廣州抽水蓄能電站A廠結(jié)構(gòu)綜合評(píng)估與加固處理研究與思考

黃 勇，華丕龍，宋一樂

（1.廣東省水利電力規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，廣東省廣州市 510635；2.調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電公司檢修試驗(yàn)中心，廣東省廣州市 510630；3.武漢大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，湖北省武漢市 430072）

廣州抽水蓄能電站A廠結(jié)構(gòu)綜合評(píng)估與加固處理研究與思考

黃 勇1，華丕龍2，宋一樂3

（1.廣東省水利電力規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，廣東省廣州市 510635；2.調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電公司檢修試驗(yàn)中心，廣東省廣州市 510630；3.武漢大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，湖北省武漢市 430072）

針對(duì)廣州抽水蓄能水電廠A廠部分結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的裂縫問題，通過多學(xué)科專業(yè)協(xié)作解決特殊復(fù)雜技術(shù)問題，對(duì)廠房現(xiàn)有結(jié)構(gòu)安全和振動(dòng)性能做出分析評(píng)估，提出合理可行的加固處理方案；將現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與有限元計(jì)算方法相結(jié)合，對(duì)計(jì)算模型進(jìn)行反演修正；加固處理遵循安全適度原則，重點(diǎn)在修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)缺陷，增加抗振和抗疲勞的強(qiáng)度儲(chǔ)備，限制結(jié)構(gòu)裂縫的發(fā)展。

地下廠房；安全評(píng)估；加固處理；振動(dòng)測(cè)試；有限元計(jì)算

1 概況

水電站廠房由于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和功能需要，運(yùn)行中的振動(dòng)問題較為普遍，尤其是抽水蓄能電站因?yàn)榫哂懈咚^、高轉(zhuǎn)速、雙向運(yùn)轉(zhuǎn)、過渡過程復(fù)雜等特點(diǎn)，其機(jī)組周圍混凝土支撐結(jié)構(gòu)的受力和振動(dòng)問題越來越受到水電站設(shè)計(jì)和運(yùn)行單位的關(guān)注和重視。

廣州抽水蓄能電站是我國第一座高水頭、大容量純抽水蓄能電站，裝機(jī)容量2400MW，分為A、B兩個(gè)廠房，各裝機(jī)1200MW，A廠于1994年竣工投產(chǎn)。限于當(dāng)年的認(rèn)識(shí)和經(jīng)驗(yàn)不足，沒有成熟的規(guī)范參考，A廠主廠房各層樓板、梁、柱的結(jié)構(gòu)形式和尺寸均按照常規(guī)水電站進(jìn)行設(shè)計(jì)。經(jīng)多年運(yùn)行，在A廠主廠房的發(fā)電機(jī)層、中間層施工分縫處及附近部分梁、板出現(xiàn)了一些裂縫，倍受關(guān)注，對(duì)裂縫成因眾說紛紜。因此廣州蓄能水電廠委托廣東省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院作為牽頭單位，聯(lián)合武漢大學(xué)、廣州大學(xué)、中國水利水電科學(xué)研究院等多家專業(yè)機(jī)構(gòu)開展專項(xiàng)研究，目的是對(duì)A廠主廠房現(xiàn)有結(jié)構(gòu)安全和振動(dòng)性能做出分析評(píng)估，對(duì)廠房整體結(jié)構(gòu)全面加固改造的必要性和可行性進(jìn)行論證，并提出實(shí)施處理方案。

研究成果專題報(bào)告和初步設(shè)計(jì)報(bào)告分別于2011年2月和2012年7月通過了由譚靖夷、陳厚群和羅紹基院士等組成的專家組評(píng)審。根據(jù)研究成果和制定的加固處理措施，電廠于2008年9月～2009年3月和2014年2月～2015年9月分兩次對(duì)A廠實(shí)施了補(bǔ)強(qiáng)加固處理。

