鋼管構(gòu)架在我國的大型開關(guān)站、變電站中有著極其廣泛的應(yīng)用。但是，此類構(gòu)架在長期自然環(huán)境和使用環(huán)境的雙重作用下會受到不同程度的損傷，會嚴(yán)重降低鋼管構(gòu)架的安全性、適用性和耐久性。
　　500kV玉賢變電站500kV構(gòu)架因為加工和施工問題，在使用多年后出現(xiàn)鋼管銹蝕，銹蝕部位出現(xiàn)發(fā)黑，黃水外流的現(xiàn)象。在玉賢變電站即將擴建第3、4間隔的時候，如何選擇安全、經(jīng)濟、有效的加固方案，在不停電的前提下，對500kV構(gòu)架進行加固，成為玉賢變電站四期、五期擴建工程的當(dāng)務(wù)之急。
　　2工程概況
　　500千伏玉賢變電所位于武漢市蔡甸區(qū)，于1996年建成并投入運行。
　　本工程四期、五期將擴建500kV配電裝置的第3、4間隔,五期將擴建#2主變,擴建后第3、4間隔的500kV構(gòu)架及#2主變構(gòu)架將承受導(dǎo)線及設(shè)備荷載。
　　本工程現(xiàn)場收資發(fā)現(xiàn),500kV構(gòu)架柱接頭為現(xiàn)場焊接接頭,熱噴鋅防腐,由于現(xiàn)場焊接破壞了鋼管壁鍍鋅層,加之鍍鋅孔封閉不嚴(yán),導(dǎo)致鋼管接頭內(nèi)側(cè)銹蝕;另外由于當(dāng)時構(gòu)架工廠加工精度產(chǎn)生偏差,構(gòu)架柱運至現(xiàn)場后安裝不上去,安裝單位現(xiàn)場采用高溫烘烤等方法校正構(gòu)架柱,致使部分構(gòu)架柱鍍鋅層破壞。經(jīng)過近十年的風(fēng)吹雨淋,構(gòu)架柱烘烤過的部位發(fā)生銹蝕,現(xiàn)場可見銹蝕部位有發(fā)黑、流黃水現(xiàn)象。
　　3構(gòu)架檢測及結(jié)果
　　為了保證工程的安全可靠，運行單位委托武漢大學(xué)檢測中心對構(gòu)架柱的銹蝕范圍、銹蝕程度及結(jié)構(gòu)安全性進行檢測評定。
　　3.1檢測結(jié)果
　　表3-1鋼柱厚度檢測值
　　檢測位置 厚度
　　(mm) 平均值(mm) 設(shè)計厚度（mm） 銹蝕率％
　　3～C軸柱（標(biāo)高2m） 4.2 5.4 4.9 4.8 7.0 33.3
　　3～C軸柱(標(biāo)高1m) 6.8 6.9 6.5 6.7 7.0 4.6
　　3～C軸柱(標(biāo)高5m) 6.4 6.8 6.7 6.6 7.0 5.7
　　2號母線支架(標(biāo)高12m) 5.6 5.7 5.8 5.7 7.0 18.7
　　2～E軸柱（標(biāo)高18m） 5.5 5.6 5.8 5.6 7.0 20
　　3.2檢測結(jié)果分析
　?。?）從檢測結(jié)果看，銹蝕厚度為0.3~2.2mm不等，平均銹蝕厚度為1mm。鋼管柱設(shè)計厚度為7mm，最大銹蝕率為33.3％，平均銹蝕率為14％。
　　（2）鋼管的局部變形較大，局部凹進最大深度達30mm。(2～E軸柱)
　　根據(jù)檢測結(jié)果，500kV玉賢變電站500kV構(gòu)架鋼管局部銹蝕和局部變形較嚴(yán)重，最高銹蝕率為33.3%，如不進行處理,銹蝕部位將進一步加重,嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)安全。為了工程安全起見,有必要對銹蝕嚴(yán)重的部位及變形嚴(yán)重的部分進行加固處理。
　　4外粘鋼加固薄壁鋼管柱的試驗和理論研究
　　4.1試驗研究
　　武漢大學(xué)土木建筑學(xué)院對外粘鋼加固薄壁鋼管柱力學(xué)性能進行了試驗研究。試驗過程及結(jié)果分析如下：
　　試驗共用11根圓形截面鋼管，分為A、B、C、D四種類型，其中A組為未加固的試件，B、C、D為三組加固試件，具體情況見表4-1。
　　試件編號 加固形式
　　A 未加固
　　B 由1500mm長的鋼板彎成半圓形將鋼管包粘起來，鋼板縱向接縫處不作處
