摘要 文章以实例介绍了结构剩余寿命评估技术,给出了某厂90m烟囱倾斜控制的耐久
年限。
关键词 剩余寿命 终结标准
引言
所谓结构的耐久性是指结构在设计要求的目标使用期内,不需要花费大量资金加固处理而保持其安全性、使用功能的能力,即使用了t年后的安全性、适用性。通常,钢筋混凝土结构耐久性主要受控于钢筋锈蚀、寒冷气候下的冻害以及侵蚀环境的物理化学作用。合理地确定耐久性终结标准是预测结构剩余使用寿命的关键和前提,但国内外学者对耐久性终结标准的定义持不同看法。前苏联以混凝土碳化深度到达钢筋表面作为耐久性终结标准;有的学者提出以混凝土表面出现0•15~0•25mm裂缝宽度或钢筋截面损失率达19%,作为耐久性终结标志[1];有的学者建议以纵向裂缝宽度达到0•3mm作为耐久性极限状态[2];日本建筑学会以因钢筋锈蚀引起截面减小,使钢筋应力达到屈服应力的时间作为结构使用寿命[3]。本文,结合某厂90m烟囱的工程实践,介绍结构剩余寿命评估方法。
一、某厂90m烟囱简介
某厂90m烟囱,为钢筋砼结构,上口内径为4•44m,壁厚0•18m,下口内径为7•25m,壁厚0•40m,烟囱筒体沿高度每10m 1节,坡度为0•02。1958年设计施工,1960年正式使用。1989年近景
摄影测量,发现烟囱向东南方向偏斜1157mm,按分段偏斜量计算,烟囱偏斜率为0•0142。经检测鉴定,烟囱可靠性等级为三下级(见表1),需加固处理或监护使用。由于该烟囱现已使用40余年,基本达到设计使用期,加上加固处理难度较大,在烟囱的剩余寿命期内监护使用具有实际意义。基于此,本文结合耐久性评估理论,对该烟囱的剩余寿命进行了评估。
二、某厂90m烟囱耐久性分析
1•按《规程》确定的烟囱剩余耐久年限《钢铁工业建构筑物可靠性鉴定规程》(ybj219-89)(本文统称《规程》),规定当构件中一半以上的主筋处于耐久性锈蚀状态,即使通过一般维修和局部更换,已不能满足该规程规定的构件评定等级为b级要求时,达到这种状态的时间,称为该构件的自然寿命剩余耐久年限yrg(评估值)。由于该90m烟囱未观测到钢筋锈蚀,所以:
yrg=2y0αcβcγcδc/kn式中 y0—结构已使用年限,本文烟囱为40年;
αc—混凝土材质系数,混凝土标号为c18,取0•94;βc—钢筋保持层系数,受力主筋直径>10mm,保护层厚度设计为40mm,考虑碳化(1991年测试为5mm,1994年测试为6mm,推算现为8mm)和风蚀后,有效保护层厚度取30mm,故取1•1;γc—环境影响系数,潮湿区且有so2烟气
腐蚀,故取0•5;δc—结构损伤系数,因烟囱存在纵向和横向裂缝且表面有龟裂疏松,处于潮湿区,故取0•3;kn—结构耐久性评估系数,取1•5。则yrg=2y0αcβcγcδc=2×40×0•94×1•1×0•5×
0•3÷1•5≈9年。上述评估未考虑到烟囱的倾斜和内衬的耐久性问题,因此,上述耐久年限评估值为该烟囱砼筒体单体的耐久年限。
系数αc、βc、γc及δc的一般取值情况详见表2(a~d),相关工程的评估可参考使用。
2•按烟囱倾斜确定的烟囱剩余耐久年限
由于该烟囱的主要问题是持续倾斜,因此,按烟囱的倾斜耐久性终结标准评估其剩余耐久年限
就具有实际意义。历年来对烟囱的倾斜观测结果表明(见表3、表4,图1、2),该烟囱倾斜在不断发展,从1991年到2000年3月,烟囱倾斜最小值由1117mm发展到1161mm,年均增加4•9mm;最大值由1131mm发展到1164mm,年均增加3•7mm。以1993年、1995年、1998年和2000年的年倾斜值增加最为显著,测试的最小值增加值分别为6mm、2mm、12mm、16mm(平均为9mm);相应的年倾斜测试的最大值增加值分别为9mm、12mm、21mm、-1mm(平均为10•25mm)。
历年来烟囱偏斜最小值增加年份为1992、1993、1994、1995、1996、1998、1999、2000年,其增加值均值为5•75mm,标准差为5•36mm;历年来烟囱偏斜最大值增加年份为1993、1995、1998其增加值均值为14mm,标准差为6•24mm。按90%的置信度,95%的保证概率,倾斜最小值及最大值的年均增加上限预测值为:
δs小=m+knσ=5•75+2•755×5•36=20•52mm
δs大=m+knσ=14+6•31×6•24=53•37mm
根据《规程》规定该烟囱的最终倾斜限值为0•015,即为:90×1000×0•015=1350mm,现烟囱实际倾斜为1169mm,由此推定烟囱的剩余耐久年限为:
yrq1= (1350-1169)÷53•37≈3年
到:yrq2= (1350-1169)÷20•52≈8年
3•烟囱耐久年限
据调查,烟囱内衬基本完好,因此,烟囱的最低剩余耐久年限由自然评估寿命和烟囱倾斜评估使用期限确定,即:
yr=min(yrg,yrq1,yrq2)=min(9,3,8)=3年可见,烟囱剩余耐久年限为3年。
4•建议
由上知,该烟囱耐久年限控制参量是烟囱倾斜,为此,建议在未来使用中,应加强对烟囱偏斜的监测。
(1)极限偏斜
根据《规程》,对高度在50~100m的烟囱,危险建构筑物的倾斜界限值为0•015,由此推算该90m烟囱偏斜值应控制在:90m×0•015=1•35m。
(2)偏斜速率
根据《规程》,如果地基的变形速度连续2个月超过2mm,且不均匀变形很大,则应评为危险地基。对于该90m烟囱,由于现仅有筒身偏斜值,未有地基沉降数据,可参考该量进行控制。偏斜速率控制值为月2mm,年24mm。连续2年超过24mm,应分析原因后决定是否继续使用。
(3)监测周期
烟囱监测周期,应控制在1~3个月内,视烟囱偏斜发展情况及季节(如雨季、大风条件等)而定。
三、结论
结构耐久性终结标准是由工程结构性质决定的,不同的工程结构,其剩余寿命的控制参量是不同的。本文介绍的某厂90m烟囱的剩余寿命,是由倾斜参量控制的。结构耐久性的这一特点表明,在处理不同的工程对象时,要视具体情况进行具体分析,不能局限于传统的碳化寿命和承载力寿命。
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