2 研究工作總體思路

針對(duì)廣州抽水蓄能水電廠A廠的具體情況，結(jié)合國內(nèi)外廠房結(jié)構(gòu)振動(dòng)研究動(dòng)態(tài)和廣蓄、惠蓄等電站廠房減振抗振設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，擬訂總體工作思路為：

（1）通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，考察A廠主廠房的振源情況，整體及結(jié)構(gòu)受損局部部位的振動(dòng)特性和振動(dòng)反應(yīng)；測(cè)試施工縫、結(jié)構(gòu)縫對(duì)不同機(jī)組段振動(dòng)傳播的影響。

（2）建立A廠主廠房結(jié)構(gòu)計(jì)算模型，并利用現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試成果對(duì)計(jì)算模型的有關(guān)參數(shù)進(jìn)行修正使之盡量符合實(shí)際。利用修正后的模型進(jìn)行各種設(shè)計(jì)工況的靜動(dòng)力計(jì)算分析，對(duì)于各種不同的加固改造方案進(jìn)行模擬計(jì)算分析。

（3）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試、結(jié)構(gòu)檢測(cè)成果和計(jì)算分析成果對(duì)現(xiàn)有廠房振動(dòng)安全性進(jìn)行評(píng)價(jià)，論證廠房結(jié)構(gòu)加固改造的必要性。

（4）研究各種不同的結(jié)構(gòu)加固方案及其可行性，利用計(jì)算模型分析其對(duì)廠房抗振性能的影響，并通過綜合比選提出加固改造實(shí)施方案。

高水頭抽水蓄能電站的振動(dòng)問題，涉及土建結(jié)構(gòu)、機(jī)組設(shè)備、過渡過程及運(yùn)行調(diào)度等各種因素，鑒于研究對(duì)象的復(fù)雜性和專業(yè)性，參與研究的除電廠和設(shè)計(jì)單位外，也有在振動(dòng)測(cè)試、模擬計(jì)算以及結(jié)構(gòu)檢測(cè)等方面的專業(yè)機(jī)構(gòu)，按照總體工作大綱分工合作，相互對(duì)照印證，并廣邀國內(nèi)專家進(jìn)行咨詢研討，力求為客觀理性地進(jìn)行廠房結(jié)構(gòu)綜合評(píng)估奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3 主要研究?jī)?nèi)容和技術(shù)特色

3.1 主要研究?jī)?nèi)容

（1）主廠房結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)試。

對(duì)廠房振源及振動(dòng)響應(yīng)（包括加速度反應(yīng)、動(dòng)態(tài)應(yīng)變與動(dòng)態(tài)位移響應(yīng)）進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，分析得到振源頻率成分及來源，給出廠房結(jié)構(gòu)在機(jī)組開停機(jī)及穩(wěn)態(tài)運(yùn)行各階段結(jié)構(gòu)的直觀反應(yīng)分布規(guī)律，進(jìn)行了結(jié)構(gòu)致?lián)p振源及成因分析，結(jié)構(gòu)縫與施工縫對(duì)振動(dòng)傳播的影響分析，廠房結(jié)構(gòu)振動(dòng)性能評(píng)定。

對(duì)廠房整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了模態(tài)測(cè)試及分析，得到廠房結(jié)構(gòu)自振頻率及相應(yīng)模態(tài)，與有限元計(jì)算分析結(jié)果相對(duì)比，提供模型修正依據(jù)。

為進(jìn)行對(duì)比分析，除對(duì)A廠進(jìn)行了全面的振動(dòng)測(cè)試外，還補(bǔ)充了B廠結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性試驗(yàn)，選擇其一個(gè)機(jī)組段進(jìn)行了模態(tài)試驗(yàn)。

（2）主廠房結(jié)構(gòu)靜動(dòng)力分析。

通過建立1號(hào)和2號(hào)機(jī)組、3號(hào)和4號(hào)機(jī)組的三維有限元數(shù)值模型，對(duì)A廠現(xiàn)有結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力、動(dòng)力分析評(píng)估，包括結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性研究（頻率、振型等）和結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)計(jì)算（動(dòng)應(yīng)力、動(dòng)位移及動(dòng)加速度等）；在此基礎(chǔ)上，研究廠房整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面加固改造，提高廠房抗振性能的可行性。

