预应力环箍加固烟囱的应用与测试

预应力环箍加固烟囱的应用与测试
易贤仁#， 刘禹钦#， 杨绪佐!
（ 武汉 . ； 武汉 . ） # )武汉理工大学理学院， / $ $ 0 $ ! )中南电力设计院， / $ $ 0 # 摘 要： 在钢筋混凝土烟囱裂缝加固工程中采用了无粘结钢绞线预应力环箍， 对加固过程进行了现场测试， 经预应力
环箍加固后的烟囱筒壁中建立的环向压应力在环箍处最大， 其值约1 ， 环向压应力衰减较快。在# 已降 # ) $2 3 4 ) 56 处， 。这种加固方法能有效地控制已有纵向裂缝的开展并能防止新的裂缝产生。 至约1 $ ) !2 3 4 关键词： 钢筋混凝土烟囱； 加固； 预应力环箍； 现场测试； 环向压应力 中图分类号： 7 89 0 / 文献标志码： : 文章编号： （ ） # % 0 # ; . . / # ! $ $ % # ! ; $ # $ % ; $ /
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火力发电厂钢筋混凝土烟囱经多年使用后， 外表面常常沿烟囱高度方向出现纵向裂缝， 这种裂缝一般是 由于烟囱内部温度高于外表面温度， 内外表面产生较大温差， 内部材料膨胀， 使烟囱筒壁外表面环向受拉， 当 外表面环向拉应力大于混凝土抗拉强度时， 筒壁混凝土即受拉裂开。现行烟囱设计规范对钢筋混凝土烟囱 筒壁裂缝宽度规定的允许值为： 对筒壁顶部 ! 最大裂缝宽度不超过 $ 下部最大裂缝宽 $6 范围内， ) # 56 6， 度不超过$ 常常自上而下出现多条纵向裂缝， 其宽度远远超过规 ) / $6 6。经多年使用的钢筋混凝土烟囱， 范最大的限值。当烟囱纵向裂缝宽度大于上述限值时， 影响到烟囱的安全使用， 需要对烟囱进行加固处理。 常用的加固方法是沿一定的高度在烟囱外表面安装一圈环箍， 以控制裂缝的继续扩宽与扩展。一般是用钢 板制作的钢板箍， 用螺栓联接紧固起来， 以加强烟囱的整体性。由于钢板环箍在加固施工时很难沿烟囱环向 张紧， 环箍紧箍不足， 使烟囱加固后的效果不甚显著。因而， 改进加固方法， 使烟囱加固后在筒壁中沿环向建 立起长期的压应力， 是一个十分重要的问题。
［ ］ * 主应变， 再按二向应力理论就可计算出各测点的主应力 。
" " " 测试方法与内容 ） 测试内容 预应力钢绞线环箍张拉到控制应力并锚固后， 在环箍一周及环 % 箍上下各一定高度范围内的筒壁中， 引起不同程度的预压应力。为了获取环箍加 固后筒壁中建立的预压应力大小， 在环箍张拉施工过程中进行了现场测试。通过 布置在烟囱筒壁表面各测点的电阻应变计， 测出各测点的应变值， 经换算后， 即可 得到筒壁表面各测点预压应力值。现场主要测试了以下内容： 筒壁环向预压应力 及均匀性； 筒壁混凝土预压应力沿烟囱高度的分布梯度。 测试环箍一周筒壁中的预压应力， 了解预应力环箍加固后， 在筒壁中建立的环向预压应力的大小。测试 其均匀性， 了解沿环箍一周各测点处烟囱筒壁中的预压应力值是否相同， 以确定加固效果。 测量烟囱筒壁预压应力的分布梯度， 是在预应力环箍加固后， 测量筒壁内建立的环向预压应力沿烟囱高 度方向分布的大小和影响范围， 探讨设计环箍之间的间距是否合理， 能不能达到预期的设计目的。为今后同 类加固提供参数和设计依据。 ） 测点布置 根据测试内容， 分别在各测点布置应变计。测量预应力环箍在烟囱筒壁混疑土中环向引 & 起的压应力时， 在离环箍上% 测定沿环箍一周筒壁混凝土中压应力的均匀性 ! !$ $ 处筒壁表面安装应变计；
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时， 沿环箍一周分为!等份安装应变计； 测定筒壁混凝土中预压应力沿烟囱高度方向分布梯度时， 在环箍上、 下各" 沿高度方向同一垂直线上每隔& # $% 的范围内， # $% 布置应变计。 筒壁表面为二向应力状态， 只需测量环向及纵向应变， 在每测点沿环向和纵向相互垂直各布置一片应变 片， 选择应变片的栅长应注意混凝土骨料粒径的影响。 ） 筒壁应变测量 各测点应变值的测读与记录分别在钢绞线张拉到最大张拉力值的 & ’ (、 " & (、 " & & ( 及锚固后分级进行。应变测量仪器为 ) * + , $型静态电阻应变仪。
