами, чем модели балки с простыми опорами при нагрузках, дающих отношение длины к прогибу меньше 180.

Пример 2
Были подготовлены два дополнительных образца с использованием двух колонн 5x5, балки 5x10 и четырех монтажных пластин типа показанных на фиг. 17 для каждого образца. В первом образце не использовали никакого клея; вместо этого использовали только технологические винты. Результаты испытаний для первого образца приведены в столбце, озаглавленном "Mechanical Alone" ("Только механическое соединение"), при этом измеренные прогибы приведены в столбце "Прогиб", а рассчитанные отношения длины к прогибу приведены в столбце "L/D". Второй образец был подготовлен так же, как образцы в примере 1, но после схватывания эпоксидного клея и перед испытанием соединения на испытательной установке механические крепежные детали были удалены. Результаты для второго образца приведены в столбце, озаглавленном "Adhesive Alone" ("Только клеевое соединение"), при этом измеренные прогибы приведены в столбце "Прогиб", а рассчитанные отношения длины к прогибу приведены в столбце "L/D ". В таблице 2 видно, что эти образцы сравнивали с результатами испытаний для комбинированного клеевого и механического соединения (Испытание РТ3-10/ЕРХ) и с моделируемым простым и моделируемым передающим момент соединениями, используя те же рассчитанные прогибы и отношения длины к прогибу. Эти результаты и расчеты графически представлены на фиг. 28.

Из таблицы 2 и фиг. 28 можно видеть, что испытываемая балка с соединениями, имеющими комбинированное клеевое и механическое сцепление (комбинированные клеевые и механические соединительные элементы), более точно соответствует модели балки с жесткими, или передающими момент, соединениями, чем модели балки с простыми соединениями или опорами по меньшей мере при нагрузках, которые дают отношение длины балки к прогибу (L/D), равное 180 или больше, то же характерно для балки с соединениями, имеющими связующий материал без механических крепежных деталей. При таких соединениях по существу не должно возникать никакого относительного смещения между балкой и колонной при нагрузках по меньшей мере с величиной, дающей отношение длины балки к прогибу, равное 180. Более того, при строительстве такой градирни до отверждения связующего материала механическое соединение должно обеспечить возможность создания опоры для балки, несущей нагрузку по меньшей мере до 9700 фунтов (43,148 кН), при прогибе балки менее 0,7644 дюйма (19,416 мм). После того как эпоксидная смола или другой связующий материал или клей отвердеет, послемонтажные соединения, образованные отвердевшим клеем, монтажным элементом, колоннами и балкой, могут обеспечивать опору для балки, несущей нагрузку свыше 11700 фунтов (52,044 кН), и при этом прогиб балки составляет не более 0,7644 дюйма (19,416 мм). Кроме того, как при образце только с механическим соединением, так и при образце только с клеевым соединением соединение разрушалось раньше, чем разрушалась сама балка.

Пример 3
Выполнялась аналогичная операция, как и в примере 1, за исключением того, что балки представляли собой балки 5x7, которые были изготовлены путем удаления полок 510 с балок 5x10, изображенных на фиг. 26. Для таких балок было принято значение модуля Юнга 5 000 000 фунтов/дюйм² (34 473 800 кН/м²) на основании испытаний балки на прогиб, и определено значение момента инерции, которое составило 58,41 дюйма⁴ (2431,21 см⁴). Модуль сдвига составлял 425 000 фунтов/дюйм² (2 930 273 кН/м²), и площадь сдвига составляла 8 дюймов² (51,61 см²). Испытание повторяли три раза, и результаты сравнивали с рассчитанными прогибами для моделируемых простых соединений и моделируемых передающих момент, или жестких, соединений. Также были рассчитаны отношения длины к прогибу, и их сравнивали с отношением длины балки к прогибу (L/D), равным 180 и соответствующим максимальному прогибу 0,7644 дюйма (19,416 мм) для данной длины балки (137,75 дюйма - 3,5 м). Из результатов этих испытаний можно видеть, что при отношении длины балки к прогибу, составляющем 180, соединения обеспечивали опору для балки, несущей нагрузку не менее 8700 фунтов (38,700 кН). Кроме того, в каждом из этих тестов балка разрушалась раньше соединения. И, кроме того, при отношениях длины балки к прогибу, составляющих 180 и больше, или прогибах балки 0,7644 дюйма (19,416 мм) и менее балка более точно соответствовала модели балки с опорой в виде передающего момент соединения, чем модели балки с опорой в виде простого соединения. Таким образом, соединения по существу представляли собой передающие момент, или жесткие, соединения при нагрузках, дающих отношение длины балки к прогибу, равное 180 и выше. Более того, балки также более точно соответствовали модели балки с жесткими опорами или соединениями, чем модели балки с простыми опорами, или соединениями при нагрузках, дающих отношение длины балки к прогибу менее 180. Результаты испытания РТ4-7/ЕХР, приведенные в таблице 3, графически представлены на фиг. 29 в сравнении с моделью с передающими момент соединениями и прогибом, который давал бы отношение длины к прогибу, равное 180.

