Reforço de chapa de fibra de carbono

Visão geral do projeto

A Central Hidroelétrica de Ertan está localizada no curso principal do Rio Yalong, na cidade de Panzhihua, na província de Sichuan. Trata-se de um centro de conservação de água de grande dimensão, com uma potência instalada total de 3.300 MW. Os edifícios do centro da central são compostos por barragens, edifícios de descarga de cheias, edifícios de dissipação de energia, centrais subterrâneas, edifícios de desvio de água e águas residuais, bem como estações de comutação combinadas (edifícios SIG) totalmente fechadas e isoladas a gás de 500 kV.

O edifício GIS é o pátio de manobras de 500 kV da Central Hidroelétrica de Ertan. A estrutura principal mede 131,4 x 18,6 x 22,2 m (comprimento x largura x altura), é uma estrutura de betão armado moldada in loco e a fundação está localizada numa fundação de rocha relativamente sólida. A viga do telhado abrange todo o edifício, sem suporte de coluna no meio, e as linhas de saída de 500 kV estão dispostas no telhado.

O sistema da central subterrânea compreende a central principal e a sala de instalação, a sala do transformador principal e o tanque de compensação de águas residuais como corpo principal. Inclui túneis de autocarros, túneis de acesso, túneis de drenagem, túneis de exaustão, poços inclinados de cabos, poços de elevadores da barragem superior e outras grutas. Forma-se um conjunto de grutas subterrâneas que se sobrepõem e se cruzam. O edifício principal tem 280,3 m de comprimento e um vão de 25,5 m. As camadas do gerador e da turbina da central principal são estruturas de vigas de laje de betão armado moldadas in loco. As vigas são suportadas por para-brisas quadrados e colunas independentes. As vigas são dispostas ordenadamente e as unidades são separadas por juntas de dilatação.

2 Problemas existentes

Durante a inspecção pré-inundação em Março de 2003, verificou-se que a maioria das vigas do telhado da estação de manobra com isolamento a gás de 500 kV totalmente fechada (edifício SIG) apresentavam fissuras. Especialmente a viga do telhado do 29º eixo apresenta fissuras e grande deformação por flexão, provocando o raspar da base da viga e do guarda-corpo da ponte rolante. A maioria dos consolos e as extremidades das vigas simplesmente apoiadas nos consolos das camadas do gerador e da turbina da central subterrânea apresentam fissuras. Assim que o problema foi descoberto, atraiu grande atenção. Organize imediatamente profissionais relevantes do instituto de projeto original para conduzir investigações no local, verificar os materiais e desenhos do projeto original, calcular cargas estruturais, reforços de secção transversal, valores de deflexão da viga, etc., e realizar inspeções de descascamento em parte da camada de gesso rachada.

Verificou-se que existiam 10 fissuras simétricas em ambos os lados do abdómen do 29º eixo do edifício SIG com uma largura de cerca de 0,3 a 0,6 mm. As fissuras começavam na parte inferior da laje e estendiam-se para baixo e desapareciam a uma distância de 100-200 mm da viga, sem penetrar na parte inferior da viga. Não foram encontradas fissuras passantes superiores a 0,2 mm na parte inferior da viga. Após o corte da camada de gesso na superfície da viga, verificou-se que as fissuras de ambos os lados do abdómen da viga atingiam a camada de betão do corpo da viga. Foi preliminarmente julgado que as fissuras simétricas de ambos os lados da viga podem ter penetrado no corpo da viga. A inspeção constatou ainda que a maioria das outras vigas apresenta fissuras, a camada protetora é extremamente fina, alguns estribos estão expostos e as laterais da alma da viga estão rebaixadas para o interior. As fissuras no abdómen da viga podem ser causadas por uma camada de proteção do betão insuficiente e pela manutenção inadequada ou proporção inadequada da mistura de betão durante a construção.

