装配式主变通用基础的研制.pdf

装配式主变通用装配式主变通用基础的研制基础的研制 QCQC 小组活动成果报告小组活动成果报告 小组名称：土建室小组名称：土建室 QCQC 小组小组 浙江华云浙江华云电力工程电力工程设计咨询有限公司设计咨询有限公司 二二 O O 一七年一七年二二月月 目录目录 1.1.小组概况小组概况 .1 1 2.2.选择课题选择课题 .2 2 2.1 问题的提出.2 2.2 现状调查和分析.2 2.3 课题确定.3 3.3.设定目标设定目标 .4 4 4.4.提出方案并确定最佳方案提出方案并确定最佳方案 .4 4 5.5.制定对策制定对策 .8 8 6.6.对策实施对策实施 .8 8 6.1 装配基础梁型主变基础设计.8 6.2 结构设计.12 7.7.确认效果确认效果 .1515 7.1 目标检查.15 7.2 效益分析.16 8.8.标准化标准化 .1616 9.9.总结和下一步打算总结和下一步打算 .1717 9.1 总结.17 9.2 下一步计划.18 装配式主变通用基础的研制 QC 小组成果报告 1 1.1.小组概况小组概况 小组概况见表 1。表 1 小组概况 小组名称 土建室 QC 小组 注册编号 ZD 2016-05 课题名称 装配式主变通用基础的研制 小组类型 创新型 注册日期 2016.04 成立时间 2013.04 活动时间 2016 年 4 月12 月 活动次数 12 次 课题组长 高亚栋 出勤率 100%小组成员 姓名 性别 年龄 文化程度 职称 小组分工 高亚栋 男 40 研究生 高工 组长 蔡志雄 男 45 本科 高工 推进指导 黄忠华 男 44 本科 高工 推进指导 方瑜 男 37 本科 高工 方案实施 何凯军 男 29 研究生 助工 图文资料、撰写报告 吴祖咸 男 34 研究生 高工 方案实施 胡宇鹏 男 30 本科 助工 方案实施 朱翔 男 25 本科 助工 方案实施 小组获奖情况：“成品柱脚保护帽的研制”QC 成果荣获 2014 年度电力建设质量管理成果二等奖；“一体化电缆沟的研制”荣获 2015年度电力建设质量管理成果三等奖；“多重连接防倒塌构架避雷针的优化”荣获 2016 年度电力建设质量管理成果三等奖。装配式主变通用基础的研制 QC 小组成果报告 2 2.2.选择课题选择课题 2.1 2.1 问题的提出问题的提出 随着科学技术和社会经济的迅速发展，主变生产厂家越来越多，产品外形虽然大同小异，但是安装要求却不统一。传统主变基础根据主变厂家资料提供的轨距确定主变安装用的基础梁位置，混凝土现浇制作。一旦施工完成后基础梁尺寸无法调整，因此在改造过程中往往在基础承载力及基础沉降量满足的条件下，由于导轨距离或者数量问题不得不凿除原主变基础,按照新换主变轨距尺寸重新完成设计与施工。这样不仅增加了变电站改造工程的投资,而且主变基础的施工工期往往被混凝土养护时间所限,无法通过技术手段去缩短施工工期,造成变电站长时间的停电,带来较大的经济损失,也给用电客户带来许多不便，甚至有些工程由于停电时间的不允许,项目被迫取消。2.2.2 2 现状调查和分析现状调查和分析 根据调查和资料收集，主变基础设计需要根据电气厂家的资料“量身定做”，而不同主变生产厂家的产品有不同的安装要求。同时国内、国外的生产厂家在多年的生产过程中已形成了自己特有的技术接口要求，无法在短时间内让这些厂家修改生产线，形成国内外设备厂家的通用安装要求。现有220kV主变压器下部轨道梁的根数、长度、间距随厂家不同、主变容量等具体参数而不同，具有不确定性，对设计、施工、扩建都产生了较大的影响。见图 1。装配式主变通用基础的研制 QC 小组成果报告 3 图 1 传统主变基础图 2.2.3 3 课题确定课题确定 结合实际工作情况，小组运用头脑风暴法集思广益，确定了本次活动的课题，见图 2。