Пример 4
Выполнялась аналогичная операция, как и в примере 1, за исключением того, что балки представляли собой балки 5x5 и были изготовлены из того же материала, что и колонны, а монтажные пластины представляли собой пластины типа показанных на фиг. 19, изготовленные из нержавеющей стали с толщиной листа 12. В испытаниях, обозначенных РТ9-5/ЕРХ, РТ8-5/ЕРХ и РТ7-5/ЕРХ, единственными использованными механическими крепежными деталями были технологические винты. В испытании, обозначенном FR-555-01, механические крепежные детали также включали в себя сквозные болты, один из которых проходил через монтажную пластину и колонны и через противолежащую монтажную пластину, а другой проходил через монтажную пластину, балку и противолежащую монтажную пластину. Было принято значение модуля Юнга 3 825 000 фунтов/дюйм² (26 372 457 кН/м²) на основании испытаний балки на прогиб, и определено значение момента инерции, которое составило 28,25 дюйма⁴ (1175,86 см⁴). Модуль сдвига составлял 425 000 фунтов/дюйм² (2 930 273 кН/м²), и площадь сдвига составляла 7, 24 дюйма² (46,71 см²). Испытание повторяли три раза, и результаты сравнивали с рассчитанными прогибами для моделируемых простых соединений и моделируемых передающих момент, или жестких, соединений. Указанные прогибы были определены с использованием того же программного обеспечения, что и в примере 1. Также были рассчитаны отношения длины балки к прогибу для каждого измеренного прогиба балки, и их сравнивали с отношением длины балки к прогибу (L/D), равным 180 и соответствующим максимальному прогибу 0,7644 дюйма (19,416 мм) для данной длины балки (137,75 дюйма - 3,5 м). Из этих результатов испытаний можно видеть, что при нагрузке, дающей отношение длины балки к прогибу, составляющее 180, соединения обеспечивали опору для балки, несущей нагрузку не менее 4700 фунтов (20,907 кН). Одно исключение в результатах относилось к ненадлежащему креплению испытательной установки к поверхности грунта. Кроме того, в большинстве из этих испытаний балка разрушалась раньше, чем соединение. И, кроме того, при отношениях длины балки к прогибу, составляющих 180 и выше, или прогибах 0,7644 дюйма (19,416 мм) и менее балка более точно соответствовала модели балки с передающими момент соединениями, чем модели балки, опирающейся на простые соединения. Как показано в таблице 4, а также на фиг. 30, результаты испытаний для послемонтажных соединений также более точно соответствовали данным для модели балки с передающими момент соединениями при нагрузках, дающих отношения длины балки к прогибу, составляющие менее 180.

Пример 5
Были подготовлены два других образца с использованием монтажных пластин из листовой нержавеющей стали с толщиной листа 12. Как и в примере 4, балки представляли собой балки 5x5. В одном образце никакой клей не применялся; были использованы только технологические винты; в таблице 5 прогибы для этого образца приведены в столбце, озаглавленном "Только механическое соединение" ("Mechanical Alone"). В другом образце соединения были подготовлены с использованием эпоксидной смолы Magnobond 56 A и B и технологических винтов; после затвердевания эпоксидной смолы технологические винты удалили, и образец подвергали испытанию, как и в предыдущих примерах; прогибы для этого образца приведены в таблице 5 в столбце под заголовком "Только клеевое соединение" ("Adhesive Alone"). Результаты также изображены графически на фиг. 30. Результаты испытания FR-555-01 в примере 4 повторно приведены в столбце, озаглавленном "Клеевое и механическое соединение" ("Adhesive & Mechanical"), в целях сравнения.

