某钢厂筒仓结构检测鉴定

胡利强 唐漾 王珂 吕柳笛 严华峰

【关键词】筒仓;缺陷;结构;检测鉴定

【中图分类号】TU375 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2021）09-0086-03

0 引言

某滨海钢厂矿渣粉生产线的1～4号矿粉库由4座钢筋混凝土筒仓组成，该工程于2008年6月开工建设，2009年4月竣工并投产。矿粉库投产3年后发现，部分混凝土筒仓质量存在问题，为了保证矿粉库的安全使用，对4座钢筋混凝土筒仓进行检测鉴定。

1～4号矿粉库的4座筒仓结构相同，高度为56 m，筒仓内径为18 m，底部筒壁厚800 mm，上部筒壁厚400 mm;筒仓底为锥壳，筒壁下设钢筋混凝土环梁，环梁下设桩基础。筒仓壁混凝土设计强度等级为C35，筒仓壁内配钢筋规格为HRB335。

1 筒仓现状检测

1.1 结构外观损伤检查

现场检测采用目测及尺量的方法对筒仓外壁的水迹、锈迹、酥松、剥落等损伤情况进行观测，采用裂缝宽度观测仪和裂缝测深仪对裂缝宽度和深度进行检测。经过现场检测发现，筒仓外壁多处存在水平裂缝、蜂窝麻面、表面混凝土脱落、钢筋锈蚀等问题;其中，水平裂缝最宽达1.4 mm，最深达67 mm（如图1至图3所示）。一些经过修补的破损部位，新旧混凝土结合面已经开裂，局部表面混凝土已经剥落（如图4所示）。

通过对当时施工过程的调查发现，产生筒仓外壁水平裂缝的主要原因是筒壁滑模施工时混凝土未连续浇筑，出现施工缝且未严格按规范要求预留和处理施工缝。

1.2 混凝土强度检测

选取不同部位，采用钻芯法对筒仓混凝土强度进行检测;芯样按标准要求处理后进行抗压检测，所得数据按照《建筑结构检测技术标准》（GB/T 50344—2004）中的方法推定混凝土抗压强度;检测结果见表1。

检测结果表明：4座筒仓的混凝土抗压强度均不符合设计要求。结合结构外观检查情况可以看出，筒仓混凝土施工质量较差。

1.3 其他检测

1.3.1 主要结构截面尺寸复核

现场采用激光测距仪、钢卷尺等试验设备对主要结构截面尺寸进行了抽查复核;主要结构尺寸符合设计要求。

1.3.2 垂直度检测

使用DJD2-C型电子经纬仪和钢卷尺对筒仓垂直度进行测量;检测结果表明：筒仓顶部偏移量为10～20 mm;结构倾斜均小于0.002，满足《工业建筑可靠性鉴定标准》（GB 50144—2008）中的相关要求。

1.3.3 钢筋间距和保护層厚度检测

通过电磁感应法检测钢筋保护层厚度和钢筋间距，检测结果表明：钢筋间距基本符合设计要求、钢筋保护层厚度基本满足规范要求，局部有露筋现象。

1.3.4 钢筋锈蚀检测

选取外观基本完好的部位，使用钢筋锈蚀仪检测内部钢筋锈蚀情况，并局部剔凿验证;检测结果表明：所检部位内部钢筋基本无锈蚀。

1.3.5 混凝土碳化深度检测

选取不同位置测试混凝土碳化深度，检测结果表明：混凝土碳化深度为17～26 mm，尚未超过钢筋保护层厚度。

1.3.6 混凝土中氯离子含量和碱含量检测

对现场所取的芯样进行氯离子含量和碱含量检测，检测结果见表2。

检测结果表明：混凝土中氯离子含量和碱含量均符合《混凝土结构设计规范》（GB 50010—2010）相关要求。

1.3.7 地基基础状态

矿粉库投产使用以来，上部结构构件无明显不均匀沉降导致的开裂、变形、倾斜等现象，表明地基基础工作状态基本正常。

2 结构分析与鉴定

2.1 结构分析

1～4号矿粉库为筒壁与柱联合支承的筒仓，整体结构分析采用空间有限元分析软件，结构空间计算模型如图5所示;仓体结构（筒仓仓壁、仓底锥壳）采用筒仓专用软件进行复核。结构分析的主要参数如下。

