鋼筋混凝土煙囪可靠性鑒定和加固改造

摘 要：本文以某210 m煙囪為例，通過對其現(xiàn)狀的檢測分析，對其可靠性進行鑒定，利用大型有限元計算軟件ABAQUS進行計算分析，對煙囪進行加固改造。

關(guān)鍵詞：可靠性鑒定 有限元 煙囪 加固

中圖分類號：TU233 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）12（a）-0060-01

本文以某發(fā)電廠210 m鋼筋混凝土煙囪為例，對鋼筋混凝土煙囪的可靠性鑒定和加固方法進行探討。該煙囪位于安徽省境內(nèi)，1999年建成投入使用，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；煙囪筒身頂點標(biāo)高為210 m，出口內(nèi)直徑為7.0 m，采用C30混凝土。煙囪筒身外設(shè)置有一道鋼爬梯和兩個環(huán)向鋼平臺。煙囪筒身混凝土根部壁厚為600 mm，頂部為200 mm；煙囪內(nèi)襯13.5～50 m和190～210 m兩個區(qū)域內(nèi)采用CL耐酸磚、CL耐酸膠泥砌筑，50～190 m區(qū)域內(nèi)采用MU10機制紅磚、CL耐酸砂漿；采用樁基礎(chǔ)。煙囪的主要功能是排放電廠生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的煙氣，煙氣的主要成分為二氧化硫、氮氧化物、氧氣和水蒸氣。

1 煙囪筒身檢測結(jié)果

（1）煙囪筒壁混凝土檢測結(jié)果：經(jīng)現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，煙囪外壁120～180 m表層混凝土普遍被腐蝕，腐蝕嚴重部位局部保護層成片起鼓、脫落、鋼筋銹蝕。現(xiàn)場在147 m高度被腐蝕混凝土取芯發(fā)現(xiàn)混凝土內(nèi)部分層開裂，開裂最深為180 mm，裂縫寬度大于1 mm。

（2）鋼筋檢測結(jié)果：發(fā)現(xiàn)煙囪外壁豎鋼筋直徑及平均間距與竣工圖紙基本相符，但豎向鋼筋間距分布嚴重不均勻；煙囪外壁環(huán)向鋼筋直徑與竣工圖紙基本相符。

（3）混凝土碳化深度檢測結(jié)果：0～120 m煙囪外壁混凝土碳化深度在1.0 ～7.5 mm之間，小于鋼筋保護層厚度（30 mm），暫不會因混凝土碳化失去對鋼筋的保護作用而引起內(nèi)部鋼筋的銹蝕。120 m以上煙囪外壁混凝土碳化深度大于鋼筋保護層厚度（30 mm），混凝土碳化失去對鋼筋的保護作用而引起內(nèi)部鋼筋的銹蝕。

（4）混凝土強度檢測結(jié)果：現(xiàn)場檢測發(fā)現(xiàn)，煙囪上部混凝土受腐蝕嚴重，不能采用回彈法檢測，現(xiàn)場在147 m高度沿外壁一周鉆芯時發(fā)現(xiàn)，筒壁混凝土內(nèi)部存在分層裂縫，開裂最深達180 mm，大部分芯樣在鉆取過程中斷裂，表明混凝土強度極低。煙囪筒壁下部未明顯受腐蝕區(qū)混凝土強度等級為C31，滿足設(shè)計要求（C30）。

（5）煙囪變形測量：采用電子經(jīng)緯儀測量煙囪傾斜，發(fā)現(xiàn)煙囪頂部的絕對傾斜值為1Njfq0Dw9Dz4u1PuOah9GLw==6.5 mm。傾斜方向，α=12.8°，傾斜率為0.079‰<2‰，滿足GB50007-2002《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》要求（200 m

（6）附屬設(shè)施檢測結(jié)果：現(xiàn)場檢測發(fā)現(xiàn)鋼爬梯、平臺及避雷針整體完整性較好，防腐油漆局部老化，未發(fā)現(xiàn)明顯銹蝕。

