TP水电站厂房安装间板梁修复及验证分析

徐岚

（上海市水利工程集团设计有限公司，上海200434）

TP水电站厂房安装间板梁修复及验证分析

徐岚

（上海市水利工程集团设计有限公司，上海200434）

厄瓜多尔TP水电站Alluriquín厂房安装间桥机实验吊钩脱落后，22 t重混凝土试块及副勾从4.8 m高处坠落在安装间744.00 m高程板梁结构上，对板梁结构造成了破坏，文中通过对板梁结构破坏程度的分析，提出了加固方案并通过计算进行验证。计算结果表明，加固结构满足工程安全要求。

试块脱落；板梁结构；加固措施；有限元计算；TP水电站

1 工程简介

TP水电站位于厄瓜多尔首都基多市西南约80 km的PILATON河、Toachi河上，总装机253 MW，分别由49 MW的Sarapullo水电站和204 MW装机的Alluriquín电站组成，年发电量为11亿kW·h，占厄瓜多尔全国总装机规模的6%，是向厄瓜多尔首都供电的国家重点工程。

TP水电站Alluriquín厂房为66.4 m×27.3 m× 47.4 m（长×宽×高）的地下厂房，装机204 MW，共设3台机组。安装间进场高程为744.00 m，平台垂直水流方向长21.18 m，其中7.80 m坐落在基岩上，其余为板梁结构，板厚500 mm。

2 结构破坏情况

在Alluriquín厂房桥机副勾载荷试验过程中，重22 t的混凝土试块及副勾从4.80 m高空脱落，砸在安装间板梁结构上，致使板梁结构出现严重裂缝。

事故造成掉落区板等出现贯通裂缝，最大位置处混凝土表面陷落约11.2 mm。梁截面出现斜裂缝，对板梁底部破碎混凝土进行清除后，观察钢筋受损程度，发现事故钢筋并没有弯折或出现裂纹。由此分析，事故可能造成结构抗剪承载力不满足要求，需对破碎混凝土进行修复并进行抗剪计算复核。

3 加固方案

混凝土强度不足对结构的承载力、裂缝控制及耐久性产生不利影响，目前国内外对混凝土强不足的处理措施主要有直接加固法、间接加固法及综合加固法。综合项目施工环境及工期要求，为了不影响厂房其他工作面施工，采用综合加固法，对梁进行增大截面法，并补充加强钢筋，对板进行混凝土置换。加固处理示意图见图1。

图1 加固处理示意图

板原有混凝土抗压强度fc’=28 MPa，厚500 mm。现将V3-2、V3-4及V3-5梁格中板采用混凝土抗压强度fc’=60 MPa进行置换，重新浇筑，厚度仍为500 mm。

梁V3-2原有尺寸700 mm×1 350 mm，加固后尺寸为1 000 mm×1 500 mm，混凝土抗压强度fc’=60 MPa。浇筑时，为了与新浇筑混凝土更好地连接，将原有混凝土凿除厚30 mm。新浇筑混凝土底部设置6根φ22 mm纵筋，两边各设置2根φ16 mm架立筋，箍筋采用φ14 mm@100 mm。箍筋一端弯折锚固于新浇筑板中，另一端在原有板中进行直径18 mm、长L=500 mm的钻孔，箍筋从钻孔中穿过，并采用高弹性模量及高粘度的环氧树脂进行封孔。梁V3-2加固处理见图2。

图2 梁V3-2加固处理剖面图

梁V3-4原有尺寸500 mm×950 mm，加固后尺寸为800 mm×1 100 mm；梁V3-5原有尺寸600 mm×1 400 mm，加固后尺寸为900 mm×1 550 mm。处理方法同梁V3-2，为了保证梁周边加固混凝土与原有混凝土可靠连接，在梁两侧设置φ14 mm插筋，间距150 mm。

4 计算分析

1）核算截面的剪力

根据USACE标准EM1110-2-2104、ACI318M-11进行配筋计算。

式中：φ为强度折减系数,0.75；Vn为横截面的名义抗剪强度，N；Vu为截面的计算剪力，N。

横截面的名义抗剪强度由以下关系式定义：

式中：Vc为混凝土抗剪强度，N；Vs为计算钢筋抗剪强度，N。

只考虑承受弯曲和剪切的因素，混凝土的强度由以下公式计算：

式中：Vc为混凝土抗剪强度，N；fc′为指定混凝土抗压强度，MPa；bw为抗剪截面的宽度，mm；d为从压缩末端纤维到纵向受拉钢筋重心的距离，mm。

抗剪强度与剪力钢筋关系：

式中：Vs为计算钢筋抗剪强度，N；Av为横截面的抗剪钢筋的面积，mm2；fy为钢筋抗压强度，MPa；S为横向钢筋的间隔，mm。

2）原结构截面计算剪力

原结构采用“sap2000”软件进行建模、计算、分析，采用美标4 000psi强度混凝土及A615Gr60级钢筋。采用“壳—厚壳”单元模拟安装场楼板（744.00 m高程），安装场活荷载60 kN/m2，梁V3-2、V3-4、V3-5计算截面最大剪力见表1。

表1 梁内力统计

3）加固后结构抗剪复核

抗剪计算采用新加固混凝土及新增抗剪钢筋的抗剪能力进行复核，对原有结构混凝土及钢筋的抗剪能力忽略不计（实际情况原有结构尽管受到破坏，还是有抗剪能力的，计算偏于保守），计算结果见表2。由表2可知，新加固的混凝土及新增抗剪钢筋的抗剪能力已满足受力要求，此修复方

表2 梁抗剪能力复核

案能保证施工实施的方便，尽可能地减少施工干扰，保证了结构的安全。

［1］中国水电顾问集团公司.水工钢筋混凝土结构强度设计（2003年修订版）［M］.北京.中国水电顾问集团公司，2003.

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

［3］徐有邻，顾祥林.混凝土结构工程裂缝的判断与处理［M］.北京：中国建筑工业出版社，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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