某发电厂汽机房牛腿开裂原因分析及加固处理

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2023年12月15日发(作者：)

2021年5月下第50卷第10期施

工

技

术CONSTRUCTION

TECHNOLOGY101DOI：

10.7672/sgjs2021100101某发电厂汽机房牛腿开裂原因分析及加固处理*张风亮S田鹏刚S孙冲2,毛冬旭二边兆伟二贠作义二史继创二刘岁强1

（1.陕西省建筑科学研究院有限公司，陕西西安710082；2.西安热工研究院有限公司，陕西西安710054）［摘要］某发电厂汽机房牛腿使用过程中产生不同程度的开裂,通过现场查勘，总结描述了牛腿损伤程度及裂缝形

态。现场采用无损检测技术，对牛腿几何尺寸、钢筋配置、外边缘钢筋保护层厚度、混凝土表面碳化深度及抗压强

度、混凝土内部缺陷、裂缝深度及立柱倾斜情况进行详细检测，按国家规范对牛腿进行构造核查和承载力验算，并

根据现场使用情况对牛腿受力情况进行理论分析，分析牛腿开裂的主要原因。根据牛腿受损情况,提岀满足牛腿

安全性和使用功能的加固处理方法。［关键词］牛腿;裂缝;检测;承载力验算;加固［中图分类号］TU746.

3

［文献标识码］A

［文章编号］1002-8498(2021)10-0101-05Cause

Analysis

and

Reinforcement

Treatment

Methods

of

Corbel

Cracking

in

the

Steam

Engine

Room

of

a

Power

Plant

ZHANG

Fengliang1,

TIAN

Penggang1,

SUN

Chong2,

MAO

Dongxu1,BIAN

Zhaowei1,

YUN

Zuoyi1,

SHI

Jichuang1,

LIU

Suiqiang1(i

Architecture

Science

Research

Institute

Co.,

Ltd.

,

Xi'

an,

Shaanxi

710082,

China

；' an

Thermal

Power

Research

Institute

Co.

,

Ltd.

,Xi'

an,

Shaanxi

710054,

China)Abstract:

A

certain

degree

of

cracking

occurred

during

the

use

of

corbel

in

the

steam

engine

room

of

a

power

plant.

Through

on-site

investigation,

the

damage

degree

and

crack

shape

of

corbel

are

summarized

and

described.

Non-destructive

testing

technology

is

used

on

site

to

carry

out

detailed

inspections

on

the

geometric

dimensions

of

the

corbels，

the

configuration

of

the

steel

bars，

the

thickness

of

the

outer

edge

steel

protection

layer，

the

carbonization

depth

and

compressive

strength

of

the

concrete

surface，

the

internal

defects

of

the

concrete，

the

depth

of

the

cracks

and

the

inclination

of

the

column.

The

corbel

is

structurally

checked

and

the

bearing

capacity

is

checked.

According

to

the

on-site

use，

the

theoretical

analysis

of

the

corbel'

s

stress

is

carried

out

to

analyze

the

main

reasons

for

the

crack

of

the

corbel.

According

to

the

damaged

condition

of

the

corbel，

a

reinforcement

treatment

method

that

meets

the

safety

and

use

function

of

the

corbel

is

ds:

corbels;

cracks; detection

； bearing

capacity

calculation

；

reinforcement1工程概况层标咼为14.

100m，中间层标咼为7.

100m。汽机房

某公司一期2x660MW空冷汽轮发电机房大平

台采用钢筋混凝土框架+现浇楼板结构体系,大平

使用环境类别为b类，设计使用年限为50年，结构

安全等级为二级。混凝土强度设计等级为C40,纵

向梁钢筋保护层厚度设计值为50（与柱外边平齐

台梁通过牛腿支撑于主厂房框架®,®轴柱上，与

柱铰接连接。该汽机房横向跨度34m,纵向柱距

10m，双柱插入距1.

