某鋼筋混凝土筒倉結(jié)構(gòu)檢測鑒定

李紅超，劉 巖，韓 朋

（1.中國建筑科學(xué)研究院有限公司，北京 100013；2.中國建筑技術(shù)集團有限公司，北京 100013）

0 引言

2019 年 6 月四川宜賓發(fā)生 6.0 級地震，該地區(qū)某水泥廠內(nèi)一筒倉出現(xiàn)裂縫。該筒倉為單排雙連體圓形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，直徑（內(nèi)徑）12 m，高度 36 m，筒倉壁厚300 mm。該筒倉建筑安全等級二級，抗震設(shè)防烈度 6 度（0.05g），丙類設(shè)防［1］。該筒倉使用用途為存儲制備水泥的原材料（常溫狀態(tài)），筒倉結(jié)構(gòu)平面圖如圖 1 所示。為了評估該筒倉震后的結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀，通過對結(jié)構(gòu)主要參數(shù)的檢測和結(jié)構(gòu)承載力復(fù)核，綜合評定其可靠性等級，并提出相應(yīng)處理措施。

圖1 筒倉結(jié)構(gòu)平面圖（單位：mm）

1 現(xiàn)場檢測

現(xiàn)場檢測以無損檢測為主，采用混凝土回彈儀、鋼筋探測儀、全站儀、鋼卷尺、游標(biāo)卡尺等儀器設(shè)備對筒倉截面尺寸、混凝土強度、鋼筋配置、垂直度進行檢測，并對地基基礎(chǔ)工作狀態(tài)、結(jié)構(gòu)外觀質(zhì)量及損傷情況進行檢查［2］。

1.1 外觀質(zhì)量及損傷情況

經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，筒壁底部多處存在交叉斜裂縫，且多分布在門洞的兩側(cè)，最大寬度 0.5 mm；筒壁底部存在 1 道水平裂縫，最大寬度 0.3 mm；筒壁上部及倉壁未發(fā)現(xiàn)明顯開裂。筒倉底部出現(xiàn)裂縫的位置如圖 1 中 ①～⑨所示，典型裂縫照片及裂縫分布走向如圖 2～5 所示，檢查結(jié)果如表 1 所示。

圖2 位置③處裂縫照片及示意圖

圖3 位置⑥處裂縫照片及示意圖

圖4 位置⑧處裂縫照片及示意圖

圖5 位置⑨處裂縫照片及示意圖

表1 筒倉裂縫檢查結(jié)果

受地震作用，筒壁下部承受的地震剪力較大。根據(jù)上述裂縫的分布位置及走向，可判定裂縫主要是由地震作用引起的。

1.2 其他項目檢測結(jié)果

1）混凝土強度。所測沿筒壁、倉壁環(huán)向和豎向的混凝土強度推定值分別為 42.3 MPa 和 42.7 MPa，均滿足設(shè)計強度等級 C40 的要求。

2）截面尺寸。所測筒壁壁厚滿足設(shè)計及規(guī)范要求。

3）鋼筋配置情況。所測筒壁、倉壁的環(huán)向和豎向鋼筋間距均滿足設(shè)計及規(guī)范要求。

4）構(gòu)筑物垂直度。所測該構(gòu)筑物最大傾斜率對應(yīng)的側(cè)向位移為 20.5 mm，相當(dāng)于 H/1 390（H 為測點高差），滿足 GB 50144－2008《工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定限值 H/500 的要求。

5）地基基礎(chǔ)工作狀態(tài)。未發(fā)現(xiàn)因地基與基礎(chǔ)出現(xiàn)較大沉降或不均勻沉降引起的上部結(jié)構(gòu)損壞跡象。

2 結(jié)構(gòu)承載力復(fù)核

根據(jù)相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)以及現(xiàn)場檢測結(jié)果，采用 YJK 系列軟件，對該結(jié)構(gòu)承載力進行復(fù)核。結(jié)構(gòu)有限元模型與網(wǎng)格劃分如圖 6 所示。

圖6 筒倉結(jié)構(gòu)有限元模型

2.1 計算參數(shù)

