Tấm sợi carbon gia cố

Tổng quan dự án

Nhà máy thủy điện Ertan nằm trên dòng chính sông Yalong, thuộc thành phố Phan Chi Hoa, tỉnh Tứ Xuyên. Đây là một trung tâm thủy lợi quy mô lớn với tổng công suất lắp đặt 3.300 MW. Các tòa nhà trung tâm của nhà máy điện bao gồm đập dâng, công trình xả lũ, công trình tiêu thụ năng lượng, nhà máy điện ngầm, công trình chuyển nước và hạ lưu, và trạm phân phối kết hợp cách điện khí 500kV hoàn toàn kín (công trình GIS).

Tòa nhà GIS là trạm biến áp 500kV của Nhà máy Thủy điện Ertan, kích thước kết cấu chính là 131,4x18,6x22,2m (dài x rộng x cao), là kết cấu khung bê tông cốt thép đổ tại chỗ, móng được đặt trên nền đá tương đối hoàn chỉnh. Dầm mái trải dài toàn bộ tòa nhà, không có cột chống ở giữa, đường dây điện 500kV được bố trí trên mái..

Hệ thống nhà máy điện ngầm sử dụng nhà máy điện chính và phòng lắp đặt, phòng máy biến áp chính và bể điều áp nước đuôi làm thân chính. Hệ thống bao gồm hầm xe buýt, hầm dẫn nước, hầm thoát nước, hầm xả, giếng nghiêng cáp, giếng thang máy đập trên và các hầm khác. Một nhóm các hầm ngầm chồng chéo và giao nhau được hình thành. Tòa nhà chính dài 280,3m và có nhịp 25,5m. Lớp máy phát điện và lớp tua bin của nhà máy điện chính là kết cấu dầm sàn bê tông cốt thép đúc tại chỗ. Các dầm được đỡ bằng các tấm chắn gió vuông và các cột độc lập. Các dầm được bố trí gọn gàng, và các cụm được ngăn cách bằng các khe co giãn..

2 Các vấn đề hiện có

Trong đợt kiểm tra trước lũ tháng 3 năm 2003, phát hiện hầu hết các dầm mái của trạm biến áp cách điện khí 500kV (tòa nhà GIS) đều bị nứt. Đặc biệt, dầm mái trục 29 bị nứt và biến dạng uốn lớn, khiến đáy dầm và lan can cầu trục bị trầy xước. Hầu hết các thanh đỡ và đầu dầm đỡ đơn giản trên các thanh đỡ ở tầng máy phát điện và tầng tua bin của nhà máy điện ngầm đều bị nứt. Ngay khi phát hiện ra sự cố, vấn đề đã thu hút sự chú ý lớn. Ngay lập tức, Viện Thiết kế đã cử ngay các chuyên gia liên quan đến hiện trường để tiến hành khảo sát, kiểm tra vật liệu và bản vẽ thiết kế ban đầu, tính toán tải trọng kết cấu, cốt thép mặt cắt ngang, giá trị độ võng của dầm, v.v. và tiến hành kiểm tra bong tróc một phần lớp thạch cao bị nứt..

Phát hiện có 10 vết nứt đối xứng ở cả hai bên bụng trục 29 của tòa nhà GIS, với chiều rộng khoảng 0,3 đến 0,6 mm. Các vết nứt bắt đầu từ đáy bản, kéo dài xuống dưới và biến mất ở khoảng cách 100-200 mm tính từ dầm, không xuyên qua đáy dầm. Không phát hiện vết nứt xuyên qua nào vượt quá 0,2 mm ở đáy dầm. Sau khi cắt bỏ lớp trát trên bề mặt dầm, phát hiện các vết nứt ở cả hai bên bụng dầm đã lan đến lớp bê tông của thân dầm. Bước đầu đánh giá rằng các vết nứt đối xứng ở cả hai bên dầm có thể đã xuyên qua thân dầm. Kết quả kiểm tra cũng phát hiện hầu hết các dầm khác đều có vết nứt, lớp bảo vệ cực kỳ mỏng, một số cốt thép đai bị lộ ra, và các mặt của đai eo dầm bị lõm vào bên trong. Các vết nứt ở bụng dầm có thể là do lớp bảo vệ bê tông không đủ và bảo trì không đúng cách hoặc tỷ lệ trộn bê tông không phù hợp trong quá trình thi công..

