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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流【doc】在原有的单筒式烟囱筒壁上开洞及相应防护加固技术研究.精品文档.在原有的单筒式烟囱筒壁上开洞及相应防护加固技术研究在原t【r/L/t有的单筒式烟囱筒壁上开洞及相应防护加固技术研究齐放李青宁【西安建筑科技大学710055)丁TDI.己丁07(XianUnviersityofArchitecture&Technology)摘要在原有的单苘式烟囱筒壁上改设烟遣孔口.是一项难度较大的工程技术,拳文以较详实的内容介绍了开凿洞口厦相应防护加固的技术该项技术可供工业建筑管理和加固设计人员参考使用关键词塑量兰墨圭塑鱼,塑堇塾旦盟堕芷姐ABST
2、RACT/tisratherdicuhtomakeanopenmgOgtewistingchimneyshellforsmokenue.Thispaperintroducedthetechnicftheholecuttingandtheprotectivestrengtheningrelatedindetail.Thistechniclllayafindtotheadministrativepersonnelsandthedesignersofindustrialconstrttclion5ftrPre72ce.KEYWORDSReinJorcedconcretechimneyOpeningo
3、fsmokenueHolecuttingProtectiv*sirengthening烟囱是治金,化工,电力等企业中必需的附属建筑.在生产中.企业有时会遇到原有烟囱因生产设备的更新,生产工艺的改变需要将烟道口的高度和位置改变;或因原设计的地下烟道出理故障(如沉降断裂或常年积水j影响烟囱正常使用而改设地上烟道等问题.目前有关在原有烟囱筒壁上开凿烟道口的工程实例很少.可借鉴资料也不多.一些企业常常囡无法防护和施工而放弃烟道的改造本文通过在原有烟囱上成功开洞的工程经验,将有关烟囱开洞,防护与加固技术作一介绍,供有关技术人员参考文章中烟囱为钢筋混凝土烟囱.一,对开凿孔洞施工各种不利因素有些在原有烟囱筒
4、壁上开凿新烟道洞口的开洞加固设计方案之所以失败,是因为这些方案只考虑到洞口凿好后的加固措施(即在孔洞周围增配补强钢筋或配置型钢)而未能就烟囱开洞危险情况结出有效防护加固措施的缘故,如按此类方案开洞施工,工人与馏囟均处于危险之中.特种靖扮第l6卷1999年第1期众所周知,对烟囱开洞施工安全形成威胁的因素较多,即使施工期间不发生地震(即不考虑地震作用)和不考虑温度影响(因停产施工),仍然有多方面的危险因素存在.制定方案时必须要有充分的认识.烟囱是典型悬臂型高耸结构.对以风为主的各种水平荷载作用较敏感.原有烟囱开洞时.对烟囱安全度和稳定性形成主要威胁的就是高空风压脉动的影响(尤其当烟囱位于与风向一致
5、的谷口山口之处时).不均匀日光照射,会使烟囱向阳面与背阴面产生温差,这种温差会导致烟囱出现弯曲变形现象.基础不均匀沉降.由于原地基基础设计失误,施工质量差或运行期间使用不当,环境变化造成的基础不均匀沉降,都会使烟囱发生倾斜.烟囱是一种重心高的高耸构筑物,钢筋混凝土烟囱高度一般在60200m之间.新开凿的烟道孔一般取位在烟囱底部如烟道口所对圆心角达65.加上补强钢筋占用宽5度和施工误差(凿过放样线所致),洞13实际开凿尺寸往往比较大.有时洞1:3实际宽度可达到烟囱同一截面外直径的60.烟囱的截面重心与截面中心距离越大,给人以头重脚轻摇摇欲坠的感觉越明显.皿崩1因外力和温度影响,烟囱承重筒壁上存在