結(jié)構(gòu)混凝土強度等級 C40，容重 25 kN/m3；縱向受力鋼筋 HRB400 級，箍筋 HPB300 級；筒倉 1 貯料容重：14.0 kN/m3，筒倉 2 貯料容重：15.1 kN/m3；筒倉 1 貯料內(nèi)摩擦角：33°，筒倉 2 貯料內(nèi)摩擦角：35°；筒倉 1 和筒倉 2 庫存容量各為 3 000 t；基本風(fēng)壓：0.3 kN/m2，地面粗糙度類別：B 類；抗震設(shè)防烈度 6 度（0.05g），設(shè)計地震分組為第三組，場地類別為Ⅱ類；結(jié)構(gòu)自重由程序自動計算；倉頂恒荷載根據(jù)實測建筑做法確定，并根據(jù)GB 50009－2012《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》［3］取值；設(shè)備荷載根據(jù)設(shè)備的工藝參數(shù)，并參照 GB 50077－2017《鋼筋混凝土筒倉設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》［4］的有關(guān)規(guī)定計算確定。

2.2 結(jié)構(gòu)計算結(jié)果

1）經(jīng)軟件計算分析，倉壁與倉底板交接范圍應(yīng)力集中。倉底 0.3 m 高度處倉壁承載力不滿足要求，其余倉壁及筒壁承載力均滿足要求。恒載作用下筒倉結(jié)構(gòu)應(yīng)力云圖如圖 7 所示；筒倉 1 滿倉時結(jié)構(gòu)應(yīng)力云圖如圖 8 所示；筒倉 2 滿倉時結(jié)構(gòu)應(yīng)力云圖如圖 9 所示；X向風(fēng)荷載作用下結(jié)構(gòu)應(yīng)力云圖如圖 10 所示；X向地震作用下結(jié)構(gòu)應(yīng)力云圖如圖 11 所示。

圖7 恒載下筒倉結(jié)構(gòu)應(yīng)力云圖

圖8 筒倉 1 滿倉時結(jié)構(gòu)應(yīng)力云圖

圖9 筒倉 2 滿倉時結(jié)構(gòu)應(yīng)力云圖

圖10 X 向風(fēng)荷載下結(jié)構(gòu)應(yīng)力云圖

圖11 X 向地震作用下結(jié)構(gòu)應(yīng)力云圖

2）考慮倉壁固端約束的邊界效應(yīng)，參照 GB 50077 －2017《鋼筋混凝土筒倉設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》第 5.2.1 條規(guī)定，依據(jù)公式 5.2.1-3～5.2.1-7 進行復(fù)核計算，其中，貯料總高度h=19 m，筒倉（內(nèi)）半徑r=6 m，倉壁厚度t=0.30 m，倉壁底部水平側(cè)壓力p=102 kN/m（軟件計算結(jié)果），泊松比μc=0.2。

經(jīng)計算倉底彎矩M0=51.2kN·m，倉底剪力V0= 102.2 kN。

依據(jù) GB 50077－2017《鋼筋混凝土筒倉設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》中公式 5.2.1－1、5.2.1－2計算倉底 0.3 m 高度處的彎矩和剪力。依據(jù) GB 50077－2017《鋼筋混凝土筒倉設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》附錄 E，函數(shù)ψ=0.488 8，函數(shù)θ=0.707 7，函數(shù)ζ=0.218 9。

經(jīng)計算，倉底 0.3 m 高度處的彎矩My=24.35 kN·m，倉底 0.3 m 高度處的剪力Vy=28.2 kN。

根據(jù)以上計算結(jié)果，依據(jù) GB 50010－2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》［5］（2015 年版）對倉底 0.3 m 高度處截面進行抗剪以及受彎承載力驗算，取 1 000 mm 寬度倉壁進行驗算。根據(jù)規(guī)范第 6.3.1 條，公式 6.3.1-1，抗剪承載力V=1 193.75 kN＞計算剪力Vy=28.2 kN，故受剪截面滿足要求；根據(jù)規(guī)范第 6.2.10 條，經(jīng)計算，實配鋼筋為 565 mm2（縱筋直徑 12 mm，間距 200 mm）大于計算配筋為 273 mm2，故抗彎承載力滿足要求。綜上，倉底 0.3 m 高度處截面抗剪以及受彎承載力驗算結(jié)果均滿足要求。

