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1 前言

　　 鋼管構架在我國的大型開關站、變電站中有著較其廣泛的應用。但是，此類構架在長期自然環境和使用環境的雙重作用下會受到不同程度的損傷，會嚴重降低鋼管構架的安全性、適用性和耐久性。 h

　　500kV玉賢變電站500kV構架因為加工和施工問題，在使用多年后出現鋼管銹蝕，銹蝕部位出現發黑，黃水外流的現象。在玉賢變電站即將擴建3、4間隔的時候，如何選擇安全、經濟、有效的加固方案，在不停電的前提下，對500kV構架進行加固，成為玉賢變電站四期、五期擴建工程的當務之急。

　　2 工程概況

　　500千伏玉賢變電所位于武漢市蔡甸區，于1996年建成并投入運行。

　　本工程四期、五期將擴建500kV配電裝置的3、4間隔,五期將擴建#2主變, 擴建后3、4間隔的500kV構架及#2主變構架將承受導線及設備荷載。

　　本工程現場收資發現, 500kV構架柱接頭為現場焊接接頭,熱噴鋅防腐,由于現場焊接破壞了鋼管壁鍍鋅層,加之鍍鋅孔封閉不嚴,導致鋼管接頭內側銹蝕;另外由于當時構架工廠加工精度產生偏差, 構架柱運至現場后安裝不上去,安裝單位現場采用高溫烘烤等方法校正構架柱,致使部分構架柱鍍鋅層破壞。經過近十年的風吹雨淋, 構架柱烘烤過的部位發生銹蝕,現場可見銹蝕部位有發黑、流黃水現象。

　　3 構架檢測及結果

　　為了保證工程的安全可靠，運行單位委托武漢大學檢測中心對構架柱的銹蝕范圍、銹蝕程度及結構安全性進行檢測評定。

　　3.1 檢測結果

　　表3-1 鋼柱厚度檢測值

　　檢測位置 厚度

　　(mm) 平均值(mm) 設計厚度（mm） 銹蝕率％

　　3～C軸柱（標高2m） 4.2 5.4 4.9 4.8 7.0 33.3

　　3～C軸柱 (標高1m) 6.8 6.9 6.5 6.7 7.0 4.6

　　3～C軸柱 (標高5m) 6.4 6.8 6.7 6.6 7.0 5.7

　　2號母線支架 (標高12m) 5.6 5.7 5.8 5.7 7.0 18.7

　　2～E軸柱（標高18m） 5.5 5.6 5.8 5.6 7.0 20

　　3.2 檢測結果分析

　　（1） 從檢測結果看，銹蝕厚度為0.3~2.2mm不等，平均銹蝕厚度為1mm。鋼管柱設計厚度為7mm，大銹蝕率為33.3％，平均銹蝕率為14％。

　　（2）鋼管的局部變形較大，局部凹進大深度達30mm。(2～E軸柱)

　　根據檢測結果，500kV玉賢變電站500kV構架鋼管局部銹蝕和局部變形較嚴重，高銹蝕率為33.3%，如不進行處理,銹蝕部位將進一步加重,嚴重影響結構安全。為了工程安全起見,有必要對銹蝕嚴重的部位及變形嚴重的部分進行加固處理。

　　4 外粘鋼加固薄壁鋼管柱的試驗和理論研究

　　4.1 試驗研究

　　武漢大學土木建筑學院對外粘鋼加固薄壁鋼管柱力學性能進行了試驗研究。試驗過程及結果分析如下：

　　試驗共用11根圓形截面鋼管，分為A、B、C、D四種類型，其中A組為未加固的試件，B、C、D為三組加固試件，具體情況見表4-1。

　　試件編號 加固形式

　　A 未加固

　　B 由1500mm長的鋼板彎成半圓形將鋼管包粘起來，鋼板縱向接縫處不作處

　　理。

　　C 在B組試件的基礎上，增加鋼板縱向接縫處焊接。

　　D 由四塊750mm長的鋼板彎成半圓形將鋼管包粘起來，鋼板縱、橫向接縫處都焊接起來。

　　表4-1 各試件加固形式

　　表4-2材料主要物理力學性能指標

　　項目

　　名稱 彈性模量

　　(GPa) 泊松比 剪切強度

　　(MPa) 抗拉強度

　　(MPa) 抗壓強度

　　(MPa) 使用溫度

　　（℃）

　　WSJ建筑

　　結構膠 4.27 0.317 ≥18 ≥32 ≥76 ＜80

　　Q235鋼材 210 0.3 - 330 330 -

　　試件的高度均為1500mm，鋼管的外徑為426mm，壁厚7mm，外粘鋼板厚2mm。粘結劑厚2mm，各試件兩端部包一直徑為442mm、厚2mm的圓形鋼板進行局部加強，以避免在受壓時出現端部局部破壞，影響試驗結果。試件以及加固情況如圖4-1所示。

　　試驗在5000kN三軸應力試驗機上進行，如圖4-2所示。各個試件在鋼管內壁及外粘鋼板表面軸向與環向布置電阻應變片，以測定試件在各級荷載下的應力。

　　試驗的主要目的是了解上述幾種形式加固后構件可能產生的破壞形式、抗壓承載力的提高程度、外粘鋼板與原鋼管的組合工作性能等。

　　試驗結果分析

　　1、承載力結果與分析

　　各試件承載力及破壞形態見表4-3 。

　　表4-3各試件屈服荷載、破壞荷載及破壞形態

　　試件編號 屈服荷載

　　（ ）

　　(KN) 破壞荷載

　　( )

　　(KN)

　　(KN) 破壞形態

　　A A-1 1700 2380 2390 屈曲失穩

　　 A-2 1800 2400 屈曲失穩

　　B B-1 2400 3100 3053 鋼板接口裂開，鋼管大幅度屈服，但無外觀變化

　　 B-2 2400 3060 屈曲失穩，鋼板接口裂開

　　 B-3 2600 3000 鋼板接口裂開，鋼管大幅度屈服，但無外觀變化

　　C C-1 2400 3320 3257 鋼管大幅度屈服，但無外觀變化

　　 C-2 2400 3200 屈曲失穩

　　 C-3 2200 3250 大幅度屈服，但無外觀變化

　　D D-1 2600 3210 3193 屈曲失穩

　　 D-2 2800 3150 大幅度屈服，但無外觀變化

　　 D-3 2400 3220 屈曲失穩

　　從表5-3可以看出各試件的破壞形態為鋼管內軸向壓應力過屈服點后在強化過程中產生的失穩破壞，加固后的B、C和D組試件的屈服荷載及破壞荷載相對A組試件分別提高了約26%、35％和32％。

　　2、應變分析

　　圖4-3所示為D組試件的荷載－應變圖（其它組圖略）。從應變試驗數據可以看出，加固試件也是在軸壓使管內軸向應力過材料屈服應力，且應變迅速增長以后，在材料開始強化的過程中逐漸達到或接近試件的承載力才喪失承載能力，而且無論在材料處于線彈性階段還是非線性階段，內外壁對應的應變測量值都很接近，內壁應變值為原構件上應變，外壁應變值為外粘薄鋼板的應變。這說明外粘鋼板與薄壁鋼管很好地協調工作，具有聯合工作的性能。

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