2 抗震性能鑒定和評級

煙囪筒壁及支撐結(jié)構(gòu)的安全性能等級為C級；煙囪筒身出現(xiàn)較多裂縫，使用性能為C級。

3 煙囪結(jié)構(gòu)計算分析

要對煙囪進行結(jié)構(gòu)加固，首先需要對煙囪結(jié)構(gòu)進行計算，發(fā)現(xiàn)其需要補強的位置和關(guān)鍵點，以便于進行有針對性的加固和改造。本節(jié)為煙囪結(jié)構(gòu)計算和分析。

3.1 計算模型

計算時采用國際通用的有限元計算軟件ABAQUS進行建模計算。材料參數(shù)見下表1。有限元建模時考慮13.180～21.750 m處的煙道孔，建模時按照煙道孔的實際尺寸進行建模計算，考慮煙囪筒壁內(nèi)側(cè)沿高度方向的環(huán)形懸臂，計算模型如表1。

3.2 邊界條件和計算工況

按《煙囪設(shè)計規(guī)范》（GB 50051-2002）4.1.9條規(guī)定及最不利荷載組合要求，共考慮以下七種荷載組合工況：工況一：1.0×恒載+1.4×風(fēng)荷載；工況二：1.2×恒載+1.4×風(fēng)荷載；工況三：1.35×恒載+1.4×風(fēng)荷載；工況四：1.0×重力荷載代表值+0.28×風(fēng)荷載+1.3×水平地震力-0.5×豎向地震力；工況五：1.2×重力荷載代表值+0.28×風(fēng)荷載+1.3×水平地震力+0.5×豎向地震力；工況六：1.0×重力荷載代表值+0.28×風(fēng)荷載+0.5×水平地震力-1.3×豎向地震力；工況七：1.2×重力荷載代表值+0.28×風(fēng)荷載+0.5×水平地震力+1.3×豎向地震力。

3.3 計算結(jié)果

（1）煙囪筒壁內(nèi)側(cè)豎向鋼筋沿高度全程不滿足最小配筋率的要求。（2）環(huán)向鋼筋120～200 m范圍內(nèi)不滿足承載力計算的要求。（3）在溫度與荷載共同作用下，背風(fēng)側(cè)混凝土豎向壓應(yīng)力在120～160 m不滿足限值要求。（4）在溫度與荷載共同作用下，迎風(fēng)側(cè)豎向鋼筋應(yīng)力在50～150 m高程不滿足要求。（5）溫度單獨作用下，環(huán)向鋼筋應(yīng)力在13.5～90 m和120～190 m應(yīng)力不滿足要求。（6）由裂縫計算結(jié)果可以看出，豎向裂縫寬度在高度60～70 m和120～180 m不滿足《煙囪設(shè)計規(guī)范》的要求，水平裂縫寬度在60～80 m和110～120 m不滿足《煙囪設(shè)計規(guī)范》的要求。

4 煙囪加固維修方案

（1）恢復(fù)煙囪的安全可靠性，繼續(xù)使用30年左右。（2）施工期閫煙囪不能停止使用，特殊情況也只能短時間停3～5 d。（3）施工方案安全可靠，操作方便。（4）經(jīng)濟上合理可行。

5 結(jié)論

本文簡述了鋼筋混凝土煙囪可靠性鑒定和加固改造的方法和過程，利用大型有限元計算軟件ABABQUS，可以計算分析出構(gòu)筑物薄弱部位，方便對其進行加固和改造。目前，我國正在快速的發(fā)展時期，構(gòu)筑物的可靠性鑒定和加固改造逐漸成為熱點，希望本文對鋼筋混凝土煙囪可靠性鑒定和加固改造方法的創(chuàng)新與進步有所幫助。

參考文獻

[1]張富春，林志伸.建筑物的鑒定、加固與改造[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社.

[2]張寬權(quán).鋼筋混凝土煙囪可靠性診斷[J].四川：四川省建筑科學(xué)研究院.