图 2 课题确定 装配式主变通用基础的研制 QC 小组成果报告 4 3.3.设定目标设定目标 QC 小组此次的课题目标为研制一种通用型主变基础，从而克服常规主变基础设计存在的不足，方便地满足任意 220kV 电压等级主变压器生产厂家的技术接口要求，使 220kV 变电站设计的开展不再受设备资料的制约；在主变基础轨距、数量发生变化时能在较短的时间内完成对基础的调整，使之与新设备相适应，减少主变更换时的土建施工周期，尽可能减少由于土建施工带来的停电时间的主变基础形式。4.4.提出方案并确定最佳方案提出方案并确定最佳方案 （1）主变基础结构选择见图 3。主变基础结构形式筏板型装配基础梁型空心筏板型 图 3 主变基础结构方案 方案一：筏板型主变基础 筏板型主变基础一般做成 1.21.40m 高左右的实心筏板形式，内配双层双向钢筋，采用钢筋混凝土现浇一次完成，周围设置主变油坑（见图 4）。优缺点见表 1。图 4 筏板型基础断面图 装配式主变通用基础的研制 QC 小组成果报告 5 表 1 优缺点 方案二：空心筏板型主变基础 本方案对筏板式实心主变基础作了优化，改进后的主变基础为现浇混凝土空心筏板形式，在满足主变设备安装和承载力要求前提下，采用抽芯成孔方法（充气橡胶芯模）在混凝土筏板中形成空腔（见图 5）。优缺点见表 2。图 5 空心筏板基础断面图 优点 缺点 通用性 施工难易程度 经济性 主变安装面为一块大平板，可以根据需要布置主变位置 基础为实心混凝土浇筑，厚度大，混凝土方量大，易产生裂缝 好 简单 较差 装配式主变通用基础的研制 QC 小组成果报告 6 表 2 优缺点 方案三：装配式主变基础 本方案根据装配式变电站理念设计，将主变基础分解为若干预制块，现场组装完成（见图 6）。优缺点见表 3。图 6 装配基础梁主变基础断面图 表 3 优缺点 优点 缺点 通用性 施工难易程度 经济性 主变安装面同为一块大平板；相对于筏板型主变基础能明显减少混凝土用量；降低裂缝开展可能性 利用充气橡胶芯模形成基础的空腔，施工较复杂；垂直、平行空腔两个方向刚度相差大 好 较复杂 一般 优点 缺点 通用性 施工难易程度 经济性 可以通过规矩调节块的更换较快的完成主变基础梁间距预制基础梁安装时需吊装 较好 一般 较好 装配式主变通用基础的研制 QC 小组成果报告 7 三种方案综合分析评价选择见表 4。表 4 综合分析评价选择 方案 类型 综合分析评价 是否选择 1 筏板型 通用性好，施工简单、工期较长，易开展裂缝，建造成本较高 否 2 空心筏板型 通用性好，施工较复杂、工期长，不易开展裂缝，建造成本较高 否 3 装配基础梁型 通用性较好，施工简单、工期短，不易开展裂缝，建造成本较低 是（2）装配基础梁型主变基础连接方式选择见图 7。优缺点和评价选择见表 5。图 7 装配式基础连接方式 表 5 优缺点及评价选择 及数量的调整；能加快施工进度；降低裂缝开展可能性 方案 优点 缺点 是否选择 焊接 牢固 无法拆卸 否 装配式主变通用基础的研制 QC 小组成果报告 8 主变基础各部件以螺栓连接，可以抵抗在加载过程中产生的偶然水平侧向力，同时也增加了基础连接件的整体性与刚度。5.5.制定对策制定对策 方案确定以后，小组召开会议，对方案的对策、实施和时间节点的确定，进行了讨论，最终制定出以下方案对策表（见表 6）。表 6 对策表 序号 方案 对策 目标 措施 完成时间 负责人 1 主变基础结构 装配式 适用于各种不同类型主变，施工简单 由钢筋混凝土底板、基础梁、调节块三部分组成，可根据主变对基础轨距、数量进行调整 6 月 1 日9 月 30日 方瑜 吴祖咸 胡宇鹏 2 基础连接方式 螺栓连接 连接稳固，可拆卸 各部件以螺栓连接，连接螺栓采用热镀锌处理 10 月 1 日10 月 31日 何凯军 朱翔 6.6.