戶內(nèi)變電站框架結(jié)構(gòu)主變基礎(chǔ)加固方案應(yīng)用研究

李志明，徐 軍，卞茂斌，胡 堅(jiān)

（1.無(wú)錫供電公司，江蘇無(wú)錫 214000；2.江蘇省電力公司電力經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院）

戶內(nèi)變電站框架結(jié)構(gòu)主變基礎(chǔ)加固方案應(yīng)用研究

李志明1，徐 軍1，卞茂斌1，胡 堅(jiān)2

（1.無(wú)錫供電公司，江蘇無(wú)錫 214000；2.江蘇省電力公司電力經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院）

以梁增大截面加固方案和梁面粘貼鋼板加固方案的結(jié)構(gòu)驗(yàn)算和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的比較，來(lái)闡述方案的可行性和經(jīng)濟(jì)性；通過(guò)與傳統(tǒng)施工方案的對(duì)比，驗(yàn)證加固方案在工程造價(jià)、停電時(shí)間及環(huán)境保護(hù)等方面有著明顯的優(yōu)越性；總結(jié)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)供工程技術(shù)人員在工程中參考應(yīng)用。

鋼筋混凝土梁；加固；工程造價(jià)；停電時(shí)間；環(huán)境保護(hù)

近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷深化和高速發(fā)展，各地區(qū)工商業(yè)用電需求不斷增長(zhǎng)，對(duì)大量已建110k V變電站的進(jìn)行增容、擴(kuò)建，是解決當(dāng)?shù)卦鰪?qiáng)供電能力的快速有效的途徑，同時(shí)也有利于充分發(fā)揮現(xiàn)有資源的效益。但是，由于多數(shù)110k V變電站在新建階段就將預(yù)留的主變壓器基礎(chǔ)施工完成，而由于經(jīng)濟(jì)形勢(shì)的發(fā)展，新增主變壓器的重量常常會(huì)超過(guò)原有主變壓器基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)荷載。如果按照常規(guī)思路，只能拆除重建。但這樣需要耗費(fèi)大量的施工時(shí)間和人力物力，延長(zhǎng)停電時(shí)間，造成供電不穩(wěn)定，并增加了工程造價(jià)，造成了經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)和環(huán)境污染。因此，安全、合理的改造方案是非常重要的。現(xiàn)以加大截面和粘鋼兩種加固方案的結(jié)構(gòu)驗(yàn)算和經(jīng)濟(jì)比較，來(lái)闡述基礎(chǔ)加固方案的可行性和經(jīng)濟(jì)性，為變電站的改擴(kuò)建工程的設(shè)備基礎(chǔ)再利用提供思路。

1 原設(shè)備底座框架梁概況

原變壓器連續(xù)梁由兩跨兩端懸挑結(jié)構(gòu)組成，總長(zhǎng)度為7 340 mm，兩端懸挑長(zhǎng)度為1 520 mm，柱間距2 150 mm，梁截面尺寸為600 mm×600 mm，設(shè)備底座連續(xù)梁平面結(jié)構(gòu)布置如圖1。原結(jié)構(gòu)混凝土為C30：混凝土容重rc＝25 k N／mm3，其它參數(shù)ft＝1.43 N／mm2，fc＝14.3 N／mm2，ftk＝2.01 N／mm2，Ec＝29 791 N／mm2。原結(jié)構(gòu)采用Ⅱ級(jí)鋼，其性能參數(shù)：f′y＝300 N／mm2，fy＝300 N／mm2，fyv＝210 N／mm2，Es＝200 000 N／mm2，鋼筋受拉面積As＝1 900 mm2（5ψ22），鋼筋受壓面積A′s＝1 900 mm2（5ψ22）。

新變壓器設(shè)備底座尺寸為1 650 mm×4 100 mm，整個(gè)設(shè)備總重約140 t。

2 原載荷連續(xù)梁驗(yàn)算結(jié)果

2.1 荷載信息

連續(xù)梁最不利受力簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖2。

圖1 原有設(shè)備基礎(chǔ)平面布置圖

圖2 連續(xù)梁受力簡(jiǎn)化圖

2.2 梁內(nèi)力計(jì)算及截面配筋

1）內(nèi)力標(biāo)準(zhǔn)值：應(yīng)用PKPM結(jié)構(gòu)軟件中“混凝土結(jié)構(gòu)鑒定加固－8層”模塊，計(jì)算結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)力，其結(jié)果如圖3和圖4所示。

圖3 梁截面恒載作用下彎矩圖

圖4 梁在活載不利布置作用下彎矩圖

2）內(nèi)力設(shè)計(jì)值、配筋：應(yīng)用PKPM結(jié)構(gòu)軟件中“混凝土結(jié)構(gòu)鑒定加固－8層”模塊，計(jì)算得結(jié)構(gòu)內(nèi)力簡(jiǎn)圖，見(jiàn)圖5和圖6；混凝土構(gòu)件應(yīng)力比及配筋簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖7。

將計(jì)算結(jié)果與原設(shè)計(jì)比較，原連續(xù)梁結(jié)構(gòu)不能滿足新增140t主變荷載的要求，需對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行正截面與斜截面加固設(shè)計(jì)。

