【摘要】某電廠煙囪為雙鋼內(nèi)筒套筒式煙囪，外筒為變截面鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，筒身底部外徑28m，頂部外徑為18.4m，標(biāo)高228m。自立式鋼內(nèi)筒頂部標(biāo)高240m，內(nèi)筒直徑7.5m。該煙囪建成于2008年,2009年7月開始發(fā)現(xiàn)鋼內(nèi)筒有不同程度的腐蝕受損，為此對鋼內(nèi)筒進(jìn)行結(jié)構(gòu)安全檢測。本報告對煙囪構(gòu)造、鋼內(nèi)筒結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸、鋼內(nèi)筒內(nèi)外壁的腐蝕受損等情況進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)查檢測，根據(jù)上述現(xiàn)場檢測調(diào)查結(jié)果，采用有限元分析軟件和手算方法，對煙囪進(jìn)行結(jié)構(gòu)驗算,分析了鋼內(nèi)筒腐蝕受損原因，提出了相應(yīng)的結(jié)構(gòu)加固處理方案。
一、檢測概述
某電廠煙囪為雙鋼內(nèi)筒套筒式煙囪，外筒為變截面鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，筒身底部外徑28m，筒頂外徑18.4m，標(biāo)高228m。自立式鋼內(nèi)筒頂部標(biāo)高240m，內(nèi)筒直徑7.5m。壁厚：底部為16mm，頂部減至12mm。煙囪內(nèi)部設(shè)7個鋼平臺，在鋼平臺上下2m范圍內(nèi)，鋼內(nèi)筒壁厚均增加至16mm（部分鋼平臺結(jié)構(gòu)平面布置示意圖見圖1-6、1-7）。防腐內(nèi)襯材料為FDB-Ⅱ泡沫?；u和配套的FDB-GⅡ?qū)Ｓ媚z。
該煙囪建成于2008年，2009年7月開始發(fā)現(xiàn)鋼內(nèi)筒導(dǎo)流板、局部外壁有酸液滲漏，雖然2011年已局部加固修復(fù)過（120m以下），但未加固修復(fù)的部分腐蝕受損嚴(yán)重，已加固修復(fù)部分又有新的腐蝕受損，為確保煙囪的結(jié)構(gòu)安全和正常使用，受托對6、7號鋼內(nèi)筒進(jìn)行結(jié)構(gòu)鑒定，現(xiàn)將7號鋼內(nèi)筒的結(jié)構(gòu)檢測結(jié)果簡述如下：
根據(jù)調(diào)查結(jié)果，7號鋼內(nèi)筒現(xiàn)狀（局部已加固處理）、提供的資料（120m以下范圍2011年的腐蝕受損情況及加固處理方案、鋼內(nèi)筒120m～201m內(nèi)、外壁的腐蝕受損情況）進(jìn)行結(jié)構(gòu)計算分析，查找鋼內(nèi)筒腐蝕受損的原因并提出相應(yīng)的結(jié)構(gòu)加固處理方案。
二、現(xiàn)場檢測情況
1.煙囪構(gòu)造措施調(diào)查
?。?）鋼內(nèi)筒（包括煙道入口以下至地面區(qū)域）設(shè)置隔熱層；
?。?）鋼內(nèi)筒與水平煙道口處，內(nèi)筒設(shè)置豎向和環(huán)向加勁肋（圖1-4），環(huán)向加勁肋間距為1.5m；
?。?）鋼內(nèi)筒在每個鋼平臺處設(shè)置制晃裝置（圖1-5），間距為40m；
?。?）制晃裝置處內(nèi)筒布置加強(qiáng)環(huán)，在止晃點標(biāo)高處上下2m范圍內(nèi)，鋼內(nèi)筒壁厚均增加至16mm。
2.鋼內(nèi)筒尺寸、各標(biāo)高處鋼平臺等檢測
7號鋼內(nèi)筒外部尺寸與原施工圖吻合；部分連接鋼內(nèi)筒的制晃裝置在酸液的腐蝕下已有不同程度的銹蝕；外滲酸液汽化導(dǎo)致鋼平臺構(gòu)件及其樓梯扶手的防銹漆脫落。
3.鋼內(nèi)筒內(nèi)、外壁腐蝕受損檢測及調(diào)查
（1）標(biāo)高80m處鋼平臺以上2個、以下1個環(huán)向加勁肋區(qū)間內(nèi)，腐蝕后的鋼壁表面被一層銹跡覆蓋；
