การเสริมความแข็งแรงแผ่นคาร์บอนไฟเบอร์

ภาพรวมโครงการ

สถานีไฟฟ้าพลังน้ำเอ้อเอ่อร์ถานตั้งอยู่ริมฝั่งแม่น้ำยาหลงสายหลักในเมืองผานจือหัว มณฑลเสฉวน เป็นศูนย์กลางการอนุรักษ์น้ำขนาดใหญ่ มีกำลังการผลิตติดตั้งรวม 3,300 เมกะวัตต์ อาคารศูนย์กลางสถานีไฟฟ้าประกอบด้วยเขื่อนกั้นน้ำ อาคารระบายน้ำท่วม อาคารกระจายพลังงาน โรงไฟฟ้าใต้ดิน อาคารผันน้ำและอาคารท้ายน้ำ และสถานีสวิตช์รวมแบบปิดสนิทหุ้มฉนวนก๊าซ (GIS) ขนาด 500 กิโลโวลต์

อาคาร GIS คือสถานีไฟฟ้าแรงสูง 500 กิโลโวลต์ของสถานีไฟฟ้าพลังน้ำเอ้อตัน โครงสร้างหลักมีขนาด 131.4 x 18.6 x 22.2 เมตร (ยาว x กว้าง x สูง) เป็นโครงสร้างคอนกรีตเสริมเหล็กแบบหล่อในที่ ฐานรากตั้งอยู่บนฐานหินที่ค่อนข้างสมบูรณ์ คานหลังคาทอดยาวไปทั่วทั้งอาคารโดยไม่มีเสาค้ำยันตรงกลาง และมีสายส่งไฟฟ้าแรงสูง 500 กิโลโวลต์ติดตั้งอยู่บนหลังคา

ระบบโรงไฟฟ้าใต้ดินประกอบด้วยโรงไฟฟ้าหลักและห้องติดตั้ง ห้องหม้อแปลงหลัก และถังพักน้ำท้ายเขื่อนเป็นตัวหลัก ประกอบด้วยอุโมงค์บัส อุโมงค์ทางเข้า อุโมงค์ระบายน้ำ อุโมงค์ระบายไอเสีย เพลาเอียงสายเคเบิล เพลาลิฟต์เขื่อนด้านบน และโพรงอื่นๆ โพรงใต้ดินกลุ่มหนึ่งซ้อนทับกันและไขว้กัน ตัวอาคารหลักมีความยาว 280.3 เมตร และมีช่วงกว้าง 25.5 เมตร ชั้นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและชั้นกังหันของโรงไฟฟ้าหลักเป็นโครงสร้างคานพื้นคอนกรีตเสริมเหล็กหล่อในที่ คานรองรับด้วยแผ่นบังลมทรงสี่เหลี่ยมและเสาอิสระ คานถูกจัดวางอย่างเป็นระเบียบ และแต่ละยูนิตถูกแยกออกจากกันด้วยข้อต่อขยาย

2 ปัญหาที่มีอยู่

จากการตรวจสอบก่อนเกิดน้ำท่วมในเดือนมีนาคม พ.ศ. 2546 พบว่าคานหลังคาส่วนใหญ่ของสถานีสวิตช์เกียร์หุ้มฉนวนก๊าซ 500 กิโลโวลต์ (อาคาร GIS) มีรอยแตกร้าว โดยเฉพาะอย่างยิ่งคานหลังคาของแกนที่ 29 มีรอยแตกร้าวและการเสียรูปจากการดัดงอขนาดใหญ่ ทำให้ส่วนล่างของคานและราวกันตกของเครนสะพานถลอก ส่วนค้ำยันและปลายคานรับน้ำหนักบนค้ำยันในชั้นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและชั้นกังหันของโรงไฟฟ้าใต้ดินส่วนใหญ่มีรอยแตกร้าว ทันทีที่พบปัญหา ปัญหานี้ได้รับความสนใจอย่างมาก รีบจัดผู้เชี่ยวชาญที่เกี่ยวข้องจากสถาบันออกแบบเดิมให้เข้ามาตรวจสอบหน้างาน ตรวจสอบวัสดุและแบบร่างเดิม คำนวณน้ำหนักโครงสร้าง การเสริมแรงหน้าตัด ค่าการโก่งตัวของคาน ฯลฯ และตรวจสอบการลอกของชั้นปูนฉาบที่แตกร้าวบางส่วน