Из таблицы 5 и фиг. 30 можно видеть, что балка с соединениями, имеющими комбинированные клеевые и механические соединительные элементы, и балка с соединениями только на клее, более точно соответствовали модели балки с жесткими, или передающими момент, соединениями, чем модели балки с простыми опорами, или простыми соединениями по меньшей мере при нагрузках, которые давали отношение длины к прогибу (L/D), равное 180 или больше, то же характерно для ситуации при нагрузках, дающих меньшие значения L/D. При клеевом соединении и комбинированном клеевом и механическом соединении по существу не возникало никакого относительного смещения между балкой и колонной при нагрузках по меньшей мере с величиной, дающей отношение длины к прогибу, равное 180, то же имело место и при более высоких нагрузках. Кроме того, при монтаже градирни с такими соединениями до того, как клей затвердеет в процессе монтажа, монтажные соединения, содержащие механические соединительные элементы, монтажные элементы, балку и колонны, должны обладать способностью выдерживать нагрузки на балку величиной по меньшей мере до 1500 фунтов (6,672 кН), при этом прогиб балки не должен превышать 0,7644 дюйма (19,416 мм). После отверждения клея послемонтажные соединения, образованные отвердевшим клеем или связующим материалом, колонной, балкой и монтажным элементом, могут выдерживать нагрузки на балки, превышающие примерно 3700 фунтов (16,458 кН), при этом прогиб балки не превышает 0,7644 дюйма (19,416 мм). Послемонтажное, полностью выполненное клеевое и механическое соединение может выдерживать нагрузки на балки, которые превышают 3700 фунтов (16,458 кН), при этом прогиб балки не превышает 0,7644 дюйма (19,416 мм), и указанное соединение может выдерживать нагрузки большей величины, при этом прогибы более точно соответствуют модели балки с жесткими опорами, нежели модели балки с простыми опорами. В случаях обоих образцов - как только с механическим соединением ("Mechanical Alone"), так и только с клеевым соединением ("Adhesive Alone"), соединения разрушались раньше, чем балка. В случае образца с клеевым и механическим соединениями ("Adhesive and Mechanical") балка разрушалась при нагрузке 19500 фунтов (86,740 кН) без разрушения соединения.

Пример 6
Был подготовлен образец, в котором использовали две колонны 5x5, одну балку 5x5 и четыре монтажныe пластины из нержавеющей стали с толщиной листа 10. Испытываемый каркас монтировали, как и в предыдущих примерах, с использованием эпоксидной смолы Magnobond 56 A и B, технологических винтов и сквозных болтов. Испытываемый каркас испытывали при возрастающих нагрузках, измеряя прогиб балки в центре. В таблице 6 измеренные прогибы сравниваются с моделями с простыми и передающими момент соединениями, результаты расчета которых приведены в предыдущих примерах для балки 5x5.

Приведенные в таблице 6 результаты иллюстрируют различие по толщине или жесткости монтажного элемента. В каркас с монтажной пластиной из нержавеющей стали с толщиной листа 12 балка прогибалась меньше, чем балка в каркасе с монтажной пластиной из нержавеющей стали с толщиной листа 10, при нагрузках свыше 700 фунтов (3,113 кН).

Пример 7
Были подготовлены два образца, в которых были использованы две колонны 5x5, одна балка 5x10 и четыре монтажные пластины из волокнита толщиной в одну четверть дюйма (6,35 мм). Пластины из волокнита представляли собой обычные конструкционные элементы, включающие стекловолокна и смолу. В одном образце не использовали никакого клея; использовали только механические крепежные детали, или технологические винты; в таблице 7 прогибы для этого образца приведены в столбце, озаглавленном "Только механическое соединение" ("Mechanical Alone"). В другом образце соединения были выполнены с использованием эпоксидной смолы Magnobond 56 A и B и технологических винтов в качестве крепежных деталей; после затвердевания эпоксидной смолы технологические винты были удалены, и образец подвергали испытаниям при возрастающих нагрузках, как и в предыдущих примерах, измеряя прогибы при различных нагрузках. Прогибы для этого образца приведены в таблице 7 в столбце, озаглавленном "Только клеевое соединение" ("Adhesive Alone"). Не проводили никаких отдельных испытаний при комбинированных клеевых и механических крепежных элементах, как указано с помощью обозначения "N/A" в столбце, озаглавленном "Клеевое и механическое соединение" ("Adhesive & Mechanical"). Результаты также изображены графически на фиг. 31 и обозначены на этом графике как результаты испытания F7-9703 (Test F7-9703) и испытания F7-9704 (Test F7-9704). Прогибы модели для простых и передающих момент соединений были такими же, как и в примере 1.