（3）廠房結(jié)構(gòu)檢測(cè)。

對(duì)主廠房各層結(jié)構(gòu)進(jìn)行了全面檢測(cè)，包括構(gòu)件尺寸、變位，混凝土裂縫的分布情況，混凝土強(qiáng)度、碳化深度檢測(cè)、保護(hù)層厚度等。

（4）主廠房結(jié)構(gòu)安全與振動(dòng)綜合評(píng)價(jià)。

整理和分析對(duì)主廠房現(xiàn)狀結(jié)構(gòu)的檢測(cè)、振動(dòng)測(cè)試和有限元?jiǎng)恿τ?jì)算等成果，結(jié)合對(duì)主廠房現(xiàn)狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行的靜力計(jì)算復(fù)核以及構(gòu)件疲勞驗(yàn)算成果，分析主廠房結(jié)構(gòu)裂縫的成因，對(duì)主廠房結(jié)構(gòu)的安全性及其振動(dòng)性能進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

（5）全面深入地對(duì)主廠房結(jié)構(gòu)加固方案進(jìn)行綜合比較。

結(jié)合多次現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況、結(jié)構(gòu)檢測(cè)、測(cè)試、計(jì)算分析對(duì)比和專家咨詢意見，對(duì)多種加固方案進(jìn)行了研究，經(jīng)篩選后集中對(duì)一機(jī)一縫改造方案、加厚樓板方案、增加混凝土邊墻方案、梁柱加大改造方案和梁板補(bǔ)強(qiáng)修復(fù)方案進(jìn)行了初步設(shè)計(jì)和綜合比較，提出切實(shí)可行的加固處理解決方案。

3.2 技術(shù)特色

（1）依靠專業(yè)協(xié)作，將現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與有限元計(jì)算方法相結(jié)合，取長(zhǎng)補(bǔ)短。

廠房結(jié)構(gòu)振動(dòng)實(shí)測(cè)是一項(xiàng)投入較大的工作，既需要大量的資金、設(shè)備與人員支撐，同時(shí)還要有合理可靠的試驗(yàn)方案，其中測(cè)試點(diǎn)的選擇是一個(gè)關(guān)鍵因素。試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)應(yīng)該是少而精，為此除了經(jīng)驗(yàn)判斷，還要有合理的依據(jù)。在進(jìn)行試驗(yàn)方案規(guī)劃時(shí)，項(xiàng)目利用了有限元計(jì)算方便的特征，先整體分析了廠房結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性，找出了廠房結(jié)構(gòu)的薄弱點(diǎn)和最能反映結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性的基本點(diǎn)，再反復(fù)推敲調(diào)整廠房結(jié)構(gòu)試驗(yàn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置，保證了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)時(shí)用有限的測(cè)量點(diǎn)能夠捕捉和表現(xiàn)廠房結(jié)構(gòu)實(shí)際的受力特征。

有限元方法具有模擬方便、計(jì)算結(jié)果全面、精度高等優(yōu)點(diǎn)，但計(jì)算假設(shè)可能與實(shí)際情況有出入，有時(shí)不能正確模擬復(fù)雜模型的實(shí)際邊界條件；而現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)不需要對(duì)測(cè)量對(duì)象作任何假設(shè)，實(shí)測(cè)結(jié)果可以真實(shí)反應(yīng)結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力狀況，特別是結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)的測(cè)量精度是有限元計(jì)算結(jié)果無法超越的，但是實(shí)測(cè)除了準(zhǔn)備難度較大以外，測(cè)量結(jié)果只能反應(yīng)局部測(cè)點(diǎn)的實(shí)際情況，還需要借助有限元分析結(jié)果才能較好地評(píng)估廠房整體結(jié)構(gòu)狀況。因此采用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)與有限元計(jì)算兩種方法同步進(jìn)行，兩者之間互補(bǔ)可以獲得更加科學(xué)的分析結(jié)果。