Có các vết nứt xiên ở các mức độ khác nhau ở mặt ngoài của mép trên của dầm đỡ trên lớp máy phát điện và lớp tuabin của nhà máy điện ngầm và mép dưới của dầm đỡ đơn giản trên dầm đỡ. Một số vết nứt nghiêm trọng đã xuyên từ dầm đỡ đơn giản phía trên xuống dầm đỡ dưới. Sau khi bóc lớp thạch cao trên bề mặt bên (sâu khoảng 2cm) nơi dầm đỡ đơn giản và dầm đỡ được kết hợp, người ta thấy rằng hầu hết các dầm đỡ có vết nứt đều không được nhúng bằng tấm thép lót, điều này không phù hợp với thiết kế ban đầu. Không tìm thấy vết nứt hoặc vết nứt rất nhỏ nào ở bất kỳ dầm đỡ nào có tấm thép lót nhúng. Nguyên nhân của các vết nứt rất có thể là do các tấm thép không được nhúng vào bề mặt của dầm đỡ và đáy dầm tương ứng. Khi nhiệt độ thay đổi, bê tông co lại và nhà máy hoạt động rung, ma sát giữa đáy dầm và dầm đỡ tương đối lớn, khiến đầu dầm và dầm đỡ bị nứt. .

3 Xử lý gia cố kết cấu bằng sợi carbon

3.1 Nguyên lý và ưu điểm của gia cố sợi carbon

3.1.1Nguyên tắc

Công nghệ kết cấu gia cường vải sợi carbon là một loại công nghệ gia cường kết cấu mới. Chủ yếu có hai loại vật liệu sợi carbon được sử dụng trong gia cố và sửa chữa kết cấu bê tông: vật liệu sợi carbon và nhựa hỗ trợ. Trong số đó, cường độ kéo của sợi carbon gấp mười lần thép xây dựng và mô đun đàn hồi tương đương với thép, hiệu suất xây dựng và độ bền của nó tốt. Đây là vật liệu gia cố và sửa chữa tốt. Nhựa phù hợp bao gồm nhựa đáy, nhựa san phẳng và nhựa liên kết. Chức năng của hai loại đầu tiên là cải thiện chất lượng liên kết của sợi carbon. Vai trò của loại sau là cho phép sợi carbon và bê tông tạo thành một tổng thể hỗn hợp và cùng nhau cải thiện khả năng chịu uốn và chịu cắt của các bộ phận kết cấu để đạt được mục đích gia cường và gia cố các bộ phận kết cấu.

3.1.2 Ưu điểm So với công nghệ gia cường truyền thống, công nghệ gia cường vải sợi carbon có những ưu điểm rõ ràng:

(1)Độ bền cao: Vải sợi carbon có các tính chất vật lý và cơ học tuyệt vời, độ bền kéo gấp 8 lần thép thông thường, đạt hơn 4000MPa và mô đun đàn hồi gần bằng thép, thích hợp để gia cố và sửa chữa bê tông cốt thép.

(2) Hiệu suất ổn định: Vải sợi carbon có độ bền và khả năng chống ăn mòn hóa học tốt, chống axit, kiềm, muối và ăn mòn khí quyển, không cần bảo trì thường xuyên. Nó bảo vệ kết cấu bê tông bên trong và có thể đạt được mục đích gia cố và sửa chữa kép.

(3) Trọng lượng nhẹ: Thông số kỹ thuật thường dùng của vải sợi carbon là 200g/m và 300g/m, độ dày lần lượt là 0,111mm và 0,167mm. Trọng lượng trắng nhẹ, trọng lượng kết cấu và kích thước mặt cắt ngang về cơ bản không tăng.

(4) Thi công thuận tiện: Không cần thi công ướt, không cần thiết bị thi công lớn, không cần cơ sở cố định tại chỗ, vải sợi carbon có thể cắt tùy ý, thi công đơn giản, không gây ô nhiễm bụi và tiếng ồn, thời gian thi công ngắn.

(5) Chất lượng thi công dễ dàng đảm bảo: vải sợi carbon mềm mại, ngay cả khi bề mặt cần gia cố không được nhẵn mịn, vẫn có thể sử dụng keo dán để đảm bảo độ bám dính hiệu quả 100% diện tích.

3.2 Vật liệu gia cố

Vật liệu này được lựa chọn để cố gắng không ảnh hưởng đến hoạt động bình thường của nhà máy điện, không làm hỏng cốt thép ban đầu của kết cấu, khôi phục lại diện mạo ban đầu của kết cấu và khắc phục hiện tượng co ngót của bê tông. Tăng khả năng chịu uốn và chịu cắt của kết cấu để ngăn ngừa các vết nứt mới, đồng thời sử dụng tấm sợi carbon để gia cố các dầm mái và vết nứt của dầm đỡ. Vải sợi carbon sử dụng vải sợi carbon loại HM-30, với trọng lượng tịnh 300 và độ dày 0,167mm; vật liệu liên kết sử dụng nhựa sợi carbon loại HM tương ứng.

