補(bǔ)償張拉和吊運(yùn)蝶閥對(duì)已加固廠房的影響

何國(guó)偉，王洪洋，李 平，宋麗麗

（1.中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司科學(xué)研究院，吉林長(zhǎng)春130061；2.遼寧碧海環(huán)境保護(hù)工程監(jiān)理有限公司，遼寧 沈陽(yáng)110031；3.中國(guó)水利水電建設(shè)工程咨詢西北公司，陜西西安710075）

1 工程概況

豐滿發(fā)電廠一期廠房7，8號(hào)機(jī)屋面兩榀鋼架下弦桿發(fā)生斷裂破壞，對(duì)電廠的正常運(yùn)行帶來(lái)嚴(yán)重影響，故于2009年1月中旬對(duì)7，8號(hào)機(jī)及左右的四榀鋼架采取錨索應(yīng)急加固處理，以此來(lái)控制受損的鋼架可能產(chǎn)生的擴(kuò)大破壞或整體結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。應(yīng)急加固施工于2009年1月28日結(jié)束。

經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行監(jiān)測(cè)，通過(guò)對(duì)各項(xiàng)觀測(cè)數(shù)據(jù)的整理分析，加固后的廠房結(jié)構(gòu)處于穩(wěn)定狀態(tài)；根據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)的變化情況，張拉錨索發(fā)生較小松弛量，同時(shí)為了保證廠房7號(hào)機(jī)組進(jìn)水蝶閥吊運(yùn)安裝工作順利進(jìn)行，于2009年3月1日對(duì)此前張拉的錨索進(jìn)行了補(bǔ)償張拉，對(duì)錨索之前產(chǎn)生的松弛量給予了一定程度的約束，為蝶閥吊運(yùn)提供了前提保障；在補(bǔ)償張拉及吊運(yùn)蝶閥期間各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目均取得了多組有效數(shù)據(jù)，特別對(duì)重點(diǎn)時(shí)段進(jìn)行了觀測(cè)數(shù)據(jù)采集，為指導(dǎo)下一步加固施工和進(jìn)一步分析其穩(wěn)定狀況提供了充分的依據(jù)和詳實(shí)的基礎(chǔ)資料。

2 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及目的

為保證重達(dá)94.5t的7號(hào)機(jī)組進(jìn)水蝶閥吊運(yùn)安裝工程順利進(jìn)行，決定對(duì)重點(diǎn)部位的已張拉錨索進(jìn)行補(bǔ)償張拉。除了保持原有的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目?jī)?nèi)容外，在錨索補(bǔ)償張拉前在2，3號(hào)兩榀鋼梁的中部各安裝4支鋼索計(jì)，用于計(jì)算和控制錨索張拉的實(shí)際噸位，保證廠房結(jié)構(gòu)安全。針對(duì)錨索張拉噸位控制以及吊運(yùn)蝶閥過(guò)程中的數(shù)據(jù)變化，及時(shí)掌控廠房結(jié)構(gòu)的安全狀態(tài)。所有各項(xiàng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目觀測(cè)結(jié)果相互印證，能正確地、有效地了解分析廠房在大負(fù)荷狀態(tài)下的變化情況。具體監(jiān)測(cè)項(xiàng)目如下：

a）廠房邊墻收斂變形觀測(cè)。監(jiān)測(cè)鋼架錨索在張緊過(guò)程中的廠房邊墻和小立柱變形情況，控制錨索的張緊力。

b）廠房邊墻傾斜觀測(cè)。監(jiān)測(cè)鋼架錨索在張緊過(guò)程中的廠房邊墻和立柱的傾斜情況，以此判斷廠房結(jié)構(gòu)的安全狀態(tài)。

c）鋼屋架應(yīng)力應(yīng)變觀測(cè)。監(jiān)測(cè)鋼屋架在錨索張緊施工過(guò)程中的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)，控制錨索的張拉力。

d）錨索應(yīng)變觀測(cè)。在錨索張緊施工過(guò)程中，根據(jù)錨索上的鋼索計(jì)的測(cè)值變化情況來(lái)判斷錨索的松弛量。

e）宏觀調(diào)查。在施工區(qū)域的廠房上下游邊墻，立柱、鋼屋架等進(jìn)行人工巡視和宏觀調(diào)查，調(diào)查墻體、立柱表面施工前后有無(wú)新的裂縫，鋼架有無(wú)變形，施工時(shí)有無(wú)聲響等異?，F(xiàn)象，以補(bǔ)充觀測(cè)儀器的不足和避免施工過(guò)程中發(fā)生意外。

