宝鸡峡水电站排架柱加固技术 Microsoft Word 文档

/水电站主厂房钢筋混凝土排架柱加固设计与施工刘贵雄(宝鸡峡引渭灌溉管理局咸阳712000)1引子宝鸡峡林家村水电站主厂房跨度16m,长度4３m.排架下柱截面尺寸１000mm×400mm(高×宽）,上柱（牛腿以上)截面尺寸50０mｍ×400ｍm（高×宽），上下游排架柱的上柱标志空间水平距为１5.0m．而桥式起重机到货后发现桥式起重机钢梁的总长也为15m，这样将导致桥式起重机无法安装运行。究其原因是当初桥式起重机选型时Lk偏大，依据有关标准图桥式起重机跨度Lk最大不应超过14.5m，才能满足预制吊车梁安装、混凝土回填及桥式起重机运行的基本要求。根据银川起重运输机械厂的资料，桥式起重机与上柱空间尺寸最小要保证80ｍm，为了能使桥式起重机安装运行,保证电站施工工期,经研究决定将上柱桥式起重机运行影响区段的混凝土切割14０mm，加固后保证1２0ｍm，以满足桥式起重机运行的基本空间尺寸要求.2加固方法的确定2.1加固方法混凝土结构加固方法有加大截面加固法、外包钢加固法、预应力加固法、改变结构传力途径加固法、外部粘钢加固法、粘碳纤维加固等多种方案.结合本工程实际，在方案选定时，对比了加大截面加固、粘钢加固和湿式外包钢加固等三种方案.2。１.1加大截面法主厂房排架柱属受压构件,采用加大截面加固法，是在４００（宽度)方向上每边增加2０0mm，使这柱断面尺寸增大为400ｍm×8０0mm,重新在发电机层高程以下的基础墙上植筋立模浇混凝土，该方法可以弥补上柱削弱后柱的刚度、强度，造价也不高，但其缺点是植筋多（１８×8＝14４根），浇混凝土困难，施工周期长，远远不能满足电站机组安装的要求。２。１．2粘钢加固法粘钢加固或粘结碳纤维布加固法适用于受静力作用的一般受弯及受拉的梁板柱构件,不适宜于上柱加固。2。１.3湿式外包钢法即在柱四周包以型钢的加固法，能大幅度地提高承载力，尤其适用于这种柱截面削弱较多的情况,费用虽然较多，但施工周期短,最后决定采用此方法加固，涉及上、下游共18个排架柱。2。2加固原则确保工程安全，确保正常使用,确保不留后遗症。２。2。１从工程安全考虑，加固应满足刚度和强度两个条件,因为切除14０mm,相当于减少2８%的截面，采用湿式外包钢加固可以大幅度提高刚度和强度，为了使切除段的应力平缓过渡至上下原柱段，外包角钢应分别向上、向下各延伸1000mm.这样有助于防止脆性破坏，可以提高结构的延性。２.2.2从保证正常使用考虑，要满足桥式起重机运行过程中的侧向移动幅度,切勿发生碰撞以免引起安全事故.厂家要求的最小尺寸为80ｍm,这是考虑了抹灰后的净尺寸，考虑注胶粘钢厚度，以保证日后的正常使用。因此,这次切除厚度按14０mｍ考虑，实际空间尺寸大于12０ｍｍ。3、加固段柱的受力机理3．1钢筋混凝土柱外包型钢加固，即湿式外包钢加固，在以环氧树脂化学灌浆等方法粘结时,结合面剪力能有效传递。3.2在未加固段内力全部由钢筋混凝土柱承担，即:内力＝混凝土+钢筋1+钢筋2钢筋1、钢筋2分别代表截面两侧的配筋。3．3在加固段上部１00０mｍ范围内,内力由钢筋混凝土与外包型钢共同承担,这时型钢已分担由粘结材料传递过来的内力,且沿长度逐渐增加，即：内力=混凝土+钢筋1+钢筋２—+型钢+型钢即：外包的４∠1４０×12角钢进入这个区段,内力已发生了重分布，即一部分传给了外包型钢。3。４在切除混凝土的柱段内,近１/3混凝土切除，钢筋２截断，截面削弱较多，内力发生重大变化。这时相当一部分内力将由外粘的钢板及型钢承担，即:内力＝混凝土0+钢筋1＋外粘槽形钢板+型钢1槽形钢板即:长度2×100+４2０的厚12mm的切割侧加固钢板。型钢１:未切割侧的通长加固角钢。3．5在加固段下部1.0m范围内,内力由钢筋混凝土和型钢共同承担，这区间柱断面400×5０0沿长度混凝土柱承担的内力逐渐增加直至１．0m以外，内力全部由混凝土柱承担。即：内力=混凝土+钢筋1＋钢筋2+＋型钢－注:＋表示内力在区间内延长度增加－表示内力在区间内延长度减少４、刚度及强度复核4．