一、磚煙囪概況
貴州市某小區(qū)供熱鍋爐房40m高磚煙囪,建于1987年,筒壁采用100#(MU10)紅磚,50#(M5)
混合砂漿砌筑。磚煙囪設(shè)計(jì)時(shí)未考慮抗震措施,磚煙囪筒壁和內(nèi)襯分別為4節(jié)和2節(jié),每節(jié)度
為8m(內(nèi)襯總高13m),內(nèi)襯為耐火磚加耐火泥砌筑,在頂部沒有內(nèi)襯之處抹礬土水泥砂漿,筒身未配縱向鋼筋,環(huán)向配筋為Φ6@300。1998年底發(fā)現(xiàn)煙囪上部出現(xiàn)一條長約5m的豎向裂縫(略傾斜),1?5m左右裂縫較為嚴(yán)重,縫寬最大值約3cm,如圖1所示。
二、裂縫原因分析
經(jīng)現(xiàn)場檢測(cè),發(fā)現(xiàn)斜裂縫基本上是沿著灰縫出現(xiàn)。根據(jù)調(diào)查,沈陽地區(qū)在20世紀(jì)未發(fā)生過地
震,即使1975年海城大地震,也未發(fā)現(xiàn)該磚煙囪出現(xiàn)裂縫,故首先排除了地震作用的可能性。現(xiàn)場以經(jīng)緯儀測(cè)量,測(cè)得煙囪基本上沒有傾斜,而且也不符合由于地基傾斜出現(xiàn)裂縫的特征,因此也排除了基礎(chǔ)傾斜的因素。在拆除頂部筒身時(shí)發(fā)現(xiàn),內(nèi)壁礬土水泥砂漿部分脫落,露出紅磚。根據(jù)初步分析,認(rèn)為是由于內(nèi)筒壁礬土水泥砂漿脫落,在煙氣溫度作用下引起的裂縫。
三、處理措施
由于該磚煙囪已使用22年,設(shè)計(jì)時(shí)又未考慮抗震措施,而且甲方又要求加固處理后,磚煙囪可
以繼續(xù)使用15年左右。經(jīng)專家現(xiàn)場評(píng)估,該磚煙囪可靠性綜合評(píng)級(jí)[1]為3下級(jí),建議在對(duì)縫進(jìn)行加固處理的同時(shí),也對(duì)其進(jìn)行整體抗震加固,消除安全隱患并相應(yīng)延長使用壽命。采取的具體措施如下:
1?該磚煙囪基礎(chǔ)的持力層為粘土夾礫砂層,又經(jīng)過多年沉降固結(jié),地基承載力顯著提高,因此
2?將頂部1?5m區(qū)段裂縫較寬的筒壁予以拆除重新砌筑。
3?對(duì)頂部1?5m以下區(qū)段裂縫部位采用在裂縫處噴射M10水泥砂漿,裂縫區(qū)段筒壁用60×8
鋼板間距1000mm箍緊。
4?對(duì)磚煙囪采用整體配筋噴射混凝土進(jìn)行抗震加固。
5?對(duì)煙囪頂部6m區(qū)段磚筒內(nèi)壁重新抹2cm厚耐熱水泥砂漿。
四、加固驗(yàn)算
本次加固驗(yàn)算,均按現(xiàn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范執(zhí)行。計(jì)算中考慮豎向荷載由舊磚煙囪和新加混凝土筒
共同承擔(dān),水平荷載(風(fēng)荷載、地震作用、溫度作用)全部由新加混凝土筒承受。計(jì)算中不考慮舊磚煙囪繼續(xù)承受水平荷載,以偏于安全,計(jì)算附加彎矩時(shí),也不考慮舊磚煙囪對(duì)新加混凝土筒的約束作用。
1?已知條件
①舊磚煙囪砌筑材料為MU10磚,M5混合砂漿,基本尺寸見圖2。
②地震基本烈度為7度,Ⅱ類場地,基本風(fēng)壓0?5kPa。
③新加混凝土筒壁厚80mm,采用C20細(xì)石混凝土噴射成型。
2?受熱溫度計(jì)算
煙氣溫度T=400°C,夏季室外最高溫度取為35°C,冬季室外最低溫度取為-30°C,根據(jù)《煙囪
設(shè)計(jì)規(guī)范》[2](GBJ51-83),計(jì)算得混凝土筒內(nèi)壁最高受熱溫度tmax=130°C,外壁最高受熱溫度tmax=75°C,均小于規(guī)范規(guī)定限值tmax=200°C,為簡化計(jì)算,取混凝土筒壁平均溫度tc=100°C,鋼筋平均溫度ts=100°C。按規(guī)范計(jì)算混凝土和鋼筋在溫度作用下的材料特性見。