Existem fissuras oblíquas em graus variados na parte exterior da borda superior do consolo na camada do gerador e na camada da turbina da central subterrânea e na borda inferior da viga simplesmente apoiada no consolo. Algumas fissuras graves penetraram da viga simplesmente apoiada superior para o consolo inferior. Após a remoção da camada de gesso na superfície lateral (cerca de 2 cm de profundidade) onde a viga simplesmente apoiada e o consolo foram combinados, verificou-se que a maioria dos consolos com fissuras não estava embutida com uma placa de suporte de aço, o que era inconsistente com o projeto original. Não foram encontradas fissuras ou fissuras muito pequenas em qualquer consolo com placas de apoio de aço embutidas. A causa das fissuras deve-se provavelmente ao facto de as placas de aço não estarem embutidas na superfície do consolo e na base da viga correspondente. Quando a temperatura varia e o betão retrai e a central está a funcionar com vibração, o atrito entre a base da viga e o consolo é relativamente grande, provocando fissuras na extremidade da viga e no consolo.

3 Tratamento de reforço estrutural com fibra de carbono

3.1 Princípios e vantagens do reforço de fibra de carbono

3.1.1 Princípio

A tecnologia de estrutura de reforço de tecido de fibra de carbono é um novo tipo de tecnologia de reforço estrutural. Existem principalmente dois tipos de materiais de fibra de carbono utilizados no reforço e reparação de estruturas de betão: materiais de fibra de carbono e resinas de suporte. Entre eles, a resistência à tracção da fibra de carbono é dez vezes superior à do aço de construção, e o módulo de elasticidade é equivalente ao do aço, e o seu desempenho de construção e durabilidade são bons. É um bom material de reforço e reparação. As resinas correspondentes incluem a resina de fundo, a resina de nivelamento e a resina de ligação. A função das duas primeiras é melhorar a qualidade de ligação da fibra de carbono. A função desta última é permitir que a fibra de carbono e o betão formem um todo composto e trabalhem em conjunto para melhorar a capacidade de suporte à flexão e ao cisalhamento dos membros estruturais para atingir o objetivo de fortalecer e reforçar os membros estruturais.

3.1.2 Vantagens Comparada com a tecnologia de reforço tradicional, a tecnologia de reforço de tecido de fibra de carbono apresenta vantagens evidentes:

(1) Elevada resistência: o tecido de fibra de carbono tem excelentes propriedades físicas e mecânicas, a sua resistência à tracção é 8 vezes superior à do aço comum, atingindo mais de 4000MPa, e o seu módulo de elasticidade é próximo do aço, o que é adequado para o reforço e reparação de betão armado.

(2) Desempenho estável: O tecido de fibra de carbono apresenta uma boa durabilidade e resistência à corrosão química, além de ser resistente a ácidos, álcalis, sal e corrosão atmosférica, e não necessita de manutenção regular. Protege a estrutura interna de betão e pode ser utilizado para reforço duplo e reparações.

(3) Leveza: As especificações habitualmente utilizadas para os tecidos de fibra de carbono são de 200 g/m² e 300 g/m², com espessuras de 0,111 mm e 0,167 mm, respetivamente. O peso branco é leve, e o peso estrutural e o tamanho da secção transversal basicamente não aumentam.

(4) Construção conveniente: sem trabalho húmido, sem grandes equipamentos de construção, sem instalações de fixação no local, o tecido de fibra de carbono pode ser cortado arbitrariamente, construção simples, sem poeira e poluição sonora e curto período de construção.

(5) A qualidade da construção é fácil de garantir: o tecido de fibra de carbono é macio, mesmo que a superfície a reforçar não seja muito lisa, pode ser utilizada cola do material adesivo para garantir uma aderência eficaz de 100% da área.

3.2 Materiais de reforço

A seleção visa evitar o impacto na operação normal da central, não danificar o reforço original da estrutura, restaurar o aspeto original da estrutura e superar a retração do betão. A resistência à flexão e ao cisalhamento da estrutura é aumentada para evitar novas fissuras, e são utilizadas chapas de fibra de carbono para reforçar as vigas do telhado e as fissuras dos consolos. O tecido de fibra de carbono utiliza fibra de carbono do tipo HM-30, com um peso próprio de 300 e uma espessura de 0,167 mm; o material de ligação utiliza a resina de fibra de carbono do tipo HM correspondente.