3.3 Gia cố dầm mái tòa nhà GIS

3.3.1 Sửa chữa vết nứt

Theo chiều rộng và chiều sâu của vết nứt trên dầm mái của tòa nhà GIS, bề mặt được đục theo phương pháp rãnh chữ "U", và bề mặt được bôi và bịt kín bằng vật liệu bịt kín nhanh, và khi cần thiết, sử dụng keo nối kết cấu HM-120L để bơm vữa hóa học. Xử lý khâu.

3.3.2 Gia cố kết cấu

Ở cả hai bên dầm mái trục 29, cách đáy dầm và bề mặt dầm 400mm, một lớp sợi carbon rộng 300mm được dán dọc theo chiều dài dầm để khắc phục ứng suất do bê tông co ngót gây ra. Sau khi khắc phục hiện tượng co ngót bê tông, để bù đắp cho khả năng chịu lực của dầm bị mất do nứt và biến dạng, khả năng chịu uốn và chịu cắt của dầm cũng cần được cải thiện. Một lớp sợi carbon rộng 500mm được dán dọc theo toàn bộ chiều dài đáy dầm để cải thiện khả năng chịu uốn của dầm. Dán một lớp vòng sợi carbon hình chữ "U" rộng 300mm dọc theo chiều dài dầm với khoảng cách 200mm để cải thiện khả năng chịu cắt của dầm, như thể hiện trong Hình 1. Đối với các dầm mái khác có vết nứt, do các vết nứt chủ yếu xuất hiện ở các đầu dầm, một lớp vòng sợi carbon hình chữ "U" rộng 150mm được dán vào các đầu dầm với khoảng cách 200mm và chiều dài không nhỏ hơn 2m để cải thiện khả năng chịu cắt của dầm. Đồng thời, để ngăn ngừa các vết nứt ở mặt bên của dầm, một lớp sợi carbon có chiều rộng 150mm được dán ở cả hai mặt của dầm, cách đáy dầm 400mm và bề mặt dầm dọc theo chiều dài của dầm để khắc phục ứng suất do bê tông co ngót gây ra, như thể hiện trong Hình 2. .

3.4 Gia cố dầm và xà ngang trong nhà máy điện ngầm

3.4.1 Sửa chữa vết nứt

Để khôi phục tính toàn vẹn của kết cấu tối đa, ngăn ngừa bề mặt mối nối tiếp tục phát triển, đồng thời lưu ý cường độ liên kết của vật liệu trám mối nối không nên quá cao. Do đó, cần sử dụng vật liệu trám vô cơ siêu mịn gốc xi măng để trám kín các mối nối, sau đó phủ kín bề mặt vết nứt bằng vật liệu trám nhanh.

3.4.2Gia cố kết cấu

Việc gia cố các dầm, xà của nhà máy điện ngầm, sau khi thiết kế và tính toán, khối lượng gia cố từng kết cấu như sau:

(1) Phần đỡ sử dụng vòng khâu ba lớp: chiều cao của lớp thứ nhất và thứ hai là 0,5m, chiều cao của lớp thứ ba là 0,2m;

(2) Đầu dầm được dán hai lớp dọc theo chiều dài dầm, với chiều cao 0,5m và chiều dài 1,5m;

(3) Phần đỡ vuông sử dụng vòng khâu hình chữ "U" và được dán ba lớp, cao 0,44m và dài 1,5m. Như thể hiện trong Hình 3 và 4.

4 Phần kết luận

Các vết nứt trên dầm mái của tòa nhà GIS và các thanh đỡ của nhà máy điện ngầm đã được trám trét và gia cố bằng sợi carbon. Cường độ uốn, kéo và cắt của các cấu kiện bê tông đã được cải thiện hiệu quả. Nhờ đó, ứng suất do co ngót của bê tông được khắc phục và ngăn ngừa các vết nứt mới. Dự án gia cố bằng vải sợi carbon thuận tiện cho việc thi công, thời gian thi công ngắn, và về cơ bản có thể đảm bảo hình dáng kết cấu ban đầu sau khi sửa chữa. Sau khi dự án hoàn thành và đưa vào vận hành, kết cấu chính cho đến nay không có bất thường nào, và hiệu quả gia cố đã đạt được tốt.