（2）采用反演方法處理結(jié)構(gòu)的邊界條件。

有限元計(jì)算的精確性與計(jì)算模型的邊界條件密切相關(guān)，常規(guī)處理方法一般引入一些假設(shè)，然而由于實(shí)際施工和其他因素影響，廣蓄A(yù)廠樓板、邊梁、邊柱以及母線洞交叉口等部位與圍巖的接觸情況極其復(fù)雜多變，混凝土邊柱、邊梁有些緊貼巖壁澆筑，有些由于超挖較大而與圍巖分開，模型中的邊界條件以及施工縫如何模擬是工作的難點(diǎn)和重點(diǎn)。為此計(jì)算時(shí)先根據(jù)常規(guī)方式假設(shè)邊界條件進(jìn)行初步分析，得到有限元計(jì)算結(jié)果后與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)試的結(jié)果進(jìn)行比較，分析兩者的差異再根據(jù)實(shí)測(cè)值對(duì)計(jì)算條件進(jìn)行修正，如此反復(fù)，通過多次計(jì)算反演，使計(jì)算模型能夠盡量反映廠房結(jié)構(gòu)實(shí)際狀況。

（3）注重實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)局部構(gòu)件裂縫、損傷進(jìn)行細(xì)致分析。

對(duì)于結(jié)構(gòu)檢測(cè)所展示的裂縫分布情況進(jìn)行了大量的統(tǒng)計(jì)分析工作，細(xì)致到梁側(cè)和梁底的裂縫差異、施工縫平行方向和垂直方向受損情況的不同等，并進(jìn)一步指導(dǎo)和細(xì)化有限元計(jì)算工作。對(duì)部分有代表性的損傷構(gòu)件進(jìn)行了單獨(dú)計(jì)算，分析時(shí)既考慮了構(gòu)件自身單獨(dú)的受力狀況，又綜合考慮了該構(gòu)件在廠房整體結(jié)構(gòu)中的作用，分析其缺陷對(duì)整體結(jié)構(gòu)安全的影響，同時(shí)也為這些構(gòu)件的加固補(bǔ)強(qiáng)提供量化依據(jù)。

（4）對(duì)于復(fù)雜特殊條件下的結(jié)構(gòu)加固處理，通過綜合比選提出科學(xué)合理的解決方案。

由于電站已運(yùn)行多年，進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固處理需要充分考慮電站安全穩(wěn)定運(yùn)行要求和既有的約束條件，才能切實(shí)可行。對(duì)各家協(xié)作機(jī)構(gòu)提交的大量成果，通過全面深入的對(duì)比、統(tǒng)計(jì)和分析工作，對(duì)廠房結(jié)構(gòu)從強(qiáng)度、剛度、疲勞、振動(dòng)等多方面進(jìn)行綜合評(píng)估；對(duì)各種加固途徑和措施，從結(jié)構(gòu)改善及減振效果、施工難度、對(duì)原結(jié)構(gòu)和電廠運(yùn)行影響、投資費(fèi)用等多方面進(jìn)行綜合比較后，提出推薦實(shí)施方案。

4 加固處理方案選擇與思考

4.1 結(jié)構(gòu)安全與振動(dòng)性能的綜合評(píng)價(jià)

根據(jù)振動(dòng)測(cè)試、結(jié)構(gòu)整體靜動(dòng)力計(jì)算、構(gòu)件疲勞驗(yàn)算成果，以及對(duì)主廠房結(jié)構(gòu)進(jìn)行的全面檢測(cè)，經(jīng)綜合分析，A廠主廠房結(jié)構(gòu)總體上是安全的，不存在影響結(jié)構(gòu)正常使用的重大問題；廠房結(jié)構(gòu)與機(jī)組強(qiáng)迫振動(dòng)不存在共振的問題。結(jié)構(gòu)裂縫的出現(xiàn)，與施工縫設(shè)置及振動(dòng)作用、結(jié)構(gòu)的構(gòu)造配筋以及混凝土施工缺陷等因素均有關(guān)系，但裂縫尚未對(duì)結(jié)構(gòu)的安全造成明顯的影響。除少數(shù)梁、板外，大多數(shù)構(gòu)件的裂縫寬度仍低于規(guī)范規(guī)定的數(shù)值，尚沒有影響結(jié)構(gòu)的正常使用。