（2）標(biāo)高120m處鋼平臺以下4個環(huán)向加勁肋區(qū)間內(nèi)，鋼壁腐蝕較重，腐蝕孔多而集中，在鋼壁上形成多片腐蝕區(qū)域；
?。?）在2011年已對標(biāo)高120m以下的腐蝕受損部分加固修復(fù)過，但又有新的腐蝕受損情況（圖2-2）；
?。?）標(biāo)高120～140m范圍鋼壁腐蝕較輕，腐蝕孔少而分散；
?。?）標(biāo)高140～190m范圍鋼壁腐蝕較重，腐蝕孔較多，有數(shù)個腐蝕孔集中；
?。?）標(biāo)高190～200m范圍鋼壁腐蝕很嚴(yán)重，有數(shù)個腐蝕孔集中，腐蝕范圍較大；
?。?）120m以上的鋼內(nèi)筒內(nèi)襯全部鏟除，并經(jīng)表面噴砂后，能檢測到實際腐蝕受損：大部分孔洞已用鋼材補(bǔ)焊，但仍有少量小孔洞；
?。?）根據(jù)資料整理繪制鋼內(nèi)筒外壁腐蝕孔洞部位示意圖。
三、結(jié)構(gòu)計算分析
?。?）本工程抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計地震分組為第1組，設(shè)計基本地震加速度為0.10g，場地類別為Ⅳ類，場地特征周期為0.65s。鋼內(nèi)筒內(nèi)煙氣溫度通常在50～55℃，極端溫度：夏天約120℃，冬天約105℃，鋼內(nèi)筒外壁溫度：室溫。
?。?）筒身混凝土強(qiáng)度：±0.00～30m：C40；30m以上：C30。鋼材采用Q235
?。?）鋼平臺活載：7kN/㎡；基本風(fēng)壓為0.65kN/㎡，A類地面粗糙度，日照溫差20℃。
根據(jù)7號鋼內(nèi)筒現(xiàn)狀按下述二種工況（模型）進(jìn)行結(jié)構(gòu)計算分析。工況一：按原施工圖；工況二：按標(biāo)高120m以下已加固修復(fù)，120m以上腐蝕受損現(xiàn)狀。
本次結(jié)構(gòu)計算采用ANSYS有限元分析軟件和手算，結(jié)構(gòu)驗算考慮外筒在承受風(fēng)荷載、地震作用、日照溫差、附加彎矩、煙道水平推力及施工安裝和檢修荷載對鋼內(nèi)筒的影響。
3.1工況一的計算結(jié)果
綜合7號鋼內(nèi)筒的手算和軟件計算分析結(jié)果，現(xiàn)將工況一計算的主要結(jié)果簡述如下：
A、鋼筋混凝土外筒
1）強(qiáng)度驗算結(jié)果：外筒底部應(yīng)力值R1=10.88N/m㎡<fc，滿足規(guī)范要求。
2）在正常使用狀態(tài)下，外筒頂端最大位移值為1058.3mm<[L/100]=2300mm，滿足規(guī)范要求。
B、鋼內(nèi)筒：筒壁受熱溫度T＜100℃，故鋼材強(qiáng)度及彈性模量折減系數(shù)為1.0，
1）強(qiáng)度驗算
計算內(nèi)力時，利用結(jié)構(gòu)分析軟件將混凝土外筒的側(cè)移通過等效荷載的方式施加在鋼內(nèi)筒上，計算得到鋼內(nèi)筒應(yīng)力較大的部位：底部（標(biāo)高+0.00～40m）、上部止晃點位置（標(biāo)高200m和226m處）。。
電算結(jié)果：利用有限元軟件建立局部模型，分析鋼內(nèi)筒止晃點（標(biāo)高226m處）應(yīng)力值R1=75.6N/m㎡<f，且小于局部穩(wěn)定應(yīng)力，滿足規(guī)范要求。
2）整體穩(wěn)定驗算結(jié)果均滿足式Ni?Mi＜f，鋼內(nèi)筒整體穩(wěn)定性滿足要求。
3）位移驗算
在正常使用狀態(tài)下，內(nèi)筒頂端最大位移值為1193mm<[L/100]=2400mm，滿足規(guī)范要求。
3.2工況二的計算結(jié)果
A、計算分析鋼內(nèi)筒腐蝕孔洞處應(yīng)力集中，見圖3-4。最大應(yīng)力值R1=273N/m㎡>fyt，不滿足規(guī)范要求；
B、鋼內(nèi)筒局部穩(wěn)定不滿足規(guī)范要求；
C、除上述外，工況二的部分計算結(jié)果同工況一（略）。
