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        某鋼筋混凝土筒倉結(jié)構(gòu)檢測鑒定

        2021-06-18 13:21:42李紅超
        工程質(zhì)量 2021年5期
        關鍵詞:倉壁筒壁筒倉

        李紅超,劉 巖,韓 朋

        (1.中國建筑科學研究院有限公司,北京 100013;2.中國建筑技術(shù)集團有限公司,北京 100013)

        0 引言

        2019 年 6 月四川宜賓發(fā)生 6.0 級地震,該地區(qū)某水泥廠內(nèi)一筒倉出現(xiàn)裂縫。該筒倉為單排雙連體圓形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),直徑(內(nèi)徑)12 m,高度 36 m,筒倉壁厚300 mm。該筒倉建筑安全等級二級,抗震設防烈度 6 度(0.05g),丙類設防[1]。該筒倉使用用途為存儲制備水泥的原材料(常溫狀態(tài)),筒倉結(jié)構(gòu)平面圖如圖 1 所示。為了評估該筒倉震后的結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀,通過對結(jié)構(gòu)主要參數(shù)的檢測和結(jié)構(gòu)承載力復核,綜合評定其可靠性等級,并提出相應處理措施。

        圖1 筒倉結(jié)構(gòu)平面圖(單位:mm)

        1 現(xiàn)場檢測

        現(xiàn)場檢測以無損檢測為主,采用混凝土回彈儀、鋼筋探測儀、全站儀、鋼卷尺、游標卡尺等儀器設備對筒倉截面尺寸、混凝土強度、鋼筋配置、垂直度進行檢測,并對地基基礎工作狀態(tài)、結(jié)構(gòu)外觀質(zhì)量及損傷情況進行檢查[2]。

        1.1 外觀質(zhì)量及損傷情況

        經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn),筒壁底部多處存在交叉斜裂縫,且多分布在門洞的兩側(cè),最大寬度 0.5 mm;筒壁底部存在 1 道水平裂縫,最大寬度 0.3 mm;筒壁上部及倉壁未發(fā)現(xiàn)明顯開裂。筒倉底部出現(xiàn)裂縫的位置如圖 1 中 ①~⑨所示,典型裂縫照片及裂縫分布走向如圖 2~5 所示,檢查結(jié)果如表 1 所示。

        圖2 位置③處裂縫照片及示意圖

        圖3 位置⑥處裂縫照片及示意圖

        圖4 位置⑧處裂縫照片及示意圖

        圖5 位置⑨處裂縫照片及示意圖

        表1 筒倉裂縫檢查結(jié)果

        受地震作用,筒壁下部承受的地震剪力較大。根據(jù)上述裂縫的分布位置及走向,可判定裂縫主要是由地震作用引起的。

        1.2 其他項目檢測結(jié)果

        1)混凝土強度。所測沿筒壁、倉壁環(huán)向和豎向的混凝土強度推定值分別為 42.3 MPa 和 42.7 MPa,均滿足設計強度等級 C40 的要求。

        2)截面尺寸。所測筒壁壁厚滿足設計及規(guī)范要求。

        3)鋼筋配置情況。所測筒壁、倉壁的環(huán)向和豎向鋼筋間距均滿足設計及規(guī)范要求。

        4)構(gòu)筑物垂直度。所測該構(gòu)筑物最大傾斜率對應的側(cè)向位移為 20.5 mm,相當于 H/1 390(H 為測點高差),滿足 GB 50144-2008《工業(yè)建筑可靠性鑒定標準》規(guī)定限值 H/500 的要求。

        5)地基基礎工作狀態(tài)。未發(fā)現(xiàn)因地基與基礎出現(xiàn)較大沉降或不均勻沉降引起的上部結(jié)構(gòu)損壞跡象。

        2 結(jié)構(gòu)承載力復核

        根據(jù)相關規(guī)范標準以及現(xiàn)場檢測結(jié)果,采用 YJK 系列軟件,對該結(jié)構(gòu)承載力進行復核。結(jié)構(gòu)有限元模型與網(wǎng)格劃分如圖 6 所示。

