机电设备升级改造中基础梁、柱的加固技术研究_梁亚辉.pdf

设备管理与维修2023 5（下）0引言机电设备投入生产使用后，随着服务年限的增长，逐渐出现因为设备效率降低、设备性能变差、不能满足生产能力提升要求、产品和安全性能的升级而被淘汰等各种原因导致的需要更换或者改造的情况。老设备的改造受生产环境的限制比新安装设备存在更多困难。设备外形大小和安装固定基础是设备改造中需要考虑的重要因素，特别是大型固定设备的安装基础，是影响设备改造工期的决定性因素。大型固定设备的基础，往往因承重大、振动频繁、外形尺寸大、设备长期固定等原因，造成设备的基础几乎都是钢混结构，而这种钢混结构的基础从施工到凝固需要 25 d 左右。一些特殊的设备，因为外形庞大和设备因自身特性，安装在架空梁上面，这些梁和厂房的承重梁构成框架，成为设备的安装基础。在设备升级改造时，由于设计能力增加，设备自重、载重增加等原因，旧的基础梁强度达不到要求，需要对设备承重基础梁进行改造，改造势必会影响生产系统的运行，因此在对基础梁的改造时，安全、可靠、简单、省时成为方案选择需要考虑的重要因素。1改造背景义马煤业有限责任公司千秋矿洗煤楼建于 1956 年，共有 5层，14 层为斗子提升机，23 层为洗煤机主体设备，25 层为洗选皮带，4 层为振动筛。洗煤楼是千秋煤矿精煤生产的主要厂房，是整个生产系统的重要组成部分。千秋煤矿随着生产布局的调整，生产面主要布置在一水平，目前的煤层赋存条件比较差，煤层夹矸多，煤质发热量低。然而市场对产品质量的要求在不断提高，洗煤厂在提质增效方面发挥着重要的作用。千秋煤矿洗煤厂于 2018 年对跳汰机进行升级改造，原设备最初安装于建矿初期的 20 世纪 50 年代，设备基础及主厂房都是根据原洗煤系统进行设计建造，厂房承重梁及建筑构造也都是根据原设备载重及设备构造进行设计，后虽经多次改造生产能力都没有进行升级，而是在原设备基础上进行重新更换，本次改造根据生产要求对跳汰机进行了生产能力升级。跳汰机上机体地脚支撑架固定安装于洗煤厂主厂房二楼基础梁上，上机体穿过二楼顶板与三楼的煤仓溜煤嘴、风箱、水管等附属设备连接，控制室也在三楼。下机体溜煤口穿过二楼地板与斗提机连接。原跳汰机于 2008 年安装，型号为 SKT-10，洗选能力为110180 t/h，经过近 10 年使用，该跳汰机已属淘汰落后产品，配件已停止生产，无法满足正常生产；根据生产要求，新选型的跳汰机型号 SKT-16，洗选能力 160-320 t/h。原设备净重 34 t，带料重 70 t，新设备净重 43.5 t，带料重 140 t，负载加重 1 倍。经过设计院的测算，跳汰机基础梁（钢筋混凝土结构）剪切力不够，不能满足安全要求，需要对跳汰机基础梁及厂房相关承重立柱进行加固。如何在基础梁和立柱的加固过程中尽可能减少影响生产时间、安全施工是本次技术改造的关键。2改造方案的选择对梁、柱的加固主要考虑以下 3 套方案：采用钢混结构增大梁的截面积，提高支撑力；采用立柱打点杆方式支撑加固；采用粘钢技术处理提高剪切应力和支撑力。对这 3 套方案分别从安全、经济、时间等方面进行分析对比。方案 1：是传统的基础施工方案，优点是经济、安全。缺点是生产期间无法施工，需要拆除原设备，利用钢混结构加大现有梁截面积，不仅施工时间长，混凝土的凝固周期也长，大概需要 1 个月的时间，严重影响矿井的正常生产。