大中型伞式发电机组发导轴承下机架支墩裂纹处理加固研究与应用

☆项目详细内容

大中型全伞式水轮发电机导轴承下机架的混凝土支墩，因承受发电机丢弃负荷时较大的环向电磁场作用、机组振动（尤其低水头工况）大、径向摆度大、风洞内温差大等原因，支墩混凝土在重复振动荷载作用下容易出现疲劳，强度降低，最终在往复推拉力作用下开裂。曾使大化电厂第一台机组投产约一年，支墩即出现开裂，后采取在下机架端部装设径向千斤顶和增加钢筋、补浇马鞍形凹槽混凝土的措施对全部4 台机组进行修补，运行约20年后，各机组支墩再开裂。将支墩外壳全包钢板改为只在支墩径向立面（正面）布置槽型钢板，在侧向及顶面改用高强钢筋混凝土代替钢板进行加固。其特点有：新混凝土加固层与原结构混凝土的材料性质一致，其材料的弹性模量、变形模量相近，可避免钢板外壳与混凝土层材料性质差异大而出现不同变形或相互约束等问题。支墩正面采用钢板，既解决侧面钢筋前端的锚固问题，又可兼作新浇混凝土外壳的模板，减少模板工作量，腾出支撑空间，不影响机组检修的设备吊装，同时钢板表面平整光滑美观。

☆主要技术创新

其特点有：（1）结构新旧混凝土材料性质一致，其弹性模量、变形模量相近，可避免钢板外壳与混凝土材料性质差异大其变形和约束不一致等问题。正面钢板既解决侧面钢筋前端的锚固问题，又可兼作模板，减少模板量，腾出支撑空间，不影响机组检修的设备吊装，同时钢板表面平整光滑美观。（2）支墩两侧各加宽10cm，长度由支墩正面经定子基座延伸到机墩风道弧面，既增加结构承载能力，便于布置外壳大直径钢筋网，满足新浇混凝土层应有的厚度，更强化了新旧混凝土结构的整体协调性。（3）根据结构受力特性，支墩侧面及顶面的径向(水平向)钢筋按C28@200mm 均布，环向钢筋则为C22@200mm，（直径均大于原配C20），支墩外壳钢筋网及钢板完全满足承担发电机最不利工况下70%以上的荷载。（4）径向钢筋尽端伸入机墩风道弧面，与原配钢筋用L 型钢筋焊接，前端与正面槽型钢板内侧焊接，两端均与结构固端锚固，并每隔80cm 与支墩原配径向筋用Z 型钢筋焊接，使新旧主筋共同承担主要荷载；环向钢筋在支墩部分的顶面及两侧面加工成“门型”，竖向与风道侧边的竖筋同样插入风道地面，并用植筋材料锚固于插筋孔中；正面钢板用肋板与原结构竖向主筋焊接。（5）为保证混凝土浇筑质量，提高其强度和可靠性，对钢筋网密集的薄层外壳，采用流动性好的C3O 一级配钢纤维混凝土。同时采取多项措施：为防止水化热过大以致结构内部开裂，掺加10%粉煤灰；为防止支墩内外温差过大易引起结构内部、表面产生新的裂缝，以及增强混凝土韧性，掺加1.83%的钢纤维；为提高混凝土的密实性、和易性，添加0.6%高效减水剂；为保证新旧混凝土较好粘接，浇筑前在新旧交接面用素水泥浆薄层涂刷。

☆项目应用情况

该项目成果2006 年3 月、2010 年2 月、2012 年1 月、2013 年12 月分别应用于大化电厂右岸厂房#3、#2、#4、#1 机下机架支墩的加固处理。支墩运行多年（#3 机9 年， #2机5 年，#4 机3 年、#1 机1 年）来，其运行情况大有改善，从每月或每季度的测量结果看，除某些支墩顶面在运行初期发现少数几条温度裂纹外，其它没有异常；机组下机架振动测量结果可知，下机架的振动值较之加固前有明显减少，因此，对下机架支墩加固处理是成功和有效的。

☆企业效益情况

本成果可有效提高支墩结构可靠性，形成对下机架支臂的反约束，减轻因结构薄弱对下机架振动的影响，较好地改善机组运行条件，保证机组的安全运行。对提供稳定可靠的电力能源具有重大意义；对于运行时间长、长期承受重复动荷载作用而发生开裂损坏的基础结构，同样可以采用。