6、裂缝的现象较普遍(如我国北方某钢铁企业所属的130余座烟囱,在普查中都发现有竖,环向裂缝存在.个别还有交叉裂缝),实际的裂缝比理论计算出现要早,裂缝多且宽.烟气中含多种有害介质如S0:,SO等.它们与水和混凝土生成硫酸钙结晶(CaSO?H0).结晶水化物具有很大的结晶膨胀力.能促使裂缝的扩大与发展烟囱运行期越长,腐蚀开裂程度越甚,筒壁截面受损和混凝土强度降低的情况越严重.总之.使烟囱产生弯曲变形的风荷载,不均匀日光照射和烟囱底部开洞等因素.使烟囱倾斜的有基础不均匀沉降等因素,这些现象使烟囱中心轴水平偏移,其自重对筒身各水平截面都产生附加偏心弯矩.应该注意除底部开洞使烟囱有倾覆折断的危险性外.还
7、一j应看到烟囱混凝土的腐蚀与开裂,风镐与大锤的冲击振动对开洞施工的危险影响.为防止烟囱在上述不利因素叠加下突然从开洞部位折断倒塌,祸及施工人员和邻近建筑物.所开洞之前必须采取行之有效的防护加固措施.二,开洞与防护加固技术烟囱是一种典型筒式高耸结构.如果开洞之前能给开洞部位加设一个钢筋混凝土外套筒,可起到烟囱筒身刚度补强和防止开洞倒塌的加固作用.施工顺序为先加外套筒后开洞13.施工时应先将加固部位的裂缝及部分已腐蚀的混凝土剔除干净和修补,如果烟囱筒壁碳化和酸化穿透程度较大,可用耐酸水玻璃作粘合剂进行修补.烟囱表面打毛(在毛面上还可加凿人字形泡槽,槽间距50mm.沟槽深度不宜小于6mm).清灰及冲
8、洗,涂刷界面剂后浇注外套筒,钢筋混凝土烟囱的混凝土强度一般在C20以上,烟囱越高混凝土强度等级也越高.外套筒的混凝土强度应比烟囱的混凝土强度高一等级高强度水泥砂浆界面剂(如425硅酸盐水泥.水泥用量7800kg/m.水灰比0.3,灰砂比1:2.5).外套筒预留烟道口周围应配补强钢筋(见图1),其截面面积一般宜为同方向被切断钢筋截面面积的1.3倍.烟囱筒身后开的烟道口可设单排补强钢筋如烟囱设有内,外环向钢筋时,应设U形箍筋并将其与筒壁内外环向钢筋焊接.外套筒设置内外双层钢筋(见图1).用S形拉筋拉结.钢筋最小直径和最大间距应符合烟囱设计规范要求.一般烟囱仅在筒壁外侧配置纵,环向钢筋.外套筒双侧配
9、置钢筋.完全可满足防护加固要求外套筒壁厚可等于或略大于同一截面烟囱筒壁厚度.当烟囱筒壁厚度大于450mm时.烟囱设计规范要求筒壁设置内外侧钢筋.这时外套筒配置的纵,环向钢筋直径可加大12个规格,特种结构第16卷1999年第】期其壁厚可相应增加l015.总之要达到外套筒刚度强于烟囱的目的烟囱是截顶锥形简体,下部筒壁坡度一般为2(最大可达1O),外套筒不易脱落.为使外套筒与筒壁牢固地结合以提高协同工作(工程表明新旧混凝土的粘结并不象想象的牢固)能力,外套筒与筒壁的结合面上应设置锚栓(见图1),问距上下左右约500700Inm,锚杆为1级螺纹钢,直径20rim以上,锚栓孔径应比锚杆大3O左右,以便灌
10、浆状结构粘结材料(如高标号呋喃环氧水泥砂浆等)使锚杆锚固.孔深为筒壁获度的一半以上.外套筒混凝土强度未达到设计要求时不得在烟囱上开洞洞口开凿至放样线约20lxxm余量时,应用錾子轻轻地修整到尺寸,不得扩大.洞开好后截去烟囱原有钢筋Fa图2三,外套筒计算与设计1.外套筒的弯曲受力外套筒主要作用是加强烟囱抵抗弯曲破坏和传递部分竖向荷载的能力.由于在烟囱II处开洞(图2),截面面积减少,被减少面积承担的设计弯矩将转稼给豌套筒承担.设烟囱在II截面的设计弯矩为M(按烟囱设计规范计算,考虑风力,地震力和重力等作用),开洞后所能承担的设计弯矩为:M】=M(1)式中.E1为开洞前烟囱II截面的惯性矩,为开嗣
11、后烟囱II截面的惯性矩.转嫁给外套筒的设计弯矩为:特种结构第16卷1999年第1期M一MM(2)作用于开洞这一节设计截面上的轴向力等于该截面以上各段重量之和.开洞烟囱筒身自重产生的附加偏心弯矩为:M一>:GJRsinO/(re一)(3)J=L式中.是自重荷载分项系数,这里取1.0;自重为该截面以上第i节的筒壁,内衬(当内衬为筒壁支持时)及隔热层重量;RsinO/()为烟囱截面重心与截面中心距离(见图3).R是计算截面筒壁平均半径().口是筒壁孔洞的半中心角.外套筒的设计弯矩:M;:fl(MMc)(4)为放大系数.取值1.3,这是考虑到外套筒与烟囱筒壁的工作协同状况和保证外套筒安全实用性.
