脫硝改造項目中已有結構的加固改造研究

馮 震 坤

(國核電力規劃設計研究院，北京 100095)

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脫硝改造項目中已有結構的加固改造研究

馮 震 坤

(國核電力規劃設計研究院，北京 100095)

以南方某火電廠SCR煙氣脫硝改造工程為例，從基礎、框架柱、鋼支撐、框架梁等方面，提出了從整體上進行結構加固改造的方法和思路，通過對原結構和新增上部結構的分析比選，擇優選定了具體的加固改造方案，經實踐證明，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構由于先天缺陷、后天損害和設計標準提高、設計規范的修訂、使用功能改變等原因，導致不能滿足結構的強度、剛度、穩定性和耐久性要求；同時為控制大氣污染排放物濃度，響應國家節能減排政策號召，不滿足排放要求的現役火電廠均對現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構的加固技術流程進行闡述，分析了送風機框架結構的加固設計方案。

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構，柱下采用獨立基礎及聯合基礎。框架、基礎均采用C25混凝土，墊層采用C10混凝土；縱筋采用HRB335，箍筋采用HPB235。本工程抗震設防烈度：7度，設計基本地震加速度值為0.10g，設計地震分組為第一組，場地土類別：Ⅱ 類，結構抗震等級為三級，抗震類別為丙類，后續使用年限為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。現場見圖1，原設計軸線布置見圖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SCR煙氣脫硝裝置。脫硝支架通常作為新建結構架設在原有混凝土支架結構頂部，但存在結構體系不規則、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點：自重輕，柱腳荷載增幅相對較小，基礎底面尺寸小，地基處理費用低；材料強度高，構件截面小，延性好，具有良好的抗震性能；構件工廠制作，現場拼裝，連接方便，施工工期短，綜上，鋼結構方案在結構性能方面具有明顯優勢，更適用于加固改造工程。因此，脫硝支架采用鋼結構方案。為合理地充分利用原支架結構，在滿足工藝設備的布置及運行要求前提下，上部新增的鋼框架柱網與原送風機支架的柱網一一對應，脫硝鋼架采用鉸接柱腳，生根于混凝土框架柱柱頂，在此基礎上優化了結構布置，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計

經鑒定檢測：框架梁的配筋和構造要求符合《構筑物抗震鑒定標準》的規定，部分框架柱的箍筋不符合要求。根據收集得到的原荷載資料，建模復核，原結構已不能滿足強度、剛度、位移等的要求。

根據檢測結果，送風機支架結構可靠性等級評定為三級，不符合國家現行標準規范的可靠性要求，影響整體安全，目標使用年限內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 基礎加固

原送風機支架基礎無明顯缺陷，基礎范圍內溝道、埋管相對較少，地基承載力較高，從經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。基礎加固詳圖見圖4。

3.2 框架柱加固

因加固施工時機組仍正常運行，部分框架柱周邊設置有送風機煙道、管道、電纜橋架等無法移動拆除的設施，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STAAD計算結果，進行加固設計計算，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(加固前計算結果未考慮保護層碳化等影響，仍采用原設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。鋼支撐與原構件之間需有可靠連接，鋼支撐的節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可靠連接。

采用鋼支撐加固后，結構抗變形能力有了顯著提高，增設鋼支撐前后柱頂位移對比見表2。

3.4 框架梁加固

根據結構可靠性檢測報告，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。考慮部分梁上布置有設備、支架等無法拆移的設施，施工空間受限，因此對框架梁選用相對經濟、工藝簡單的粘貼鋼板加固法。

4 結語

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

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

2)原結構構件加固方案的選擇是設計的重點，需根據工程實際情況合理選用；

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

綜上所述，結構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，又要做到經濟合理，同時還要有高效可行性，這都是設計需要關注的問題。本期脫硝改造工程是相對典型的案例，根據現場反饋，加固效果顯著，機組運行狀態良好，達到了預期目的，可以作為后續類似工程的參考。

[1] GB 50367—2013，混凝土結構加固設計規范[S].

[2] GB 50117—2014，構筑物抗震鑒定標準[S].

[3] GB 50144—2008，工業建筑可靠性鑒定標準[S].

[4] 卜良桃，周 靖，葉 蓁.混凝土結構加固設計規范算例[M].北京：中國建筑工業出版社，2007.

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

[6] 陳婷婷.現有建筑結構抗震鑒定及加固設計研究[D].北京：北京工業大學，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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