但是，A廠主廠房結(jié)構(gòu)的確存在施工縫設(shè)置不合理，施工縫及孔洞周邊結(jié)構(gòu)存在薄弱部位和受損情況，部分構(gòu)件混凝土存在缺陷，機(jī)組開停機(jī)工況結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)偏大等問題。由于振動(dòng)損壞是一個(gè)長(zhǎng)期的過程，隨著時(shí)間的推移，裂縫和損傷還有可能進(jìn)一步發(fā)展，因此，需要研究考慮合適的加固處理措施加以解決或有所改善，這既是研究工作的目標(biāo)，也是貫穿始終需要思考的重點(diǎn)。

4.2 不同加固方案利弊分析

從廣蓄B廠開始，國內(nèi)抽水蓄能電站結(jié)構(gòu)減振抗振設(shè)計(jì)開始進(jìn)行探索研究，并積累了一些行之有效的措施和做法，但是這些做法能否適用于已建成運(yùn)行的廣蓄A(yù)廠結(jié)構(gòu)，還需要做具體分析。

（1）一機(jī)一縫改造方案分析。

廣蓄A(yù)廠主廠房結(jié)構(gòu)原設(shè)計(jì)為兩機(jī)一縫，施工階段為滿足各臺(tái)機(jī)組先后投產(chǎn)需要，在1～2號(hào)、3～4號(hào)機(jī)組之間的樓板、梁各增設(shè)一條施工縫，因此，實(shí)際的廠房結(jié)構(gòu)既非純粹的兩機(jī)一縫、也非一機(jī)一縫。針對(duì)結(jié)構(gòu)分縫所進(jìn)行的現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)力反應(yīng)測(cè)試表明，施工縫兩側(cè)結(jié)構(gòu)既有一定聯(lián)系，能夠進(jìn)行振動(dòng)傳播，又有相對(duì)位移，分縫處聯(lián)系不緊密，成為結(jié)構(gòu)薄弱環(huán)節(jié)，對(duì)廠房整體性產(chǎn)生不利影響；而結(jié)構(gòu)縫的隔振性能好于施工縫。因此，如能將廠房結(jié)構(gòu)改造為完全的一機(jī)一縫，從減少相鄰機(jī)組段的相互影響和沖擊的角度來看是有利的。

此方案要求把各層施工縫處柱的牛腿切開，增加梁柱形成雙梁雙柱，這首先需要把施工縫附近已布置的電纜橋架、水機(jī)管路、管母線等設(shè)備進(jìn)行拆卸、臨時(shí)放置、再回裝，在此過程中，兩臺(tái)機(jī)組需全面停產(chǎn)；在新增梁柱完成之前，該側(cè)樓板和梁需由下至上進(jìn)行豎向臨時(shí)支撐，涉及的加固工藝非常復(fù)雜，施工難度和風(fēng)險(xiǎn)極大。現(xiàn)有結(jié)構(gòu)空間尺寸難以滿足雙梁雙柱的布置要求，而且對(duì)梁挑耳、柱牛腿等鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行切割，難以形成平整均勻的結(jié)構(gòu)縫面，反而不可避免地對(duì)原有結(jié)構(gòu)造成極大損傷。因此，改造一機(jī)一縫結(jié)構(gòu)的方案除工程投資大、施工難度高、占用周期長(zhǎng)，即使單從結(jié)構(gòu)安全的角度分析，也是弊遠(yuǎn)大于利。