พบว่ามีรอยแตกร้าวแบบสมมาตร 10 จุดทั้งสองด้านของส่วนท้องของแกนที่ 29 ของอาคาร GIS กว้างประมาณ 0.3 ถึง 0.6 มม. รอยแตกร้าวเริ่มจากด้านล่างของแผ่นพื้นและขยายลงมาและหายไปที่ระยะห่าง 100-200 มม. จากคานโดยไม่ทะลุผ่านด้านล่างของคาน ไม่พบรอยแตกร้าวทะลุเกิน 0.2 มม. ที่ด้านล่างของคาน หลังจากตัดชั้นปูนปลาสเตอร์บนพื้นผิวของคานออกพบว่ารอยแตกร้าวทั้งสองด้านของส่วนท้องของคานทะลุถึงชั้นคอนกรีตของตัวคาน เบื้องต้นมีการประเมินว่ารอยแตกร้าวแบบสมมาตรทั้งสองด้านของคานอาจทะลุผ่านตัวคาน การตรวจสอบยังพบว่าคานอื่นๆ ส่วนใหญ่มีรอยแตกร้าว ชั้นป้องกันบางมาก มีคานรองรับบางส่วนโผล่ออกมา และด้านข้างของแผ่นเอวของคานเว้าเข้าไปด้านใน รอยแตกร้าวในส่วนท้องคานอาจเกิดจากชั้นป้องกันคอนกรีตที่ไม่เพียงพอ และการบำรุงรักษาที่ไม่เหมาะสม หรืออัตราการผสมคอนกรีตที่ไม่เหมาะสมระหว่างการก่อสร้าง

มีรอยแตกร้าวแบบเฉียงในระดับที่แตกต่างกันที่ด้านนอกของขอบด้านบนของค้ำยันบนชั้นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและชั้นกังหันของโรงไฟฟ้าใต้ดินและขอบล่างของคานรับน้ำหนักแบบเรียบง่ายบนค้ำยัน รอยแตกร้าวร้ายแรงบางส่วนได้ทะลุผ่านจากคานรับน้ำหนักแบบเรียบง่ายด้านบนไปยังค้ำยันด้านล่าง หลังจากลอกชั้นปูนปลาสเตอร์บนพื้นผิวด้านข้าง (ลึกประมาณ 2 ซม.) ตรงที่คานรับน้ำหนักแบบเรียบง่ายและค้ำยันเชื่อมต่อกัน พบว่าค้ำยันส่วนใหญ่ที่มีรอยแตกร้าวไม่ได้ฝังด้วยแผ่นเหล็กรองรับ ซึ่งไม่สอดคล้องกับการออกแบบเดิม ไม่พบรอยแตกร้าวหรือรอยแตกร้าวขนาดเล็กมากในค้ำยันใดๆ ที่มีแผ่นเหล็กรองรับฝังอยู่ สาเหตุของรอยแตกร้าวน่าจะมาจากข้อเท็จจริงที่ว่าแผ่นเหล็กไม่ได้ฝังอยู่บนพื้นผิวของค้ำยันและฐานคานที่สอดคล้องกัน เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง คอนกรีตหดตัว และโรงไฟฟ้ากำลังทำงานด้วยแรงสั่นสะเทือน แรงเสียดทานระหว่างฐานคานและค้ำยันจะค่อนข้างมาก ทำให้ปลายคานและค้ำยันแตกร้าว

3การเสริมแรงด้วยเส้นใยคาร์บอนโครงสร้าง

3.1 หลักการและข้อดีของการเสริมแรงด้วยคาร์บอนไฟเบอร์

3.1.1 หลักการ

เทคโนโลยีโครงสร้างเสริมแรงด้วยผ้าคาร์บอนไฟเบอร์เป็นเทคโนโลยีการเสริมแรงโครงสร้างรูปแบบใหม่ วัสดุคาร์บอนไฟเบอร์ที่ใช้ในการเสริมแรงและซ่อมแซมโครงสร้างคอนกรีตมีอยู่ 2 ประเภทหลักๆ คือ วัสดุคาร์บอนไฟเบอร์และเรซินรองรับ คาร์บอนไฟเบอร์มีความแข็งแรงดึงสูงกว่าเหล็กก่อสร้างถึง 10 เท่า และมีค่าโมดูลัสความยืดหยุ่นเทียบเท่าเหล็ก ทำให้มีประสิทธิภาพในการก่อสร้างและความทนทานที่ดี เรซินที่เข้าคู่กันนี้ประกอบด้วยเรซินฐาน เรซินปรับระดับ และเรซินยึดติด เรซินสองชนิดแรกมีหน้าที่ปรับปรุงคุณภาพการยึดติดของคาร์บอนไฟเบอร์ ส่วนเรซินชนิดหลังทำหน้าที่ช่วยให้คาร์บอนไฟเบอร์และคอนกรีตสามารถประกอบเป็นชิ้นส่วนประกอบ และทำงานร่วมกันเพื่อเพิ่มความสามารถในการรับแรงดัดและแรงเฉือนของโครงสร้าง เพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์ในการเสริมความแข็งแรงและเสริมความแข็งแรงให้กับโครงสร้าง

