一、概况
大庆市某锅炉房烟囱承担该单位生活采暖及生产用汽之用,该锅炉房按环保及设计部门要求设置1座46m高砖烟囱,按设计配有环向抗温度应力钢筋(如图1)。锅炉房及烟囱工程于2001年8月11日开工,2001年12月26日,砖烟囱南北两侧标高+850m至+1260m处出现宽度为10~20mm的纵向裂缝,到2002年1月9日裂缝已开展到标高700m至2060m处,宽度为10~28mm,又经过观察,裂缝无再开展趋势。
二、裂缝产生原因
裂缝出现后,建设单位会同施工及设计单位,对设计及施工资料仔细查阅,并到现场考察,发现裂缝产生原因系锅炉省煤器装置没有安装,至使进入烟囱的烟气温度升高所致。采暖回水经省煤器预热后进入锅炉,加热后再进入供热管网,从锅炉出来的烟气经省煤器进入烟囱。这说明省煤器装置既预热了进入锅炉之水,又降低了烟气温度,减少了部份热损失。经查阅该锅炉热力计算书得知,设置省煤器后,进入省煤器的烟气温度(进口温度)为270°C;而从省煤器出来的烟气温度(出口温度),即排至烟道或烟囱内的烟气温度为165°C。显然,设置省煤器可使烟气温度降低105°C。设计部门对烟气温度的确定,也是依据设置省煤器来考虑的。因此,不设置省煤器,排进烟囱的烟气温度就高出设计烟气温度105°C。那么,不设置省煤器,就将使该烟囱筒壁配置的环向钢筋明显不足。
图1 烟囱剖面
三、截面验算
1950m高处截面(图2)
设950m高处筒壁内半径为rx1,那么可求得rx1=1950,且950m高处筒壁外半径r′x1=
1950+490=2440。砖烟囱内外表面温度差为:ΔT=270°C-(-33°C)=303°C(-33°C系当时测定的10d的室外温度平均值)。修正后的温度差为:Δt=αkΔT=0935×303°C=283°C,其中:αk为温度修正系数。砖砌体线膨胀系数:αz(T> 200°C)=050×10-5+10-6(270-200)/200=0535×10-5。在温差作用下,钢筋重心处的环向相对自由伸长值:it1=(05+04rx1/r′x1)αzΔt=124×10-3与受压区图形面积等有关的系数mB1=100ω(1-RgtΨgt/kit1Eg)2;环筋在温度作用下的计算强度Rgt=085γgRg=13031N/mm2;裂缝间环筋应变不均匀系数Ψgt=087(t1=270°C);受压区应力图形不完整系数ω取057。故有:mB1=100×057(13031×087/14×124×105×21×105)2=2736
砖烟囱筒壁每m高环向钢筋截面面积:Ag1=?KmBm(δ0E′t/RgB)it1=167cm2原设计为6@378,Ag=075cm2,所以不满足要求。式中 K—筒壁砖砌体设计安全系数,取140;
m—与钢筋根数有关系数,单根取095;
δ0—计算截面筒壁有效厚度,δ0=δa-a=490-30=460mm;
Eg—钢筋的弹性模量;
Rg—钢筋的设计计算强度;
γg—钢筋在温度作用下的设计强度折减
系数;
E′t—砖砌体在温度作用下的弹塑性模量,
E′t=039×1500f=039×1500×179=104715。
21800m高处截面(图3)设1800m处筒壁内半径为rx2,可以求得:
rx2=767+950=1717,rx2-950/1260=28000/46000且1800m高处筒壁外半径:r′x2=1717+
370=2087。it2=(050+040x2/r′x2)αzΔt
=12567×10-5(126×10-3)
mB2=100×057(1-13031×087/14×
126×10-5×21×105)2=2736砖烟囱由筒壁每m高环向钢筋截面面积为:
Ag2=140×2736×10×460×10471513031× 126×10-5=178cm2 取m=1(双根钢筋)
而原设计为24@252,Ag=100cm2,故不满足要求。