Из таблицы 7 и фиг. 31 можно видеть, что при испытываемом соединении, в котором использовался клей, прогибы балки более близко соответствуют модели балки с жесткими, или передающими момент, соединениями, чем модели балки с простыми опорами или простыми соединениями, при нагрузках, которые давали отношение длины балки к прогибу (L/D), равное 180 или больше, а также при больших нагрузках, которые давали большие прогибы. При таком соединении не должно возникать никакого значительного относительного смещения между балкой и колонной при нагрузках по меньшей мере с величиной, дающей отношение длины балки к прогибу, равное 180. Более того, при строительстве такой градирни до отверждения клея механическое соединение должно обеспечить возможность создания монтажного соединения, которое может образовать опору для балки, несущей нагрузку по меньшей мере до примерно 8700 фунтов (38,700 кН), при прогибе балки менее 0,7644 дюйма (19,416 мм). После того как связующий материал отвердеет, отвердевший клей, монтажная пластина, балка и колонна могут образовать послемонтажное соединение, которое может обеспечивать опору для балки, несущей нагрузку около 10700 фунтов (47,596 кН), и при этом прогиб балки составляет не более 0,7644 дюйма (19,416 мм). В обоих случаях - и при образце только с механическим соединением ("Mechanical Alone"), и при образце только с клеевым соединением ("Adhesive Alone") соединения разрушались раньше балок.

Пример 8
Были подготовлены два образца с использованием двух колонн 5x5, одной балки 5x10 и четырех монтажных пластин из волокнита толщиной в одну четверть дюйма (6,35 мм). Пластины из волокнита представляли собой обычные конструкционные элементы со стекловолокнами и термоотверждающейся полиэфирной смолой. В одном образце не использовали никакого клея; использовали только механические крепежные детали или технологические винты; в таблице 8 прогибы для этого образца приведены в столбце, озаглавленном "Только механическое соединение" ("Mechanical Alone"). В другом образце соединения были выполнены с использованием эпоксидной смолы Magnobond 56 A и B и технологических винтов; после затвердевания эпоксидной смолы технологические винты были удалены, и образец подвергали испытаниям, как в примере 4; прогибы для этого образца приведены в таблице 8 в столбце, озаглавленном "Только клеевое соединение" ("Adhesive Alone"). Не проводили никаких отдельных испытаний при комбинации клеевого соединения и механических крепежных элементов, как указано с помощью обозначения "N/A" в таблице 8. Результаты также изображены графически на фиг. 32 и обозначены на этом графике как результаты испытания F7-9705 (Test F7-9705) и испытания F7-9706 (Test F7-9706). Прогибы модели для простых и передающих момент соединений были такими же, как и в примере 4.

Из таблицы 8 и фиг. 32 можно видеть, что подвергшаяся испытаниям балка, имеющая только клеевые соединения, более точно соответствовала модели балки с жесткими, или передающими момент, соединениями, чем модели балки с простыми опорами или соединениями, при нагрузках, которые давали отношение длины балки к прогибу (L/D), равное 180 или больше, а также при больших нагрузках, которые давали большие прогибы. При таком соединении не должно возникать никакого значительного относительного смещения между балкой и колонной при нагрузках по меньшей мере с величиной, дающей отношение длины балки к прогибу, равное 180. Более того, при строительстве такой градирни до отверждения связующего материала или клея механическое соединение между монтажной пластиной и балкой и колонной образует монтажное соединение, которое должно обеспечить возможность образования опоры для балки, несущей нагрузку по меньшей мере до примерно 2000 фунтов (8,896 кН), при прогибе балки не более 0,7644 дюйма (19,416 мм). После того как эпоксидная смола или другой связующий материал отвердеет, отвердевший клей, монтажная пластина, балка и колонны сами могут образовать послемонтажные соединения, которые могут обеспечивать опору для балки, несущей нагрузку около 3000 фунтов (13,345 кН), и при этом прогиб балки составляет не более 0,7644 дюйма (19,416 мм). В обоих случаях - и при образце только с механическим соединением ("Mechanical Alone"), и при образце только с клеевым соединением ("Adhesive Alone") соединения разрушались раньше балок.