1截面刚度复核排架上柱截面：bh=４00mm×500mm对称配筋8φ25钢筋面积Ａs′＝392５ｍm2惯性炬：I=１／12ｂh3=4。1６×１09混凝土强度等级C2０弹性模量ＥC=2。５5×104Ｎ/ｍｍ2则原截面刚度:EＣＩ=2.55×104×4.１6×1０９=1。061×101４N·mm2切割后截面尺寸：bh′=400mｍ×3６０mｍ惯性炬：I′＝1/12bh′3=１。5５×109切割后的截面刚度：EＣＩ′＝２．55×1０4×1.5５×10９=３.95３×101３Ｎ·mm２由此可见,截面高度ｈ切割140mm后，截面刚度减少了37％，故须加固以恢复上柱的截面刚度，如图所示,在柱内侧粘(100+4２0＋１00）×１2，高度１0０0mm的Q２35钢板,截面面积Aa＝７44０mm2,柱外侧包型钢2×∠140×1０等边角钢，截面面积Aａ′＝５4７4mm２，型钢弹性模量Ea＝2．１×1０５N/mm2,则加固后柱截面刚度:EI=ECＩ′+０.5ＥａＡaa2＝3.953×1０13+0.5×2。1×１０5×744０×3６0２＝１.407×1014Ｎ·ｍm2＞1.０61×1０1４N·mm２所以采用此法加固后截面刚度大于原柱的刚度,从而满足了设计要求。４．2截面强度复核４．2．１排架上柱正截面承载力：fc=10Ｎ/mm２Ac=ｂｈ＝4０0×500mｍ２As′＝３９25ｍm2Fｙ′＝210N/m２按轴心受压考虑，则承载力:Ｎ＝fcＡc+As′Fy′＝10×４０0×５00＋3925×21０＝2．82×10３ＫＮ4.2.2切割加固后正截面承载力Ａs′＝400×36０则承载力：Ｎ＝fcAc′+0.９×(１/2As′＋Aa)Fy′(注：０。9为折减系数）＝１0×400×360＋0。9×（1／2×3９25+7４4０)×2１0=3。２2×103KN＞2.８2×１03KN由此可见,加固后柱正截面承载力大于原柱承载力，故满足了设计要求。综合以上刚度和强度的复核,可以认为排架上柱切割后通过上述加固方法满足了原设计对刚度和强度的要求，同时又解决了桥式起重机行走空间尺寸不足的问题。5、施工方案5．1施工流程切除混凝土切除混凝土柱面处理钢件处理压力灌浆加温保护钢件固定焊接封缝5．２具体施工方法5．2。1应在欲切除的位置精确划线，保证切除内柱距桥式起重机轨道中心距离，勿以柱子内侧直接量取尺寸。５.2。2混凝土切除工艺应采用无损切除技术，以避免对保留部分的扰动和破坏,不得采用人工凿除方法。切割按照从上至下的顺序进行,混凝土用水钻孔切割，切割时应注意安全,柱下禁止站人。切割后的曲牙根据使用要求进行剔凿磨平，使切割面基本平整。5.2.3钢筋混凝土面基层处理及钢件加工制作混凝土面必须打磨平整，宜用角磨机把柱四角磨出小圆角，以保证角钢与圆柱吻合接触;混凝土面打磨要求磨去混凝土老化层、油污、灰浆等，以保证钢件与混凝土结合，有利于钢件、混凝土共同工作；钢件打磨要求去除表面锈痕,光泽如新.清理时，用压缩空气吹净混凝土表面，并用甲苯或丙酮擦拭混凝土和钢件上的锈痕、灰尘等,并清洗螺栓以备待用。钢件和混凝土经处理验收合格后预贴，其垂直度偏差在5mm以内。固定采用专用或临时卡具.５.2。4焊接、封堵外包钢加固,缀板搭接焊于角钢上，按设计要求在柱角钢上放置缀板焊接位置,并注明缀板宽度、长度及编号。施焊时保证灌注缝隙不小于3ｍm，不大于１0ｍm.焊接时要保证焊接位置,焊接必须符合设计要求.待焊接完毕后用环氧胶泥将钢件周围封闭，封堵时要密实,待胶泥安全固化后，在封缝表面涂洗洁剂,用气泵供压,压力0。２～0．3Mｐa，接通注胶孔,检查封缝是否漏气。如有，用胶泥补封其密实。５．2。５灌浆、养护灌注采用专用压力灌浆机，灌注时应由上向下进行，开始时应注意观察、逐渐加压，不能骤然加压.灌注过程中要使压力始终保持在0.2～0.３Mpａ。一旦出浆孔出浆，立即关闭阀门。这时钢构套内的浆液不一定十分饱满,还会有吸浆现象，因此在出浆后，再以较低气压维持1０秒钟以上方可停止灌注,并用高树脂胶泥堵孔。灌浆工作结束后,应立即拆除管路设备，并用丙酮洗管路和设备,灌注后不应对型钢进行锤击、移动、焊接。6、结束语本次加固虽然解决了排架柱强度