磚煙囪的裂縫處理與抗震加固施工方法：

本文結(jié)合實際煙囪工程,采用鋼板加固法處理舊磚煙囪裂縫和整體噴射鋼筋混凝土筒法進行煙囪抗震加固,并給出了計算方法和具體構(gòu)造措施。

  由于舊磚筒剛度很大,外表面經(jīng)處理后與混凝土筒粘結(jié)成為整體,舊磚筒對混凝土筒有較強的側(cè)向約束作用,實際附加彎矩值小于計算值。同時混凝土筒對舊磚筒也有環(huán)箍作用,使舊磚筒

   處于有利受力狀態(tài)。本磚煙囪經(jīng)采用上述方法于1999年初加固后,使用至今已近3年,表面再沒有出現(xiàn)裂縫,證明煙囪加固效果良好。舊磚煙囪被混凝土包裹后,可以避免風(fēng)雨日照等侵蝕,相應(yīng)延長使用壽命。此加固方法可以廣泛應(yīng)用于加固50年代末至70年代初(唐山地震以前)修建的磚煙囪,這些磚煙囪設(shè)計時,均未考慮抗震措施,而且相當一部分至今仍在繼續(xù)使用,采用本文的方法進行加固,即可以消除安全隱患,又可以適當?shù)匮娱L其使用壽命。

一、磚煙囪概況

沈陽市某小區(qū)供熱鍋爐房33m高磚煙囪,建于1957年,筒壁采用100#(MU10)紅磚,50#(M5)混合砂漿砌筑。磚煙囪設(shè)計時未考慮抗震措施,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),頂端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(jīng)現(xiàn)場檢測,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?，F(xiàn)場以經(jīng)緯儀測量,測得煙囪加固基本上沒有傾斜,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42年,設(shè)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(jīng)專家現(xiàn)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(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(nèi)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(xiàn)行結(jié)構(gòu)設(shè)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(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。計算中不考慮舊磚煙囪加固繼續(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(fēng)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(jù)《煙囪設(shè)計規(guī)范》[2](GBJ51-83),計算得混凝土筒內(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(nèi)力計算

根據(jù)《建筑抗震設(shè)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(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)計規(guī)范》(GBJ11-89),《煙囪設(shè)計規(guī)范》(GBJ51-83),進行恒載、風(fēng)荷載、地震作用計算,計算附加彎矩時考慮基礎(chǔ)傾斜及日照影響(取tanθ=0?06,ΔT=20°C),計算的各截面控制內(nèi)力見表2~表3。

截面號標高(m)恒載NK(kN)風(fēng)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(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種荷載組合進行截面強度驗算。

1?4*風(fēng)荷載

根據(jù)《煙囪設(shè)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(yīng)力及裂縫寬度驗算。

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?將舊磚煙囪加固表面鑿毛,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)到頂端均連成整體。

8?沿?zé)焽柚苌韲娚銫20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(nèi)壁松動的礬土水泥沙漿清除,重新抹2cm厚耐熱水泥砂漿。