钢筋混凝土烟囱筒身可靠性鉴定与烟囱加固 钢筋混凝土烟囱筒身可靠性鉴定与烟囱加固 1 2 1 　辽宁　鞍山　114001; 　21鞍钢职工大学建工系, 　辽宁　鞍山　114031) 　　【摘 　要】　简述了对某钢厂两座钢筋混凝土烟囱筒身的可靠性鉴定过程 ,并利用基于位移型变分原理的非时 间步参数时间有限元法对烟囱的地震反应进行了初步分析 ,最后提出加固处理意见。本文介绍的鉴定实验和方法 可为今后对旧建(构)筑物的结构鉴定提供参考。 　　【关键词】　烟囱;可靠性鉴定;加固 【中图分类号】　TU233　　　　【文献标识码】　B 　　　　【文章编号】　1001 - 6864(2003)05 - 0039 – 02 1 1 　工程结构概况与缺陷 我国现有冶金工业厂房的钢筋混凝土烟囱很多修建于 大跃进时期 ,目前已使用将近 40 年。有相当部分由于原设计和大修过程中遗留下不足之处构成该类建筑物先天不足 ,加之使用过程中经受各种不利因素综合作用 ,造成高温烟囱多年处于维修失调、潜伏隐患状态中 ,破损日益严重。因此对这类烟囱进行可靠性鉴定 ,确定其破损程度 ,进行加固 ,延长其使用寿命 ,具有特别重要的意义。某钢厂有钢筋混凝土烟囱数座。由于有些烟囱建造时骨料系石灰岩 ,高温时粉化 ,加之平日使用温度高 ,环境腐蚀严重 ,造成多数混凝土烟囱筒壁龟裂 ,内衬常有局部脱落 ,烟囱根部 ±0. 00 以下 1. 5m 段干湿交替部位 ,混凝土大部疏裂 ,环筋与主筋锈蚀严重 ,有的锈断。薄板厂房2 # 烟囱高30m,上口直径1.78m,下口直径 2.53m,壁厚0. 12m 烟道入口 - 2. 10m,烟囱筒壁混凝土等级C20 ,纵环向配筋 ,耐火砖内衬 ,建于1959年。一轧加热炉烟囱高 50m,上口直径 314m,下口直径512m,壁厚0.15m,烟道入口 - 3.00m,烟囱筒壁混凝土等级C20 ,纵环向配筋 ,耐火砖内衬 ,建于1959年。 2 　检测内容与结果 检测鉴定工作遵照冶金部 YBJ214 - 89《钢铁工业建(构筑物可靠性鉴定规程》进行。 (1) 　两座烟囱筒壁有许多裂缝 ,以竖向裂缝为主 ,平均宽度为5mm,个别裂缝达到10mm,混凝土有疏松龟裂。这主要由温度应力引起。 (2) 　烟囱筒身混凝土强度测试:用取芯法测得筒身实际平均强度为 33.8MPa ,最低值为 26.7MPa 大于设计值 ,混凝土强度满足要求。 图1 　烟囱动态特性测试图 方法很多 ,本文主要从耗能构件方面介绍了国内外的研究状况 ,其研究成果及应用具有概念简单、减震机理明确、减震效果显著而又经济安全的特点。结构振动控制的研究与应用有着广阔的前景 ,引起了越来越多的科学家和工程师们的关注。研究和应用成果表明 ,耗能减震技术将成为建筑减震防灾的重要手段和方法 ,为减轻地震对人类造成的危害作出巨大贡献。为了使结构减震技术研究与应用得到进一步的发展与普及需解决以下一些主要问题: (1) 　研究开发具有高性能和智能的新材料。 (2) 　各种造价低、稳定可靠且施工方便的控制装置的研究开发及推广应用。 (3) 　基于随机振动理论的结构时变、非线性控制的研究。 (4) 　加强耗能减震技术在建筑物加固中的研究与应用。 参考文献 1 　[日]武藤清.结构物动力设计M. 北京:中国建筑工业出版社, 1984. 　