3 監(jiān)測(cè)工作內(nèi)容及布置

3.1 工作內(nèi)容

根據(jù)前段時(shí)間觀測(cè)結(jié)果，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，本次安全監(jiān)測(cè)為控制錨索補(bǔ)償張拉噸位及觀測(cè)、控制蝶閥吊運(yùn)對(duì)已加固廠房鋼梁結(jié)構(gòu)造成的影響。監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括廠房上下游邊墻的收斂變形觀測(cè)、錨索受力應(yīng)變觀測(cè)、鋼屋架桿件的應(yīng)力應(yīng)變觀測(cè)、廠房上下游墻體及立柱的傾斜度觀測(cè)。除了錨索受力應(yīng)變觀測(cè)外，其余各項(xiàng)監(jiān)測(cè)均為原有觀測(cè)項(xiàng)目。

3.2 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目布置

針對(duì)7號(hào)機(jī)組進(jìn)水蝶閥吊運(yùn)安裝工作，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)錨索張拉過(guò)程中及蝶閥吊運(yùn)期間各項(xiàng)觀測(cè)數(shù)值的變化情況。

觀測(cè)儀器與此前基本相同，區(qū)別之處是在2，3號(hào)兩榀鋼梁部位的2束錨索上布置了8支鋼索計(jì)，安裝在錨索的中部。測(cè)點(diǎn)具體布置如下：

1）廠房邊墻收斂變形觀測(cè)。在1～4號(hào)鋼屋架每排小立柱附近，安裝收斂變形觀測(cè)測(cè)線（已有），以監(jiān)測(cè)錨索張緊過(guò)程中廠房上下游邊墻和立柱的變形情況，共布置4條收斂測(cè)線。

2）廠房邊墻傾斜觀測(cè)。在1～4號(hào)鋼屋架所在的廠房邊墻，安裝傾斜儀（已有），觀測(cè)廠房邊墻的傾斜情況，共安裝10支傾斜儀，上下游邊墻各安裝5支。

3）鋼屋架拉壓桿件的應(yīng)變觀測(cè)。在1～4號(hào)鋼屋架桿件上粘貼電阻應(yīng)變片（已有），觀測(cè)桿件應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)，每榀鋼屋架粘貼10點(diǎn)應(yīng)變片，共計(jì)粘貼40點(diǎn)應(yīng)變片。

4）鋼索應(yīng)變觀測(cè)。在2，3號(hào)榀鋼梁左右錨索上各安裝4支鋼索計(jì)，共計(jì)8支。

4 監(jiān)測(cè)工作

觀測(cè)工作分為錨索補(bǔ)償張拉安全監(jiān)控觀測(cè)和蝶閥吊運(yùn)期間安全監(jiān)控觀測(cè)兩部分內(nèi)容。因2，3號(hào)兩榀鋼梁為受損梁，1，4號(hào)兩榀梁的廠外吊籃位置較高，給施工帶來(lái)一定的危險(xiǎn)，經(jīng)廠方同意，只對(duì)2，3號(hào)兩榀鋼梁部位的錨索進(jìn)行補(bǔ)償張拉。本次錨索補(bǔ)償張拉的施工順序與之前張拉施工順序相同，每束錨索采用對(duì)稱張拉。

1）補(bǔ)償張拉安全監(jiān)控觀測(cè)。在每榀鋼屋架錨索補(bǔ)償張拉前進(jìn)行初始讀數(shù)觀測(cè)，并做好記錄，在補(bǔ)償張拉過(guò)程中跟蹤觀測(cè)，做好觀測(cè)記錄，各項(xiàng)觀測(cè)結(jié)果相互校核，以此來(lái)確定鋼屋架、上下游邊墻和立柱的穩(wěn)定情況，待達(dá)到補(bǔ)償張拉噸位鎖住后方可停止觀測(cè)。

