Диссертация (Разработка и обоснование метода выравнивания гидротехнических сооружений, подвергшихся неравномерным осадкам), страница 5

Конструктивно ГЭСпредставляет собой сложный гидротехнический комплекс протяженностью порядка 10 км,разделяющийся на три части: головной узел, деривацию и напорно-станционный узел [62].Зданиеадминистративно-бытовогокорпуса(АБК)трехэтажноеблизкоекпрямоугольному в плане состоит из основного объема размерами в осях 20,43х 11,13 м иустроенной с торцевой стороны вдоль оси 8 лестничной группы прямоугольной в плане. Общиегабаритные размеры здания – 27,4х12,7 м. Здание АБК сопряжено со зданием машинного зала ивыполнено по смешанной каркасно-стеновой конструктивной схеме.Следует особо подчеркнуть, что проект и реализация усиления железобетонныхконструкций Баксанской ГЭС были проведены при отсутствии методики расчета усиленияжелезобетонных конструкций ГЭС композитными материалами, как опытный образец.29Рисунок 1.3.1. Баксанская ГЭСВ разработанном проекте усиления балок и плит перекрытий на восприятиедополнительного изгибающего момента и для повышения трещиностойкости предусматривалосьустройствонарастянутыхповерхностяхусиливающихэлементовизуглепластика(фиберармированного пластика — ФАП).

В пролетной части конструкций усиливающиеэлементы из углепластика (фиберармированного пластика — ФАП) устраивались на нижнейповерхности, а в зонах отрицательных изгибающих моментов в надопорной части - на верхней.Волокна углепластиковых накладок ориентированы в направлении воспринимаемыхдеформаций во взаимно перпендикулярных направлениях, на балках – в продольномнаправлении. Для обеспечения перераспределения усилий между конструкцией и элементамиусиления, дополнительной анкеровки продольных усиливающих элементов, а также повышениянадежности и трещиностойкости балок в приопорных зонах (на участках потенциальногообразования трещин) в поперечном направлении устраивались U-образные и двухсторонниевертикальные углепластиковые «хомуты» (рисунок 1.3.2).

Включение в работу углепластиковыхнакладок на верхней поверхности плит, балок в приопорных зонах (вблизи стен, колонн)обеспечивалось установкой специальных углепластиковых анкеров (рисунок 1.3.3).30Рисунок 1.3.2. Усиление плиты перекрытия внешним армированием ФАПРисунок 1.3.3. Анкеровка углепластиковых накладок в приопорных зонах вблизи стен,колонн: а – принципиальная схема расположения; б – конструкция анкераПо результатам оценки несущей способности конструкций перекрытия и покрытиявыявлены элементы с дефицитом несущей способности.

Для восприятия дополнительновозникающих усилий в сечения элементов необходимо выполнить усиление недостаточнопрочных конструкций, используя композиционные материалы в виде углеродной ленты.Усиление выполнялось лентой FibARM Tape - 230/300 шириной 30 см производства ХК«Композит».Пример компенсации углеродной лентой верхнего армирования конструкций перекрытия1-го этажа АБК показан на рисунке 1.3.4.31Рисунок 1.3.4. Компенсация углеродной лентой верхнего армирования конструкций 1-гоэтажа АБК.Фенинская районная канализационная насосная станция (РКНС) (г.Железнодорожный Московской обл.)Фенинская РКНС была построена в 1968 – 1970 гг.

Трубопроводы коллектора выполненыиз стали Ст3сп-4 с толщиной стенки 20 мм и постоянно находятся под давлением около 4 кгс/см2.В машинном зале станции установлены 5 насосных агрегатов. От каждого агрегата отходят ветвитрубопроводов, соединяющие его с общим трубопроводом, от которого отходят 2 магистральных32напорных трубопровода, ведущих к очистным сооружениям. Ветви трубопроводов насосныхагрегатов состоят из отдельных элементов и скреплены фланцевыми соединениями на болтах.Эти элементы имеют цилиндрическую и конусообразную форму с переменным диаметром от 540до 1400 мм. На поверхности трубопровода имеются продольные и поперечные сварные швы спеременным шагом и различной высотой катета сварного шва (до 40 мм).

Магистральныенапорные трубопроводы состоят из коротких патрубков, имеющих в проекции видпрямоугольной трапеции с основанием 1400 мм. Сваренные между собой (катет сварного шва ~15 мм) патрубки образуют S-образные трубопроводы.По результатам обследования напорного коллектора, проведенного специализированнойорганизацией в конце 2007 г., толщина стенок трубопровода на некоторых участках уменьшиласьс первоначальных 20 мм до 4 мм, что могло привести к аварии в период весенних паводков. Всвязи с тем, что город постоянно обслуживается только этой станцией, остановить работунасосных агрегатов на период проведения срочного капитального ремонта было невозможно.

Ктому же запорная арматура, прокорродировав, вышла из строя, что сделало невозможным дажекратковременное отключение части трубопроводов в ночное время.При невозможности ремонта трубопровода современными, широко распространеннымиметодами – рилайнингом, берстлайненгом и др., у службы эксплуатации оставаласьединственная возможность устранять локальные повреждения (свищи, лопнувшие сварные швыили участки изношенного металла) навариванием металлических заплаток, наложением хомутовс упругой заплаткой и установкой «чапиков».