Пример 9
Градирня была смонтирована в соответствии с настоящим изобретением и имела соединения, образованные механическими крепежными деталями, монтажными пластинами, колоннами и балками, до того как клей или связующий материал схватился или отвердел. Эти соединения могут быть охарактеризованы как монтажные соединения, и они представляли собой механические соединения, предназначенные для сопротивления расчетным нагрузкам на конструкцию. Расчетные нагрузки на конструкцию включают в себя постоянные нагрузки и временные нагрузки, причем постоянные нагрузки представляют собой те нагрузки, которые действуют по меньшей мере 70% времени, а временные нагрузки включают в себя более кратковременные нагрузки, такие, которые действуют со стороны льда, снега, персонала, оборудования, а также ветровые и сейсмические нагрузки.

Постоянная нагрузка на конструкцию, которую должны выдерживать механические или монтажные соединения, включает в себя вес самой балки и, в зависимости от продолжительности отверждения для клея, вес сухого наполнителя на уровне наполнителя градирни и вес системы распределения воды в сухом состоянии на следующем уровне, и вес настила покрытия, вентилятора и кожуха на следующем, более высоком уровне наряду с весом опорных перемычек. Например, при пролете размерами двенадцать на двенадцать футов (365,76 x 365,76 см) соединению необходимо будет выдержать половину веса балки, общий вес которой может составлять порядка 94 фунтов (418,133 Н). Перемычки могут быть относительно легкими, добавляя около 90-120 фунтов (400,34 - 533,786 Н) к нагрузке, в зависимости от числа используемых перемычек. И, если взять, например, наполнитель, имеющий плотность в сухом виде 2 фунта/фут³ (32,037 кг/м³), то уровень наполнителя высотой четыре фута (121,92 см) создаст нагрузку только около 864 фунтов (3843,26 Н). Что касается временных нагрузок на конструкцию, то, рассматривая сравнительно небольшую площадь поверхности балок и колонн, открытую для воздействия ветровых нагрузок перед добавлением наружного ограждения (обшивки) и составляющую порядка примерно 9,57 футов² (8890,82 см²) для балки 5x10, можно сказать, что ветровые нагрузки, равные 15-20 фунтов/фут² (718,205 - 957,606 Па), не будут заметно увеличивать любой прогиб. Любое из соединений, описанных под заголовком "Только механическое соединение" ("Mechanical Only") в примерах 2, 5, 7 и 8, будет способно создать опору для балки, несущей подобные нагрузки, и при этом прогиб балки не будет превышать 0,7644 дюйма (19,416 мм). При нагрузках порядка 1000 фунтов (4448,22 Н) совокупность используемых механических крепежных деталей должна обеспечить достаточную жесткость с целью предотвращения избыточного поворота соединительных элементов в месте соединения. Даже сейсмическая нагрузка 0,05g, например, в вышеприведенных примерах создаст нагрузку около 474 фунтов (2108,456 Н), действующую на каждое соединение, которая находится в пределах допустимых нагрузок механического или монтажного соединения.

Пример 10
Предполагалось, что на конструкцию градирни, построенную в соответствии с изобретением, будут действовать послемонтажные постоянные нагрузки, которые на уровне наполнителя включают в себя нагрузку от мокрого (влажного) наполнителя и веса перемычек и балок. На уровне распределения воды послемонтажные постоянные нагрузки включают в себя вес перемычек и балок и вес заполненной водой системы распределения воды с сепараторами капель. На уровне опорного настила послемонтажные нагрузки включают в себя вес балок, перемычек, настила покрытия, кожуха вентилятора, вентилятора, двигателя и перильного ограждения. Послемонтажные постоянные нагрузки включают в себя те нагрузки, которые, как ожидается, будут действовать в течение срока службы градирни или по меньшей мере в течение 70% данного срока. Послемонтажные временные нагрузки имеют более кратковременный характер, и на этих уровнях включают в себя ветровые нагрузки, сейсмические нагрузки и другие потенциальные кратковременные нагрузки, такие как нагрузки от льда, снега и вес персонала и оборудования. Все или некоторые из этих послемонтажных нагрузок рассматриваются как часть послемонтажной нагрузки, которую должна нести балка, и часть послемонтажного момента, действующего на жесткое соединение или передаваемого им. Типовые значения таких нагрузок для конструкции, аналогичной той, которая показана на фиг. 2-3, имеет пролеты 12x12 и каждая балка которой опирается на два соединения, могут охватывать представленный в таблице 9 диапазон значений.