3 結(jié)構(gòu)鑒定

3.1 抗震鑒定

根據(jù) GB 50191－2012《構(gòu)筑物抗震設(shè)計規(guī)范》［6］第 3.1.2 條規(guī)定，該構(gòu)筑物抗震設(shè)防烈度為 6 度可不進行地震作用計算，僅需核查其抗震措施。經(jīng)核查，該構(gòu)筑物抗震措施均符合 GB 50191－2012《構(gòu)筑物抗震設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定。

3.2 可靠性鑒定

依據(jù) GB 50144－2008《工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》［7］的相關(guān)規(guī)定，對該構(gòu)筑物的可靠性進行鑒定評級。結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可靠性鑒定評級分為地基基礎(chǔ)、倉體與支撐結(jié)構(gòu)、附屬設(shè)施三個子系統(tǒng)的可靠性鑒定評級，子系統(tǒng)根據(jù)其安全性等級及使用性等級綜合進行評定，附屬設(shè)施評定可不參與鑒定單元的評級。

3.2.1 地基基礎(chǔ)子單元

根據(jù)現(xiàn)場檢測結(jié)果，未發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)明顯沉降、偏斜等狀況，考慮上部結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀綜合評定該構(gòu)筑物地基基礎(chǔ)可靠性等級評為 A 級。

3.2.2 倉體與支撐結(jié)構(gòu)子單元

根據(jù)現(xiàn)場檢測結(jié)果，筒壁下部多處存在交叉斜裂縫，最大寬度 0.5 mm，大于 GB 50144－2008《工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》表 6.2.5-1 規(guī)定的 C 級要求，倉體與支撐結(jié)構(gòu)的可靠性等級評為 C 級。

3.2.3 附屬設(shè)施子單元

未發(fā)現(xiàn)附屬設(shè)施損壞，工作性能良好，附屬設(shè)施的可靠性等級評為 A 級。

3.2.4 結(jié)構(gòu)可靠性鑒定

綜合地基基礎(chǔ)、倉體與支撐結(jié)構(gòu)和附屬設(shè)施的可靠性評級結(jié)果，鑒定單元的的可靠性等級評為三級，如表 2 所示。

表2 鑒定單元可靠性鑒定評級

4 處理措施

1）寬度＜ 0.3 mm 的裂縫。①首先用鋼絲刷清除表面浮塵，然后用毛刷蘸酒精將裂縫兩側(cè)擦拭干凈，并晾至干燥狀態(tài)；②在裂縫兩側(cè)涂一層環(huán)氧樹脂基液，然后涂抹一層環(huán)氧樹脂膠泥，涂抹時應(yīng)避免產(chǎn)生氣泡，保證封閉。

2）寬度 0.3～0.5 mm 的裂縫。①沿裂縫鑿出V形槽，清除槽內(nèi)粉塵、碎屑；②埋設(shè)灌膠嘴；③封閉除灌膠嘴以外的裂縫；④壓氣試漏；⑤將灌縫膠灌入裂縫；⑥拆除灌膠嘴，將埋設(shè)灌膠嘴處表面抹平［8］。

5 結(jié)語

1）通過對筒壁裂縫的分布位置及走向分析，可判定裂縫主要是由地震作用引起。

2）經(jīng) YJK 軟件計算和手算復(fù)核，該筒倉結(jié)構(gòu)承載力滿足要求。

3）根據(jù)檢測和承載力復(fù)核結(jié)果，經(jīng)鑒定，該筒倉結(jié)構(gòu)的可靠性等級為三級，主要原因是筒壁下部多處存在交叉斜裂縫，最大寬度 0.5 mm，大于 GB 50144－2008《工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的 c 級要求。

4）根據(jù)檢測鑒定結(jié)果，對筒倉存在的裂縫提出了相應(yīng)的處理措施。Q