一、概況
大慶市某鍋爐房承擔(dān)該單位生活采暖及生產(chǎn)用汽之用,該鍋爐房按環(huán)保及設(shè)計(jì)部門要求設(shè)置1座46m高磚煙囪,按設(shè)計(jì)配有環(huán)向抗溫度應(yīng)力鋼筋(如圖1)。鍋爐房及煙囪工程于2001年8月11日開(kāi)工,2001年12月26日,磚煙囪南北兩側(cè)標(biāo)高+850m至+1260m處出現(xiàn)寬度為10~20mm的縱向裂縫,到2002年1月9日裂縫已開(kāi)展到標(biāo)高700m至2060m處,寬度為10~28mm,又經(jīng)過(guò)觀察,裂縫無(wú)再開(kāi)展趨勢(shì)。
二、裂縫產(chǎn)生原因
裂縫出現(xiàn)后,建設(shè)單位會(huì)同施工及設(shè)計(jì)單位,對(duì)設(shè)計(jì)及施工資料仔細(xì)查閱,并到現(xiàn)場(chǎng)考察,發(fā)現(xiàn)裂縫產(chǎn)生原因系鍋爐省煤器裝置沒(méi)有安裝,至使進(jìn)入煙囪的煙氣溫度升高所致。采暖回水經(jīng)省煤器預(yù)熱后進(jìn)入鍋爐,加熱后再進(jìn)入供熱管網(wǎng),從鍋爐出來(lái)的煙氣經(jīng)省煤器進(jìn)入煙囪。這說(shuō)明省煤器裝置既預(yù)熱了進(jìn)入鍋爐之水,又降低了煙氣溫度,減少了部份熱損失。經(jīng)查閱該鍋爐熱力計(jì)算書得知,設(shè)置省煤器后,進(jìn)入省煤器的煙氣溫度(進(jìn)口溫度)為270°C;而從省煤器出來(lái)的煙氣溫度(出口溫度),即排至煙道或煙囪內(nèi)的煙氣溫度為165°C。顯然,設(shè)置省煤器可使煙氣溫度降低105°C。設(shè)計(jì)部門對(duì)煙氣溫度的確定,也是依據(jù)設(shè)置省煤器來(lái)考慮的。因此,不設(shè)置省煤器,排進(jìn)煙囪的煙氣溫度就高出設(shè)計(jì)煙氣溫度105°C。那么,不設(shè)置省煤器,就將使該煙囪筒壁配置的環(huán)向鋼筋明顯不足。
圖1　煙囪剖面
三、截面驗(yàn)算
1950m高處截面(圖2)
設(shè)950m高處筒壁內(nèi)半徑為rx1,那么可求得rx1=1950,且950m高處筒壁外半徑r′x1=
1950+490=2440。磚煙囪內(nèi)外表面溫度差為:ΔT=270°C-(-33°C)=303°C(-33°C系當(dāng)時(shí)測(cè)定的10d的室外溫度平均值)。修正后的溫度差為:Δt=αkΔT=0935×303°C=283°C,其中:αk為溫度修正系數(shù)。磚砌體線膨脹系數(shù):αz(T> 200°C)=050×10-5+10-6(270-200)/200=0535×10-5。在溫差作用下,鋼筋重心處的環(huán)向相對(duì)自由伸長(zhǎng)值:it1=(05+04rx1/r′x1)αzΔt=124×10-3與受壓區(qū)圖形面積等有關(guān)的系數(shù)mB1=100ω(1-RgtΨgt/kit1Eg)2;環(huán)筋在溫度作用下的計(jì)算強(qiáng)度Rgt=085γgRg=13031N/mm2;裂縫間環(huán)筋應(yīng)變不均勻系數(shù)Ψgt=087(t1=270°C);受壓區(qū)應(yīng)力圖形不完整系數(shù)ω取057。故有:mB1=100×057(13031×087/14×124×105×21×105)2=2736
磚煙囪筒壁每m高環(huán)向鋼筋截面面積:Ag1=?KmBm(δ0E′t/RgB)it1=167cm2原設(shè)計(jì)為6@378,Ag=075cm2,所以不滿足要求。式中　K—筒壁磚砌體設(shè)計(jì)安全系數(shù),取140;
m—與鋼筋根數(shù)有關(guān)系數(shù),單根取095;
δ0—計(jì)算截面筒壁有效厚度,δ0=δa-a=490-30=460mm;
Eg—鋼筋的彈性模量;
Rg—鋼筋的設(shè)計(jì)計(jì)算強(qiáng)度;
γg—鋼筋在溫度作用下的設(shè)計(jì)強(qiáng)度折減
系數(shù);
E′t—磚砌體在溫度作用下的彈塑性模量,
E′t=039×1500f=039×1500×179=104715。
21800m高處截面(圖3)設(shè)1800m處筒壁內(nèi)半徑為rx2,可以求得:
rx2=767+950=1717,rx2-950/1260=28000/46000且1800m高處筒壁外半徑:r′x2=1717+
370=2087。it2=(050+040x2/r′x2)αzΔt
=12567×10-5(126×10-3)
mB2=100×057(1-13031×087/14×
126×10-5×21×105)2=2736磚煙囪由筒壁每m高環(huán)向鋼筋截面面積為:
Ag2=140×2736×10×460×10471513031×　126×10-5=178cm2　取m=1(雙根鋼筋)
而原設(shè)計(jì)為24@252,Ag=100cm2,故不滿足要求。