3.1.2 ข้อดี เมื่อเปรียบเทียบกับเทคโนโลยีเสริมแรงแบบดั้งเดิม เทคโนโลยีเสริมแรงด้วยผ้าคาร์บอนไฟเบอร์มีข้อดีที่ชัดเจน:

(1) ความแข็งแรงสูง: ผ้าคาร์บอนไฟเบอร์มีคุณสมบัติทางกายภาพและทางกลที่ยอดเยี่ยม มีความแข็งแรงดึงสูงกว่าเหล็กธรรมดาถึง 8 เท่า มากกว่า 4,000MPa และโมดูลัสยืดหยุ่นใกล้เคียงกับเหล็ก ซึ่งเหมาะสำหรับการเสริมแรงและซ่อมแซมคอนกรีตเสริมเหล็ก

(2) ประสิทธิภาพที่มั่นคง: ผ้าคาร์บอนไฟเบอร์มีความทนทานและทนต่อการกัดกร่อนของสารเคมีได้ดี ทนต่อกรด ด่าง เกลือ และการกัดกร่อนจากบรรยากาศ ไม่จำเป็นต้องบำรุงรักษาเป็นประจำ ช่วยปกป้องโครงสร้างคอนกรีตภายในและสามารถเสริมแรงและซ่อมแซมได้เป็นสองเท่า

(3) น้ำหนักเบา: ผ้าคาร์บอนไฟเบอร์มีข้อกำหนดทั่วไปคือ 200 กรัม/ตารางเมตร และ 300 กรัม/ตารางเมตร และมีความหนา 0.111 มม. และ 0.167 มม. ตามลำดับ น้ำหนักเบา น้ำหนักเบาของโครงสร้างและขนาดหน้าตัดแทบไม่เพิ่มขึ้น

(4) โครงสร้างที่สะดวก: ไม่ต้องทำงานเปียก ไม่ต้องใช้เครื่องจักรก่อสร้างขนาดใหญ่ ไม่มีสิ่งอำนวยความสะดวกในการติดตั้งในสถานที่ ผ้าคาร์บอนไฟเบอร์สามารถตัดได้ตามต้องการ โครงสร้างเรียบง่าย ไม่มีมลภาวะฝุ่นและเสียง และระยะเวลาการก่อสร้างสั้น

(5) คุณภาพการก่อสร้างนั้นรับประกันได้ง่าย: ผ้าคาร์บอนไฟเบอร์มีความนุ่มนวล แม้ว่าพื้นผิวที่ต้องการเสริมจะไม่เรียบมากก็ตาม สามารถใช้กาววัสดุยึดติดเพื่อให้แน่ใจว่ามีการยึดเกาะที่มีประสิทธิภาพ 100% ของพื้นที่

3.2 วัสดุเสริมแรง

เลือกใช้วัสดุนี้โดยไม่ส่งผลกระทบต่อการทำงานปกติของโรงไฟฟ้า ไม่ทำลายโครงสร้างเสริมเดิมของโครงสร้าง คืนสภาพโครงสร้างเดิม และป้องกันการหดตัวของคอนกรีต เพิ่มความต้านทานการดัดและแรงเฉือนของโครงสร้างเพื่อป้องกันรอยแตกร้าวใหม่ และใช้แผ่นคาร์บอนไฟเบอร์เพื่อเสริมความแข็งแรงให้กับคานหลังคาและรอยแตกร้าวที่ค้ำยัน ผ้าคาร์บอนไฟเบอร์ใช้ผ้าคาร์บอนไฟเบอร์ชนิด HM-30 น้ำหนักสุทธิ 300 กรัม หนา 0.167 มม. ส่วนวัสดุยึดใช้เรซินคาร์บอนไฟเบอร์ชนิด HM ที่เข้ากัน

3.3 การเสริมความแข็งแรงคานหลังคาอาคาร GIS

3.3.1 การซ่อมแซมรอยแตกร้าว

ตามความกว้างและความลึกของรอยแตกร้าวบนคานหลังคาของอาคาร GIS พื้นผิวจะถูกสกัดด้วยวิธีร่องรูปตัว "U" และทาและปิดผนึกพื้นผิวด้วยวัสดุปิดผนึกอย่างรวดเร็ว และเมื่อจำเป็น จะใช้กาวยาแนวโครงสร้าง HM-120L สำหรับการยาแนวด้วยสารเคมี การเย็บ