（2）加厚樓板和增加邊墻約束方案分析。

加厚樓板方案的出發(fā)點(diǎn)是考慮到樓板的豎向振動(dòng)響應(yīng)值較大，希望通過加厚樓板來增加其豎向剛度。增加邊墻約束方案，是考慮到主廠房結(jié)構(gòu)的一階振型為廠房長(zhǎng)軸方向的平動(dòng)，擬通過改造上、下游側(cè)邊柱、邊梁為實(shí)體混凝土邊墻并增加與圍巖的錨固連接，來增加主廠房結(jié)構(gòu)水平剛度，加強(qiáng)對(duì)結(jié)構(gòu)邊界的約束，提高廠房自振頻率、改善振型模態(tài)，利用圍巖和新增混凝土限制和吸納部分機(jī)組振動(dòng)，以達(dá)到減小廠房結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)的目的。

但是，通過有限元模擬計(jì)算進(jìn)行加固改造效果分析，雖然這些措施能夠?qū)Y(jié)構(gòu)振動(dòng)特性的某一方面有所改善，但同時(shí)也導(dǎo)致廠房結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)相對(duì)原結(jié)構(gòu)有所改變和重新分布，而產(chǎn)生新的問題。

復(fù)核計(jì)算表明，加厚樓板的方案，由于大面積增加樓板厚度，增加了現(xiàn)有梁和柱承擔(dān)的荷載，造成發(fā)電機(jī)層主次梁的承載力不足。此外，如何保證新舊混凝土結(jié)合面在振動(dòng)荷載長(zhǎng)期影響下的黏接牢靠，尚缺乏可靠的工程經(jīng)驗(yàn)，假如在新舊混凝土結(jié)合面產(chǎn)生裂縫則會(huì)造成嚴(yán)重的負(fù)面影響，且補(bǔ)救措施非常困難。

4.3 加固處理原則和目標(biāo)

前面的分析說明，在選擇加固處理方案時(shí)，除了考慮可能的加固改造效果、施工難度、投資費(fèi)用等因素外，鑒于廣蓄電廠已建成運(yùn)行和A廠結(jié)構(gòu)的特殊復(fù)雜性，對(duì)廠房的加固處理需要遵循安全適度原則，在滿足安全要求的前提下，應(yīng)盡量降低對(duì)原有結(jié)構(gòu)造成的損傷，不要過度加重原有廠房結(jié)構(gòu)負(fù)擔(dān)。

由于廠房現(xiàn)狀結(jié)構(gòu)和電廠運(yùn)行條件的限制，各種后期加固方案均難以全面系統(tǒng)地大幅度提高廠房整體抗振性能，加固處理的目標(biāo)，應(yīng)重點(diǎn)放在修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)缺陷，進(jìn)一步提高結(jié)構(gòu)的承載能力，增加抗振和抗疲勞的強(qiáng)度儲(chǔ)備，限制結(jié)構(gòu)裂縫的進(jìn)一步發(fā)展。

推薦實(shí)施的加固處理方案，對(duì)施工縫附近、吊物孔周邊以及有裂縫的構(gòu)件進(jìn)行了補(bǔ)強(qiáng)修復(fù)處理。處理范圍根據(jù)結(jié)構(gòu)檢測(cè)、原型振動(dòng)試驗(yàn)和靜動(dòng)力計(jì)算結(jié)果進(jìn)行綜合分析后確定，對(duì)發(fā)電機(jī)層和中間層混凝土強(qiáng)度偏低、動(dòng)力響應(yīng)較大及出現(xiàn)裂縫的所有梁，采用粘貼碳纖維布進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)修復(fù)。碳纖維布抗拉強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度高，而且重量輕，基本不增加原結(jié)構(gòu)荷載，能粘貼于各種形狀的結(jié)構(gòu)表面，與原構(gòu)件形成整體共同工作，與所確立的加固處理原則相吻合。施工過程中對(duì)原結(jié)構(gòu)和設(shè)備擾動(dòng)較小，施工方便，實(shí)施過程較為順利。