Расчетные послемонжатные моменты в соединениях можно определить из диапазонов нагрузок, приведенных в фунтах. Следует понимать, что вышеуказанные значения приведены только в целях иллюстрации и что значения всех нагрузок и типы нагрузок могут изменяться в зависимости от таких факторов, как, например, географическое местоположение градирни. Более того, расчетные нагрузки от моментов сил в соединениях могут быть определены путем использования любого способа, применяемого в данной области. Расчетные моменты можно сравнить с допускаемыми моментами, действующими на соединения, чтобы установить, способны ли соединения выдерживать расчетные послемонтажные нагрузки.

Для определения допустимых моментов для различных испытываемых соединений с целью сравнения с ожидаемыми нагрузками можно использовать известные формулы, модели и программное обеспечение для ЭВМ. При одном способе оценки допустимых моментов для соединений можно использовать вышеприведенные данные и аналогичные испытания на прогиб при возрастающей нагрузке, при этом указанные данные о прогибах сравнивают с прогибами для моделируемой балки с передающими момент соединениями на ее концах. Из вышеприведенных примеров видно, что по меньшей мере до нагрузок, дающих отношения длины балки к прогибу, равные 180, прогибы балок были аналогичны прогибам моделируемых балок, опирающихся на передающие момент соединения. В тех случаях, когда полученные в результате испытаний значения прогибов в основном соответствовали прогибам модели, допускаемый момент для испытываемого соединения можно принять таким же, как и момент для модели. Поскольку во всех испытаниях монтажных пластин из нержавеющей стали полученные в результате испытаний значения прогибов точно соответствовали прогибам для модели при нагрузках, доходящих до величины, дающей отношение длины к прогибу, равное 180, и превышающих данную величину, допустимые моменты для этих соединений могут быть рациональным образом приняты равными значению момента для модели при этих нагрузках. Таким образом, если расчетный критерий отношения длины к прогибу для балки составляет 180 или более, такое соединение должно обладать способностью передавать момент близкой к аналогичной характеристике модели передающего момент соединения. Значения моментов для моделируемого каркаса с передачей моментов могут быть рассчитаны для нагрузки, дающей отношение длины балки к прогибу, равное 180, а также для нагрузок, дающих большие или меньшие отношения L/D.

В случае балки 5x5 в испытании FR-555-02 эта нагрузка составляла около 4660 фунтов (20,729 кН), давая момент около 56760 дюйм-фунтов (6413,017 Н•м), который был рассчитан с использованием программного обеспечения RISA-3D. В случае балки 5x10 в испытании РТ3-10/ЕРХ нагрузка при отношении L/D, равном 180, составляла 12800 фунтов (56,937 кН), что соответствовало моменту 88920 дюйм-фунтов (10046,607 Н•м), рассчитанному с использованием программного обеспечения RISA-3D. Такие соединения должны обладать способностью выдерживать потенциальные ветровые нагрузки, действующие на различные места рассматриваемой в качестве образца градирни, которые сопоставимы с диапазоном значений для этих расчетных нагружающих моментов в таблице 9, при этом конструкция не должна поперечно деформироваться, и в большинстве случаев не должны использоваться перекрестные связи. В некоторых местах в градирне, например, на уровне 44 забора воздуха перекрестные (крестовые) связи 140 можно использовать, как показано в варианте осуществления, изображенном на фиг. 5 и 6.