3.3.2 การเสริมแรงโครงสร้าง

ทั้งสองด้านของคานหลังคาแกนที่ 29 ห่างจากด้านล่างของคานและพื้นผิวคาน 400 มม. มีการปูชั้นคาร์บอนไฟเบอร์กว้าง 300 มม. ตลอดความยาวของคานเพื่อชดเชยแรงที่เกิดจากการหดตัวของคอนกรีต หลังจากเอาชนะการหดตัวของคอนกรีตแล้ว เพื่อชดเชยการสูญเสียความสามารถในการรับน้ำหนักของคานหลังจากการแตกร้าวและการเสียรูป ควรปรับปรุงความสามารถในการต้านทานการดัดและแรงเฉือนของคานด้วย มีการปูชั้นคาร์บอนไฟเบอร์กว้าง 500 มม. ตลอดความยาวทั้งหมดของด้านล่างของคานเพื่อปรับปรุงความต้านทานการดัดของคาน แปะชั้นห่วงคาร์บอนไฟเบอร์รูปตัว "U" กว้าง 300 มม. ตลอดความยาวของคาน ระยะห่าง 200 มม. เพื่อเพิ่มความต้านทานแรงเฉือนของคาน ดังแสดงในรูปที่ 1 สำหรับคานหลังคาอื่นๆ ที่มีรอยแตกร้าว เนื่องจากรอยแตกร้าวส่วนใหญ่มักเกิดขึ้นที่ปลายคาน จึงแปะชั้นห่วงคาร์บอนไฟเบอร์รูปตัว "U" กว้าง 150 มม. ที่ปลายคาน ระยะห่าง 200 มม. และความยาวไม่น้อยกว่า 2 ม. เพื่อเพิ่มความต้านทานแรงเฉือนของคาน ขณะเดียวกัน เพื่อป้องกันรอยแตกร้าวที่ด้านข้างคาน จึงแปะชั้นคาร์บอนไฟเบอร์กว้าง 150 มม. ทั้งสองด้านของคาน โดยเว้นระยะห่างจากด้านล่างของคาน 400 มม. และพื้นผิวคานตลอดความยาวของคาน เพื่อแก้ปัญหาแรงดึงที่เกิดจากการหดตัวของคอนกรีต ดังแสดงในรูปที่ 2

3.4 การเสริมความแข็งแรงของเสาค้ำยันและคานในโรงไฟฟ้าใต้ดิน

3.4.1 การซ่อมแซมรอยแตกร้าว

เพื่อฟื้นฟูความสมบูรณ์ของโครงสร้างให้ได้มากที่สุด ควรป้องกันไม่ให้พื้นผิวรอยต่อขยายตัว และควรคำนึงถึงความแข็งแรงในการยึดเกาะของวัสดุยาแนวรอยต่อด้วย ดังนั้น จึงใช้วัสดุยาแนวชนิดอนินทรีย์ชนิดผสมซีเมนต์ละเอียดพิเศษเพื่ออุดรอยต่อ จากนั้นจึงทาและปิดผนึกรอยแตกร้าวด้วยวัสดุปิดผนึกอย่างรวดเร็ว

3.4.2การเสริมแรงโครงสร้าง

การเสริมกำลังค้ำยันและคานของโรงไฟฟ้าใต้ดิน หลังจากการออกแบบและคำนวณแล้ว การเสริมกำลังโครงสร้างแต่ละส่วนมีดังนี้:

(1) ค้ำยันใช้ห่วงเย็บห่วงสามชั้น: ความสูงของชั้นแรกและชั้นที่สองคือ 0.5 เมตร และความสูงของชั้นที่สามคือ 0.2 เมตร

(2) ปลายคานรองรับถูกยึดเป็นสองชั้นตามแนวยาวของคาน โดยมีความสูง 0.5 เมตร และความยาว 1.5 เมตร

(3) ค้ำยันสี่เหลี่ยมใช้ห่วงรูปตัว "U" และยึดด้วยสามชั้น ซึ่งมีความสูง 0.44 เมตร และความยาว 1.5 เมตร ดังแสดงในรูปที่ 3 และ 4

4 บทสรุป

รอยแตกร้าวบนคานหลังคาของอาคาร GIS และส่วนค้ำยันของโรงไฟฟ้าใต้ดินได้รับการอัดฉีดและเสริมความแข็งแรงด้วยคาร์บอนไฟเบอร์ ความแข็งแรงดัด แรงดึง และแรงเฉือนของส่วนประกอบคอนกรีตได้รับการปรับปรุงอย่างมีประสิทธิภาพ ช่วยลดแรงเค้นที่เกิดจากการหดตัวของคอนกรีต และป้องกันรอยแตกร้าวใหม่ได้ โครงการเสริมแรงด้วยผ้าคาร์บอนไฟเบอร์นี้สะดวกต่อการก่อสร้าง ใช้เวลาก่อสร้างสั้น และรับประกันรูปลักษณ์ของโครงสร้างเดิมได้เกือบทั้งหมดหลังจากการซ่อมแซม หลังจากโครงการเสร็จสมบูรณ์และเริ่มใช้งาน โครงสร้างหลักไม่พบความผิดปกติใดๆ และสามารถเสริมความแข็งแรงได้ดี