4.4 梁側(cè)補(bǔ)強(qiáng)加固

針對(duì)結(jié)構(gòu)所進(jìn)行的全面檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，梁的兩側(cè)面裂縫數(shù)量遠(yuǎn)比底部多，尤其是在孔洞邊等側(cè)向剛度較小的梁側(cè)面上裂縫密集出現(xiàn)，對(duì)于以承受豎向荷載為主的廠房結(jié)構(gòu)，表面看起來有些反常。但分析現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和有限元計(jì)算成果均發(fā)現(xiàn)，某些部位梁上不存在明顯的中和軸，梁橫截面中部的動(dòng)應(yīng)力并不明顯小于梁截面底部動(dòng)應(yīng)力，在設(shè)備啟動(dòng)階段，個(gè)別梁甚至出現(xiàn)中上部接近樓板底部的沖擊應(yīng)變反應(yīng)甚至大于梁底的沖擊應(yīng)變反應(yīng)。也就是說，在廠房振動(dòng)荷載作用下，梁內(nèi)由于水平向彎曲或拉壓而在兩側(cè)面產(chǎn)生附加的動(dòng)拉應(yīng)力，對(duì)發(fā)電機(jī)層施工縫、吊物孔附近梁進(jìn)行細(xì)致分析，計(jì)算出的水平彎矩值為0.5～26.1kN·m。而原來梁側(cè)配筋僅按常規(guī)構(gòu)造配筋，腰筋數(shù)量明顯不足，使得梁兩側(cè)更容易出現(xiàn)裂縫；梁底雖然也承受附加的動(dòng)拉應(yīng)力，但底部配置的鋼筋數(shù)量均足夠且留有裕度，抑制了裂縫的產(chǎn)生。

這一分析，既對(duì)裂縫分布現(xiàn)象做出了合理的解釋，同時(shí)也提示了加固處理需要關(guān)注的重點(diǎn)。為此，在需要處理的梁兩側(cè)，除采用縱向碳纖維布和U形箍外，還隔一定距離設(shè)置了鋼箍板和鋼肋板與樓板連接，充分利用樓板水平向剛度大的特點(diǎn)，增加梁構(gòu)件側(cè)向（水平向）剛度和抗彎拉、抗疲勞能力。

5 結(jié)束語

（1）本項(xiàng)目為國內(nèi)首次對(duì)運(yùn)行中的大型抽水蓄能電站進(jìn)行結(jié)構(gòu)綜合評(píng)價(jià)和大規(guī)模的結(jié)構(gòu)加固處理研究，涉及因素復(fù)雜，技術(shù)難度大。通過多家專業(yè)機(jī)構(gòu)開展多學(xué)科專業(yè)協(xié)作，對(duì)于復(fù)雜特殊條件下的結(jié)構(gòu)加固處理，提出了合理可行的解決方案，研究成果得到了有關(guān)專家的肯定，對(duì)于類似工程的廠房結(jié)構(gòu)抗振設(shè)計(jì)及已建工程的加固處理具有借鑒意義。

（2）為評(píng)價(jià)廠房結(jié)構(gòu)加固后的質(zhì)量和效果，保障廠房長(zhǎng)期的安全正常運(yùn)行，建議在廣蓄A(yù)廠布置一套結(jié)構(gòu)健康安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，通過實(shí)際監(jiān)測(cè)、檢測(cè)數(shù)據(jù)定期進(jìn)行廠房結(jié)構(gòu)性能評(píng)估，及時(shí)了解可能出現(xiàn)的異常情況，提前發(fā)出預(yù)警信號(hào)并制定合理的應(yīng)對(duì)方案，這是保證電站穩(wěn)定安全運(yùn)行的另一項(xiàng)重要措施。