（1）材料强度：根据本次材料性能检测结果，结构混凝土强度未达到原设计要求，在验算分析中，混凝土的强度值按检测推定值进行;钢筋按HRB335。

（2）矿粉库贮料容重为16 kN/m2，内摩擦角为33°，摩擦系数为0.55。

（3）地震基本烈度为7°，地震动峰值加速度为0.10 g，设计地震分组为第三组，场地特征周期为0.45 s，建筑场地土类别为Ⅱ类;基底土无液化层。

（4）风荷载：基本风压采用0.40 N/m2，地面粗糙度等级为A类。

（5）基本雪压：0.35 kN/m2。

（6）积灰荷载：0.50 kN/m2。

（7）楼面活荷载：2.0 kN/m2;屋面活荷载：2.0 kN/m2。

（8）结构抗震等级为二级，结构抗震构造措施为二级。

（9）结构自重由程序自动计算，设备荷载按照工艺条件确定。

2.2 结构分析结果

2.2.1 筒仓支承结构

筒仓支承结构验算结果表明：该筒仓支承结构的筒壁、柱R/γ0S≥1（其中，R为结构或构件的抗力，S为结构或构件作用效应;γ0为结构重要性系数），即承载力满足安全使用要求。在地震作用下，由于混凝土强度低，所以支承柱轴压比超出规范限值。

2.2.2 仓体结构

仓体结构验算结果如下。

（1）该筒仓仓底锥壳R/γ0S<0.82，即筒仓仓底锥壳承载力不满足安全使用要求。

（2）该筒仓仓壁R/γ0S≥1，即筒仓仓壁承载力满足安全使用要求;但在正常使用极限状态下，其最大裂缝宽度超过规范允许值。

（3）该筒仓仓顶钢梁均R/γ0S≥0.95，即筒仓仓顶钢梁承载力满足或基本满足安全使用要求。

（4）该筒仓顶板均R/γ0S≥0.95，即筒仓顶板承载力满足或基本满足安全使用要求。

2.3 可靠性鉴定评级

根据现场检测结果和结构分析结果，按照《工业建筑可靠性鉴定标准》（GB 50144—2008）对渣厂1～4号矿粉库进行可靠性鉴定。1～4号矿粉库各作为一个鉴定单元进行可靠性鉴定。

筒仓的可靠性鉴定，分为地基基础、仓体与支承结构、附属设施3个结构系统进行评定。地基基础、仓体与支承结构为主要结构系统。

以1号矿粉库为例（其余类似），鉴定评级结果如下。

（1）地基基础：1号矿粉库上部结构未发现因地基基础不均匀沉降引起的裂缝或变形，表明该筒仓的地基基础工作基本正常;因此，地基基础可靠性等级为B级。

（2）仓体与支承结构：仓体与支承结构的可靠性等级按安全性等级和使用性等级中较低等级确定。安全性等级按结构整体性和承载能力两个项目评定等级中较低等级确定;使用性等级按使用状况和整体侧移（倾斜）两个项目评定等级中较低等级确定。①安全性等级评定。整体性：结构布置合理，由于混凝土强度低，导致整体性构造和连接不符合国家标准规范的规定，影响安全;结构整体性等级为c级。承载功能：1号矿粉库部分构件（仓底锥壳等）不符合国家标准规范的安全性要求，影响整体安全，应采取措施;结构承载功能等级为c级。因此，安全性等级评为C级。②使用性等级评定。使用状况按变形和损伤、裂缝两个项目评定等级中较低等级确定。变形和损伤：筒仓外壁局部混凝土剥落;该项目评为b级。裂缝：经验算，筒仓仓壁在正常使用极限状态下，其最大裂缝宽度超过规范允许值且筒仓外壁多处出现宽度>0.2 mm的裂缝;该项目评为c级。整体侧移（倾斜）：1号矿粉库倾斜未超过0.002;该项目评为a级。因此，使用性等级评为C级。根据安全性等级和使用性等级评定结果，仓体与支承结构可靠性等级为C级。