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第& (卷
第% &期
易贤仁， 等： 预应力环箍加固烟囱的应用与测试
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［ ］ % 纹观察镜测量宽达! 已大大超出规范的限值 。为了使电厂发电正常运行， 保证安全生产， 需要对 " #$ $，
烟囱出现的裂缝的部分进行加固处理。鉴于钢板环箍的加固效果不甚理想， 经过比较分析研究后， 决定采用 无粘结钢绞线预应力环箍加固。 ! " ! 预应力环箍工作原理 预应力在混凝土结构中是一种应用较广泛的技术， 预应力的基本原理是在混凝土结构构件受拉区预先
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! 测试结果及分析
［ ］ ! 根据设计院提供的数据， 烟囱筒壁混凝土强度等级为： 烟囱高度 " ， 弹性模量 ! &% 以下部分为 , ’ ! ! ； 高度" ， 弹性模量 ! ； 泊松比 !/ 。 !./ , # 0 1 " & 2 3 4 ! &% 以上部分为 " 5 / , # ! 1 " & 2 3 4 & # , . 依据各测点实测应变， 按二向应力状态， 计算公式为
［ ］ & 施加压应力， 提高混凝土结构构件的抗裂能力和刚度 。用预应力方法在烟囱筒壁中施加预压应力， 可以
限制已有的裂缝继续扩展。同时， 用预应力方法施工的环箍， 利用了预应力筋在弹性阶段受拉伸长后的回弹 特性， 其反作用对烟囱筒壁施加了长期的压缩效应， 即在筒壁混凝土中建立了压应力。从理论上讲， 筒壁中 环向存在压应力， 除使原有的裂缝不再扩大外， 还可使裂缝宽度减小， 并且只有在环向预压应力消失后， 同时 筒壁混凝土达到抗拉强度极限， 才可能产生新的裂缝。 无粘结预应力钢绞线环箍利用受拉伸长以后的回弹效应， 紧密地作用在筒壁外表面， 在筒壁外表面形成 一周均匀分布的径向分布力， 使筒壁长期径向受压， 以达到箍紧的效果。 ! " " 预应力环箍设计与施工 被加固烟囱高& 底部外径% 顶部外径’ 标高( % !$， &$， " ’$， ’$ 以下筒壁厚 & ’ !$ $， ( ’$ 以上部分 壁厚% 每隔* 烟囱原设计在筒壁内每隔 % ( !$ $。从( )$ 处开始， " *$ 设置一道环箍， !$ 设有一道环梁， 有环梁处不安装环箍。预应力环箍采用单束+ 材料强度标准值 ! ， 张 ! ’ 的无粘结钢绞线， %+ ’ !1 2 3 , . /0 张拉时采用应力与伸长量双重控制。标高 ( 拉控制应力" ， 最大控制张拉力 "4 0 ! " ) ’ 0 % ’ #/ 7， )$ ! 4 5 6 5 6 . / 以上部分共设环箍& 预应力钢绞线环箍施工时， 用&台千斤顶两端同步张拉， 在达到 % 时， 稳定 " +道， ! ’ 8 4 5 6 ， 然后顶锚锚固。 &$ 9 6 在无粘结钢绞线环箍与烟囱筒壁之间预先铺设一层 % 以减小环箍对筒壁表面局部承 ! !$ $ 宽钢丝网， 压， 减小应力集中， 待锚固后， 再用细石混凝土将环箍全部封闭保护。
" 筒壁受力分析与测试
" " ! 筒壁受力分析 预应力环箍张拉到控制应力并锚固后， 在烟囱筒壁外表面与环箍接触处， 形成 了一周均匀的径向分布压力， 见图% 。在径向分布压力作用下， 沿烟囱筒壁的 & 个 见 主方向产生了环向应力" " $ $ # 和纵向应力 # 以及相应的环向应变 # 和纵向应变 #， 图& 。 烟囱筒壁厚度远小于其平均半径， 应作为薄壁圆筒计算， 其表面上的任意一 点， 都是二向应力状态。当用电阻应变方法测量时， 只需沿 & 个主应力方向测出其
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H 预应力环箍工作原理及设计
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收稿日期： ! $ $ % ; $ 9 ; $ % ) 作者简介： 易贤仁 （ ） ， 男， 副教授) ： # 9 5 ! ; J ; 6 4 ? ( @ ’ ( 4 @ / ! # $ ! A ? @ 4 ) ’ 6