一种体外预应力整体加固的电站锅炉大板梁结构及其加固方法与流程

本发明属于预应力结构工程中的锅炉钢结构技术领域，特别涉及一种体外预应力整体加固的电站锅炉大板梁结构及其加固方法。

背景技术：

大板梁是电站锅炉钢结构体系中主要承力构件，主要承受竖向锅炉载荷并将其传递至端部支撑柱体。各大板梁间相互平行，其间通过多道次梁连接。大板梁承受载荷较大，其截面尺寸及跨度均异于常规钢结构。大板梁多为工字型截面，设计过程中通常采用沿高度分层、沿长度分段的拼接方法。锅炉载荷作用下，工字型大板梁上翼缘承受压应力，下翼缘承受拉应力。随时间推移，下翼缘拼接焊缝处极易出现表面缺陷裂纹和内部缺陷。为避免拼接焊缝处表面裂纹的扩展和新型缺陷裂纹的产生，需要对大板梁整体实施加固。

体外预应力技术是现有钢筋混凝土结构加固的有效方法之一，可有效提高整体结构的承载能力和耐久性。体外预应力技术已广泛应用于钢筋混凝土梁桥/钢梁桥及建筑结构中，其设计方法和技术规范日渐成熟。将体外预应力技术应用于大板梁加固中，可有效降低下翼缘处拉应力，有效阻止下翼缘拼接焊缝处裂纹扩展，提高大板梁整体的承载极限。

目前，我国锅炉钢结构设计规范还未对大板梁钢结构加固技术做详细规定。因此，如何根据大板梁现场作业空间合理布局预应力拉索位置，降低大板梁下翼缘压应力，有效阻止裂纹扩展，以提高大板梁整体结构强度和刚度，成为现代锅炉钢结构加固设计中亟待解决的问题之一。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种体外预应力整体加固的电站锅炉大板梁结构及其加固方法，以克服现有技术存在的上述缺陷。其结构简单，受力合理，可降低大板梁下翼缘拉应力，有效抑制下翼缘拼接焊缝处裂纹缺陷扩展。

一方面，本发明提供了一种体外预应力整体加固的电站锅炉大板梁结构，其特征在于：所述大板梁结构包括电站锅炉大板梁、锚箱、托梁、预应力拉索、吊杆、连接梁等。

所述电站锅炉大板梁通常为重载超深梁，其包含上翼缘、腹板、下翼缘等。

所述锚箱焊接于所述大板梁两端。在大板梁外侧自由端处，通过水平加劲板增强锚箱的局部稳定性。

所述托梁包含竖向托梁和水平托梁，其间采用高强度螺栓通过盖板连接。所述水平托梁通过垫板与下翼缘下边缘接触。体外预应力通过水平托梁传递至大板梁下翼缘及腹板。所述托梁间通过连接梁连接，形成组合构件。

所述拉索对称布置于大板梁的腹板两侧，并通过索夹与所述吊杆连接。所述吊杆通过高强度螺栓与所述竖向托梁连接。或者，所述拉索通过加劲板直接与所述竖向托梁连接。为降低拉索中预应力损失，可在吊杆与竖向托梁顶板间设置弧形转动装置，使得吊杆小角度转动。

考虑到拉索张拉过程中拉索构型的变化，所述拉索端部包括：锚箱外侧受力板、楔形弧面锚垫板、弧面锚夹具、保护罩等。

所述拉索材料包括钢丝束、钢丝绳或钢绞线。

另一方面，本发明还提供了一种电站锅炉大板梁体外预应力整体加固的方法，包括采用预应力拉索并利用锚箱、托梁、吊杆和连接梁对电站锅炉大板梁进行整体加固；其中，所述拉索对称布置在大板梁两侧，穿过焊接于大板梁两端的锚箱并且通过吊杆与带有连接梁的多个托梁连接。