对策实施对策实施 6 6.1 .1 装配基础梁型主变基础设计装配基础梁型主变基础设计 装配基础梁型主变基础主要由带三条卡槽的钢筋混凝土底板、卡扣式连接 组装方便 整体性差 否 螺栓连接 组装较方便，稳定 加工较费时 是 装配式主变通用基础的研制 QC 小组成果报告 9 成品混凝土基础梁、导轨间距调节块三部分组成,钢筋混凝土底板由土建施工单位安装完成,其他各部分由工厂预制，现场拼装完成。主变基础梁卡接在基础底板的凹槽中，基础梁与轨距调节块采用螺栓连接，在混凝土底板边缘轨矩调节块通过螺栓与混凝土底板连接(见图 8图 11)。图 8 变压器器基础底板(钢筋混凝土底板现场浇注完成)装配式主变通用基础的研制 QC 小组成果报告 10 图 9 装配式主变基础梁(现场成品安装)图 10 轨距调节块、A-A 剖面 该主变基础梁（主变轨道安装处）与底板为拼装组合完成，组合完成后的基础图见图 11，拆装方便。装配式主变通用基础的研制 QC 小组成果报告 11 图 11 装配式主变基础 在更换主变过程中只要更换导轨间距调节块就可完成主变基础梁的位置调整使之与主变轨距相适应，与传统梁式主变基础相比大大的缩短了施工工期，减少了停电时间。主变基础各部件以螺栓连接，以抵抗在加载过程中产生的偶然水平侧向力，同时也增加了基础连接件的整体性与刚度。连接螺栓采用热镀锌处理，连接完成后在螺栓外露位置采用低标号混凝土做保护帽，防止螺栓锈蚀。(结点详图见图 12)。装配式主变通用基础的研制 QC 小组成果报告 12 图 12 基础梁于轨距调节块安装详图 6 6.2 2 结构结构设计设计 装配式主变基础拼装完成后，主变荷载通过基础梁传至混凝土底板，通过基础底板传至地基持力层，传力途径与传统梁式主变基础相同，基础整体尺寸、基础截面与传统基础形式相同。考虑到主变加载或运行状态下可能出现的微小偏心，使基础梁偏心受压，为了抵抗这部分可能产生的偏心荷载，在基础梁两侧加与基础地板凹槽厚度相同的钢筋混凝土腋，以增加主变基础梁在荷载平面外的稳定性。结构计算模型按照简支梁取,计算弯矩考虑到主变安装过程按照单台主变的一半重量在主变梁上产生的最大弯矩取值，荷载组合系数按照恒载 1.2，活载 1.4 取值。预制梁截面为 500900(高)厚计算。基础梁受力分析（按简支梁计算）荷载示意见图 13，单位:集中荷载kN，其他荷载-kN/m 装配式主变通用基础的研制 QC 小组成果报告 13 图 13 荷载示意图 剪力包络见图 14，单位:kN 图 14 剪力包络图 弯矩包络见图 15，单位:kNm 图 15 剪力包络图 已知条件：矩形梁 b=500mm，h=900mm。砼 C35，fc=16.70N/mm2，ft=1.57N/mm2，纵 筋 HRB400，fy=360N/mm2，fy=360N/mm2，箍筋 HPB300，fy=270N/mm2。抗弯计算:弯矩设计值 M=1800.00 kNm，剪力设计值 V=1000.00kN，扭矩设计值 T=0.00 kNm。求相对界限受压区高度b cu=0.0033-(fcu,k-50)10-5=0.0033-(35-50)10-5=0.00345 cu0.0033，取cu=0.00330 按混凝土规范公式(6.2.7-1)0111.255005002600260001724.71-742.24011836.34装配式主变通用基础的研制 QC 小组成果报告 14 求截面抵抗矩系数s h0=h-as=900-35=865mm 求相对受压区高度 求受拉钢筋面积 As As=1fcbh0/fy=0.349 1.00 16.70 500 865/360=7002mm2 抗剪计算:(1)截面验算，按混凝土规范公式(6.3.1)V=0.25cfcbh0=0.251.00016.70500 865=1805688N=1805.69kN V=1000kN 截面尺寸满足要求。