3?內(nèi)力計(jì)算
根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[3](GBJ11-89),磚煙囪(H≤60m)基本自振周期可按下式計(jì)算:
T1=0?26+0?0024*H2/d2(1)
H—自基礎(chǔ)頂面算起的煙囪高度(m)d—煙囪筒身半高處截面外徑(m),對(duì)本工程
應(yīng)考慮混凝土筒壁厚T1—煙囪基本自振周期(S),本工程經(jīng)計(jì)算T1得
T1=0?26+0?0024*332/2?832=0?586(s)
根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》[4](GBJ7-89),《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GBJ11-89),《煙囪設(shè)計(jì)規(guī)范》(GBJ51-83),進(jìn)行恒載、風(fēng)荷載、地震作用計(jì)算,計(jì)算附加彎矩時(shí)考慮基礎(chǔ)傾斜及日照影響(取tanθ=0?06,ΔT=20°C),計(jì)算的各截面控制內(nèi)力見表2~表3。
截面號(hào)標(biāo)高(m)恒載NK(kN)風(fēng)荷載地震作用
4?截面配筋驗(yàn)算
在承載能力極限狀態(tài)下,新加混凝土筒的結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γ0取1?1,筒身抗震承載力調(diào)整系
數(shù)γRE取0?85,考慮2種荷載組合進(jìn)行截面強(qiáng)度驗(yàn)算。
1?4*風(fēng)荷載
根據(jù)《煙囪設(shè)計(jì)規(guī)范》,對(duì)各水平截面進(jìn)行承載能力計(jì)算,得縱筋面積組合ⅠAs=3400mm2,組
合ⅡAs= 4100mm2,實(shí)配縱筋40Φ12,As=4524mm2,環(huán)向配筋采用Φ8@250。
5?使用階段驗(yàn)算
在使用階段考慮如下3種組合對(duì)各截面進(jìn)行應(yīng)力及裂縫寬度驗(yàn)算。
組合Ⅰ:恒載+風(fēng)荷載
組合Ⅱ:恒載+風(fēng)荷載+溫度作用
組合Ⅲ:恒載+溫度作用
計(jì)算得:混凝土壓應(yīng)力σcmax=2?4MPa,鋼筋應(yīng)力σs=50MPa,水平裂縫寬度wmax=0?13mm,豎向裂縫寬度wmax=0?11mm,均滿足正常使用極限狀態(tài)要求。
五、加固施工步驟與構(gòu)造措施
1?將煙囪頂部1?5m區(qū)段裂縫較寬的舊磚煙囪筒壁予以拆除。
2?將煙囪頂部1?5m以下區(qū)段裂縫噴注M10水泥砂漿,使裂縫閉合。
3?用60×8鋼板,間距1000mm箍緊裂縫區(qū)段,并超出裂縫區(qū)段1000mm,以防止裂縫繼續(xù)擴(kuò)展。
4?將頂部1?5m區(qū)段重新用MU10磚,M5混
合砂漿砌筑至頂圈梁下,砌筑時(shí)配置環(huán)向鋼筋Φ8@250,縱向鋼筋Φ12@300并錨入頂圈梁250mm。
5?將舊磚煙囪表面鑿毛,消除酥碎部分及污物,用清水沖洗,并刷素水泥漿一道,以使新加混
凝土筒與舊磚煙囪牢固粘結(jié)。
6?在舊磚煙囪基礎(chǔ)頂面加設(shè)基礎(chǔ)圈梁240×300,配筋6Φ12/8Φ@200。
7?綁扎縱向鋼筋和環(huán)向鋼筋,縱向鋼筋應(yīng)錨入新加基礎(chǔ)圈梁和重新砌筑的頂圈梁內(nèi),使新加混凝土筒與舊磚煙囪從基礎(chǔ)到均連成整體。
8?沿?zé)焽柚苌韲娚銫20細(xì)石混凝土80mm厚,澆筑頂圈梁360×240,配筋6Φ12/Φ8@200。
9?將頂部6m區(qū)段的磚筒內(nèi)壁松動(dòng)的礬土水泥沙漿清除,重新抹2cm厚耐熱水泥砂漿。