Как показано на фиг. 28-32, при некоторой нагрузке прогибы испытываемых балок начинают отклоняться от прогибов, ожидаемых для моделируемой балки, опирающейся на передающие момент соединения. По мере того как различия между измеренными величинами прогибов и величинами прогибов модели увеличиваются, соединение можно охарактеризовать как соединение, в меньшей степени подобное передающему момент соединению, и передаваемый момент уменьшается, хотя и предполагается, что соединение будет передавать некоторый момент в некоторых точках, где имеют место отклонения от модели с передающими момент соединениями. В соответствии с одним способом оценки допустимого момента для испытываемых соединений предусматривается определение разницы между измеренным прогибом и прогибом для модели с передающими момент соединениями. Рациональным образом можно предположить, что эта разница между измеренным прогибом и прогибом для модели с передающими момент соединениями относится к аналогичному различию между нагрузками, так что изменение нагрузки, приводящее к изменению прогиба, можно определить из графиков, показанных на фиг. 28-30, с помощью программного обеспечения, такого как RISA-3D, или из других источников. Эту разницу в нагрузках затем можно вычесть из нагрузки для модели с передающими момент соединениями, чтобы определить расчетную эквивалентную нагрузку, то есть часть нагрузки, которая, как можно предположить рациональным образом, создает момент в соединении. После этого можно рассчитать момент, используя рассчитанную эквивалентную нагрузку. Эту операцию выполняли для определения величин, приведенных в таблицах 10-12 и представленных в виде графиков на фиг. 33-35. На фиг. 33 представлены моменты, рассчитанные для соединений балки 5x10 при испытании РТ3-10/ЕРХ, и моменты для передающих момент соединений в модели балки такого же размера с передающими момент соединениями, и момент при отношении L/D, равном 180, который был определен исходя из нагрузки, дающей такой прогиб для модели с передающими момент соединениями. На фиг. 34 показаны моменты, рассчитанные для соединений балки 5x7 при испытании РТ4-7/ЕРХ, и моменты для передающих момент соединений в модели балки такого же размера с передающими момент соединениями, и момент при отношении L/D, равном 180, который был определен исходя из нагрузки, дающей такой прогиб для модели с передающими момент соединениями. На фиг. 35 показаны моменты, рассчитанные для соединений балки 5x5 при испытании FR-555-02, и моменты для передающих момент соединений в модели балки такого же размера с передающими момент соединениями, и момент при отношении L/D, равном 180, который был определен исходя из нагрузки, дающей такой прогиб для модели с передающими момент соединениями. В таблицах 10-12 в столбце, озаглавленном "Фактическая нагрузка" ("Actual Load"), приведена нагрузка, приложенная испытательной установкой. В столбце, озаглавленном "Момент для модели с передающими момент соединениями" ("Moment Model"), приведены моменты, рассчитанные для моделируемого передающего момент соединения при каждом значении нагрузки. В столбце, озаглавленном "Δ y", приведена разность между измеренным прогибом при каждой (приложенной) нагрузке и нагрузке для модели с передающими момент соединениями. В столбце, озаглавленном "Скорректированный прогиб" ("Adjusted Deflection"), приведен прогиб для моделируемого передающего момент соединения, уменьшенный на величину Δ y. В столбце, озаглавленном "Скорректированная нагрузка" ("Adjusted Load"), приведено значение нагрузки, которая давала бы "Скорректированный прогиб" в модели с передающими момент соединениями, причем эти значения нагрузки были определены с использованием программного обеспечения RISA-3D и из графиков зависимости прогиба от нагрузки. Используя это значение "Скорректированной нагрузки", рассчитывали величину момента, применяя программное обеспечение RISA-3D, причем рассчитанные значения моментов приведены в столбце, озаглавленном "Рассчитанный момент" ("Estimated Moment"). Аналогичную процедуру использовали для получения значений во всех трех таблицах (10-12) для балок 5x10, 5х7 и 5х5. Программное обеспечение RISA-3D также применяли для построения графиков на фиг. 33-35, показывающих рассчитанные моменты.

Эти рассчитанные моменты можно использовать для определения допустимого момента, действующего на соединения, во всем диапазоне ожидаемых нагрузок. Эти допустимые моменты можно сравнить с ожидаемыми моментами, чтобы гарантировать то, что послемонтажные соединения будут способны выдерживать по существу все расчетные послемонтажные нагрузки на соединения.

Следует понимать, что для расчета допустимых моментов для соединений можно использовать и другие способы. Как показывают таблицы и графики, соединения между колоннами и балками с размером 5, 7 и 10 дюймов (127, 117,8, 254 мм) имеют различные допустимые моменты, их можно использовать в разных местах в конструкции градирни и они должны обладать способностью нести ожидаемую нагрузку от момента и передавать моменты колоннам, которые противодействуют боковым нагрузкам или поперечной деформации конструкции. Кроме того, при таких жестких соединениях конкретное расчетное значение L/D для балки может иметь место при более высоких нагрузках, чем у балки с нежесткими соединениями.