12、假定外套筒与烟囱之问依靠传递接触压力来共同弯曲工作,略去两者之间的锚固连接对弯曲抗力的贡献,开洞后烟囱将向洞口倾斜,考虑到接触压力的强弱情况,环向分布规律如图4:gqocosq(5)式中,为截面上任一接触点压力与水平轴的夹角.q为烟囱与外套筒接触面上单位面积所能承受的最大压力,取:q.,(6)式中,为混凝土的抗压强度设计值若外套筒与烟囱筒壁混凝土的强度等级不同,则取较低的混凝土抗压强度设计值.陌3图42.外套筒高度h的确定外套筒高度过低,起不到防护加固作用;高度过高,烟囱自重过重,导致地震作用过大,对烟囱抗震十分不利,因此设计时应首先计算外套筒的高度.外套筒II截面一侧所受接触压力对II截面的
13、力矩应等于设计弯矩,即:M3=吉(一n)号吉()+旦一-鱼_l鱼22.232F.(一n)/24(7)式中,为烟囱与套筒接触压力最大处单位高度内的接触压力在水平方向的台力:rFI(吼cosg/s)cos9一IrqoCOS一百一r:rq./2(8)式中,r为外套筒的内半径,n为新洞口直径F一F.(一口)/(9)由(7),(8),(9)式得出外套筒高度:h48M3/r:rqo+d(10)3.外套筒环向钢筋的计算环向钢筋按筒口截面处内压力计算,由图4水平方向的平衡条件,为:N,=Fo/27rrq/4()式中.N.为外套筒单位高度内钢筋承担的轴力.实际设计中,取:Irrq./4(12)式中,分别为外套简
14、单位高度内的钢筋面积和钢筋抗拉强度设计值.当外套筒的环向钢筋总截面积.小于按内外侧配置环向钢筋总截面积时,应按后者构造要求(前面已述)设计.4.外套筒和烟囱的强度计算外套筒和烟囱最薄弱截面为I.I截面.可根据烟囱设计规范中有关钢筋混凝土烟囱筒壁受压区有一个孔的规定计算强度,一54一以确定外套筒壁厚和纵向钢筋面积,进行截面设计.考虑外套筒与烟囱筒壁共同工作问题,可采用0.8折碱系数.四,结束语某钢铁企业的一座钢筋混凝土烟囱,1994年按上述介绍的开洞及加固防护技术施工,成功地将其地下烟道改为地上烟道实际工程显示采用先加外套筒后开洞的加固及施工方案,具有加固施工方便,开洞安全可靠,停产时间较短及防
15、护加固效果理想的优点.当烟囱(包括砖烟囱),筒壁式水塔,独立式贮仓,贮液池或其它筒状构筑物局部损坏较严重时,采用外套短筒进行加固,这也是一个值得推荐的方案.参考文献一Il烟囱设计规范(GBJ5183).中国建筑工业出版社.1983:2烟囱设计手册缩写组烟囱设计手册中国建筑工业出版社,1989妇王秀选张平生.特种结构.地震出版社.j9974范铝盛,王跃,建筑工程事故分析及扯理宴例应用手册.中国建筑工业出版杜1994大连地下煤气管网改造工程启动4月25日,随着大连市民康街,上海路,青泥街等6个地段地下煤气管更换的开工.大连市地下煤气管阿改造工程正式启动大连市有建国初期日伪留下的地下管网800余公里这些地下管阿全部为铸铁管,管径小,管材强度低,有的已经在地下使用了近9O年,易发生断管精气事故.为此,大连煤气公司每年都要对这些煤气管同进行改造,为了彻底防止煤气断管漏气事故,改善居民用气条件,大连市政府决定投八专项资金1500万元,将对在人口密集区或漏气事故多发地段已经严重腐蚀的煤气管道,低压管网进行更新改造.解决危及国家财产和人民生命安全的事故隐患.(摘自土建动态)l特种结构第16卷1999年第1期