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。磚煙囪設計時未考慮抗震措施,磚煙囪筒壁和內襯分別為4節(jié)和2節(jié),每節(jié)度為8m(內襯總高13m),內襯為耐火磚加耐火泥砌筑,在頂部沒有內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)現煙囪上部出現一條長約5m的豎向裂縫(略傾斜),1?5m左右裂縫較為嚴重,縫寬最大值約3cm,如圖1所示。
二、裂縫原因分析
經現場檢測,發(fā)現斜裂縫基本上是沿著灰縫出現。根據調查,沈陽地區(qū)在20世紀未發(fā)生過地震,即使1975年海城大地震,也未發(fā)現該磚煙囪出現裂縫,故首先排除了地震作用的可能性?，F場以經緯儀測量,測得煙囪基本上沒有傾斜,而且也不符合由于地基傾斜出現裂縫的特征,因此也排除了基礎傾斜的因素。在拆除頂部筒身時發(fā)現,內壁礬土水泥砂漿部分脫落,露出紅磚。根據初步分析,認為是由于內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,設計時又未考慮抗震措施,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。經專家現場評估,該磚煙囪可靠性綜合評級[1]為3下級,建議在對縫進行加固處理的同時,也對其進行整體抗震加固,消除安全隱患并相應延長使用壽命。采取的具體措施如下:
1?該磚煙囪基礎的持力層為粘土夾礫砂層,又經過多年沉降固結,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?對磚煙囪采用整體配筋噴射混凝土進行抗震加固。
5?對煙囪頂部6m區(qū)段磚筒內壁重新抹2cm厚耐熱水泥砂漿。
四、加固驗算
本次加固驗算,均按現行結構設計規(guī)范執(zhí)行。計算中考慮豎向荷載由舊磚煙囪和新加混凝土筒
共同承擔,水平荷載(風荷載、地震作用、溫度作用)全部由新加混凝土筒承受。計算中不考慮舊磚煙囪繼續(xù)承受水平荷載,以偏于安全,計算附加彎矩時,也不考慮舊磚煙囪對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,基本風壓0?5kPa。
③新加混凝土筒壁厚80mm,采用C20細石混凝土噴射成型。
2?受熱溫度計算
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《煙囪
設計規(guī)范》[2](GBJ51-83),計算得混凝土筒內壁最高受熱溫度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)范計算混凝土和鋼筋在溫度作用下的材料特性見。
3?內力計算
根據《建筑抗震設計規(guī)范》[3](GBJ11-89),磚煙囪(H≤60m)基本自振周期可按下式計算:
T1=0?26+0?0024*H2/d2(1)
H—自基礎頂面算起的煙囪高度(m)d—煙囪筒身半高處截面外徑(m),對本工程
應考慮混凝土筒壁厚T1—煙囪基本自振周期(S),本工程經計算T1得
T1=0?26+0?0024*332/2?832=0?586(s)
根據《建筑結構荷載規(guī)范》[4](GBJ7-89),《建筑抗震設計規(guī)范》(GBJ11-89),《煙囪設計規(guī)范》(GBJ51-83),進行恒載、風荷載、地震作用計算,計算附加彎矩時考慮基礎傾斜及日照影響(取tanθ=0?06,ΔT=20°C),計算的各截面控制內力見表2~表3。
截面號標高(m)恒載NK(kN)風荷載地震作用
4?截面配筋驗算
在承載能力極限狀態(tài)下,新加混凝土筒的結構重要性系數γ0取1?1,筒身抗震承載力調整系
數γRE取0?85,考慮2種荷載組合進行截面強度驗算。
1?4*風荷載
根據《煙囪設計規(guī)范》,對各水平截面進行承載能力計算,得縱筋面積組合ⅠAs=3400mm2,組
合ⅡAs= 4100mm2,實配縱筋40Φ12,As=4524mm2,環(huán)向配筋采用Φ8@250。
5?使用階段驗算
在使用階段考慮如下3種組合對各截面進行應力及裂縫寬度驗算。
組合Ⅰ:恒載+風荷載
組合Ⅱ:恒載+風荷載+溫度作用
組合Ⅲ:恒載+溫度作用
計算得:混凝土壓應力σcmax=2?4MPa,鋼筋應力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。
6?在舊磚煙囪基礎頂面加設基礎圈梁240×300,配筋6Φ12/8Φ@200。
7?綁扎縱向鋼筋和環(huán)向鋼筋,縱向鋼筋應錨入新加基礎圈梁和重新砌筑的頂圈梁內,使新加混凝土筒與舊磚煙囪從基礎到均連成整體。
8?沿煙囪周身噴射C20細石混凝土80mm厚,澆筑頂圈梁360×240,配筋6Φ12/Φ8@200。
9?將頂部6m區(qū)段的磚筒內壁松動的礬土水泥沙漿清除,重新抹2cm厚耐熱水泥砂漿。