2）蝶閥吊運(yùn)期間監(jiān)控觀測(cè)。在蝶閥吊運(yùn)前開(kāi)始進(jìn)行初始讀數(shù)觀測(cè)，并做好觀測(cè)記錄；在吊運(yùn)期間陸續(xù)進(jìn)行觀測(cè)采集，對(duì)重點(diǎn)部位、重點(diǎn)時(shí)段分別進(jìn)行頻繁采集觀測(cè)。

5 監(jiān)測(cè)成果分析

5.1 加固錨索補(bǔ)償張拉前后對(duì)廠房穩(wěn)定的影響

第二榀鋼屋架錨索單根鋼絞線補(bǔ)償張拉鎖定后，補(bǔ)償后鎖定張力為24.1kN，各鋼絞線處在張緊狀態(tài)后，2束錨索總張拉力為192.8kN，鋼絞線伸長(zhǎng)量為2.2～3.5cm。此時(shí)，廠房上下游邊墻最終相對(duì)位移量為2.81mm（向內(nèi)變形），兩側(cè)邊墻平均向廠房?jī)?nèi)變形1.4mm。廠房邊墻向廠房?jī)?nèi)最大傾斜增量為0.0071°，發(fā)生在上游邊墻第二榀鋼梁處。在整個(gè)補(bǔ)償張拉過(guò)程中，該梁發(fā)生的應(yīng)變?cè)隽繛椋?號(hào)測(cè)點(diǎn) 289με，7號(hào)測(cè)點(diǎn) 263με，8號(hào)測(cè)點(diǎn)183με，10號(hào)測(cè)點(diǎn) 236με，見(jiàn)圖 1。因?yàn)槭茄a(bǔ)償張拉，且鋼梁受損部位均已進(jìn)行焊接補(bǔ)強(qiáng)，故整體應(yīng)變?cè)隽坎淮?，?yīng)變變化具有較好的規(guī)律性，應(yīng)變?cè)隽慷啾憩F(xiàn)為壓應(yīng)變，其最大應(yīng)變發(fā)生在2號(hào)測(cè)點(diǎn)下弦桿處，應(yīng)變?cè)隽繛?89με，若鋼屋架鋼材的彈性模量按190GPa計(jì)，產(chǎn)生的最大壓應(yīng)力增量為54.9MPa（見(jiàn)圖 1）。

第三榀鋼屋架錨索單根鋼絞線補(bǔ)償張拉鎖定后，補(bǔ)償后鎖定張力與2號(hào)榀鋼屋架相同，均為24.1kN，各鋼絞線處在張緊狀態(tài)后，2束錨索總張拉力為192.8kN，鋼絞線伸長(zhǎng)量為1.4～3.5cm。此時(shí)，廠房上下游邊墻最終相對(duì)位移量為2.87mm（向內(nèi)變形），兩側(cè)邊墻平均向廠房?jī)?nèi)變形1.44mm。廠房邊墻向廠房?jī)?nèi)最大傾斜增量為0.0071°，發(fā)生在上游邊墻3號(hào)鋼梁處。在整個(gè)補(bǔ)償張拉過(guò)程中，該梁發(fā)生的應(yīng)變?cè)隽繛椋?號(hào)測(cè)點(diǎn)147με，6號(hào)測(cè)點(diǎn) 122με，7號(hào)測(cè)點(diǎn) 123με，其余幾個(gè)測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變?cè)隽枯^小，見(jiàn)圖2。因?yàn)槭茄a(bǔ)償張拉，且鋼梁受損部位均已進(jìn)行焊接補(bǔ)強(qiáng)，故整體應(yīng)變?cè)隽坎淮螅瑧?yīng)變變化具有較好的規(guī)律性，應(yīng)變?cè)隽慷啾憩F(xiàn)為壓應(yīng)變，其最大應(yīng)變發(fā)生在1號(hào)測(cè)點(diǎn)下弦桿處，應(yīng)變?cè)隽繛?47με，若鋼屋架鋼材的彈性模量按190GPa計(jì)，產(chǎn)生的最大壓應(yīng)力增量為27.9MPa。