　　理。
　　C 在B組試件的基礎(chǔ)上，增加鋼板縱向接縫處焊接。
　　D 由四塊750mm長的鋼板彎成半圓形將鋼管包粘起來，鋼板縱、橫向接縫處都焊接起來。
　　表4-1各試件加固形式
　　表4-2材料主要物理力學(xué)性能指標(biāo)
　　項目
　　名稱 彈性模量
　　(GPa) 泊松比 剪切強度
　　(MPa) 抗拉強度
　　(MPa) 抗壓強度
　　(MPa) 使用溫度
　?。ā妫?br />　　WSJ建筑
　　結(jié)構(gòu)膠 4.27 0.317 ≥18 ≥32 ≥76 ＜80
　　Q235鋼材 210 0.3 - 330 330 -
　　試件的高度均為1500mm，鋼管的外徑為426mm，壁厚7mm，外粘鋼板厚2mm。粘結(jié)劑厚2mm，各試件兩端部包一直徑為442mm、厚2mm的圓形鋼板進行局部加強，以避免在受壓時出現(xiàn)端部局部破壞，影響試驗結(jié)果。試件以及加固情況如圖4-1所示。
　　
　　圖4-1鋼管加固前后示意圖
　　試驗在5000kN三軸應(yīng)力試驗機上進行，如圖4-2所示。各個試件在鋼管內(nèi)壁及外粘鋼板表面軸向與環(huán)向布置電阻應(yīng)變片，以測定試件在各級荷載下的應(yīng)力。
　　試驗的主要目的是了解上述幾種形式加固后構(gòu)件可能產(chǎn)生的破壞形式、抗壓承載力的提高程度、外粘鋼板與原鋼管的組合工作性能等。
　　圖4-2試驗加載
　　試驗結(jié)果分析
　　1、極限承載力結(jié)果與分析
　　各試件極限承載力及破壞形態(tài)見表4-3。
　　表4-3各試件屈服荷載、破壞荷載及破壞形態(tài)
　　試件編號 屈服荷載
　?。ǎ?br />　　(KN) 破壞荷載
　　()
　　(KN)
　　(KN) 破壞形態(tài)
　　A A-1 1700 2380 2390 屈曲失穩(wěn)
　　 A-2 1800 2400 屈曲失穩(wěn)
　　B B-1 2400 3100 3053 鋼板接口裂開，鋼管大幅度屈服，但無外觀變化
　　 B-2 2400 3060 屈曲失穩(wěn)，鋼板接口裂開
　　 B-3 2600 3000 鋼板接口裂開，鋼管大幅度屈服，但無外觀變化
　　C C-1 2400 3320 3257 鋼管大幅度屈服，但無外觀變化
　　 C-2 2400 3200 屈曲失穩(wěn)
　　 C-3 2200 3250 大幅度屈服，但無外觀變化
　　D D-1 2600 3210 3193 屈曲失穩(wěn)
　　 D-2 2800 3150 大幅度屈服，但無外觀變化
　　 D-3 2400 3220 屈曲失穩(wěn)
　　從表5-3可以看出各試件的破壞形態(tài)為鋼管內(nèi)軸向壓應(yīng)力超過屈服點后在強化過程中產(chǎn)生的失穩(wěn)破壞，加固后的B、C和D組試件的屈服荷載及破壞荷載相對A組試件分別提高了約26%、35％和32％。
　　2、應(yīng)變分析
　　圖4-3所示為D組試件的荷載－應(yīng)變圖（其它組圖略）。從應(yīng)變試驗數(shù)據(jù)可以看出，加固試件也是在軸壓使管內(nèi)軸向應(yīng)力超過材料屈服極限應(yīng)力，且應(yīng)變迅速增長以后，在材料開始強化的過程中逐漸達到或接近試件的極限承載力才喪失承載能力，而且無論在材料處于線彈性階段還是非線性階段，內(nèi)外壁對應(yīng)的應(yīng)變測量值都很接近，內(nèi)壁應(yīng)變值為原構(gòu)件上應(yīng)變，外壁應(yīng)變值為外粘薄鋼板的應(yīng)變。這說明外粘鋼板與薄壁鋼管很好地協(xié)調(diào)工作，具有聯(lián)合工作的性能。
　　圖4-3D組試件的荷載－應(yīng)變圖
　　4.2理論分析