5m,总长171.

5m。汽机房运转

*陕西省创新人才推进计划（2019KJXX-018）［作者简介］张风亮,高级工程师,E-mail:

364580843@

［收稿日期］2020-12-21侧）,25mm（另一侧），柱、板钢筋保护层厚度设计值

分别为35,15mm。汽机房剖面如图1所示,平面如

图

2

所示。使用过程中，厂房0m处6根立柱、14m处5根

立柱的牛腿均出现了不同程度的裂缝，为进一步查

102施工技术第50卷4)

1层®/®立柱牛腿牛腿正立面承压面下

3cm左右有1条宽0.

5mm的水平裂缝，表层混凝土

压酥;与牛腿相连的梁端出现竖向裂缝，裂缝宽

约

0.

8mm。5)

1层①/④立柱牛腿牛腿正立面承压面下

10cm左右有1条宽0.

5mm的水平裂缝，表层混凝

土压酥。6)

2层狐/④立柱牛腿牛腿正立面出现多

条斜裂缝,裂缝宽度上大下小,最大宽度约4mm

；牛

腿两侧面均有1条宽2mm、长60

-

70cm的45°斜裂

缝,裂缝走向为从牛腿承压面中部指向牛腿外边缘。7)

2层®/®立柱牛腿

牛腿正立面有2条宽

0. 4mm的斜裂缝。8)

2层®/®立柱牛腿牛腿两侧面有宽约

图1汽机房剖面0.6,0.

8mm的60°斜裂缝，裂缝走向为从牛腿承压

面中部指向牛腿外边缘;正立面有最大宽度约2mm

的不规则裂缝。9)

2层®/®立柱牛腿

牛腿正立面有3条裂

找开裂原因，为加固设计提供全面的技术参考依

据,对该汽机房立柱牛腿进行全方面检测鉴定，并

对存在的问题提出相应的处理建议。2牛腿裂缝分布形态根据GB

50144—2019(工业建筑可靠性鉴

定标准》中第4.

1.1条规定,对汽机房立柱牛腿

缝，最大裂缝宽度约1.

0mm。10)

2层狐/⑥立柱牛腿

牛腿两侧面有宽约

2,3mm的60°斜裂缝，裂缝走向为从牛腿承压面中

部指向牛腿外边缘。11)

3层®/®立柱牛腿

牛腿侧面有1条裂

的裂缝形态进行现场检测,典型裂缝的破坏形态

描述如下。1)

1层®/®立柱牛腿牛腿内侧面裂缝从牛

缝，裂缝从牛腿与上柱边交接处指向牛腿外边缘呈

60°斜向分布，最大裂缝宽度约2.

0mm。腿与上柱边交接处指向牛腿外边缘呈70°斜向分

布，正立面裂缝顶部与内侧面裂缝底部相连，呈约

30°斜向分布,外侧面斜裂缝底部与正面斜裂缝底部

3立柱及牛腿检测3.1牛腿截面尺寸及保护层厚度检测根据GB/T

50344—2019(建筑结构检测技术标

准》及原始设计图纸,对牛腿截面尺寸及保护层厚

相交，

该牛腿裂缝最大宽度约

9mm。2)

1层④立柱牛腿

牛腿正立面有2条宽

度进行检测，结果如表1所示。由表1可知，本次检测的牛腿截面尺寸与原设

计基本相符;牛腿端部钢筋保护层厚度最小值为

20mm,最大值为56mm,保护层厚度不均匀,个别牛

约0.

5mm、长约40cm的斜裂缝;牛腿侧面有2条宽

约1mm、长40cm的45°斜裂缝，裂缝走向为从牛腿

承压面中部指向牛腿外边缘。3)

1层⑨/⑥立柱牛腿

牛腿正立面有呈45°分

腿保护层厚度偏大，

设计保护层厚度为

30mm。布的斜裂缝，长约60cm，最大宽度约1.