第一，四榀鋼屋架因不具備施工條件，故無(wú)法進(jìn)行補(bǔ)償張拉，由于2，3號(hào)榀鋼屋架的錨索補(bǔ)償張拉時(shí)監(jiān)控到的各項(xiàng)觀測(cè)數(shù)值增量均較小，在補(bǔ)償張拉過(guò)程對(duì)1，4號(hào)鋼屋架的影響則很小，基本處于平穩(wěn)狀態(tài)。

5.2 蝶閥吊運(yùn)前后對(duì)廠房穩(wěn)定的影響

在7號(hào)機(jī)組進(jìn)水蝶閥吊運(yùn)過(guò)程中，廠房上下游邊墻最終相對(duì)位移量變化較小，最大變化量為0.15mm（向內(nèi)變形），兩側(cè)邊墻平均向廠房?jī)?nèi)變形0.07mm。鋼索計(jì)最大應(yīng)變變化量為125με，對(duì)應(yīng)鋼絞線伸長(zhǎng)變化量為2.9mm。廠房邊墻向廠房?jī)?nèi)最大傾斜增量為0.0226°，發(fā)生在上游邊墻3號(hào)鋼梁處。在蝶閥吊運(yùn)過(guò)程前后，應(yīng)變變化在3號(hào)鋼屋架重點(diǎn)部位進(jìn)行在線采集，該梁應(yīng)變變化具有較好的規(guī)律性（見(jiàn)圖3，4），最大應(yīng)變發(fā)生在蝶閥吊運(yùn)過(guò)程中2號(hào)測(cè)點(diǎn)處，應(yīng)變?cè)隽繛?29με，若鋼屋架鋼材的彈性模量按190GPa計(jì)，產(chǎn)生的最大壓應(yīng)力增量為62.5MPa。

6 結(jié)語(yǔ)

1）針對(duì)錨索補(bǔ)償張拉及7號(hào)機(jī)組進(jìn)水蝶閥吊運(yùn)所進(jìn)行的安全監(jiān)測(cè)，通過(guò)對(duì)各監(jiān)控項(xiàng)數(shù)據(jù)的分析，從而了解并掌握了補(bǔ)償張拉及蝶閥吊運(yùn)前后對(duì)現(xiàn)廠房結(jié)構(gòu)的影響，為廠房改造及橋機(jī)正常運(yùn)行提供了寶貴的參考資料。

2）在錨索補(bǔ)償張拉鎖定后，第二榀梁總張緊力為192.8kN，廠房上下游邊墻產(chǎn)生的相對(duì)變形為2.81mm，傾斜度增量0.0071°；第三榀梁總張力192.8kN，邊墻變形值2.87mm，傾斜0.0071°。從觀測(cè)數(shù)據(jù)看，由于該兩榀鋼梁受損部位均進(jìn)行過(guò)加固處理，故變形觀測(cè)值均不是很大，廠房上下游邊墻變形處在彈性范圍內(nèi)。

3）從蝶閥吊運(yùn)監(jiān)控結(jié)果看，在吊運(yùn)前后，選擇3號(hào)鋼屋架為重點(diǎn)監(jiān)測(cè)對(duì)象，在蝶閥吊運(yùn)過(guò)程中最大應(yīng)變?cè)隽繛?29με，且應(yīng)變變化具有較好的規(guī)律性，停止吊運(yùn)后變形發(fā)生恢復(fù)。若鋼屋架鋼材的彈性模量按190GPa計(jì)，產(chǎn)生的最大壓應(yīng)力增量為62.5MPa。

4）從整個(gè)監(jiān)控情況看，錨索補(bǔ)償張拉及蝶閥吊運(yùn)整個(gè)過(guò)程前后，廠房邊墻、立柱、屋架處于安全狀態(tài)。