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钢管厂AOD台车混凝土墙基座开裂后安全性鉴定

  混凝土墙基座开裂后存在安全隐患,此类结构安全性检测鉴定案例较少。浙江浙江钢业有限企业结合工程实例先容混凝土墙基座开裂后安全性鉴定,为类似工程提供参考。混凝土基座承载机器重量和负荷,保证AOD台车平稳正常运行,故混凝土墙基安全性必须得到保证。通常,混凝土结构在使用过程中会出现裂缝,其导致持久强度的降低,如保护层剥落、钢筋腐蚀、混凝土碳化等,存在安全隐患,故需对开裂后混凝土结构的安全性鉴定。本文先容钢管厂AOD台车混凝土墙基座开裂后安全性鉴定。钢管厂房的AOD台车混凝土墙基座建于2006年,为钢筋混凝土结构,该基座长22.5m,每侧宽2.54m,地面以上高度为5.36m,实景照片见图。AOD台车在生产过程中对混凝土墙基座略有振动,且有高温影响。基座内侧设有隔热措施,基座外侧未设置任何保护措施。该墙基座于2011年~2012年期间,陆续出现数条竖向裂缝。



  现场对该混凝土墙基裂缝表面宽度及裂缝深度进行检测,部分检测结果见表。通过对裂缝深度和裂缝表面宽度检测结果进行分析可知,基座裂缝主要分为3个类型:第一类为沿墙体高度方向基本通长开裂,裂缝表面宽度0.15mm~0.30mm,裂缝深度80.6mm~236.3mm;第二类为长度较短的竖向裂缝,该类裂缝表面宽度为0.05mm~0.10mm,裂缝深度小于80mm;第三种裂缝为不规则裂缝,裂缝表面宽度0.05mm,裂缝深度为60mm左右。现场随机抽取部分位置,采用钻芯法检测混凝土抗压强度,部分位置检测基座内部混凝土抗压强度,检测结果表明混凝土抗压强度满足设计要求。通过现场检测,混凝土墙基水平方向钢筋间距及竖直方向钢筋间距的满足设计及验收规范要求,并通过局部凿除,钢筋直径满足设计要求。经查阅相关资料(送检报告等),墙基钢筋力学性能满足设计要求。



  该基座上设备生产过程分为静置、摇炉、冶炼、出钢4个阶段,4个阶段按顺序循环,一个循环约60分钟。现场在基座上每个设备支座处各放置3个加速度传感器,采集生产过程中每个阶段的作用于基座的X向(南北向)、Y向(东西向)及Z向(竖直向)加速度时程曲线,加速度传感器布置见图。本次采用ABAQUS有限元模拟App对该基座进行有限元模拟计算。该基座为钢筋混凝土构件,混凝土采用单元、钢筋采用单元。按照结构构件之间的实际连接构造和构件与基础的实际连接构造设置边界位移条件。根据委托单位提供的荷载信息,基座上炉体自动为700吨,满载时860吨,炉体荷载通过基座上的4个支座作用于基座,将炉体荷载平均分配到4个支座,A侧两个支座每个另加64吨的荷载。南端的活动平台及大门(加配重)折算为面荷载施加于基座顶面。根据振动测试结果,机器设备产生的激励以正弦波输入,正弦波的频率及振幅按实测振动频率及实测最大加速度值输入。



  首先计算结构自身动力特性,计算结构前十阶自振周期,计算结果见表,第一阶和第三阶振型示意图见图。根据计算结果,第一阶、第二阶的结构自振频率为32.9Hz左右,根据振动检测结果,基座在静置状态上部炉体作用于基座的振动频率为50 Hz左右,该频率一直作用于整个生产过程,另摇炉、冶炼、出钢工作状态时,炉体作用于基座的振动频率较小,外部振动频率与结构自振频率不重合。分别计算无振动作用及有外部振动(静置、摇炉、冶炼、出钢)作用下混凝土和钢筋的应力应变值,各工况下混凝土及钢筋最大应力计算结果如表。经计算,各工况混凝土及钢筋的最大应力均小于设计值。将各工况各控制截面的应变实测值与理论值进行比较,结果见图。据图可知,各控制截面各工况作用下应变实测值小于理论值。



  该结构第一振型自振频率为32.9Hz,与实测振动频率不重合,不存在共振现象。根据裂缝检测结果,第一类裂缝沿基座长度方向基本等间距分布,裂缝自上而下基本通长开裂,该类裂缝主要由于混凝土收缩,产生收缩应力,当收缩应力大于混凝土抗拉强度时,混凝土开裂。第二类裂缝是第一类裂缝产生初期,早期收缩裂缝在收缩应力较大处先开裂,裂缝分布不规律,混凝土开裂后早期应力得到释放,后期产生的收缩应力集中在某些已开裂位置继续释放,逐渐形成第一种裂缝形态。第三类裂缝为混凝土表面的不规则网状裂缝,该类裂缝主要由混凝土养护过程中水分快速挥发导致混凝土表面形成干缩裂缝。另两混凝土基座间为炼钢炉,经现场了解,炉体温度为1700℃,基座内侧虽采用防火砖、钢板等保护隔热措施。但基座内侧产生较高的温度场,在温度场作用下,在基座表面产生拉应力,对裂缝的产生和发展存在一定的影响。上述3类裂缝均为非受力裂缝,根据《工业建筑可靠性鉴定标准》第6.2.5-1条,在室内正常环境下的重要构件,当裂缝宽度大于0.3 mm时,构件的使用性等级评为c级。所测裂缝宽度最大值为0.3mm,故上述裂缝尚不明显影响构件的使用性。



  对裂缝进行鉴定,结论如下:根据检测结果和结构分析,该基座裂缝的产生主要是由混凝土收缩和混凝土失水干缩引起,另基座内侧的高温形成的温度场对裂缝的产生和发展存在一定的影响,基座裂缝为非受力裂缝,裂缝尚不显著影响构件的使用性,考虑结果耐久性的要求,建议对裂缝进行处理。该基座混凝土抗压强度均满足设计要求,其钢筋配置满足设计及验收规范要求,碳化深度小于裂缝深度。根据振动测试结果,结构自振频率与外部振动频率不一致,经有限计算AppABAQUS结构分析,混凝土及钢筋最大应力均小于设计值,各工况下各控制截面的应变实测值小于理论值。综上所述,该结构的安全性等级评定为B级。本文以工程实例先容了混凝土墙基座开裂后安全性检测鉴定,文章中主要阐述了检测项目、结构分析及安全性判定,为类似工程提供参考。


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