        圖6 筒倉結(jié)構(gòu)有限元模型

        2.1 計算參數(shù)

        結(jié)構(gòu)混凝土強度等級 C40,容重 25 kN/m3;縱向受力鋼筋 HRB400 級,箍筋 HPB300 級;筒倉 1 貯料容重:14.0 kN/m3,筒倉 2 貯料容重:15.1 kN/m3;筒倉 1 貯料內(nèi)摩擦角:33°,筒倉 2 貯料內(nèi)摩擦角:35°;筒倉 1 和筒倉 2 庫存容量各為 3 000 t;基本風壓:0.3 kN/m2,地面粗糙度類別:B 類;抗震設防烈度 6 度(0.05g),設計地震分組為第三組,場地類別為Ⅱ類;結(jié)構(gòu)自重由程序自動計算;倉頂恒荷載根據(jù)實測建筑做法確定,并根據(jù)GB 50009-2012《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》[3]取值;設備荷載根據(jù)設備的工藝參數(shù),并參照 GB 50077-2017《鋼筋混凝土筒倉設計標準》[4]的有關規(guī)定計算確定。

        2.2 結(jié)構(gòu)計算結(jié)果

        1)經(jīng)軟件計算分析,倉壁與倉底板交接范圍應力集中。倉底 0.3 m 高度處倉壁承載力不滿足要求,其余倉壁及筒壁承載力均滿足要求。恒載作用下筒倉結(jié)構(gòu)應力云圖如圖 7 所示;筒倉 1 滿倉時結(jié)構(gòu)應力云圖如圖 8 所示;筒倉 2 滿倉時結(jié)構(gòu)應力云圖如圖 9 所示;X向風荷載作用下結(jié)構(gòu)應力云圖如圖 10 所示;X向地震作用下結(jié)構(gòu)應力云圖如圖 11 所示。

        圖7 恒載下筒倉結(jié)構(gòu)應力云圖

        圖8 筒倉 1 滿倉時結(jié)構(gòu)應力云圖

        圖9 筒倉 2 滿倉時結(jié)構(gòu)應力云圖

        圖10 X 向風荷載下結(jié)構(gòu)應力云圖

        圖11 X 向地震作用下結(jié)構(gòu)應力云圖

        2)考慮倉壁固端約束的邊界效應,參照 GB 50077 -2017《鋼筋混凝土筒倉設計標準》第 5.2.1 條規(guī)定,依據(jù)公式 5.2.1-3~5.2.1-7 進行復核計算,其中,貯料總高度h=19 m,筒倉(內(nèi))半徑r=6 m,倉壁厚度t=0.30 m,倉壁底部水平側(cè)壓力p=102 kN/m(軟件計算結(jié)果),泊松比μc=0.2。

        經(jīng)計算倉底彎矩M0=51.2kN·m,倉底剪力V0= 102.2 kN。

        依據(jù) GB 50077-2017《鋼筋混凝土筒倉設計標準》中公式 5.2.1-1、5.2.1-2計算倉底 0.3 m 高度處的彎矩和剪力。依據(jù) GB 50077-2017《鋼筋混凝土筒倉設計標準》附錄 E,函數(shù)ψ=0.488 8,函數(shù)θ=0.707 7,函數(shù)ζ=0.218 9。

        經(jīng)計算,倉底 0.3 m 高度處的彎矩My=24.35 kN·m,倉底 0.3 m 高度處的剪力Vy=28.2 kN。

        根據(jù)以上計算結(jié)果,依據(jù) GB 50010-2010《混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》[5](2015 年版)對倉底 0.3 m 高度處截面進行抗剪以及受彎承載力驗算,取 1 000 mm 寬度倉壁進行驗算。根據(jù)規(guī)范第 6.3.1 條,公式 6.3.1-1,抗剪承載力V=1 193.75 kN>計算剪力Vy=28.2 kN,故受剪截面滿足要求;根據(jù)規(guī)范第 6.2.10 條,經(jīng)計算,實配鋼筋為 565 mm2(縱筋直徑 12 mm,間距 200 mm)大于計算配筋為 273 mm2,故抗彎承載力滿足要求。綜上,倉底 0.3 m 高度處截面抗剪以及受彎承載力驗算結(jié)果均滿足要求。