5mm；侧面裂

缝呈竖向、稍弯曲，长约35cm。3.2牛腿钢筋配置情况检测根据(建筑结构检测技术标准》及原始设计图图2汽车机房平面

2021

No.10张风亮等:某发电厂汽机房牛腿开裂原因分析及加固处理103表1混凝土构件截面尺寸及钢筋保护层厚度检测结果牛腿位置1层①/過1层⑨/過1层⑱/過1

层

<®/®牛腿宽度/mm端部咼度/mm挑出长度/mm牛腿端部

保护层厚

度/mm3.5受检牛腿裂缝深度检测为查找开裂原因，依据（超声法检测混凝土缺

陷技术规程》，现场采用人工凿开法及仪器检测法

设计6实测设计实测802设计实测3953985996（非金属超声波检测仪）对立柱牛腿代表性裂缝深

801度进行检测，

结果如下。1）

3层①/⑧立柱牛腿南侧面斜裂缝，经凿开后

799893220411层①/④2层①/過2层⑩/過801800发现裂缝仅为表层开裂,未延伸至牛腿内部。2）

现场采用ZBL-U510型非金属超声波检测仪

601399对检测条件较好的1层®/®牛腿西侧面裂缝处、2

2

层

<®/®56层狐/④牛腿西侧面裂缝处、2层丽/④牛腿正立

2层⑱/過600397402层晅/④50040237纸，现场采用钢筋探测仪对牛腿外边缘钢筋配置情

况进行抽样检测与复核。现场检测结果表明，受检

牛腿外边缘钢筋配置情况与原设计图纸基本相符。

3.3立柱及牛腿混凝土抗压强度检测为全面准确反映受检汽机房立柱及牛腿实际

抗压强度，依据（建筑结构检测技术标准》、JGJ/T

23—2011（回弹法检测混凝土强度技术规程》，采用

回弹法检测。同时根据需要检测受检构件碳化深

度，由于受检构件混凝土服役时间较长,碳化深度

测试结果均＞6mm。依据GB

50292—2015（民用建

筑可靠性鉴定标准》附录K,已有结构混凝土回弹龄

期修正系数取0.97。经换算，考虑龄期折减后的受

检立柱及牛腿混凝土构件现龄期抗压强度推定值

均〉40.

0MPa,满足原设计强度等级（C40）要求。3.4牛腿混凝土内部缺陷检测当混凝土原材料、配合比、内部质量及测试距

离一定时，超声波在其中传播速度、首波幅度及接

收信号频率等声学参数测量值应基本一致。如果

结构混凝土局部区域内存在空洞、不密实区等缺

陷，所测声时值将偏大，波幅及频率值降低。根据

声学参数变化，可判定混凝土内部缺陷情况。依据

CECS

21

：2000（超声法检测混凝土缺陷技术规程》，

采用超声对测法检测，在待测构件的两相对测试面

上分别画等间距的网格（本次采用100mm

x

100

mm

测网），并编号确定对应的测点位置,按一定顺序测

取各测点的声时、幅度及频率值，并按规程对其进

行分析处理。当测区中某些测点的声速值、波幅值

（或频率值）被判为异常值时,可结合异常测点的分

布及波形情况确定混凝土内部存在不密实区或空

洞的范围。为准确找出开裂原因，现场对具备检测

条件的开裂牛腿混凝土进行内部缺陷检测。经检

测，受检汽机房立柱牛腿测试部位的混凝土内部密

实度较好,不存在不密实区或空洞缺陷区域。面裂缝处、2层⑩/⑧牛腿西侧面裂缝处、2层®/®

牛腿正立面裂缝处混凝土进行跨缝波速检测，

结果

如表

2

所示。表2受检牛腿裂缝深度检测结果裂缝距牛

裂缝推

牛腿对

检测位置腿外边缘

波速/(kms*_1

算深度/应尺寸/距离/mm)mmmm1层①/⑧牛腿西侧面362.

