脫硝改造項目中已有結(jié)構(gòu)的加固改造研究

馮 震 坤

(國核電力規(guī)劃設(shè)計研究院，北京 100095)

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脫硝改造項目中已有結(jié)構(gòu)的加固改造研究

馮 震 坤

(國核電力規(guī)劃設(shè)計研究院，北京 100095)

以南方某火電廠SCR煙氣脫硝改造工程為例，從基礎(chǔ)、框架柱、鋼支撐、框架梁等方面，提出了從整體上進行結(jié)構(gòu)加固改造的方法和思路，通過對原結(jié)構(gòu)和新增上部結(jié)構(gòu)的分析比選，擇優(yōu)選定了具體的加固改造方案，經(jīng)實踐證明，該改造方案取得了良好的加固效果。

脫硝改造，送風機，混凝土支架，加固改造

1 概述

目前國內(nèi)運行的部分電廠由于建成時間早，運行時間長，其中一些鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)由于先天缺陷、后天損害和設(shè)計標準提高、設(shè)計規(guī)范的修訂、使用功能改變等原因，導致不能滿足結(jié)構(gòu)的強度、剛度、穩(wěn)定性和耐久性要求；同時為控制大氣污染排放物濃度，響應(yīng)國家節(jié)能減排政策號召，不滿足排放要求的現(xiàn)役火電廠均對現(xiàn)役機組開始進行脫硝改造。

下文以南方某火電廠3，4號機組的脫硝改造為例，通過對該工程的送風機混凝土框架結(jié)構(gòu)的加固技術(shù)流程進行闡述，分析了送風機框架結(jié)構(gòu)的加固設(shè)計方案。

本次脫硝改造涉及的原送風機支架建于1998年，為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，柱下采用獨立基礎(chǔ)及聯(lián)合基礎(chǔ)?？蚣堋⒒A(chǔ)均采用C25混凝土，墊層采用C10混凝土；縱筋采用HRB335，箍筋采用HPB235。本工程抗震設(shè)防烈度：7度，設(shè)計基本地震加速度值為0.10g，設(shè)計地震分組為第一組，場地土類別：Ⅱ 類，結(jié)構(gòu)抗震等級為三級，抗震類別為丙類，后續(xù)使用年限為33年。原送風機支架尺寸為48 m×26 m，柱頂標高18.740 m，基底標高為-3.000 m?，F(xiàn)場見圖1，原設(shè)計軸線布置見圖2。

2 脫硝支架選型分析及方案布置

本期煙氣脫硝改造采用選擇性催化還原法(SCR)工藝，需在送風機支架頂部增設(shè)SCR煙氣脫硝裝置。脫硝支架通常作為新建結(jié)構(gòu)架設(shè)在原有混凝土支架結(jié)構(gòu)頂部，但存在結(jié)構(gòu)體系不規(guī)則、荷載重心高、荷載分布不均勻等不利因素。由于鋼框架相對于鋼筋混凝土框架具有以下優(yōu)點：自重輕，柱腳荷載增幅相對較小，基礎(chǔ)底面尺寸小，地基處理費用低；材料強度高，構(gòu)件截面小，延性好，具有良好的抗震性能；構(gòu)件工廠制作，現(xiàn)場拼裝，連接方便，施工工期短，綜上，鋼結(jié)構(gòu)方案在結(jié)構(gòu)性能方面具有明顯優(yōu)勢，更適用于加固改造工程。因此，脫硝支架采用鋼結(jié)構(gòu)方案。為合理地充分利用原支架結(jié)構(gòu)，在滿足工藝設(shè)備的布置及運行要求前提下，上部新增的鋼框架柱網(wǎng)與原送風機支架的柱網(wǎng)一一對應(yīng)，脫硝鋼架采用鉸接柱腳，生根于混凝土框架柱柱頂，在此基礎(chǔ)上優(yōu)化了結(jié)構(gòu)布置，以保證荷載傳遞路徑清晰明確。方案布置圖見圖3。

3 加固方案的選擇及設(shè)計

經(jīng)鑒定檢測：框架梁的配筋和構(gòu)造要求符合《構(gòu)筑物抗震鑒定標準》的規(guī)定，部分框架柱的箍筋不符合要求。根據(jù)收集得到的原荷載資料，建模復核，原結(jié)構(gòu)已不能滿足強度、剛度、位移等的要求。

根據(jù)檢測結(jié)果，送風機支架結(jié)構(gòu)可靠性等級評定為三級，不符合國家現(xiàn)行標準規(guī)范的可靠性要求，影響整體安全，目標使用年限內(nèi)明顯影響整體正常使用。

綜上，原送風機支架必須進行必要的加固改造后方可進行脫硝改造的施工。

3.1 基礎(chǔ)加固

原送風機支架基礎(chǔ)無明顯缺陷，基礎(chǔ)范圍內(nèi)溝道、埋管相對較少，地基承載力較高，從經(jīng)濟性及施工便利性等方面比較，適宜采用加大截面加固法。基礎(chǔ)加固采用C35混凝土，墊層采用C15混凝土；鋼筋采用HRB335及HRB400級熱軋帶肋鋼筋；加固用的型鋼、鋼板等均采用Q345級鋼材?；A(chǔ)加固詳圖見圖4。