3 增大梁截面加固方案

3.1 加固構(gòu)件概況

原梁截面尺寸b×h＝600 mm×600 mm，截面增大高度后截面尺寸變?yōu)閎×h＝600 mm×800 mm，鋼筋受壓合力點(diǎn)至截面邊距離a′s＝37.50 mm，鋼筋受拉合力點(diǎn)至截面邊距離as＝37.50 mm。原混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，原受拉區(qū)鋼筋強(qiáng)度的設(shè)計(jì)值fy0＝300 MPa，原受壓區(qū)鋼筋強(qiáng)度的設(shè)計(jì)值f′y0＝300 MPa，原受拉區(qū)鋼筋面積為As0＝1 900 mm2，原受壓區(qū)鋼筋面積為A′s0＝1 900 mm2。根據(jù)抗震設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)截面位于框架梁中，彎矩設(shè)計(jì)值M＝812 k N·m，加固前彎矩標(biāo)準(zhǔn)值Mk0＝583.5 k N·m，地震組合折減系數(shù)γRx＝1，原構(gòu)件修復(fù)后承載力震損折減系數(shù)ψf＝1［1］。

圖5 梁截面設(shè)計(jì)彎矩包絡(luò)圖

圖6 梁在不利活載布置下剪力包絡(luò)圖

圖7 混凝土構(gòu)件配筋及應(yīng)力比簡(jiǎn)圖

3.2 增大梁截面法正截面計(jì)算

根據(jù)上述條件，原結(jié)構(gòu)混凝土抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值：fc0＝14.3 MPa

根據(jù)加固規(guī)范GB 50367－2006第5.2.4條求得受彎構(gòu)件增大截面加固后的相對(duì)界限受壓區(qū)高度：ζb＝0.363

當(dāng)ζ＝ζb時(shí)，截面最大彎矩承載力：Mmax＝1 784.56 k N·m

當(dāng)Mmax＞M，經(jīng)計(jì)算可得出混凝土受壓區(qū)高度和所需新增鋼筋受拉面積分別為：X＝82.69 mm，As＝2 194.48 mm2

全截面最小受拉鋼筋截面：Asmin＝960 mm2

3.3 增大梁截面法加固斜截面計(jì)算

3.3.1 基本參數(shù)

原框架梁截面尺寸為b×h＝600 mm×600 mm，截面增大后尺寸為b×h＝600 mm×800 mm，鋼筋受拉合力點(diǎn)至截面邊緣距離as＝37.50 mm，計(jì)算長(zhǎng)度l0＝1 520 mm，截面原混凝土強(qiáng)度為C30，截面新增混凝土強(qiáng)度為C35，箍筋原強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fyv0＝210 MPa，箍筋原間距s0＝100 mm?？拐鹪O(shè)計(jì)，剪力設(shè)計(jì)值V＝713.6 k N，地震組合的折減系數(shù)γRa＝1，原構(gòu)件震損修復(fù)承載能力折減系數(shù)ψf＝1［1］。

3.3.2 加固計(jì)算

混凝土原抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值：ψf0＝1.43 MPa。

新增混凝土抗拉、壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值：ft＝1.57 MPa，fc＝16.7 MPa。

構(gòu)件原截面有效高度：h01＝562.50 mm。

截面增大后有效高度：h0＝762.50 mm。

按照《混凝土結(jié)構(gòu)加固規(guī)范》（GB 50367－2006）第5.3.1條可求得斜截面最大承載剪力：Vmax＝1 912.35 k N。

Vmax＞V，說(shuō)明截面承載力滿足要求。

混凝土承擔(dān)的剪力：Vc＝431.1 k N。按照《混凝土結(jié)構(gòu)加固規(guī)范》（GB 50367－2006）式（5.3.2－1），可求得同一截面內(nèi)箍筋各肢原截面面積之和：Axv0＝141.14 mm2。

同一截面箍筋最小面積：Asmin＝107.97 mm2。

3.4 加固結(jié)構(gòu)方案

采用混凝土增大截面的方法，該方案連續(xù)梁加固大樣圖如圖8所示。

圖8 連續(xù)梁加大截面加固大樣圖

4 梁粘貼鋼板加固方案

4.1 加固構(gòu)件概況

原框架梁截面尺寸為b×h＝600 mm×600 mm，截面增大后尺寸為b×h＝600 mm×800 mm，鋼筋受拉合力點(diǎn)至截面邊緣距離as＝37.50 mm，原截面混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，原受拉縱筋強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fy0＝300 MPa，原受壓縱筋強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f′y0＝300 MPa，鋼板強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f′y0＝205 MPa，受拉鋼筋已有截面面積As0＝2 940 mm2，受壓鋼筋已有截面面積A′s0＝1 960 mm2?？拐鹪O(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)截面位于梁跨中，設(shè)計(jì)彎矩值M＝549 k N·m，組合地震折減系數(shù)γRx＝1。

4.2 加固計(jì)算

按照已知條件，混凝土原抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值：fc0＝14.3 MPa，相對(duì)截面界限受壓高度ζb＝0.495。