(2)配筋计算，按混凝土规范公式(6.3.4-2)V cvftbh0+fyv(Asv/s)h0 Asv/s=(V-cvftbh0)/(fyvh0)=(1000.00103-0.701.57500865)/(270865)=2.24655mm2/mm=2246.55mm2/m 配置钢筋：(1)上部纵筋：计算As=900mm2，实配812(905mm2=0.20%)，配筋满足=b1+1fyEscu0.80+13602000000.003300.518=sMa1fcb h201800.001061.0016.7050086520.2881=112s1120.28810.349装配式主变通用基础的研制 QC 小组成果报告 15 (2)腰筋：计算构造As=b*hw*0.2%=865mm2，实配614(924mm2=0.21%)，配筋满足 (3)下部纵筋：计算As=7002mm2，实配640(7540mm2=1.68%)，配筋满足 通过一系列的结构计算，装配式主变基础构件在本身强度上能满足主变安装以及运行的要求，基础整体的承载也能满足设备安全运行的要求。7.7.确认效果确认效果 7 7.1 1 目标检查目标检查 通过对通用型主变基础的安装形式，基础受力情况，基础梁结构计算，通用型主变基础在设计和施工上已经没有太明显的问题。二期扩建时，本方案主变基础可以通过轨矩调节块较快的完成主变基础梁间距及数量的调整，施工周期短，能大大的减少变电站的停电时间，这是传统的主变基础所无法比拟的。图 15 通用型主变基础效果图 装配式主变通用基础的研制 QC 小组成果报告 16 目标目标实现实现！7 7.2 2 效益分析效益分析 （1）实用效益:主变改扩建过程中，传统主变基础由于导轨距离或者数量问题不得不先凿除,按照新换主变轨距尺寸重新完成设计与施工。通用型主变基础可以通过轨矩调节块较快的完成主变基础梁间距及数量的调整，施工周期短。（2）经济效益：本方案主变基础在总体外形尺寸上和主要组成材料上于与传统主变基础相同，不会增加额外的工程量；从变电站全寿命周期管理的角度去考虑，基础梁轨距调节块均可以重复使用，减少变电站建成后的后期维护、改造的投资；同时可以大大降低因主变改扩建停电所产生的社会经济损失。（3）社会效益：能迅速完成主变改扩建，大大的缩短变电站的停电时间，从而减少因停电产生的损失。有较大的应用价值，社会效益明显。8.8.标准化标准化 （1）将设计的计算材料、图纸整理归档，编制通用型主变基础设计计算书。（2）编制通用式主变基础作业指导书。（3）目前，通用型主变基础已得到国家知识产权局认可，并授予专利证书。见图 16。装配式主变通用基础的研制 QC 小组成果报告 17 图 16 专利证书 9.9.总结和下一步打算总结和下一步打算 9.19.1 总结总结 （1）达成目标取得效益：通过本次 QC 活动，成功研制了通用型主变基础，达到了研究目的。（2）深化 PDCA 思想，提高团队凝聚力：通过本次 QC 活动，凝聚了团队合作力，为今后工作中解决实际问题奠定理论方法，增强了继续开展 QC 活动的能力。（3）运用 QC 活动的能力提高：积累了大量的知识和丰富的经验，提高了小组成员运用 QC 活动的能力。（4）质量安全意识提高：我们体会到 QC 小组活动是提高职工素质、激发职工积极性和创造性的重要途径。装配式主变通用基础的研制 QC 小组成果报告 18 9.29.2 下一步计划下一步计划 小组成员认真总结活动成功的经验，深化科学的 QC 活动方法。为了更好的适应变电站设计施工要求，下一步我们将以通用型主变基础为课题继续开展 QC 活动。