四、鋼內(nèi)筒腐蝕的主要原因分析
1、鋼內(nèi)筒內(nèi)襯隔熱效果差，筒壁內(nèi)外的溫差應(yīng)力；
2、原施工不當(dāng)，內(nèi)襯之間不密實，煙氣和液體可直接與隔熱層、鋼內(nèi)筒壁接觸；
3、煙道入口處煙氣溫度較高，上升過程中溫度逐漸降低導(dǎo)致氣體冷凝吸附在內(nèi)襯上，滲入內(nèi)襯和隔熱層腐蝕鋼內(nèi)筒；煙囪頂部出煙口空氣流速快，煙氣尚未冷凝已被蒸發(fā)，所以在煙囪頂部一定范圍內(nèi)鋼內(nèi)筒腐蝕輕微；
4、鋼內(nèi)筒雖然局部已加固處理，但由于上述原因，已加固修復(fù)部分又有新的腐蝕受損情況。
五、結(jié)構(gòu)加固處理方案
根據(jù)現(xiàn)場檢測和結(jié)構(gòu)計算分析，結(jié)構(gòu)加固處理方案如下：
1、標(biāo)高120m以上范圍鋼內(nèi)筒外壁加固處理方法見表5-1（加固方案圖略）；對標(biāo)高120m以下已加固修復(fù)過的腐蝕受損部分的處理：對已采用的加固處
理方法不滿足本次報告的加固處理方案的，應(yīng)增強(qiáng)加固處理措施。例如：增厚鋼板，鋼板厚度大于4mm。
2、標(biāo)高120m以上內(nèi)襯防腐修復(fù)
1）拆除鋼內(nèi)筒受損內(nèi)襯，對已腐蝕的鋼內(nèi)壁進(jìn)行除銹，并刷防腐耐熱漆；
2）重新砌筑內(nèi)襯；
3）應(yīng)確保選用優(yōu)質(zhì)內(nèi)襯、防腐材料及其嚴(yán)格的施工質(zhì)量。
3、標(biāo)高120m以下內(nèi)襯防腐修復(fù)
1）在時間允許的情況下，修復(fù)方法同標(biāo)高120m以上。
2）如時間不允許，則不鏟除重做，而是將原防腐層滲漏縫隙做防滲處理。
六、本次煙囪檢測鑒定結(jié)論
1、某電廠煙囪為雙鋼內(nèi)筒套筒式煙囪，承重外筒為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，排煙內(nèi)筒采用自立式鋼內(nèi)筒結(jié)構(gòu)。
2、現(xiàn)場檢測調(diào)查結(jié)果
該煙囪建于2008年，2009年7月開始發(fā)現(xiàn)鋼內(nèi)筒局部外壁有酸液滲漏，局部鋼壁有不同程度的腐蝕受損（部分加勁肋、鋼平臺及樓梯扶手均有不同程度的腐蝕受損），雖然2011年已局部加固修復(fù)過（120m以下），但已加固修復(fù)部分又有新的腐蝕受損情況。120m以上鋼內(nèi)筒內(nèi)、外壁有不同程度的腐蝕受損。
3、結(jié)構(gòu)驗算分析結(jié)果
根據(jù)現(xiàn)場檢測結(jié)果、鋼內(nèi)筒現(xiàn)狀（局部已加固處理）、提供的資料（包括鋼內(nèi)筒內(nèi)、外壁腐蝕受損情況），采用ANSYS有限元分析軟件和手算對7號鋼內(nèi)筒進(jìn)行結(jié)構(gòu)計算分析，各計算工況及其主要計算結(jié)果如下：
1）工況一（按原施工圖）
鋼內(nèi)筒強(qiáng)度、變形均滿足規(guī)范要求。
2）工況二（按標(biāo)高120m以下已加固修復(fù)，120m以上腐蝕受損現(xiàn)狀）
鋼內(nèi)筒局部穩(wěn)定不滿足規(guī)范要求；鋼內(nèi)筒腐蝕孔周邊應(yīng)力集中，影響結(jié)構(gòu)局部穩(wěn)定，不滿足規(guī)范要求。
4、鋼內(nèi)筒腐蝕受損的主要原因分析詳見本報告“四、鋼內(nèi)筒腐蝕的主要原因分析”。
5、為確保煙囪的結(jié)構(gòu)安全和正常使用，應(yīng)對7號鋼內(nèi)筒進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固修復(fù)，結(jié)構(gòu)加固處理方案見本報告“五、結(jié)構(gòu)加固處理方案”。
6、經(jīng)上述結(jié)構(gòu)加固處理后，7號鋼內(nèi)筒可安全正常使用。