王松涛 现代抗震设计方法 北京 中国建筑工业出版社 2 . M. : , 1997. 3 　吴波,李惠.建筑结构被动控制的理论与应用M. 哈尔滨:哈尔 滨工业大学出版社,1997. 4 　周云. 耗能减震理论与设计J . 哈尔滨建筑大学学报,1996 (2) :16 - 18. 5 　丁大钧.现代混凝土结构学M. 北京:中国建筑工业出版社 2000. 6 　周锡元,等. 工程结构的隔震、减震和被动控制的研究与应用 A. 第五届全国地震工程会议论文集C. 北京:1998. 7 　周云,等. 耗能减震技术研究与应用J . 世界地震工程,1995 (1) . 8 　周云,等.粘弹性阻尼器结构的抗震设计方法J . 世界地震工程,1996 ,(2) . [收稿日期] 　2003 - 05 - 15 [第一作者简介] 　魏 　巍(1970 - ) ,女,辽宁锦州人,从事土木工程教学与科研工作。 　　(3) 　烟囱的动态特性测试:沿烟囱爬梯在径向和切向位置均布6个传感器 ,测试系统与测点布置见图 1。测得薄板2 # 烟囱自振周期为 0164 s,一轧加热炉烟囱自振周期为1.23 s。动态测试数据为抗震验算提供了科学依据。 (4) 　烟囱偏斜测量:经测量发现薄板 2 # 烟囱向南偏斜 ,顶端达13.0cm。偏斜值如表1。 表1 　 薄板2 # 烟囱形心偏离基底值 形心坐标 径向偏差 序号 ( ) X(m) Y(m) Z(m) m 1 - 0.125 01033 2911 01130 2 - 0.102 0.039 26.5 0.110 3 - 0.101 0.037 23.9 0.108 4 - 0.083 0.031 21.3 0.089 5 - 0.085 0.024 18.7 0.089 6 - 0.076 0.024 16.1 0.080 7 - 0.082 0.024 13.5 0.086 8 - 0.048 0.009 10.9 0.049 9 - 0.007 0.002 8.3 0.008 10 　0.001 0.003 5.7 0.003 11 　0.000 0.000 3.1 0.001 　　注:一轧加热炉烟囱,外表面偏差417cm。 (5) 　烟囱荷载调查:高耸构筑物烟囱除自重外 ,主要承受荷载是风荷载。 3 　筒壁与基础校核计算 (1) 　筒身水平各截面强度计算 ,考虑风荷载和地震荷载作用时 ,各截面承载能力均大于外荷作用效应。筒身承载能力满足要求。其中薄板2 # 烟囱相对薄弱截面是标高 12m 的截面;一轧加热炉烟囱相对薄弱截面是标高2m的截面。 (2) 　基础承载力满足要求。 (3) 　基于位移型变分原理的非时间步参数时间有限元法对大型结构的地震响应进行分析表明此方法是分析结构动力响应的可靠、有效方法。本文利用此方法对薄板 2 # 烟囱的地震响应进行了初步分析。本文仅计算一下当地震沿水平方向输入时烟囱的地震响应。筒体混凝土容重取 3 4 24kN/m ,筒体混凝土弹性模量取2.73×10 MPa ,筒体泊松比取0.18 ,筒体结构剖分为90个空间八节点单元 ,共 216 个节点的网格。水平向设计地震加速度为 0.308g。地震输入采用刚基面输入方法 ,阻尼比取 0.05 ,阻尼系数取 0.43。