　　鋼管外粘鋼加固后，其形式為原鋼管—膠層—外粘鋼的組合結(jié)構(gòu)。因其構(gòu)造形式與輕夾心三層壁板相似，故可通過一定方法運用單層殼理論分析這一組合結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能。
　　1、輕夾心三層壁板的特點
　　輕夾心三層壁板的特點為：兩個外層都是用高強度、高彈模的薄板制成，而中間層則是低強度、低彈模、輕夾心的夾心材料。
　　2、折合剛度
　　1）基本假定：
　　①忽略兩個承載外層彼此靠近的影響；
　?、谌A心的法向彈性模量等于零，也就是在三層圓筒殼的剛度計算公式中只引入承載層的數(shù)據(jù)；
　　③認(rèn)為層間沒有分離，也就是保證層與層之間的連接在全部接合面上都很牢固。
　　2）三層不對稱壁板剖面的折合剛度
　　三層不對稱壁板剖面的折合剛度和外表面至中性面的距離（圖5-4）用下列各式來表示：
　?。?）
　?。?）
　　圖4-4不對稱三層壁板
　　、分別為外層厚度和彈性模量；、分別為內(nèi)層厚度和彈性模量；為中間膠層的厚度；Z0為外層至中性面的距離；為整個薄殼的厚度，且=。
　　3）鋼管外粘鋼加固后折合剛度
　　根據(jù)第三章試驗部分可知，原鋼管和外粘鋼板為同一種材質(zhì)，材料的彈性模量相同，因此。根據(jù)式（1），（2），其折合剛度為：
　　（3）
　　根據(jù)圓柱殼在軸壓下的穩(wěn)定性分析，壁厚為t材性與試件相同的單層殼的抗彎剛度為：
　?。?）
　　比較式（3）、（4）可知，在保證不脫膠的情況下，膠層增大了試件的抗彎剛度，提高了試件的承載力。
　　3、加固試件理論計算結(jié)果
　　加固后的試件為原鋼管—粘膠層—外粘鋼的組合結(jié)構(gòu)，外粘鋼板與內(nèi)層原鋼管為承載層，由試件的材料屬性可知，內(nèi)部夾心膠層——WSJ建筑結(jié)構(gòu)膠的彈性模量與鋼材Q235的彈性模量相比很小，可以不考慮其承載，因此加固后試件的構(gòu)造與夾心殼類似。根據(jù)前面所述的計算理論，可以求得組合結(jié)構(gòu)的折合剛度為：
　　由軸壓下圓柱殼的穩(wěn)定性可知臨界應(yīng)力為：
　?。?）
　　將相關(guān)參數(shù)代入上式可得：＝57154MPa，683564KN，，因此，試件不會發(fā)生彈性屈曲，這一結(jié)論與試驗結(jié)果完全吻合。
　　5加固后運行結(jié)果
　　在不停電對500kV構(gòu)架進行了粘鋼加固后，取得了良好的效果。加固結(jié)果見圖5-1。
　　
　　9結(jié)論
　　玉賢變電站是第一臺百萬等級變壓器的變電站，四期、五期擴建為著鄂東環(huán)網(wǎng)以及武漢市區(qū)的平峰度夏有著重要的意義。粘鋼加固方案對500kV構(gòu)架進行了加固，順利進行了四期、五期擴建，成功平峰度夏，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟和社會效益。
　　根據(jù)試驗研究數(shù)據(jù)，以及理論分析比較，玉賢變電站500kV構(gòu)架加固結(jié)果，證明外粘鋼板后，結(jié)構(gòu)膠能夠可以使加固結(jié)構(gòu)與原結(jié)構(gòu)有效地聯(lián)合工作，共同抵抗外荷載的作用，增大了截面的剛度，提高了鋼管柱的承載力和穩(wěn)定性，達到了良好的加固效果。
　　而且外粘鋼加固可以在不停電的條件下進行施工，不僅加固效果好，而且施工快捷，不影響生產(chǎn)，不需要焊接，不會產(chǎn)生焊接殘余應(yīng)力和變形，不會破壞原結(jié)構(gòu)的鍍鋅保護層，工程造價低，具有很好的經(jīng)濟效益和社會效益，與其他加固方案相比具有明顯的優(yōu)點，值得在其他類似結(jié)構(gòu)加固工程中采用。

---

文章來源： 永年加固公司
本文鏈接: http://www.tuoluotouzi.com/a_20130808231134.html
任何關(guān)于加固工程的問題和建議，敬請咨詢：0591-87868646