浅谈火电厂混凝土框架结构改造及加固

浅谈火电厂混凝土框架结构改造及加固

王群

（广州天丰电力工程设计有限公司广东广州510000）

摘要：在地震作用下，火电厂混凝土框架结构会发生变形，影响整体的抗震性能、受力性能。而且，现有的燃煤机组，也无法满足脱硝装置荷载。因此，结合实际对其进行改造和加固非常重要。本文结合工程案例，分析了火电厂混凝土框架结构改造及加固设计方案，为日后工作提供参考。

关键词：火电厂；混凝土框架结构；改造；加固

随着节能减排理念的实施，各行业开始严格限制氮氧化物的排放浓度，以减少资源浪费，保护生态环境。火电厂作为国家的基本设施，除要响应节能减排号召外，还能对燃煤发电机组进行SCR脱硝改造，从而满足环保部门的烟气排放要求。但是从当前来看，现有的土建结构无法满足新增设施荷载，尤其是燃气锅炉后的框架结构，这就要求对框架结构进行加固和改造，以满足SCR工艺脱硝要求，现从以下几点探讨火电厂混凝土框架的改造加固方案。

1、工程案例

1.1案例

某火电厂有2台600MW燃煤机组，送风机检修支架为2层钢筋混凝土框架，使用柱下独立的基础，由梁柱体系组成，上部框架柱、梁使用C35混凝土，支墩、基础梁、基础为C25混凝土，垫层为C10混凝土。依据建筑抗震规范，结构的抗震等级为二级，环境类别二b类。结合勘察资料，厂区为中硬场地土，类别为II类，地震动反应谱周期0.4s。

1.2改造加固要求

火电厂的脱硝改造要求是，在送风机的检修支架上增加SCR脱硝设施，在原有支架顶部增加框架，其设备荷载、脱硝平台直接作用于送风机支架上方。考虑到荷载增加后的结构内力高于框架结构承受力，因此需要对送风机支架、基础进行加固。

2、火电厂混凝土框架结构改造加固设计方案

2.1加固方案

由于原结构设计荷载小于脱硝装置增加后的荷载，常规的加固方法很难在有限空间内，提高结构承载力。根据现有结构的鉴定结果，及装置增加后的承载力分析，考虑到施工现场条件、工艺要求，综合比较加固方案的可行性，得出此结论：加大基础底面，在承重构件钢板注浆。

2.2承载力计算

SCR脱硝结构框架的柱脚和框架柱中心重合，上部结构分布均匀，除要纳入框架柱的强度外，还要充分考虑外包钢板、灌浆料。对加固柱的承载力进行计算时，不但要考虑材料强度，还要考虑材料使用率及工作性能，从而得出最终的承载力计算公式：

其中，Ф表示受压稳定系数，可根据加固构件截面尺寸、混凝土结构规范使用。α表示新增钢板的强度系数，和外包钢板、结构锚固连接情况相关，通常不能超过0.6。β表示混凝土、灌浆料的工作系数，和构件、灌浆料交接面相关，要求取值不能超过0.9。

2.3加固前后承载力比较

通常情况下，在混凝土框架结构改造加固中，所用灌浆料强度等级应为C40，钢板强度为Q345B级。结合上述的计算结果，发现：部分轴压比超出规定范围，荷载效应、构件抗力也不符合要求[1]。本加固方案实施后，各构件承载力均提高。另外，还要在加固设计中考量构造措施，确保改造加固后的结构承载力符合设计要求。

3、火电厂混凝土框架结构改造加固施工工艺

3.1框架柱包钢加固

火电厂送风机检修支架高16.9m，沿着柱高范围的部分框架柱，周围紧邻一次风机烟道、风机烟道等设备，严重限制柱的加固范围，无法加固部分柱顶烟道。考虑到施工工艺对土建加固的限制，结合施工现场加固技术的有效性、工期要求，使用无须增加截面，而提高承载力的外包钢板加固法。结合新增钢架柱脚位置，先加固和上方柱脚相连的框架柱。结构构件无法满足承载力要求时，再结合构件位置、现场工艺补充框架柱，直到每个构件内力都符合要求。