计算结果:最大水平位移出现在烟囱顶部 ,最大值为 9cm,最大竖向位移出现在烟囱顶部 ,最大值为0.46cm。 4 　烟囱筒身的可靠性鉴定根据规程规定 ,筒身的可靠性鉴定包括承载能力、裂缝和倾斜三个子项的评级。 a 级符合国家现行规范要求 ,安全适用 ,不必采取措施。 b级略低于国家现行规范要求 ,基本安全适用 ,可不必采取措施。 c级不符合国家现行规范要求 ,影响安全或影响正常使用 ,应采取措施。 d级严重不符合国家现行规范要求 ,危及安全或不能正常使用 ,必须立即采取措施。评级标准见表2。 表2 　 烟囱筒身的分级标准 项目 a 级 b级 c 级 d级 承载能力 R/ S•γ ≥1.00 ≥0.90 ≥0.85 <0.85 裂缝宽度(mm) ≤0.3 ≤1.0 ≤10.0 >10.0 筒身倾斜 ≤ ≤ ≤ S 0.005 0.011 0.015 >0.015 　　注 结构或构件抗力 结构或构件作用效应 γ 结构重 :R- ;S- ; -要性系数,对安全等级为一,二,三级结构构件,分别取1.1 ,1.0和0. 9。筒身倾斜 S- 筒身中心线在基础顶面处的切线和垂直线夹角,但当烟囱发生弯曲变形时 由于该夹角不易测得 可以认为是烟囱顶的侧移与烟囱高度的比值。由检测和计算结果可得出:两座烟囱筒身承载能力为 b级 ,裂缝为 c 级 ,筒身倾斜评为 a 级。总评中取子项最低级即筒身可靠性等级为 c 级。 　鉴定结果与处理对策 5 5.1 　鉴定结果 两座烟囱存在的主要问题是筒身裂缝偏大 ,个别部位裂缝严重。裂缝宽度不满足规范规定 ,极易造成开裂部位钢筋锈蚀 ,混凝土碳化 ,给烟囱正常使用造成危害。产生裂缝的主要原因是由于排气量增加 废气温度增高 烟囱隔热层和内衬脱落 ,同时较高温度产生较大温度应力。水平裂缝产生在于荷载长期积累影响 ,或内衬局部脱落受热产生弯曲。 5.2 　处理对策 (1) 　对普遍存在裂缝的烟囱筒壁进行全面配筋现浇混凝土加固 ,加固厚度为8cm,混凝土强度等级为 C20。 (2) 　对烟囱筒身相对薄弱的截面增大截面加固。 (3) 　考虑到地基原为水道回填而成,基底混凝土处于反复干湿交替的物理作用下,水中的氯离子极易向混凝土内渗透,使该部位混凝土中钢筋发生锈蚀,造成混凝土破损。这也是该部分混凝土破损的主要原因之一。因而可采用 S10防水混凝土,且使用普通水泥以提高PH值和抗渗抗腐蚀能力。也可考虑干湿交替部位设置通风室,保持该部位混凝土处于干燥状态及良通风条件,以便加固后烟囱的长期使用。 6 　结语 本文简述了对某钢厂两座钢筋混凝土烟囱筒身的可靠性鉴定过程 ,包括烟囱外观质量检查、强度校核、可靠性评定、最后提出加固处理意见。利用基于位移型变分原理的非时间步参数时间有限元法对烟囱的地震反应进行了初步分析 ,目前我国经济处于快速发展时期 ,许多老旧厂急需鉴定 ,本文方法可为今后破损烟囱和老旧厂房的鉴定提供参考。 参考文献 1 　烟囱设计手册M. 北京:中国建筑工业出版社,1989. 2 　滕智明. 钢筋混凝土基本构件 M. 北京:清华大学出版社, 1987. 3 　张宽权.某钢筋混凝土烟囱可靠性诊断A . 全国建筑物鉴定与加固第二届全国学术讨论会论文集C ,1993 ,11. 4 　刘铁林,吕和详,赵金城.基于位移型 Gurtin 变分原理的非时间步参数时间有限元法J . 大连大学学报,1997 ,(1) .