Для специалистов в данной области также очевидно, что испытания, модель и расчеты могут быть более или менее сложными и что методы, которые были использованы для получения данных в таблицах и для построения графиков в данном случае применения, могут быть скорректированы с целью учета погрешности эксперимента и других факторов, а также изменения модуля упругости балок при изменениях нагрузки. Кроме того, некоторые из результатов испытаний (табл. 10) показывают прогибы, которые меньше прогибов для моделируемого передающего момент соединения, то есть имеет место ситуация, которая нереальна; в вычислениях и расчетах могут быть выполнены некоторые корректировки с целью учета подобных отклонений.

Несмотря на то что эти испытания проводились при вертикальном нагружении балки, а не при боковом нагружении, которое ожидалось бы, например, в условиях ветра, предполагается, что испытания дают разумную оценку допустимого момента, действующего на соединения как вокруг горизонтальной, так и вокруг вертикальной осей. Для оценки допустимых моментов для соединений при боковом нагружении, а также при вертикальном нагружении можно использовать другие испытания, оценки (расчеты) и формулы.

В некоторых из вышеописанных примеров были проведены сравнения между испытываемыми соединениями и моделируемыми соединениями как с простыми опорами, так и с передающими момент соединениями. Эти сравнительные результаты показывают, что подвергшиеся испытаниям балки с соединениями только на основе клея и балки с соединениями, имеющими как клеевое сцепление, так и механические крепежные детали, более точно соответствуют моделям с передающими момент соединениями, чем моделям с простыми опорами, до определенных нагрузок, и что эти нагрузки, как правило, превышали критериальные значения, такие, например, как нагрузки, соответствующие минимальному отношению L/D для балки. Отношение L/D для балки может составлять 180 или быть равным какой-либо другой величине, как очевидно для специалистов в данной области. Следует понимать, что некоторые из примеров представляют собой (только) один способ иллюстрации того, что показанные соединения являются передающими момент соединениями; для определения того, является ли соединение передающим момент, то есть является ли оно жестким, могут быть использованы другие модели, методы моделирования, формулы и измерения и параметры. Например, если угол между балкой и колонной в соединении в конструкции является в основном постоянным при расчетных нагрузках, то соединение представляет собой жесткое, передающее момент соединение с точки зрения целей настоящего изобретения. Кроме того, если соединение между балкой и колонной включает в себя монтажный элемент, приклеенный как к балке, так и к колонне, и балка выдерживает (несет) свою расчетную постоянную нагрузку, и при этом прогиб балки существенно не превышает прогиб моделируемой балки с жесткими опорами и отсутствуют несущие нагрузку перекрестные связи между колонной и балкой, образующими соединение, то соединение можно считать передающим момент соединением. Как очевидно для специалистов в данной области, другие критерии также могут быть использованы для определения того, является ли соединение по существу передающим момент соединением.

Несмотря на то что были описаны только определенные варианты осуществления изобретения, очевидно, что могут быть выполнены различные дополнения и модификации изобретения, и могут быть выбраны различные альтернативы. Следовательно, назначение приложенных пунктов формулы изобретения состоит в том, чтобы охватить все подобные дополнения, модификации и альтернативы, которые могут находиться в рамках фактического объема изобретения.

Реферат

Изобретение относится к области строительства, в частности к градирням. Технический результат изобретения - повышение устойчивости к боковому смещению при одновременной минимизации количества и типов деталей и ограничении числа горизонтальных связей. Градирня имеет каркас из армированного материала. В местах соединений элементов каркаса предусмотрены передающие момент соединения. Передающие момент соединения выполнены путем крепления элементов к монтажной пластине с помощью связующего материала. Монтажная пластина может удерживаться на месте механическими крепежными деталями, которые выдерживают монтажные нагрузки, пока не отвердеет связующий материал. Монтажная пластина, колонны, балка и механические крепежные детали образуют монтажные соединения, которые способны выдерживать монтажные нагрузки до тех пор, пока не отвердеет связующий материал. Монтажная пластина, колонны, балка и отвердевший связующий материал образуют послемонтажные соединения, которые способны передавать моменты от балок к колоннам и способны выдерживать послемонтажные нагрузки на соединения. Послемонтажные соединения также могут включать в себя механические крепежные детали. Прогибы балок с послемонтажными соединениями в большей степени аналогичны прогибам моделируемой балки с передающими момент соединениями, чем прогибам моделируемой балки с простыми опорами. 2 с. и 8 з.п. ф-лы, 12 табл., 35 ил.

Формула