        3 結(jié)構(gòu)鑒定

        3.1 抗震鑒定

        根據(jù) GB 50191-2012《構(gòu)筑物抗震設計規(guī)范》[6]第 3.1.2 條規(guī)定,該構(gòu)筑物抗震設防烈度為 6 度可不進行地震作用計算,僅需核查其抗震措施。經(jīng)核查,該構(gòu)筑物抗震措施均符合 GB 50191-2012《構(gòu)筑物抗震設計規(guī)范》的規(guī)定。

        3.2 可靠性鑒定

        依據(jù) GB 50144-2008《工業(yè)建筑可靠性鑒定標準》[7]的相關規(guī)定,對該構(gòu)筑物的可靠性進行鑒定評級。結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可靠性鑒定評級分為地基基礎、倉體與支撐結(jié)構(gòu)、附屬設施三個子系統(tǒng)的可靠性鑒定評級,子系統(tǒng)根據(jù)其安全性等級及使用性等級綜合進行評定,附屬設施評定可不參與鑒定單元的評級。

        3.2.1 地基基礎子單元

        根據(jù)現(xiàn)場檢測結(jié)果,未發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)明顯沉降、偏斜等狀況,考慮上部結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀綜合評定該構(gòu)筑物地基基礎可靠性等級評為 A 級。

        3.2.2 倉體與支撐結(jié)構(gòu)子單元

        根據(jù)現(xiàn)場檢測結(jié)果,筒壁下部多處存在交叉斜裂縫,最大寬度 0.5 mm,大于 GB 50144-2008《工業(yè)建筑可靠性鑒定標準》表 6.2.5-1 規(guī)定的 C 級要求,倉體與支撐結(jié)構(gòu)的可靠性等級評為 C 級。

        3.2.3 附屬設施子單元

        未發(fā)現(xiàn)附屬設施損壞,工作性能良好,附屬設施的可靠性等級評為 A 級。

        3.2.4 結(jié)構(gòu)可靠性鑒定

        綜合地基基礎、倉體與支撐結(jié)構(gòu)和附屬設施的可靠性評級結(jié)果,鑒定單元的的可靠性等級評為三級,如表 2 所示。

        表2 鑒定單元可靠性鑒定評級

        4 處理措施

        1)寬度< 0.3 mm 的裂縫。①首先用鋼絲刷清除表面浮塵,然后用毛刷蘸酒精將裂縫兩側(cè)擦拭干凈,并晾至干燥狀態(tài);②在裂縫兩側(cè)涂一層環(huán)氧樹脂基液,然后涂抹一層環(huán)氧樹脂膠泥,涂抹時應避免產(chǎn)生氣泡,保證封閉。

        2)寬度 0.3~0.5 mm 的裂縫。①沿裂縫鑿出V形槽,清除槽內(nèi)粉塵、碎屑;②埋設灌膠嘴;③封閉除灌膠嘴以外的裂縫;④壓氣試漏;⑤將灌縫膠灌入裂縫;⑥拆除灌膠嘴,將埋設灌膠嘴處表面抹平[8]。

        5 結(jié)語

        1)通過對筒壁裂縫的分布位置及走向分析,可判定裂縫主要是由地震作用引起。

        2)經(jīng) YJK 軟件計算和手算復核,該筒倉結(jié)構(gòu)承載力滿足要求。

        3)根據(jù)檢測和承載力復核結(jié)果,經(jīng)鑒定,該筒倉結(jié)構(gòu)的可靠性等級為三級,主要原因是筒壁下部多處存在交叉斜裂縫,最大寬度 0.5 mm,大于 GB 50144-2008《工業(yè)建筑可靠性鑒定標準》規(guī)定的 c 級要求。

        4)根據(jù)檢測鑒定結(jié)果,對筒倉存在的裂縫提出了相應的處理措施。Q

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