徐嵐

（上海市水利工程集團(tuán)設(shè)計有限公司，上海200434）

TP水電站廠房安裝間板梁修復(fù)及驗證分析

徐嵐

（上海市水利工程集團(tuán)設(shè)計有限公司，上海200434）

厄瓜多爾TP水電站Alluriquín廠房安裝間橋機實驗吊鉤脫落后，22 t重混凝土試塊及副勾從4.8 m高處墜落在安裝間744.00 m高程板梁結(jié)構(gòu)上，對板梁結(jié)構(gòu)造成了破壞，文中通過對板梁結(jié)構(gòu)破壞程度的分析，提出了加固方案并通過計算進(jìn)行驗證。計算結(jié)果表明，加固結(jié)構(gòu)滿足工程安全要求。

試塊脫落；板梁結(jié)構(gòu)；加固措施；有限元計算；TP水電站

1 工程簡介

TP水電站位于厄瓜多爾首都基多市西南約80 km的PILATON河、Toachi河上，總裝機253 MW，分別由49 MW的Sarapullo水電站和204 MW裝機的Alluriquín電站組成，年發(fā)電量為11億kW·h，占厄瓜多爾全國總裝機規(guī)模的6%，是向厄瓜多爾首都供電的國家重點工程。

TP水電站Alluriquín廠房為66.4 m×27.3 m× 47.4 m（長×寬×高）的地下廠房，裝機204 MW，共設(shè)3臺機組。安裝間進(jìn)場高程為744.00 m，平臺垂直水流方向長21.18 m，其中7.80 m坐落在基巖上，其余為板梁結(jié)構(gòu)，板厚500 mm。

2 結(jié)構(gòu)破壞情況

在Alluriquín廠房橋機副勾載荷試驗過程中，重22 t的混凝土試塊及副勾從4.80 m高空脫落，砸在安裝間板梁結(jié)構(gòu)上，致使板梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)嚴(yán)重裂縫。

事故造成掉落區(qū)板等出現(xiàn)貫通裂縫，最大位置處混凝土表面陷落約11.2 mm。梁截面出現(xiàn)斜裂縫，對板梁底部破碎混凝土進(jìn)行清除后，觀察鋼筋受損程度，發(fā)現(xiàn)事故鋼筋并沒有彎折或出現(xiàn)裂紋。由此分析，事故可能造成結(jié)構(gòu)抗剪承載力不滿足要求，需對破碎混凝土進(jìn)行修復(fù)并進(jìn)行抗剪計算復(fù)核。

3 加固方案

混凝土強度不足對結(jié)構(gòu)的承載力、裂縫控制及耐久性產(chǎn)生不利影響，目前國內(nèi)外對混凝土強不足的處理措施主要有直接加固法、間接加固法及綜合加固法。綜合項目施工環(huán)境及工期要求，為了不影響廠房其他工作面施工，采用綜合加固法，對梁進(jìn)行增大截面法，并補充加強鋼筋，對板進(jìn)行混凝土置換。加固處理示意圖見圖1。

圖1 加固處理示意圖

板原有混凝土抗壓強度fc’=28 MPa，厚500 mm。現(xiàn)將V3-2、V3-4及V3-5梁格中板采用混凝土抗壓強度fc’=60 MPa進(jìn)行置換，重新澆筑，厚度仍為500 mm。

梁V3-2原有尺寸700 mm×1 350 mm，加固后尺寸為1 000 mm×1 500 mm，混凝土抗壓強度fc’=60 MPa。澆筑時，為了與新澆筑混凝土更好地連接，將原有混凝土鑿除厚30 mm。新澆筑混凝土底部設(shè)置6根φ22 mm縱筋，兩邊各設(shè)置2根φ16 mm架立筋，箍筋采用φ14 mm@100 mm。箍筋一端彎折錨固于新澆筑板中，另一端在原有板中進(jìn)行直徑18 mm、長L=500 mm的鉆孔，箍筋從鉆孔中穿過，并采用高彈性模量及高粘度的環(huán)氧樹脂進(jìn)行封孔。梁V3-2加固處理見圖2。

圖2 梁V3-2加固處理剖面圖

梁V3-4原有尺寸500 mm×950 mm，加固后尺寸為800 mm×1 100 mm；梁V3-5原有尺寸600 mm×1 400 mm，加固后尺寸為900 mm×1 550 mm。處理方法同梁V3-2，為了保證梁周邊加固混凝土與原有混凝土可靠連接，在梁兩側(cè)設(shè)置φ14 mm插筋，間距150 mm。

4 計算分析

1）核算截面的剪力

根據(jù)USACE標(biāo)準(zhǔn)EM1110-2-2104、ACI318M-11進(jìn)行配筋計算。

式中：φ為強度折減系數(shù),0.75；Vn為橫截面的名義抗剪強度，N；Vu為截面的計算剪力，N。

橫截面的名義抗剪強度由以下關(guān)系式定義：

式中：Vc為混凝土抗剪強度，N；Vs為計算鋼筋抗剪強度，N。

只考慮承受彎曲和剪切的因素，混凝土的強度由以下公式計算：

式中：Vc為混凝土抗剪強度，N；fc′為指定混凝土抗壓強度，MPa；bw為抗剪截面的寬度，mm；d為從壓縮末端纖維到縱向受拉鋼筋重心的距離，mm。

抗剪強度與剪力鋼筋關(guān)系：

式中：Vs為計算鋼筋抗剪強度，N；Av為橫截面的抗剪鋼筋的面積，mm2；fy為鋼筋抗壓強度，MPa；S為橫向鋼筋的間隔，mm。

2）原結(jié)構(gòu)截面計算剪力

原結(jié)構(gòu)采用“sap2000”軟件進(jìn)行建模、計算、分析，采用美標(biāo)4 000psi強度混凝土及A615Gr60級鋼筋。采用“殼—厚殼”單元模擬安裝場樓板（744.00 m高程），安裝場活荷載60 kN/m2，梁V3-2、V3-4、V3-5計算截面最大剪力見表1。

表1 梁內(nèi)力統(tǒng)計

3）加固后結(jié)構(gòu)抗剪復(fù)核

抗剪計算采用新加固混凝土及新增抗剪鋼筋的抗剪能力進(jìn)行復(fù)核，對原有結(jié)構(gòu)混凝土及鋼筋的抗剪能力忽略不計（實際情況原有結(jié)構(gòu)盡管受到破壞，還是有抗剪能力的，計算偏于保守），計算結(jié)果見表2。由表2可知，新加固的混凝土及新增抗剪鋼筋的抗剪能力已滿足受力要求，此修復(fù)方

表2 梁抗剪能力復(fù)核

案能保證施工實施的方便，盡可能地減少施工干擾，保證了結(jié)構(gòu)的安全。

［1］中國水電顧問集團(tuán)公司.水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)強度設(shè)計（2003年修訂版）［M］.北京.中國水電顧問集團(tuán)公司，2003.

［2］ACI 318M-11.Build Code Cequirements for Structural Concrete and Commentary［S］.American Concrete Institute，2004

［3］徐有鄰，顧祥林.混凝土結(jié)構(gòu)工程裂縫的判斷與處理［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

［4］ASTM A-615.Standard Specification for Deformed and Plain Carbon-Steel Bars for Concrete Reinforcement［S］. West Conshohocken，PA：ASTM International，2016.

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