634568.56002层励/A牛腿西侧面422.

395479.25002层⑩/⑧牛腿西侧面392.

459584.

86002层励/A牛腿正立面563.23442.64002层⑩/過牛腿正立面623.31233.4400检测结果表明，

受检牛腿侧面代表性裂缝推算

深度与对应牛腿宽度基本一致,说明受检牛腿侧面

的表层裂缝已贯穿;正立面裂缝深度较小,未贯通,

综合裂缝形态、裂缝深度可推断牛腿裂缝为表层素

混凝土开裂。3.

6汽机房立柱倾斜检测为了解汽机房立柱目前状态下的变形情况,根

据构筑物所处环境、现场检测条件及（工业建筑可

靠性鉴定标准》的要求,现场在具备检测条件的区

域，采用经纬仪对立柱倾斜变形进行检测。经数据

分析，目前状态下，受检汽机房立柱倾斜变形均未

超过《工业建筑可靠性鉴定标准》中第7.

3.9条关于

厂房柱倾斜达到C级的限值规定要求，说明立柱未

发生影响结构安全的倾斜变形。4汽机房立柱牛腿承载力验算4.1牛腿构造核查根据现场检测结果，受检④轴牛腿（编号ND-

40085）及⑧轴牛腿（编号ND-40117）的尺寸构造及

受力配筋构造均满足GB

50010—2010（混凝土结构

设计规范》（2015年版）构造要求。现场采用凿除的

方法对3处牛腿顶面与混凝土梁底面的连接构造

（020插筋连接）进行检测。4.2牛腿裂缝控制验算根据《混凝土结构设计规范》中第9.

3.10节规

104施工技术第

50

卷定，牛腿裂缝控制应满足：Fvk

W

0

（1

-0.5乞］九叽，根据设计院提供的牛腿梁A

W0.75A

,根据原设计图集可知,A二0.

85bcoI

Fvk0

0.5

+aND-40117号牛腿N二676kN,为该类牛腿荷载h0端剪力，ND-40117

号牛腿

Fv

二

676kN,Fvk

=

676kN/

1.4二482.

19kN,为该类牛腿荷载最大值。几二

Fv

676

x

103最大值，局部压应力a

=

0.85

x

400

x

500

=

3.

98MPa

W

0.

75fc

二

0.

75

x

19.

1

二

14.

3MPa,满足

482.

19kN

W

0f

1

-

0.

5

纽］

九（

Fvk0

0.5

+

二0.8x规范要求。ND-40085号牛腿N二164kN,为该类牛腿荷载

h0匚

c「

0

）

2.

39

X

600

X

1

150

（

1

-

0.

5

x482----丿

x

-----------------------------0.5+0.3

x

10-31

649.

lkN,经验算，ND-40117号牛腿裂缝计算满

足要求,⑥轴其他立柱牛腿也满足要求。ND-40085

号牛腿

Fv

二

164kN,

Fvk

二

164kN/1.4

二

117.

lkN,为该类牛腿荷载最大值。Fvk

二

117.

lkN

W

011-0.5

纠丿地_

二I

Fvk丿

0.5

+

二h00.8x]1-Oil：卜2.39

x

500

x

1150

%

叶"

374.

25kN0.

5

+

0.

3经验算，ND-40085号牛腿裂缝满足要求，④轴

其他立柱牛腿也满足要求。4.3牛腿受压承载力验算根据《混凝土结构设计规范》中第9.

3.10节规

定，牛腿承受竖向力和水平力受拉钢筋总面积应满足AFv

a

Fh

s

M

°.

85父;厂Jh

+

1-

2

~~，其中当a

WO.

3h

0时，取0yh0

Jya

=

0.3hOo根据牛腿设计图集可知，a/h0

<

0.3,因

此，计算时取a

=

0.

