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岩土研究院

【加固纠偏工程案例】热电厂除尘器支架梁柱裂缝加固处理

22 2023-09-04 10:54:36

济南某热电厂钢筋混凝土框架结构除尘器支架(以下简称支架),南北长16m,东西宽10.5m,

共5层,总1.80m。在标高18.20m平台上砌有16个内径1500mm、壁厚400mm的花岗岩罐体。

设计要求支架21.80m顶板与花岗岩罐体同时施工。该项工作结束后,发现支承罐体18.20m平台的3榀框架主梁(断面600mm×1100mm)发生严重裂缝,其中以中跨梁最为严重,裂缝多达15道,缝宽0.20~0.37mm。梁两侧面及梁底均出现裂缝,且波及到框架柱上。

经分析,裂缝原因为将原金属除尘设备改为花岗岩简体除尘,框架梁荷载少算30%,梁内钢筋少配56%所致。


1、加固原理


由于梁出现裂缝并下垂,在保证结构安全,满足使用功能,缩短工期和尽量减少经济损失的原则下,决定在严密的监控下对开裂的梁中部加支柱,进行垂直顶升,使原结构由单跨梁形式改变为双跨连续梁(计算跨度值减半),以减小跨中弯距。顶升时采取应力与变形双控制,使裂缝尽可能闭合,并使构件在允许范围内工作。要严格控制回缩量,以防因负弯矩作用而使梁产生反拱而裂缝。


2、加固施工顺序


加固施工顺序为:临时支撑18.20m和21.80m梁;钢筋混凝土基础梁施工→逐层梁内打膨胀螺栓,各层楼板、漏斗板打洞,型钢柱制做,焊钢牛腿→吊装、拼装型钢柱就位→预应力顶升,锚定钢板→焊各层梁侧钢板,千斤顶卸荷→楼板与漏斗补洞→密封梁裂缝→框架柱封钢板加固。


3、框架梁加固


3.1、临时加固措施

因荷载已全部加上,为防止意外,确保加固过程中的安全,对标高18.20m和21.80m的梁用6根φ200mm钢管加铁模进行临时顶撑。


3.2、钢筋混凝土基础梁施工

在①、②、③轴梁下两侧开挖标高为-l.30m至-2.50m的基槽,设置6道C30钢筋混凝土基础梁,梁端分别搁置于F与G轴的原基础承台顶面上,中跨梁(JL-1)1800mm×500mm,边跨梁(JL-2)1200mm×500mm,以该梁作为型钢支柱顶撑的支承点,混凝土强度>80%设计强度时方可加荷。


3.3、

型钢柱制作在工厂制作6根45号工字钢柱,每根长18.40m,分两节。连接件为钢板,用螺栓固定。梁底和梁侧焊制U形钢板当承托件。在F~G轴接近跨中部位,每榀大梁的两侧打M20膨胀螺栓,并逐层将楼板、漏斗板打洞。


3.4、型钢柱安装

利用三角架、倒链逐层吊装钢柱。每柱为两节,连接处用400mm×320mm×20mm钢板加M20螺栓固定。中心线垂直校核无误后,将各层框架梁处固定结点的三角钢板焊牢,与钢柱暂不施焊,与框架梁侧的间隙用钢板模紧。I45与框架18.20m梁底的U形钢板焊好。每梁的2I45用〔20横向焊接连为一体,以免钢柱垂直受力时侧向失稳。型钢柱的下部焊制钢牛腿。


3.5、型钢柱顶升

型钢柱全部安装完毕并经验收后开始顶升。型钢柱分中跨、北、南边跨共6根,设6台千斤顶于-1.30m基础梁的顶面上。中柱用2000kN油压千斤顶2台,两边柱用1000kN油压千斤顶4台,均对称安置于柱侧钢牛腿的下面,6块60MPa精密压力表配套使用。在统一指挥下,同时加荷顶6个钢牛腿,带动钢柱上升,顶三榀混凝土框架梁。

千斤顶加荷以前,在每榀大梁的梁底,自西向东安装3块百分表,用以监测18.20m层框架梁的回缩变形。

为保证3榀框架梁、6台千斤顶同步顶升,设总指挥1人持对讲机指挥千斤顶加荷与梁回缩变形监测人员。

顶升荷载分7级进行,中跨柱每级200kN,边跨柱每级100kN,中柱的每台千斤顶每级加荷100kN,边柱每台每级加荷50kN。第一级加荷后,停1h,以后每次加荷后,停30min。这期间,分别用千分表、刻度放大镜和水准仪密切观察花岗岩筒体、楼层顶面的变形、L梁裂缝的闭合和梁挠度的回升,认真做好记录,必要时,暂停加荷进行分析、研究。然后,再加下一级荷载。

当中跨柱加荷至1000kN,边跨柱加荷至500kN时,开始五层梁底至四层顶面安装φ200mm、壁厚5mm的小钢柱。柱脚、柱帽处垫双层16mm厚钢板,板间对称打人模铁进加固。继续加荷,当中跨钢柱加荷力达l400kN,边跨钢柱至700kN时,裂缝累计回缩量已达0.035~0.195mm,五层的小钢柱也都吃紧力,已达到了钢柱顶升和框架梁加固的预期目的。此时停止加荷,对全部梁的各部位进行全面检查。

在千斤顶继续承载的情况下,将6柱的柱脚钢垫板同时焊牢。在统一的指挥下,各台千斤顶共分7级进行卸荷。


3.6、加固善后工作

荷载全部卸完后,将各层梁的侧三角钢板与I45焊牢(图9-l9-5)。各层楼板洞及漏斗壁补扎钢筋,用C35膨胀混凝土将其补好。所有外露铁件用红丹打底,刷铅油2度。地面以下柱脚用C20混凝土浇筑成矩形,将地面以上钢牛腿割掉,用C20混凝土做成方柱脚,以保护钢结构。

加固工作完成7d以后,梁的变形己稳定。此时用环氧树脂胶泥将所有裂缝做封闭处理,梁面抹20mm厚1:2.5水泥砂浆保护层。

框架柱的断面为700mm×700mm。根据裂缝伸展的长度,中框架柱加固高度为l.50m,边框架柱为l.l0m,分以下步骤进行:

(1)用高压泵将环氧树脂注入裂缝。

(2)柱四面抹20mm厚l:1水泥砂浆。

(3)有裂缝的两个侧面,间隔300mm打Ml6膨胀螺栓。

(4)四面包20mm厚钢板(螺栓部位提前钻孔),两侧加槽钢拧螺栓临时固定,拧紧M16膨胀螺栓。

(5)钢板交接处分期分段对称施焊,注意防止因温度应力引起钢板变形。焊接全部完成后,再将槽钢拆除,钢板刷防锈漆二道。

该热电厂除尘器支架框架梁、柱的严重裂缝通过处理,仅用26d时间,投入了较少的人力、物力和资金,满足了使用功能要求。在超载30%的情况下,一次加固获得成功。电厂当年投入运行,投产后至今使用正常,未发现任何不良现象。