钢筋混凝土烟囱可靠性鉴定和加固改造

钢筋混凝土烟囱可靠性鉴定和加固改造

摘要:本文以某210 m烟囱为例,通过对其现状的检测分析,对其可靠性进行鉴定,利用大型有限元计算软件ABAQUS进行计算分析,对烟囱进行加固改造。

关键词:可靠性鉴定有限元烟囱加固

本文以某发电厂210 m钢筋混凝土烟囱为例,对钢筋混凝土烟囱的可靠性鉴定和加固方法进行探讨。该烟囱位于安徽省境内,1999年建成投入使用,为钢筋混凝土结构；烟囱筒身顶点标高为210 m,出口内直径为7.0 m,采用C30混凝土。烟囱筒身外设置有一道钢爬梯和两个环向钢平台。烟囱筒身混凝土根部壁厚为600 mm,顶部为200 mm；烟囱内衬13.5～50 m和190～210 m两个区域内采用CL耐酸砖、CL 耐酸胶泥砌筑,50～190 m区域内采用MU10机制红砖、CL耐酸砂浆；采用桩基础。烟囱的主要功能是排放电厂生产过程中产生的烟气,烟气的主要成分为二氧化硫、氮氧化物、氧气和水蒸气。

1 烟囱筒身检测结果

(1)烟囱筒壁混凝土检测结果:经现场检查发现,烟囱外壁120～180 m表层混凝土普遍被腐蚀,腐蚀严重部位局部保护层成片起鼓、脱落、钢筋锈蚀。现场在147 m高度被腐蚀混凝土取芯发现混凝土内部分层开裂,开裂最深为180 mm,裂缝宽度大于1 mm。

(2)钢筋检测结果:发现烟囱外壁竖钢筋直径及平均间距与竣工图纸基本相符,但竖向钢筋间距分布严重不均匀；烟囱外壁环向钢筋直径与竣工图纸基本相符。

(3)混凝土碳化深度检测结果:0～120 m烟囱外壁混凝土碳化深度在1.0 ～7.5 mm之间,小于钢筋保护层厚度(30 mm),暂不会因混凝土碳化失去对钢筋的保护作用而引起内部钢筋的锈蚀。120 m以上烟囱外壁混凝土碳化深度大于钢筋保护层厚度(30 mm),混凝土碳化失去对钢筋的保护作用而引起内部钢筋的锈蚀。

(4)混凝土强度检测结果:现场检测发现,烟囱上部混凝土受腐蚀严重,不能采用回弹法检测,现场在147 m高度沿外壁一周钻芯时发现,筒壁混凝土内部存在分层裂缝,开裂最深达180 mm,大部分芯样在钻取过程中断裂,表明混凝土强度极低。烟囱筒壁下部未明显受腐蚀区混凝土强度等级为C31,满足设计要求(C30)。

(5)烟囱变形测量:采用电子经纬仪测量烟囱倾斜,发现烟囱顶部的绝对倾斜值为16.5 mm。倾斜方向,α=12.8°,倾斜率为0.079‰<2‰,满足GB50007-2002《建筑地基基础设计规范》要求(200 m<H≤250 m,基础变形允许值为2‰)。

(6)附属设施检测结果:现场检测发现钢爬梯、平台及避雷针整体完整性较好,防腐油漆局部老化,未发现明显锈蚀。

2 抗震性能鉴定和评级

烟囱筒壁及支撑结构的安全性能等级为C级；烟囱筒身出现较多裂缝,使用性能为C级。

3 烟囱结构计算分析

要对烟囱进行结构加固,首先需要对烟囱结构进行计算,发现其需要补强的位置和关键点,以便于进行有针对性的加固和改造。本节为烟囱结构计算和分析。

3.1 计算模型

计算时采用国际通用的有限元计算软件ABAQUS进行建模计算。材料参数见下表1。有限元建模时考虑13.180～21.750 m处的烟道孔,建模时按照烟道孔的实际尺寸进行建模计算,考虑烟囱筒壁内侧沿高度方向的环形悬臂,计算模型如表1。

3.2 边界条件和计算工况

按《烟囱设计规范》（GB 50051-2002）4.1.9条规定及最不利荷载组合要求，共考虑以下七种荷载组合工况：工况一：1.0×恒载+1.4×风荷载；工况二：1.2×恒载+1.4×风荷载；工况三：1.35×恒载+1.4×风荷载；工况四：1.0×重力荷载代表值+0.28×风荷载+1.3×水平地震力

-0.5×竖向地震力；工况五：1.2×重力荷载代表值+0.28×风荷载+1.3×水平地震力+0.5×竖向地震力；工况六：1.0×重力荷载代表值+0.28×风荷载+0.5×水平地震力-1.3×竖向地震力；工况七：1.2×重力荷载代表值+0.28×风荷载+0.5×水平地震力+1.3×竖向地震力。

3.3 计算结果

(1)烟囱筒壁内侧竖向钢筋沿高度全程不满足最小配筋率的要求。(2)环向钢筋120～200 m范围内不满足承载力计算的要求。(3)在温度与荷载共同作用下,背风侧混凝土竖向压应力在120～160 m不满足限值要求。(4)在温度与荷载共同作用下,迎风侧竖向钢筋应力在50～150 m高程不满足要求。(5)温度单独作用下,环向钢筋应力在13.5～90 m和120～190 m应力不满足要求。(6)由裂缝计算结果可以看出,竖向裂缝宽度在高度60～70 m和120～180 m不满足《烟囱设计规范》的要求,水平裂缝宽度在60～80 m和110～120 m不满足《烟囱设计规范》的要求。

4 烟囱加固维修方案

(1)恢复烟囱的安全可靠性,继续使用30年左右。(2)施工期阃烟囱不能停止使用,特殊情况也只能短时间停3～5 d。(3)施工方案安全可靠,操作方便。(4)经济上合理可行。

5 结论

本文简述了钢筋混凝土烟囱可靠性鉴定和加固改造的方法和过程,利用大型有限元计算软件ABABQUS,可以计算分析出构筑物薄弱部位,方便对其进行加固和改造。目前,我国正在快速的发展时期,构筑物的可靠性鉴定和加固改造逐渐成为热点,希望本文对钢筋混凝土烟囱可靠性鉴定和加固改造方法的创新与进步有所帮助。

参考文献

[1] 张富春,林志伸.建筑物的鉴定、加固与改造[M].北京:中国建筑工业出版社.

[2] 张宽权.钢筋混凝土烟囱可靠性诊断[J].四川:四川省建筑科学研究院.