砖烟囱设计时未考虑抗震措施,砖烟囱筒壁和内衬分别为4节和2节,每节度为8m(内衬总高20m),内衬为耐火砖加耐火泥砌筑,在顶部没有内衬之处抹矾土水泥砂浆,筒身未配纵向钢筋,环向配筋为Φ6@300。1998年底发现烟囱上部出现一条长约5m的竖向裂缝(略倾斜),顶端1•5m左右裂缝较为严重,缝宽最大值约3cm,如图1所示。
二、裂缝原因分析
经现场检测,发现斜裂缝基本上是沿着灰缝出现。根据调查,长沙地区未发生过地震,即使,故首先排除了地震作用的可能性。现场以经纬仪测量,测得烟囱基本上没有倾斜,而且也不符合由于地基倾斜出现裂缝的特征,因此也排除了基础倾斜的因素。在拆除顶部筒身时发现,内壁矾土水泥砂浆部分脱落,露出红砖。根据初步分析,认为是由于内筒壁矾土水泥砂浆脱落,在烟气温度作用下引起的裂缝。
三、处理措施
由于该砖烟囱已使用11年,设计时又未考虑抗震措施,而且甲方又要求加固处理后,砖烟囱可以继续使用15年左右。经专家现场评估,该砖烟囱可靠性综合评级[1]为3下级,建议在对缝进行加固处理的同时,也对其进行整体抗震加固,消除安全隐患并相应延长使用寿命。采取的具体措施如下:
1•该砖烟囱基础的持力层为粘土夹砾砂层,又经过多年沉降固结,地基承载力显著提高,因此
2•将顶部25m区段裂缝较宽的筒壁予以拆除重新砌筑。
3•对顶部25m以下区段裂缝部位采用在裂缝处喷射M10水泥砂浆,裂缝区段筒壁用60×6钢板间距1000mm箍紧。
4•对砖烟囱采用整体配筋喷射混凝土进行抗震加固。
5•对烟囱顶部6m区段砖筒内壁重新抹2cm厚耐热水泥砂浆。
四、加固验算
本次加固验算,均按现行结构设计规范执行。计算中考虑竖向荷载由旧砖烟囱和新加混凝土筒
共同承担,水平荷载(风荷载、地震作用、温度作用)全部由新加混凝土筒承受。计算中不考虑旧砖烟囱继续承受水平荷载,以偏于安全,计算附加弯矩时,也不考虑旧砖烟囱对新加混凝土筒的约束作用。
1•已知条件
①旧砖烟囱砌筑材料为MU10砖,M5混合砂浆,基本尺寸见图2。
②地震基本烈度为7度,Ⅱ类场地,基本风压0•5kPa。
③新加混凝土筒壁厚80mm,采用C20细石混凝土喷射成型。
2•受热温度计算
烟气温度T=400°C,夏季室外最高温度取为35°C,冬季室外最低温度取为-30°C,根据《烟囱
设计规范》[2](GBJ51-83),计算得混凝土筒内壁最高受热温度tmax=130°C,外壁最高受热温度tmax=75°C,均小于规范规定限值tmax=200°C,为简化计算,取混凝土筒壁平均温度tc=100°C,钢筋平均温度ts=100°C。按规范计算混凝土和钢筋在温度作用下的材料特性见。
3•内力计算
根据《建筑抗震设计规范》[3](GBJ11-89),砖烟囱(H≤60m)基本自振周期可按下式计算:
T1=0•26+0•0024*H2/d2(1)
H—自基础顶面算起的烟囱高度(m)d—烟囱筒身半高处截面外径(m),对本工程
应考虑混凝土筒壁厚T1—烟囱基本自振周期(S),本工程经计算T1得
T1=0•26+0•0024*332/2•832=0•586(s)
根据《建筑结构荷载规范》[4](GBJ7-89),《建筑抗震设计规范》(GBJ11-89),《烟囱设计规范》(GBJ51-83),进行恒载、风荷载、地震作用计算,计算附加弯矩时考虑基础倾斜及日照影响(取tanθ=0•06,ΔT=20°C),计算的各截面控制内力见表2~表3。
截面号标高(m)恒载NK(kN)风荷载地震作用
4•截面配筋验算
在承载能力极限状态下,新加混凝土筒的结构重要性系数γ0取1•1,筒身抗震承载力调整系
数γRE取0•85,考虑2种荷载组合进行截面强度验算。
1•4*风荷载
根据《烟囱设计规范》,对各水平截面进行承载能力计算,得纵筋面积组合ⅠAs=3400mm2,组
合ⅡAs= 4100mm2,实配纵筋40Φ12,As=4524mm2,环向配筋采用Φ8@250。
5•使用阶段验算
在使用阶段考虑如下3种组合对各截面进行应力及裂缝宽度验算。
组合Ⅰ:恒载+风荷载
组合Ⅱ:恒载+风荷载+温度作用
组合Ⅲ:恒载+温度作用
计算得:混凝土压应力σcmax=2•4MPa,钢筋应力σs=50MPa,水平裂缝宽度wmax=0•13mm,竖向裂缝宽度wmax=0•11mm,均满足正常使用极限状态要求。
五、加固施工步骤与构造措施
1•将烟囱顶部1•5m区段裂缝较宽的旧砖烟囱筒壁予以拆除。
2•将烟囱顶部1•5m以下区段裂缝喷注M10水泥砂浆,使裂缝闭合。
3•用60×8钢板,间距1000mm箍紧裂缝区段,并超出裂缝区段1000mm,以防止裂缝继续扩展。
4•将顶部1•5m区段重新用MU10砖,M5混
合砂浆砌筑至顶圈梁下,砌筑时配置环向钢筋Φ8@250,纵向钢筋Φ12@300,并锚入顶圈梁250mm。
5•将旧砖烟囱表面凿毛,消除酥碎部分及污物,用清水冲洗,并刷素水泥浆一道,以使新加混
凝土筒与旧砖烟囱牢固粘结。
6•在旧砖烟囱基础顶面加设基础圈梁240×300,配筋6Φ12/8Φ@200。
7•绑扎纵向钢筋和环向钢筋,纵向钢筋应锚入新加基础圈梁和重新砌筑的顶圈梁内,使新加混凝土筒与旧砖烟囱从基础到顶端均连成整体。
8•沿烟囱周身喷射C20细石混凝土80mm厚,浇筑顶圈梁360×240,配筋6Φ12/Φ8@200。
9•将顶部6m区段的砖筒内壁松动的矾土水泥沙浆清除,重新抹2cm厚耐热水泥砂浆。