3.2 框架柱加固

因加固施工時機組仍正常運行，部分框架柱周邊設(shè)置有送風機煙道、管道、電纜橋架等無法移動拆除的設(shè)施，導致框架柱加固范圍受到較大影響，因此考慮脫硝改造對框架柱承載力以及剛度的要求、現(xiàn)場施工工藝布置、施工可行性及工期限制，采用無需顯著增大截面尺寸而能有效提高框架柱承載力的外包型鋼加固法。

根據(jù)STAAD計算結(jié)果，進行加固設(shè)計計算，框架柱采用四角包角鋼140×14，綴板采用60×6，間距250(加密區(qū)200)的加固方案。

采用外包型鋼加固之后，框架柱承載力有顯著提高，加固前后框架柱軸壓比如表1所示，以P軸為例(加固前計算結(jié)果未考慮保護層碳化等影響，仍采用原設(shè)計截面尺寸進行計算)。

表1 加固前后軸壓比對比表

表2 增設(shè)鋼支撐前后柱頂位移對比表 mm

3.3 新增鋼支撐加固

在加固構(gòu)件滿足承載力要求的前提下，為加強送風機支架整體抗震性能和變形能力，在支架橫向布置必要的柱間鋼支撐。鋼支撐與原構(gòu)件之間需有可靠連接，鋼支撐的節(jié)點板采用化學錨栓進行錨固，同時采用對穿鋼筋保證其實現(xiàn)可靠連接。

采用鋼支撐加固后，結(jié)構(gòu)抗變形能力有了顯著提高，增設(shè)鋼支撐前后柱頂位移對比見表2。

3.4 框架梁加固

根據(jù)結(jié)構(gòu)可靠性檢測報告，大部分框架梁及次梁需要進行修復，鑿去表面風化酥松層、碳化銹裂層以及嚴重油污層，直至完全露出堅實基層，將結(jié)合面鑿毛，采用高強聚合物砂漿或者高強水泥膠進行修復、整平即可，銹蝕的鋼筋應(yīng)除銹并且進行防腐處理。但4號機有兩根梁截面尺寸(400×1 200)與原設(shè)計(400×1 400)不符合，另外有小部分梁受拉鋼筋配筋偏小，需要進行加固?？紤]部分梁上布置有設(shè)備、支架等無法拆移的設(shè)施，施工空間受限，因此對框架梁選用相對經(jīng)濟、工藝簡單的粘貼鋼板加固法。

4 結(jié)語

本文以南方某火電廠3,4號機組脫硝改造工程為實例，對結(jié)構(gòu)加固設(shè)計及加固方法的選用，加固后的結(jié)構(gòu)分析驗算進行了研究和討論。由該工程加固改造的過程，可以得出以下結(jié)論：

1)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)由于材料老化、設(shè)計標準提高等問題，基本無法適用于新增結(jié)構(gòu)的承載力要求，必須進行加固，而加固結(jié)構(gòu)的建筑類別判定是進行抗震鑒定的重要依據(jù)，需要明確后續(xù)使用年限；

2)原結(jié)構(gòu)構(gòu)件加固方案的選擇是設(shè)計的重點，需根據(jù)工程實際情況合理選用；

3)對于新增結(jié)構(gòu)，需要與工藝專業(yè)及廠家進行深入交流和配合，盡量減小對原結(jié)構(gòu)的影響。

綜上所述，結(jié)構(gòu)的加固改造是個相對復雜的過程，需要充分考慮各項因素，既要保證安全可靠，又要做到經(jīng)濟合理，同時還要有高效可行性，這都是設(shè)計需要關(guān)注的問題。本期脫硝改造工程是相對典型的案例，根據(jù)現(xiàn)場反饋，加固效果顯著，機組運行狀態(tài)良好，達到了預期目的，可以作為后續(xù)類似工程的參考。

[1] GB 50367—2013，混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范[S].

[2] GB 50117—2014，構(gòu)筑物抗震鑒定標準[S].

[3] GB 50144—2008，工業(yè)建筑可靠性鑒定標準[S].

[4] 卜良桃，周 靖，葉 蓁.混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范算例[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007.

[5] 信 任，唐如意.某火電廠混凝土框架結(jié)構(gòu)改造與加固[J].施工技術(shù)，2014(15)：62-65.

[6] 陳婷婷.現(xiàn)有建筑結(jié)構(gòu)抗震鑒定及加固設(shè)計研究[D].北京：北京工業(yè)大學，2014.

Study of strengthening of existing structure in denitration transformation project

Feng Zhenkun

(StateNuclearElectricPowerPlanningDesignandResearchInstitute，Beijing100095,China)

Taking the SCR denitration transformation engineering of south a thermal power plant as an example, from the foundation, frame column, steel support, frame beam and other aspects, proposed the ideas and methods from the overall structural reinforcement and reconstruction, through the analysis and comparison selection of original structure and new superstructure, selection for specific reinforcement and reconstruction scheme, through the practice proved, the reconstruction scheme achieved good reinforcement effect.

denitration transformation, fan, concrete support, reinforcement and reconstruction

1009-6825(2016)24-0039-02

2016-06-15

馮震坤(1982- ),男，工程師

TU318

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