當(dāng)ζ＝ζb時(shí)，截面最大彎矩承載力：Mmax＝1 400.9 k N·m。

當(dāng)Mmax＞M時(shí)，經(jīng)計(jì)算可以得出新增受拉鋼筋面積和受壓區(qū)高度分別為：Asp＝698.68 mm2，X＝50.85 mm。

當(dāng)x＜2a′s時(shí)，受拉鋼板重新計(jì)算面積：Asp＝745.37 mm2。

4.3 加固方案

原主變基礎(chǔ)梁采用粘貼鋼板加固法，方案如圖9所示。

5 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較

5.1 工程造價(jià)

按照上述進(jìn)行造價(jià)測(cè)算，增大混凝土截面加固方案施工費(fèi)用約為1.75萬(wàn)元左右，如果要進(jìn)一步降低施工工期，可將此方案中的混凝土改為高強(qiáng)灌漿料，保養(yǎng)時(shí)間可以大大縮短；加固費(fèi)用約為2.27萬(wàn)元；采用粘貼鋼板加固方案施工費(fèi)用約為1.56萬(wàn)元。而如果將由原基礎(chǔ)拆除重建，則工程費(fèi)用約為5萬(wàn)元左右，而且有可能會(huì)影響結(jié)構(gòu)的安全。通過(guò)比較可知，采用結(jié)構(gòu)加固的改造方案可以大幅降低工程造價(jià)。

5.2 停電時(shí)間

采用增大混凝土截面的加固方案，施工周期約為30天，由此改進(jìn)的高強(qiáng)灌漿料截面增大方案加固施工工期約為8天；采用粘貼鋼板加固連續(xù)梁方案施工周期僅需5天。而如果采用拆除原有基礎(chǔ)重新建設(shè)的方案，由于需要拆除老基礎(chǔ)、重新開(kāi)挖地基及支模等施工過(guò)程，同時(shí)混凝土的養(yǎng)護(hù)周期較長(zhǎng)，總工期需要大約50天。通過(guò)比較可知，加固改造方案可以縮短施工周期，大大縮短停電時(shí)間，解決了由于土建施工周期過(guò)長(zhǎng)造成停電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的問(wèn)題，提高了供電可靠率［2］。

5.3 環(huán)境保護(hù)

對(duì)原有結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，可以大大降低鋼筋混凝土的使用量，一方面避免了環(huán)境的污染和資源的開(kāi)采，而另一方面也節(jié)約了材料，從而保護(hù)了生態(tài)環(huán)境，符合環(huán)境友好的要求［3］。

6 結(jié)論

由于設(shè)備荷載增加較多，經(jīng)過(guò)驗(yàn)算原連續(xù)梁承載力不能滿足要求，故采用增大構(gòu)件截面和梁粘貼鋼板的方案進(jìn)行加固，計(jì)算結(jié)果表明了兩方案的適用性和經(jīng)濟(jì)性，通過(guò)多個(gè)變電站擴(kuò)建工程的工程實(shí)踐，也驗(yàn)證了加固方案的可行性。在確保結(jié)構(gòu)安全的前提上，對(duì)原有基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)再利用可縮短設(shè)備更換的施工周期，同時(shí)產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，值得在今后的擴(kuò)建增容工程中推廣應(yīng)用。

［1］ 過(guò)鎮(zhèn)海，時(shí)旭東.鋼筋混凝土原理和分析［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2003：56－57.

［2］ 龔洛書(shū)，柳春圃.混凝土的耐久性及其防護(hù)修補(bǔ)［M］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1990：99－103.

［3］ 徐軍，李志明.梁柱結(jié)構(gòu)型主變基礎(chǔ)加固方案研究應(yīng)用［G］∥華東六省一市電機(jī)工程（電力）學(xué)會(huì).輸配電技術(shù)討論會(huì)論文集.上海：［出版者不詳］，2012，118－120.

Research on Strengthening Transformer Foundation of Frame Structure in Indoor Substation

LI Zhi－ming1，XU Jun1，BIAN Mao－bing1，HU Jian2
（1.Wuxi Power Supply Company，214000，Wuxi，Jiangsu，China；2.Electric Power Economic and Technological Research Institute of Jiangsu Electric Power Company，210008，Nanjing，Jiangsu，China）

Comparing the structure checking calculation and economic index of widening beam section reinforcement scheme with those of beam surface plate sticking reinforcement scheme，we explain the feasibility and economy of the schemes.Through the comparison with traditional construction schemes，we verify that the reinforcement schemes have obvious superiority in the aspects of engineering cost，outage time and environmental protection.In the end，we summarize the design experience to provide reference for engineering technical staff.

reinforced concrete beam；reinforcement；construction cost；outage time；environmental protection

高桂芝）

TU753.8

A

1008－3782（2014）01－0015－06

2013－12－25

李志明（1974－），男，江西于都人，碩士，一級(jí)注冊(cè)結(jié)構(gòu)師，無(wú)錫供電公司高級(jí)工程師。

book=20,ebook=334