3hOoND-40117

号牛腿

Fv

二

676kN,

Fh

二

0kN,为该类

牛腿荷载最大值。代十F

a

+

1.2

F

二0•

85/y

h

0676

x

103

x

0.3

二

7956m2

三0.

85

x

3006

x

490.92

945.

4mm2,原始配筋6力25满足配筋要求。ND-40085

号牛腿

Fv

二

164kN,

Fh

二

0kN,为该类

牛腿荷载最大值，门F

a+

1.2

F

二Q50•

85/y

h0164

X

103

X

0-3

二

192.9mm2

W

0.

85

x

3005 x

490.92

454.

5mm2,原始配筋5力25满足配筋要求。4.4牛腿局部受压承载力验算根据《混凝土结构设计规范》中第9.

3.10节规

定,竖向力引起的局部压应力不应超过0.

75A

,即最大值，局部压应力二Fv

A

164

x

0.

85一

x

—400-10—3

x

忌400 二1.

206MPa

W0.

75fc

二

0.

75

x

19.

1

二

14.

325MPa,满

足规范要求。5牛腿开裂原因分析根据现场调查、检测、数据处理、计算及理论分

析可知，受检牛腿在构造、裂缝控制、局部受压承载

力及受压承载力方面均满足现行规范要求,牛腿顶

面连接梁板未出现明显裂缝及变形，立柱未发生明

显倾斜变形。因此，综合分析该汽机房立柱牛腿出

现裂缝的主要原因为：①牛腿端面保护层厚度过

大，梁板沿纵向温度、收缩变形产生的内力向厂房

两端部、变形缝两侧自由端释放受到约束时，在牛

腿内部产生附加应力，使牛腿自由端表层混凝土受

拉开裂;②设计中为保证牛腿上部结构传力的稳定

性,牛腿顶面承压面与上承梁间均采用4根20插

筋连接,限制牛腿与梁之间在2个水平方向因温度、

收缩产生的相对变形，从而导致插筋将牛腿表层素

混凝土掰裂。此裂缝为非受力裂缝，不影响结构安

全,但影响美观及耐久性,应及时处理。6加固处理方案通过上述分析可知,立柱牛腿开裂的主要原因

是牛腿与梁之间连接构造不合理，在温度作用及混

凝土收缩变形作用下，牛腿开裂。裂缝虽不影响牛

腿承载力，但影响牛腿耐久性，因此，应对牛腿进行图3牛腿加固示意1）将牛腿及对应立柱表面装饰层剔除，混凝土

2021

No.10张风亮等:某发电厂汽机房牛腿开裂原因分析及加固处理105表面出现剥落、蜂窝、腐蚀等劣化现象的部位应予

剔除，对于较大面积的劣质层，剔除后应用聚合物

成本低，说明本次加固方案可在类似工程结构加固

领域中推广应用。参考文献：[1

]罗伟斌，蒙方成,叶丙波•箱型桥梁牛腿结构分析及裂缝产生

机理研究[J].西部交通科技,2014(6)

：49-53.水泥砂浆进行修复;用混凝土角磨机、砂轮(砂纸)

等工具，去除混凝土表面浮浆、油污等杂质，打磨平

整构件表面混凝土。2)

对牛腿表面裂缝采用压力灌胶(浆)或嵌缝

[2 ]黄毫春，李山，黄河，等•全现浇混凝土外墙窗角裂缝控制技

术[J].施工技术,2020,49(14)

：94-97.封闭的方法进行加固。3)

采用[10及对拉螺栓进行加固。4)

用环氧树脂胶凝材料或灌浆料填实槽钢与

[3

]袁松涛.大石板渡槽承台牛腿裂缝加固技术浅谈[J].四川水

利,2014,35(1)

：25.[4 ]王滨，高立堂,臧晓光•某厂房罕见牛腿裂缝原因及加固对策

[J].低温建筑技术,2009,31(7):121-123.混凝土间隙。5)