3.3 Reforço das vigas da cobertura do edifício SIG

3.3.1 Reparação de fissuras

De acordo com a largura e profundidade das fissuras na viga do telhado do edifício GIS, a superfície é cinzelada com um método de ranhura em "U", sendo a superfície untada e selada com um material de vedação rápida e, quando necessário, a cola estrutural HM-120L é utilizada para o rejuntamento químico. Tratamento de costura.

3.3.2 Reforço estrutural

Em ambos os lados da viga do 29º eixo do telhado, a 400 mm da base e da superfície da viga, é colada uma camada de fibra de carbono com 300 mm de largura ao longo de toda a extensão da viga para superar a tensão provocada pela retração do betão. Após a superação da retração do betão, de forma a compensar a perda da capacidade de carga da viga após fissuras e deformações, as capacidades de resistência à flexão e ao cisalhamento da viga devem também ser melhoradas. Uma camada de fibra de carbono com 500 mm de largura é colada ao longo de toda a extensão da base da viga para melhorar a resistência à flexão da viga. Cole uma camada de aros de fibra de carbono em forma de "U" com 300 mm de largura ao longo do comprimento da viga, com um espaçamento de 200 mm, para melhorar a resistência ao cisalhamento da viga, como mostrado na Figura 1. Para outras vigas de telhado com fissuras, como as fissuras aparecem principalmente nas extremidades das vigas, uma camada de aros de fibra de carbono em forma de "U" com 150 mm de largura é colada nas extremidades das vigas, com um espaçamento de 200 mm e comprimento não inferior a 2 m, para melhorar a resistência ao corte da viga. Ao mesmo tempo, para evitar fissuras nas laterais da viga, é colada uma camada de fibra de carbono com 150 mm de largura em ambos os lados da viga, a 400 mm da base da viga e da superfície da viga ao longo do comprimento da viga, para superar a tensão provocada pela retração do betão, como se pode ver na Figura 2.

3.4 Reforço de consolos e vigas em casa das máquinas subterrânea

3.4.1 Reparação de fissuras

Para restaurar ao máximo a integridade da estrutura, evite que a superfície das juntas continue a desenvolver-se e tenha em conta que a resistência de ligação do material de betumagem não deve ser demasiado elevada. Por conseguinte, utiliza-se um material de infusão inorgânico ultrafino à base de cimento para preencher as juntas e, em seguida, a superfície das fissuras é selada e selada com um material de vedação rápida.

3.4.2 Reforço estrutural

O reforço dos consolos e vigas da casa das máquinas subterrânea, após projecto e cálculo, é o seguinte:

(1) O consolo adota um arco de costura em anel de três camadas: a altura da primeira e segunda camadas é de 0,5 m, e a altura da terceira camada é de 0,2 m;

(2) A extremidade do suporte da viga é colada em duas camadas ao longo do comprimento da viga, com uma altura de 0,5 m e um comprimento de 1,5 m;

(3) O consolo quadrado adota um arco em forma de "U" e é colado em três camadas, com 0,44 m de altura e 1,5 m de comprimento. Conforme se pode observar nas Figuras 3 e 4.

4 Conclusão

As fissuras nas vigas do telhado do edifício GIS e nos suportes da casa das máquinas subterrânea foram betumadas e reforçadas com fibra de carbono. A resistência à flexão, à tração e ao cisalhamento dos componentes de betão foi efetivamente melhorada. Assim, a tensão provocada pela retração do betão é ultrapassada e novas fissuras podem ser evitadas. O design de reforço com manta de fibra de carbono é conveniente para a construção, o tempo é curto e a aparência da estrutura original pode ser basicamente garantida após a reparação. Após a conclusão e entrada em funcionamento do projeto, a estrutura principal não apresentou qualquer anormalidade até à data, tendo sido alcançado um bom efeito de reforço.