（3）附属设施：1号矿粉库附属设施基本完好，该项目评为B级。

（4）综合鉴定评级：由于仓体与支承结构可靠性等级为C级，1号矿粉库可靠性等级为三级，即不符合国家现行标准规范的可靠性要求，影响整体安全，应采取措施。

2.4 抗震性能鉴定

按照《构筑物抗震设计规范》（GB 50191—2012）、《工业构筑物抗震鉴定标准》（GBJ 117—88）中的相关规定，对渣厂1～4号矿粉库进行抗震性能鉴定。结构抗震性能鉴定结果表明：结构布置、连接构造合理，符合规范要求;由于混凝土强度低，所以1～4号矿粉库支承柱轴压比均超出规范限值;此外，2号矿粉库混凝土抗压强度推定值为19.0 MPa，不符合构件混凝土强度等级不应低于C20的要求。可见，1～4号矿粉库结构抗震性能均不满足7度抗震设防要求。

2.5 鉴定结论

1～4号矿粉库可靠性等级为三级，即不符合国家现行标准规范的可靠性要求，影响整体安全，应采取措施。1～4号矿粉库的可靠性不符合要求，主要是混凝土强度低导致结构承载能力不满足要求、仓壁在正常使用极限状态下的最大裂缝宽度超过规范允许值。

1～4号矿粉库支承柱轴压比超出规范限值，结构抗震性能不满足7°抗震设防要求。

3 处理建议

根据1～4号矿粉库的鉴定结论和现状，结合筒仓结构的特点，处理建议如下。

（1）对筒仓外表面修补处理，将疏松混凝土剔除，清理干净，直至完全露出坚实层为止，遇锈蚀钢筋应彻底除锈，采用水泥基灌浆材料或加固用聚合物砂浆内配钢丝网进行修补。

（2）对筒仓裂缝进行封闭、修补;宽度为0.2 mm以上裂缝采用压力注浆法、裂缝宽度为0.2 mm以下采用表面封闭法。

（3）对筒仓钢筋进行阻锈处理。

（4）采用环向粘贴碳纤维方法对仓壁进行加固，以提高其抗裂性。

（5）对承载能力不满足要求的1～4号矿粉库仓底锥壳进行更换。

（6）对支承柱进行抗震加固。

（7）定期对筒仓进行检测和维护。

此外，不能进行全面结构加固时，可适当降低筒仓储料荷载，并缩短后续使用年限。

4 结语

筒仓结构中混凝土强度低，不仅对结构承载能力有影响，而且对结构的正常使用和耐久性有很大的影响;尤其在滨海环境，筒仓仓壁出现裂缝后，极易引起内部钢筋锈蚀，导致钢筋应力增大、裂缝加宽;加固處理应采取针对性措施。

参 考 文 献

[1]张有才.建筑物的检测、鉴定、加固与改造[M].北京：冶金工业出版社，1997.

[2]GB 50144—2008，工业建筑可靠性鉴定标准[S].

[3]GB/T 50344—2004，建筑结构检测技术标准[S].

[4]GB 50077—2003，钢筋混凝土筒仓设计规范[S].

[5]GBJ 117—88，工业构筑物抗震鉴定标准[S].

[6]GB 50010—2010，混凝土结构设计规范[S].

[7]GB 50191—2012，构筑物抗震设计规范[S].

[8]GB 50009—2012，建筑结构荷载规范[S].

[9]GB 50068—2001，建筑结构可靠度设计统一标准[S].

[10]《贮仓结构设计手册》编写组.贮仓结构设计手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1999.