方案 2：设备打点杆需要从一楼贯穿至二楼中间，受厂房空间和设备自身结构的影响，施工困难且存在安全隐患。方案 3：粘钢加固法是在钢筋混凝土结构构件表面用特制的建筑结构胶粘贴钢板、以提高结构构件承载能力的一种加固方法。该方案的优点是：施工简便、快捷，基本不增加被加固构件断面尺寸和重量；建筑结构胶将钢板（型钢）与混凝土紧密粘接，使加固件与被加固体合为一体，结构胶固化时间短，完全固化后即可以正常受力。方案 3 可利用日常检修时间对基础梁进行表面的打磨和粘钢，立柱施工不影响生产，这种施工工艺应用在机电设备基础梁加固上，即可与设备安装相配合，满足设备安装周期短的要求，又不影响设备拆除、安装，并满足安全要求，是机电设备安装基础梁加固的理想方案。3加固技术的实施钢筋混凝土受弯构件粘钢加固是在构件承受力不足区段（正截面受拉区、正截面受压区或斜截面）表面粘贴钢板，这样可提高被加固构件的承载力，且施工方便。根据设计计算得出跳汰机的受弯构件基础梁的剪切力不足，立柱是承重构件，需要对摘要：机电设备的安装改造会影响生产系统的正常运行，在设备升级改造中尽可能减少影响生产时间，是机电设备改造中需要考虑的关键环节。通过工程实例解析基础梁、柱的加固处理技术，为设备基础的施工改造提供一种新的思路，提高设备安装和改造的效率，保证生产系统的安全可靠性。关键词：机电设备；剪切力；加固；粘钢中图分类号：F273文献标识码：BDOI：10.16621/ki.issn1001-0599.2023.05D.40机电设备升级改造中基础梁、柱的加固技术研究梁亚辉（河南大有能源机电设备租赁站，河南三门峡472300）90设备管理与维修2023 5（下）跳汰机的梁和梁的连接立柱进行加固（图 1）。钢筋混凝土梁，其正截面承载力可按钢筋混凝土受弯构件正截面承载力的方法计算。当构件斜截面抗剪承载力不够时，可采用粘贴 U 形箍板或斜向钢板条进行加固，可按钢筋混凝土受弯构件斜截面承载力公式计算。钢筋混凝土受弯、受压、受拉构件粘钢加固设计，可按GB 503672006 混凝土结构加固设计规范 进行正截面和斜截面加固计算，确定钢板厚度及布置方式。对钢筋混凝土受弯构件进行正截面加固时，其受拉面沿构件轴向连续粘贴的加固钢板宜延长至支座边缘，且应在钢板的端部（包括截断处）及集荷载作用点的两侧，设置 U 形钢箍板（对梁）或横向钢压条（对板）进行锚固。增加钢板作为劲性抗拉钢筋，用 U 形钢筋箍将抗拉钢板与混凝土组成抗弯梁，并利用 U 形钢筋增加抗剪与抗冲切能力。3.1梁的加固（1）制作粘贴钢板。粘贴钢板根据梁的实际尺寸进行放样、下料，确保板材与实际尺寸吻合，按梁的长度每根梁准备 3 条12 mm 厚度的钢板。钢板粘贴面进行除锈及粗糙处理，将钢板表面浮锈及污物除去，直至露出金属光泽，然后按垂直于受力方向在钢板表面打出凹槽，以增强钢板与结构胶的粘接效果。（2）清理砼梁表面。将 4 根悬空梁表面的抹灰层用空气钻进行清理。砼梁面需用砂轮打磨平整，露出坚实面，并在砼面上打磨出 23 mm 深的凹槽，吹洗、除去浮灰。再用清洗剂进行擦拭、修复、清洗梁面，确保干净无尘后，即可进行粘钢工作。如果砼面凹凸不平，应在粘钢前修补平整后再粘贴钢板。（3）粘钢时，在钢板上抹结构胶，中间部分稍厚，两边稍薄，以确保钢板加压后各部位胶的密实。