3.2节点加固

由于节点内力状态复杂，所以在改造加固方案设计期间，需要考量构造措施的合理性，以满足节点构件的抗震需求。需注意的是，应在加固构件材料节点处拼接、开口，一方面保证连接的可靠性，发挥实用价值。另一方面，在有限范围内环绕节点形成闭合体系，预防漏浆现象的发生。

3.3柱下独立基础加固

第一，基础底面增大。分析得知，火电厂土层土质良好，基础、地基未出现沉降或倾斜。对此，可使用加大基础底面的方式对独立柱基础加固处理。依据新增框架柱脚的传递线路，改造加固设计过程中需要明确待增大截面的独立基础。基础构造、施工条件满足要求时，应明确加固基础位置和总量，逐步优化设计方案。

第二，连接构件布置。为满足加固柱、加固基础的传力、连接要求，应在方案设计时，在原混凝土顶面设置锚栓、植筋，以加固底部钢板。混凝土浇筑结束前，在新增基础上预埋钢板。此外，还要精准定位连接钢板，其可靠性、准确性是钢支撑、框架柱加固、传力的重要保障[2]。

3.4钢支撑加固

第一，布设位置。在构件满足荷载力要求时，为增强结构的抗变形能力、抗震能力，需要在相邻框架柱布设钢支撑构件。具体设计中，应结合空间状况布设，因为管道穿过、设备使用等，会占据相应位置，影响支撑效果。

第二，连接构造。原结构构件、加固构件需要紧密连接，通常从后锚式、预埋式加固着手。其中，后锚式连接板可在植筋后，钻孔和未加固的梁柱固定，应提前明确钢筋位置。预埋式连接板据可经由梁柱、螺栓，使用强度较高的灌浆料定位成型，需注意开洞位置和尺寸。

4、关键技术和经验

和新建工程相比，改造加固工程的特征表现为原有结构和新增材料、构件的可靠连接。一般来讲，设计人员多在设计加固方案时，忽视实际工作中可能遇到的问题，未认真考虑细部构造，导致设计方案不符合要求，影响最终的加固效果。基于此，需要结合工程设计和经验进行讨论，便于优化和改进关键的加固改造技术。

第一，外包钢板技术。为确保新旧混凝土连接可靠，应在原混凝土的凿毛基础上，提前在柱身进行植筋处理，使用外包钢板加固时，提前开孔定位，然后再焊接拼装。根据工作经验，钢板的拼接高度不能超过2m，如果单纯的为了减少钢板分段数量，而使用超高的钢板，不仅无法兼顾钢板焊接、对孔等缓解，还会导致钢板变形，影响加固效果。

第二，柱顶连接技术。新增钢板底部直接嵌于顶面，确保两种构件紧密连接。由于顶部钢筋密集，内部连接空间不足。加之肋板、钢板占据柱顶的大部分空间，在投影范围内很难实现加固处理。这种情况下，可在结束柱顶包钢之前，在钢板、原框架柱周围埋设锚栓，然后再焊接外包钢板、底部钢板。此操作不但能满足受力需求，还能降低施工难度。

第三，植筋技术。植筋操作分为钻孔、固化、插筋等环节，施工难度大，无法保证锚固效果。对此，需要在钻孔前探测钢筋位置，预防受力筋破损。按图纸规定植筋间距，并结合实际调整间距和位置[3]。植筋过程中，除要确保其深度满足要求外，还要结合构件类型明确受力状态，禁止整个工程使用同一深度，以免增加工程量。此外，为保证连接效果，混凝土、胶黏剂需要达到养护时间，预防植筋扰动影响施工质量。

结语：

虽然我国所开展的火电厂项目积累了丰富经验，但是总体上仍执行普遍的技术流程。本文结合类似工程，阐述了前期设计到改造施工的整个过程，重点分析了承重构件的加固方案、施工工艺，总结了关键技术要点，为后续工程的顺利施工提供保障。

参考文献：

[1]刘海涛.大型火电厂主厂房框排架结构弹塑性时程反应分析[J].房地产导刊，2017，14（6）：140.

[2]蒙胜柱.火电厂主厂房少墙型钢筋混凝土框架结构变形与受力分析[J].中国科技纵横，2016，29（13）：117-117.

[3]赵杰，杨熙，刘飞飞，等.混凝土加固技术在电厂脱硝工程中的应用[J].产业与科技论坛，2016，15（11）：58-59.