（3）由于土建結(jié)構(gòu)的各種加固方式受到客觀條件和施工技術(shù)的制約，并會(huì)對(duì)電廠的生產(chǎn)運(yùn)行產(chǎn)生較大影響，因此，在工作過程中也對(duì)改善主廠房結(jié)構(gòu)抗振性能的其他途徑進(jìn)行了一些探討。如從結(jié)構(gòu)耗能的角度，能否在主廠房合適的地方安裝黏彈性阻尼器來減少結(jié)構(gòu)的受力和動(dòng)力響應(yīng)，以達(dá)到改善結(jié)構(gòu)抗振性能的目的。但抽水蓄能電站廠房的振動(dòng)是頻率較高、動(dòng)力響應(yīng)較小的振動(dòng)，黏彈性阻尼器的實(shí)用性尚有待研究。建議今后與阻尼器設(shè)計(jì)生產(chǎn)廠家溝通，研究黏彈性阻尼器應(yīng)用于機(jī)組和混凝土結(jié)構(gòu)的可行性、適用部位和設(shè)計(jì)參數(shù)的選取。

[1] 廣州抽水蓄能電站A廠主廠房結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)和加固改造方案研究專題報(bào)告[R].廣州：廣東省北利電力勘察設(shè)計(jì)院.2011.Special Report on Structural Evaluation and Reinforcement Scheme of Main Building of A Station of GPSPS[R].Guangzhou：Guangdong Water Conservancy and Electric Power Survey and Design Institute.2010.

[2] 廣州抽水蓄能電站A廠結(jié)構(gòu)綜合評(píng)價(jià)和加固方案初步設(shè)計(jì)報(bào)告[R].廣州：廣東省水利電力勘察設(shè)計(jì)院.2012.Report on Structural Evaluation and Reinforcement Design of Main Building of A Pumped Storage Power Station in Guangzhou[R].Guangzhou ：Guangdong Water Conservancy and Electric Power Survey and Design Institute.2012.

[3] 徐麗，等.廣州蓄能水電廠 A 廠振動(dòng)測(cè)試報(bào)告[R].廣州大學(xué)，2010.XU Li，Etc.Vibration Test Analysis Report of Main Building of A Station of GPSPS，Research Center of Engineering Vibration Control[R].Guangzhou ：Guangzhou University，2010.

[4] 武漢大學(xué).廣州蓄能水電廠廠房結(jié)構(gòu)振動(dòng)試驗(yàn)[R].2011.Wuhan University.Vibration Test of Powerhouse of Guangzhou Energy Storage Hydropower Plant[R].2011.

[5] 武漢大學(xué).廣州抽水蓄能水電站A廠房結(jié)構(gòu)檢測(cè)報(bào)告[R].2011.Wuhan University.Test Report on A Workshop Structure of Guangzhou Pumped Storage Hydropower Station[R].2011.

[6] 王俊紅，黃勇.廣蓄二期工程地下廠房結(jié)構(gòu)振動(dòng)研究及減振措施 [J].水力發(fā)電，2001.WANG Junhong，HUANG Yong.Study on Structural Vibration of Underground Powerhouse and Vibration Reduction Measures of two Phase of Guang Yu Storage [J].Hydraulic Power，2001.

2017-06-05

2017-07-15

黃 勇（1967—），男，高級(jí)工程師，從事水工設(shè)計(jì)工作。E-mail：huang.y@gpdiwe.com

Research and Reflection on Comprehensive Evaluation and Reinforcement of A Storage plant in GPSPS

HUANG Yong1，HUA Pilong2，SONG Yile3
（1.Guangdong Institute of water conservancy and electric power planning，survey and design，Guangzhou 510635，China ；2.CSG Power generation company Maintenance and Test Center，Guangzhou 510630，China; 3.School of civil engineering and architecture，Wuhan University，Wuhan 430072，China）

Aiming at the cracks part of the structure of the A plant of Guangzhou Pumped Storage，solve complicated technical problems through professional multi-disciplinary cooperation，make the analysis and evaluation of the existing building structure safety and vibration performance，put forward the reasonable and feasible reinforcement scheme; the field data and the finite element method combining the inversion correction calculation model follow the safety reinforcement; the principle of proportionality，focus on strengthening concrete structure defects in the repair，increase the reserve strength of anti vibration and anti fatigue，limit the development of structural cracks.

underground powerhouse; safety assessment;reinforcement; vibration testing; finite element calculation

TV32

A學(xué)科代碼：570.25

10.3969/j.issn.2096-093X.2017.04.009