所述的方法进一步包括对拉索进行对称张拉；其中张拉顺序为从上往下对称张拉，从而体外预应力通过托梁传递至大板梁的下翼缘及腹板。

本发明的有益效果是：

(1)通过锅炉大板梁体外预应力整体加固，降低了大板梁下翼缘拉应力，优化了大板梁结构内力状态，有效抑制下翼缘拼接焊缝处表面裂纹扩展。

(2)通过锅炉大板梁体外预应力整体加固，提高了大板梁整体刚度，有效降低了大板梁跨中挠度。

(3)通过锅炉大板梁体外预应力整体加固，有效提高了大板梁整体抗弯承载能力。

(4)通过锅炉大板梁体外预应力整体加固，大板梁变为高阶超静定结构，有效提高了大板梁的可靠性。

(5)当将体外预应力技术应用于大板梁结构设计初期时，可合理优化大板梁截面尺寸，减轻大板梁整体结构自重。

附图说明

图1为电站锅炉大板梁体外预应力整体加固方法示意图(主视图)。

图2为电站锅炉大板梁体外预应力整体加固方法示意图(俯视图)。

图3为电站锅炉大板梁中吊杆和托梁安装示意图。

图4为电站锅炉大板梁托梁安装示意图(无吊杆)。

图5为电站锅炉大板梁中吊杆与托梁间弧形转动装置示意图。

图6为电站锅炉大板梁拉索锚固端安装示意图。

图7为预应力拉索提升安装示意图。

图8为拉索对称分批张拉顺序图。

图中，1—锅炉大板梁，2—锚箱，3—托梁，4—拉索，5—吊杆，6—连接梁，7—索夹，8—盖板，9—高强度螺栓，10—垫板，11—水平加劲板，12—加劲板，13—弧形转动装置，14—卷扬机，15—导向滑轮，16—大板梁底面平台，17—安全平台，18—放索盘，101—大板梁上翼缘，102—大板梁腹板，103—大板梁下翼缘，201—锚箱外侧受力板，202—楔形弧面锚垫板，203—弧面锚夹具，204—保护罩，301—竖向托梁，302—水平托梁。

具体实施方式

下面结合实施例和附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

如图1和图2所示的一种电站锅炉大板梁体外预应力整体加固设计方法，包括电站锅炉大板梁1、锚箱2、托梁3、预应力拉索4、吊杆5、连接梁6等部分。并且如图3和图4所示，所述电站锅炉大板梁1通常为重载超深梁，其包含上翼缘101、腹板102、下翼缘103等部分。所述锚箱2焊接于所述大板梁1两端。在大板梁1外侧自由端处，通过水平加劲板11增强锚箱2的局部稳定性。所述托梁3包含竖向托梁301和水平托梁302，其间采用高强度螺栓9通过盖板8连接。所述水平托梁302通过垫板10与下翼缘103下边缘接触。体外预应力通过水平托梁302传递至大板梁1下翼缘103及腹板102。所述托梁3间通过连接梁6连接，形成组合构件。所述拉索4对称布置于大板梁1的腹板102两侧，并通过索夹7与所述吊杆5连接。所述吊杆5通过高强度螺栓9与所述竖向托梁301连接。或者，所述拉索4通过加劲板12直接与所述竖向托梁301连接。

如图5所示，为降低拉索中预应力损失，可在吊杆5与竖向托梁301顶板间设置弧形转动装置13，使得吊杆5小角度转动。

如图6所示，考虑到拉索张拉过程中拉索构型的变化，所述拉索4端部包括：锚箱外侧受力板201、楔形弧面锚垫板202、弧面锚夹具203、保护罩204等部分。所述拉索4材料包括钢丝束、钢丝绳或钢绞线。

在一种实施例中，如图7所示，拉索4张拉前，在大板梁两侧搭建安全平台17，将导向滑轮15分别安装于安全平台17和大板梁底面平台16等，将锚箱2焊接于大板梁1两侧。

拉索4张拉前，检查拉索4表面防护和索头防腐层，检查拉索4长度，检查并调试张拉施工设备等。

如图7所示，拉索4从一侧底部放索盘18，经导向滑轮15，由卷扬机14牵引至大板梁1底部标高处。

将拉索4对称放置在大板梁1侧面，穿过端部锚箱2，安装楔形弧面锚垫板202。安装索夹7、吊杆5，并与托梁3连接。

拉索4的张拉过程采用分批次、分级左右两端对称张拉。张拉顺序为从上往下对称张拉。具体为：同高度两拉索为一批，编号从上至下依次为1,2,3,4，同批次的两根拉索同时张拉，如图8所示。张拉过程分级控制，张拉力依次控制为目标张拉力的20％，40％，60％，80％，100％。另外，考虑到预应力拉索4的松弛损失，拉索4张拉力可超张拉2％～4％。

为确保对称张拉过程中两侧张拉力对称，应保证张拉前拉索端部露出的索长度相同。另外，每次张拉过程中千斤顶给油速度应尽量同步。在每级张拉完成后，所有千斤顶停止给油，测量拉索端部的露出长度。如果露出长度不同，则在下一级张拉时，长度较小的首先张拉出这个差值，然后再同步给油张拉。

张拉过程中，除控制拉索索力外，还应随时注意大板梁跨中的竖向位移等。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。