脫硝減排工程中原有混凝土支架上新立鋼框架組合體系近似計算分析、加固

摘要：嘉興電廠一期2臺燃煤機組進行的脫硝改造，要求在機組爐后煙風道支架的上方布置SCR反應器。為了充分利用原煙風道鋼筋混凝土支架，決定對已有結構進行改造加固。為了確保脫硝鋼支架柱的荷載合理安全的傳遞到原煙風道鋼筋混凝土支架柱上，新建的脫硝鋼結構支架采用鋼托架轉換層與原有鋼筋混凝土煙風道支架連接。為了彌補原煙風道支架承載力不足，對部分薄弱的梁、柱等構件采用增大截面法加固。為了避免新增鋼支架水平荷載產生過大的水平位移，在原鋼筋混凝土支架上合理布置縱、橫向鋼支撐進行加固。實踐證明，該加固方案操作鑒定可行，可以滿足安全性、適用性要求，非常適合已建電廠脫硝改造工程。

關鍵詞：電廠；脫硝；鋼支架；加固

某發電廠一期工程建設兩臺300MW國產引進型燃煤機組，1992年12月22日正式動工建設，#1、#2機組（2×300MW）分別于1995年7月和12月建成投產。機組煙風道支架采用鋼筋混凝土框架結構，投入使用后運行正常。為了減少燃煤機組排放的氮氧化物污染大氣，電廠決定按國家有關要求在兩臺機組上加裝煙氣脫硝裝置。每臺機組的脫硝裝置包括二個SCR反應器。SCR反應器必須布置于機組煙風道支架的上方，但是嘉興發電廠建設時并未考慮要布置脫硝裝置，因此決定對現有鋼筋混凝土煙風道支架進行加固。

圖1 新立脫硝鋼支架示意圖

原煙風道支架為鋼筋混凝土框架結構，主要承受爐后煙風道荷載，該部分荷載主要以集中力的形式作用在鋼筋混凝土支架上。為了充分利用原有煙風道支架，脫硝裝置SCR反應器布置在機組爐后煙風道鋼筋混凝土支架的上方，為實現上部鋼結構荷載的傳遞，上部新立鋼支架通過采用鋼托架轉換層與原有鋼筋混凝土煙風道支架連接。新建脫硝支架采用鋼框架如圖1所示。

上部脫硝鋼支架引入后，結構承受的豎向荷載主要為鋼支架自重、SCR反應器以及出入反應器煙道的自重，水平荷載主要為風荷載。新建支架承擔并傳遞此部分荷載，并通過柱腳的連接將脫硝鋼支架上的豎向荷載和水平荷載傳遞到原煙風道鋼筋混凝土支架上。

SCR反應器、出入SCR反應器的煙道和上部鋼支架具有較大的荷載，通過新建的上部鋼支架柱傳遞到下部原煙風道鋼筋混凝土支架上，可能造成鋼筋混凝土結構構件承載力的不足而發生破壞。因此，需要對原煙風道支架結構進行承載力評估和改造加固設計。首先要對原支架的荷載和變形進行分析，評估原支架結構容許的承載力，然后對原煙風道支架結構引入脫硝設備后的受力和變形進行分析，并根據分析結果提出備選的布置方案，從中確定一種技術可靠、安全適用、經濟合理的最優方案。脫硝裝置的布置方案確定后，必須根據對引入脫硝后的煙風道支架各構件進行承載力校核，找出不滿足要求的構件并確定改造加固方法。最后對需要加固的梁柱構件和連接節點進行詳細的設計。

1）梁截面加固方案

由于脫硝鋼支架的豎向荷載直接傳遞到鋼筋混凝土柱上，因此對原鋼筋混凝土支架梁的影響較小，水平荷載雖然使梁的受力增大，但是煙風道支架梁的設計承載力有一定的安全余度。校核結果表明大部分支架梁可以承受增加的水平荷載，但是有部分梁的承載力安全余度較小甚至超過了允許的其正截面極限抗彎承載力。因此，需要對該部分梁進行加固。另外，考慮到脫硝引入后造成部分梁產生較大的軸向拉力，可能使鋼筋混凝土梁產生裂縫，影響正常使用和結構的耐久性。因此為了安全起見，支架中因為脫硝裝置引入所受彎矩大于其正截面極限抗彎承載力85%的梁，以及所受軸向拉力較大的梁，都必須進行加固。為了提高梁端正截面承載力，梁的加固選用增大截面法，并在梁端采用加焊鋼筋錨入柱中。新增的受力鋼筋要求采用短筋與原梁角部鋼筋焊接連接，鋼筋外表面采用高強水泥砂漿抹面作為鋼筋的保護層。此外，考慮到某些需加固梁加焊鋼筋施工不方便，采用預拉錨桿進行加固。

2）柱截面加固方案

脫硝裝置引入后，原煙風道支架鋼筋混凝土柱無法滿足承載力的要求，為此方案采用四面圍套的方式增大其柱截面，并對柱增大截面后的模型進行計算，確定增大截面柱所需要的配筋。由于新增的縱向鋼筋在梁、柱節點處由于梁的影響無法沿柱邊均勻配置，為了使鋼筋能夠通長配置，避免在梁、柱節點處彎折，新增縱向鋼筋沿柱邊采取不均勻配置。此外，根據《混凝土結構加固規范（GB 50367-2006）》的要求，增大截面尺寸柱的縱向受力鋼筋所采用的箍筋需要與原柱縱向鋼筋進行焊接。如圖4所示為一增大截面尺寸柱的配筋及其梁、柱節點構造示意圖。由于支撐安裝的需要部分增大截面柱在梁、柱節點處需要外包鋼板。同時，為保證外包鋼板與柱連接的緊密性，鋼板內部均勻的焊有栓釘。

3） 鋼支撐-混凝土支架形式加固方案

支架增加脫硝裝置后水平荷載較大，將產生較大的水平位移，遠遠超過原結構的水平位移。為了提高結構的抗側移剛度，確保原煙風道支架結構在新增脫硝荷載作用下的安全性和整體穩定性，就必須重新布置支架結構，在原鋼筋混凝土支架上合理布置縱、橫向鋼支撐的方法進行加固。

實踐證明，本工程提出的加固方案操作可行，滿足了安全性、適用性等方面的要求，很好地解決了舊電廠加固改造的要求，適應了國家可持續發展環保政策的需求，為相應工程實踐提供依據。

參考文獻

[1] 蔡東. 加大截面加固法在混凝土結構加固中的應用[J]. 福建建筑. 2001

[2] GB50367-2006.混凝土結構設計加固規范[S]. 2006

[3] 劉禮華，熊宜棟，熊威等.某電廠組合鋼柱破壞機理計算分析及其加固處理方法[J]. 武漢大學學報（工學版）. 2005

[4] 曹丹陽. 加大截面加固法在某商住樓的應用[J]. 化工設計通訊. 2004

（鄭紅蕾1，土木工程專業，中級工程師，從事土木工程結構設計，18658169582）