型钢混凝土组合结构在工程加固中的应用

尹明泉

【摘 要】以华能辛店电厂三期2×300MW机组烟气脱硝改造工程为例，介绍了型钢混凝土组合结构的设计方法、施工技术要求等在工程加固中的应用。

【关键词】型钢混凝土组合结构；结构加固

0.引言

型钢混凝土组合结构作为新兴的一种结构形式，在工程加固改造以及高层、大跨结构中的广泛使用。

型钢混凝土组合结构是把型钢埋入钢筋混凝土中的一种独立的结构形式。由于在钢筋混凝土中增加型钢，型钢以其固有的强度和延性，以及型钢、钢筋、混凝土融为一体协同受力使得型钢混凝土组合结构比传统的钢筋混凝土结构具有更大的承载能力、刚度、更优越的抗震性能。与钢结构相比，具有防火性能好，结构局部和整体稳定性好，节省钢材的优点。

1.工程概况和加固方案的确定

华能辛店电厂三期2×300MW机组于2004年竣工投产，为适应国家对NOx（氮氧化物）的环保要求，在炉后与除尘器之间增加烟气脱硝装置，对该机组进行烟气脱硝改造。在炉后与除尘器之间原有烟道钢结构支架上部加设脱硝反应装置，结合原有钢结构布置及脱硝装置的设计情况，由于改造施工期间机组需要正常运行，只能采取结构加固方案。经论证后SCR区（Selective Catalytic Reduction）采用型钢混凝土组合结构对原有钢结构进行加固。

2.加固方案实施

针对加固改造工程的施工特点和型钢混凝土组合结构施工的工艺要求，制定了相对应的施工方案。首先在原有钢结构框架增加钢管支撑，以增加钢结构框架的整体稳定性，进行混凝土施工时有效地减小了混凝土与型钢之间的缝隙，保证型钢混凝土组合结构的施工质量。

原有钢结构表面油漆的打磨：由于混凝土厚度较小（翼缘板侧混凝土厚度为150mm），为增加型钢框架与后浇混凝土的粘结性能，须将型钢表面的油漆进行打磨，并在型钢柱翼缘板表面焊接栓钉（Φ18，h=100mm）。以增加型钢与混凝土的粘结性能，以利于两者协同受力。

箍筋在型钢混凝土组合结构中的作用：型钢混凝土组合结构是型钢和混凝土两种材料的组合体，在此组合体中箍筋的作用尤为突出，它除了增强截面抗剪承载力，避免结构发生剪切脆性破坏外，还起到约束核心混凝土，增强塑性铰区变形能力和耗能能力的作用，对型钢混凝土组合结构构件而言，更起到保证混凝土和型钢、纵筋整体工作的重要作用。因此，为保证在大变形情况下能维持箍筋对混凝土的约束，箍筋应做成封闭箍筋，其末端应有135°弯钩，弯钩平直段也应有一定长度。遇有节点板处，箍筋需要断开后跟节点板进行焊接。

3.主要施工工序工艺

受力主筋施工：加固基础施工前将原基础底部受力钢筋凿出，与加固基础受力钢筋进行搭接焊接。为增加新旧混凝土的粘结以保证基础协同受力，需将原有基础表面进行凿毛处理，并梅花布置@200进行植筋，增加新旧混凝土的粘结，植筋后需做后置锚固件拉拔试验，试验合格后方可进行混凝土浇筑施工。

根据施工蓝图进行钢筋下料、制作，由于改造工程中对结构性能的高要求，受力主筋采用滚扎直螺纹连接。将原基础顶部凿除500mm左右，把原有基础短柱钢筋暴露出，将柱纵向受力钢筋与原有基础钢筋进行搭接焊接。梁柱节点处柱纵向钢筋从梁翼缘板打孔穿过，并对该孔加腹板进行加强。