粘钢的胶层厚度在2 mm为宜。（4）用 10 mm 钢筋制作 U 形钢筋箍，钢筋箍两端有螺纹，并配有螺帽和垫圈。沿所粘贴的钢板中心线方向，间距 400 mm用 U 形钢筋箍进行紧固固定，U 形钢筋箍对钢板施压，以有利于粘钢的质量。（5）粘钢完成后，用小锤敲击钢板进行检验，如有空洞处，需进行补胶，以保证粘钢质量。（6）用水泥砂浆外粉梁体，凝固时间 48 h。步骤（4）、步骤（6）可在设备拆除期间进行；步骤（2）独立施工，不受生产影响；其他步骤可利用日常检修时间进行，不影响正常生产。3.2立柱的加固（1）根据立柱实际尺寸下料，确保板材与实际要求一致。（2）粘贴角钢前，应对角钢粘贴面进行除锈及粗糙处理。将角钢表面浮锈及污物除去，直至露出金属光泽，后按垂直于受力方向在角钢表面打出凹槽，以增强钢板与结构胶的粘接效果。（3）将 4 根承重立柱从四周的墙体中分离出来，裸露出立柱的地脚基础，用空气钻清除立柱表面的抹灰层，柱脚棱角用砂轮修复，清洗梁面、打磨平整，柱角需打磨成规定的圆角，圆弧半径20 mm，并在砼面上打磨出 23 mm 深的凹槽，吹洗、除去浮灰。用清洗剂再进行擦拭，确保干净无尘后，即可进行粘钢工作。如果砼面凹凸不平，要修补平整后再粘贴钢板。（4）根据柱长制作角钢，用专用结构胶粘剂将角钢按要求贴于柱的四个棱角，用专用结构胶粘剂将 5 mm50 mm 的钢板按要求贴于柱的四面。粘钢时，在角钢上抹结构胶，中间部分稍厚，两边稍薄，以确保对角钢加压后各部位胶的密实。粘钢的胶层厚度在 2 mm 为宜。角钢粘贴后进行固定，待胶强度增长后再拆除固定装置。（5）四角的角钢粘贴完毕后进行缀板焊接工作，焊接结束后在缀板与砼柱空隙处补灌聚合物砂浆。（6）根据施工图纸要求在基础四个柱角位置植筋，安装角钢后将四角所植的钢筋与角钢焊接。（7）粘钢工作完成后，用小锤敲击钢板进行检验，如有空洞需进行补胶，以保证粘钢质量。（8）粘钢结束后，砼立柱表面粉刷符合设计要求的水泥砂浆，凝固 48 h 后将立柱和墙体补充完整并粉刷。以上步骤都可在设备拆除之前进行，不影响生产的正常进行。3.3加固工艺与设备安装工艺的配合在旧设备拆除前期可进行四根立柱和部分梁体的剔除、打磨作业，以及立柱的粘钢、加固作业。停产后进行旧设备拆除前的辅助作业时，可同时进行梁的粘钢作业。新设备安装期间作为梁粘钢作业的凝固时间，梁及立柱的强度达到设计要求，设备安装后即可进行带负荷试运转。从而达到设备基础改造不影响设备安装周期的目的。4结语粘钢技术在机电设备改造中的应用具有以下优点：施工快速、工期短；具有良好的整体受力性能；钢材的用量少、利用率高；粘贴钢板所占空间小，几乎不增加被加固构件的断面尺寸和重量，对建筑的使用净空、外形影响小，基本不影响构件的外观。千秋煤矿跳汰机于 2019 年 4 月 2 日开始拆除，4 月 11 日安装结束，用时 9 d。如果按照传统的加固方案需要 1 个月的改造周期。采用新的加固技术，大大缩减了设备的改造工期，并达到了设备安装的安全技术要求，满足强度需要。经过 2 年的运转，效果良好。粘钢技术在机电设备基础梁、柱的加固中成功应用，也给其他机电设备在改造时对基础梁、柱的加固处理提供了新的思路，有一定的推广价值。参考文献1GB 50367-2006，混凝土结构加固设计规范 S.编辑李波图 1跳汰机安装基础示意91