Требовалось принять радикально иное инженерноерешение.ООО "ИПЦ ИнтерАква" разработало временные мероприятия по обеспечениюбезаварийной работы насосной до строительства новой, или капитального ремонтасуществующей РКНС. При этом ставилась задача усилить стенки трубопровода, нарастив их дотолщины, эквивалентной 12- миллиметровой стали Ст3сп-4.Разработанное техническое решение было основано на наращивании стенок трубопроводас внешней стороны композитными материалами холодного отверждения. Внешняя композитнаяоболочка должна быть устроена по всей поверхности трубопровода, опоясывая его и образуясплошной высокопрочный бандаж, а также иметь высокопрочное сцепление с металломтрубопровода и работать с трубопроводом совместно.Для армирования композитной оболочки использовались ленты из конструкционнойстеклоткани и углеродных волокон, пропитанных и наклеиваемых специальным эпоксиднымкомпаундом.

При наклейке ленты плотно прикатывались к усиливаемой поверхности снебольшим натяжением, что обеспечивало их совместную работу. Таким образом, трубопровод33совместно с усиливающей оболочкой воспринимают давление в трубе. Это решение позволиловыполнить усиление поверхности трубопровода без вывода насосной станции из эксплуатации.Фактическая толщина стенок для каждого участка трубопровода определялась методомнеразрушающего контроля.

Было установлено, что разные участки трубопровода нуждаются внаращивании толщины стенок металлом от 4 мм до 7,5 мм. Необходимое сечение внешнейоболочки рассчитывали на основании физико-механических характеристик композиционногоматериала и определенного дефицита толщины стенки трубы. В результате расчета число слоевлент для разных частей трубопровода изменялось.Для создания внешних углепластиковых накладок были приняты углеродные лентыJSUD-200 и эпоксидный двухкомпонентный компаунд АЭ-1. Углеродная лента JSUD-200обладает следующими физико- механическими характеристиками: расчетная прочность прирастяжении (Rsf) – 2495 МПа; толщина монослоя (tf) – 0,111 мм; модуль упругости – 240000 МПа;ширина ленты – 200 мм; относительное удлинение при разрыве – не менее 0,8%; расчетнаяпрочность стали Ст3сп-4 (Rs) – 245 МПа.До устройства углепластиковых накладок на всей поверхности трубопровода былавыполнена наклейка стеклоткани Т-25 (рис 1.3.5), что необходимо для предотвращениянепосредственного контакта углепластика с металлом из-за опасности электрокоррозии, так каккомпозиционный материал со стеклотканью является диэлектриком.Рисунок 1.3.5.

Наклейка стеклоткани Т-25 на поверхность трубопровода34После установки всех углепластиковых накладок с расчетным сечением (рис 1.3.6) ихпокрыли слоем полимерцементного состава, который защищает накладки от различныхвоздействий окружающей среды.Рисунок 1.3.6. Усиленный углеродными лентами участок трубопроводаПримененное решение обладает рядом преимуществ перед другими решениями, так какуглепластик не подвержен коррозии даже в условиях агрессивной среды, что увеличиваетпродолжительность функционирования трубопровода.Городской плавательный бассейн во Дворце спорта г. ОбнинскВ 2007 г.

был выполнен ремонт и усиление железобетонной чаши городского бассейна в г.Обнинск. До ремонта в чаше имели место многочисленные трещины, каверны, сколы бетона собнажением арматуры (рис 1.3.7).Трещины были заинъектированы низковязким эпоксидным составом. Восстановлениенесущей способности конструкций, повышение жесткости и трещиностойкости было выполненос помощью внешнего армирования композиционными материалами (ФАП). Геометрическая форма35конструкций была восстановлена высокопрочным ремонтным составом с быстрым наборомпрочности и высокой адгезией к «старому» бетону (рис 1.3.8).Рисунок 1.3.7. Дефекты в железобетонной балке чаши бассейнаРисунок 1.3.8.

Усиление днищевой плиты чаши бассейна углеродными лентамиКроме того, ниже приведены другие примеры усиления элементов гидротехническихсооружений внешним армированием из композитных материалов.36Мостовой переход над поверхностным водосбросом Можайской плотиныРемонт композитными материалами мостового перехода над поверхностным водосбросомМожайской плотины представлен на рисунке 1.3.9.  .  Рисунок 1.3.9. Усиление композитными материалами элементов конструкции мостовогоперехода (бычки, ригели)Напорный туннель ГЭС Тробзон в ТурцииС применением композитных материалов в виде углеродных лент в 2012 г. быловыполнено усиление железобетонной обделки напорного туннеля гидроэлектростанции Тробзонпротяженностью 2,3 км (рисунок 1.3.10, 1.3.11).37Рисунок 1.3.10. Усиление композитными материалами стенок туннеля Рисунок 1.3.11. Усиление композитными материалами свода туннеля1.4усиленныхАнализ существующихвнешнимметодик расчета железобетонныхармированиемкомпозитнымиматериалами,конструкций,придействиипоперечных сил совместно с изгибающими моментамиВ практике отечественного и зарубежного гидротехнического строительства имеютсяслучаи, когда потребовалось усиление железобетонных конструкций ГТС.