模板系统工程施工：加固成型后的型钢混凝土柱为清水混凝土结构，为达到成型后的混凝土柱内实外光，模板使用新塑光竹胶板，模板加固采用柱箍加固，避免出现对拉螺栓孔；柱角使用倒角条，竖向模板拼接使用“工”字行硬质PVC塑料条进行模板拼接，既能减少漏浆，保证结构质量，又能使成型后的混凝土柱美观。

混凝土工程施工：由于混凝土凝结硬化过程中会产生微收缩，与型钢表面之间形成微裂缝。预拌混凝土时在混凝土中掺入适量的膨胀剂，以补尝混凝土产生的收缩。

混凝土浇筑时的注意事项：

（1）混凝土浇筑时混凝土自由倾落高度不应超过2m。

（2）混凝土浇筑应连续进行，在上一层混凝土初凝之前，将下一层混凝土浇筑并捣实完毕，确保上、下层混凝土紧密结合，避免出现冷缝，浇筑间歇时间不应超过2h。基础表面进行压光，以不翻浆为准。

（3）由于柱段与基础混凝土分两次浇筑，柱段混凝土浇筑前，首先应将柱底基础面松散石子及浮浆凿除，并用水冲洗干净，在柱底浇筑一层约5cm的水泥砂浆（采用与柱头混凝土同标号减石子水泥砂浆），以免在柱根部产生蜂窝烂根现象。

（4）上层混凝土浇筑应在下层混凝土初凝前进行，采用插入式振动棒振捣，振动棒使用方法可视具体情况采用垂直振捣或斜向振捣，但两者不能混用；插点移动次序可采用行列式或交错式，两者也不能混用。

（5）混凝土的振捣：采用4m～6m插入式振动棒，基础承台浇筑时基础操作人员不应脚踩钢筋，应铺以脚手板作为通道。混凝土浇筑后应及时振捣，振捣要密实、均匀，混凝土表面要求压光。在振捣底部混凝土时，应派专人仔细观察模板的变形情况，发现问题及时处理。混凝土振捣时，振动棒要快插慢拔，插点间距不应超过振动棒作用半径的1.5倍，即插点间距以30cm～40为宜，边点距模板保持在10cm～20cm。振动器在每一插点上的停留时间，以混凝土表面成水平状并出现水泥浆不再出现气泡、不显著下沉为准，振捣时间一般约20s～30s。第一层混凝土振捣时振动棒应插入到底，浇筑上层混凝土时，振动棒插入下层混凝土内深度不应小于50mm，以消除两层间的接缝，严禁过振或漏振。

（6）混凝土的养护：混凝土浇筑成型后，按规范要求及时进行养护，养护不得少于7天。当施工期处于冬季时，混凝土浇筑完成后，采取覆盖棉毡的方式进行保温，以利于混凝土强度的正常增长，模板拆除后涂刷薄膜养护液进行混凝土养护。混凝土养护应安排专人养护并及时做好养护记录。

4.结束语

在加固改造工程中，由于原有结构承载力不足，尤其是工业建筑中多是在运行使用期间进行加固改造，使得型钢混凝土的优势十分明显。在不影响运行的情况下，通过型钢结构外包钢筋混凝土有效的提高结构的承载能力，满足新的结构受力要求。

该工程型钢混凝土组合结构自2013年4月12日施工完成，#6机组已于7月份投产，荷载加载完成后对框架结构进行监测，未发现异常，系统运行稳定。型钢混凝土组合结构技术经济效益和社会效益显著，符合我国基本建设和加固改造的实际情况，对以后加固技术的发展具有重要参考意义，值得推广。 [科]

【参考文献】

[1]型钢混凝土组合结构构造（04SG523-2004）.北京：中华人民共和国建设部，2004.

[2]型钢混凝土组合结构技术规程（JGJ138-2001）.北京：中华人民共和国建设部，2002.

[3]混凝土结构设计规范（GB50010-2010）.北京：中华人民共和国建设部，2010.

[4]聂建国.钢-混凝土组合梁结构试验、理论与应用.北京：科学出版社，2005.