将混凝土梁顶升30mm,插筋切断牛腿顶面。6)

牛腿顶面聚合物砂浆或灌浆料找平,混凝土

[5

]胡宏卫，蒋杰，陈伟，等.坪山高新区综合服务中心项目轻质

隔墙横向裂缝原因分析[J].施工技术,2019,48(22):13-15.[6

]袁海涛•某车间牛腿裂缝形成原因分析及其加固处理[J].山

西建筑,2009,35(11)

：68-69.梁回落。7结语牛腿端面保护层厚度过大、梁板沿纵向的温

[7

]曾莉.钢筋混凝土连续梁桥牛腿开裂及加固模型试验研究

[D].成都:西南交通大学,2009.[8 ]康学云，徐文冰,郭佳嘉，等•南京长江第五大桥大体积混凝

度、收缩变形产生的内力向厂房两端部、变形缝两

侧自由端释放受到约束时，在牛腿内部产生附加应

力以及牛腿与梁之间采用插筋构造连接是立柱牛

土温度裂缝智能控制技术研究[J

]

•施工技术,2019,48(17)：

24-27，84.[9

]金凌志，曹霞，付强，等•某办公楼牛腿的裂缝分析与处理[J].

桂林工学院学报,2008(1)

：64-67.腿发生开裂的主要原因。采用本文提出的加固方

案对开裂牛腿进行加固，通过对加固牛腿近1年的

[10]邓凡.悬臂挂梁式连续梁桥牛腿加固方法的研究[D].北京:

北京工业大学，2007.观察，未发现有新裂缝生成,加固效果良好且经济(上接第100页)[2

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筑,2020,46(12)

：141-142.[3

]王兰.钢-STC轻型组合桥面大跨径钢箱梁步行廊桥结构分析

[J].中国标准化,2019(16):12-14.[4 ]王善民.现浇混凝土空心楼盖施工技术要点分析[J].居舍,

2020(28)

：81-82.[5

]高东君.现浇楼板与装配式楼板的施工[J].技术与市场,

2019,26(4)

：168.[6

]蒋路,谢骁蒙.预制装配式部分包覆钢-混凝土组合剪力墙结

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]

•施工技术,2020,49(15)

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22-24,37.[7 ]刘艺.超长混凝土薄板结构施工期的裂缝控制[J].重庆建筑,

6结语1)

针对大跨钢-混凝土组合结构的混凝土施工,

2013,12(4)

：46-47.[8

]芦静夫，樊则森,孙占琦，等.装配式钢-混凝土组合框架结构

应用无支架部分逆作法浇筑混凝土，可有效避免大

跨钢结构下挠带来的开裂问题。2)

新型钢筋桁架楼承板设有纵向固定槽钢,可

在学校建筑中的研究与应用[J].施工技术,2020,49(8)：13-

18,35.[9

]郭云锋•建筑施工现浇钢筋混凝土楼板出现裂缝的原因分析

[J].四川水泥,2020(11)

：41-42.[10]

[11]

[12]

[13]

增强镀锌钢板的抗弯强度。3)

对于廊桥楼道板混凝土的浇筑，须仔细分析

中国建筑科学研究院.混凝土结构设计规范：GB

50010—

2010(2015年版)[S].北京：中国建筑工业出版社,2015.组合结构的受力原理，以确定混凝土的浇筑顺序及

王晨炜•某学生活动中心钢骨混凝土组合结构施工技术[J].

后浇带设置，

保证大跨钢-混凝土组合廊桥结构受力

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65(2):183-186.施工技术,2020,49(4):100-102.李向海，张庆，刘昌永.预制装配式大跨钢板-再生混凝土空心

叠合板受弯性能研究[J

] •施工技术,2019,48(16)

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8-12.吕春，申洪涛，黄涛，等•秸秆轻骨料混凝土免拆模密肋叠合

楼板施工技术[J

]

•施工技术,2019,48(6)

:

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