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某综合管廊加层改造前检测评估

发布日期:2013-08-09 14:27:12    来源:admin
(中冶集团建筑研究总院华东分院  上海  王成樵 冷超群  金立赞 200940)
 
提要  管廊是化工区常见的一种工业构筑物。随着社会经济的发展,化工企业需要进行技术工艺改造、增加产能等,必要时需对管廊进行加荷或加层。本文结合上海某化工区综合管廊加层改造前的检测评估工作,对化工环境下旧管架加层前检测评估进行了一定的分析和总结。
关键词   综合管廊 房屋加层改造 房屋检测  鉴定
 
DETECTION AND EVALUATION OF A COMPOSITIVE PIPE GALLERY BEFORE STOREY-ADDING RECONSTRUCTION
Wang Chengqiao   Leng Chaoqun   Jin Lizan
(East China Branch of Central Research Institute of Building and Construction, MCC Group Shanghai, 200940)
Abstract: Pipe gallery is a kind of most common chemical industry structure. Along with the development of society and economy, the chemical enterprises have the demand of technology and productivity improvement, and then the pipe gallery storey-adding will be a effective measure to satisfy the need. This article analyzes and summarizes the detection and evaluation of pipe gallery under chemical environment based on the work of detection and evaluation of a compositive pipe gallery before storey-adding reconstruction in a chemical area in Shanghai.
Keywords: pipe rack, compositive pipe gallery, storey-adding reconstruction, detection and evaluation, appraisal
 

1 前言
管廊是化工区常见的一种工业构筑物。石油化工区有大量的管道,支撑这些管道的支架结构,称之为管架。在较长的距离范围内,管架形成一条支撑管道的长廊,通称为管廊。
随着社会经济的发展,化工企业经常遇到技术工艺改造、增加产能等。当既有管廊空间受到限制,不能满足生产工艺的需要,同时厂区土地紧张,不能新建相应的管廊时,对既有管廊进行加层改造是一个非常有效的解决方案,具有明显的经济和社会效益。
既有管廊一般建设年代不一,结构形式多样。长年暴露在化工腐蚀环境中,管架结构构件将遭受不同程度的腐蚀。经多年使用,可能是使房屋产生倾斜。既有结构构件可能发生性能退化,如混凝土碳化和强度降低、钢筋锈胀、钢结构构件腐蚀受损等。对既有管廊进行加层改造前,需对其进行鉴定评估,以了解既有管廊的结构工作状况,为加层提供必要的技术依据。
2 工程概况
上海某化工区综合管廊,分多次建成,建筑年代有1975年、1984年、1995年等,部分管架曾进行过改造。管架主要为混凝土结构,部分大跨度区段采用钢结构桁架。由于生产需要,拟对总长约为1325米的管廊进行加层改造,由原2层管道改为4层。管廊内铺设的管道有氨气管道、醋酸管道、蒸汽管道等。
管架主受力结构为排架结构,本次拟加层管架均为门形双层管架,每榀排架平面内,中间连接横梁均为铰接。当纵向柱距为12m时,纵向连接构件基本用工字钢连接,当跨度为15m和18m及以上时,使用混凝土或钢桁架连接。
排架高基本为6m~10m,通廊层高基本为1.5m~2.5m左右,平面内跨度分为:2m、2.5m、4m、5m、6m等几种,纵向跨距有:2m~7m、12m、15m、18m、19m、31m等几种。柱截面一般为:350mmx350mm、350mmx400mm、400mmx400mm。横梁断面一般为:250mmx350mm、250mmx400mm、250mmx500mm及型钢梁等。混凝土牛腿离柱顶距离基本为2m左右。混凝土标号:80年代以前的预制构件为300号、现浇的为200号、基础为150号,80年代以后的预制构件为C30、现浇的为C20。基础基本为现浇的杯口联合基础,柱距离较大的采用独立基础,基础埋深为1m~2m,地基承载力设计值据勘察报告一般为100kPa。
3 既有管廊的前期调查
在对既有管廊进行加层改造时,不同于新建管廊,既有管廊的结构形式、固定管架位置、既有管道的补偿器或膨胀节设置等都已经成为事实,且往往这些管道都在使用中,不能进行改动。鉴定分析时,应首先对既有管廊的结构布置进行识别。
管廊一般由固定管架、活动管架、管道、补偿器等构成。对既有管廊进行加层时,应分析这些既有管架的布置特点,新加层采取与之匹配的结构布置。
固定管架纵向及横向均为管道的不移动支点,具有足够的刚度,保证管道系统的稳定,管架上的管道一般均采用固定管座敷设于管架上。固定管架通常采用四柱式钢筋混凝土结构,并设置剪刀支撑,直接形成稳定的结构体系。
活动管架一般纵向为管道的可滑动支点,横向为管道的不移动支点,管道采用滑动或滚动管座敷设于管架上。根据其受力特点的不同,活动管架可分为刚性管架、柔性管架、半铰接管架等几种。
本次管廊鉴定评估,由于管廊建设年代不一,平面布置上复杂曲折,鉴定时根据年代、平面布置特点等,将整条管廊分为A、B、C、D、E、F、G七个区,以便于检测记录标记、分析评估等工作顺利进行。检测前,制定了详尽的检测方案,以指导检测工作的有序进行。
由于既有管廊设计时代、设计条件、设计水平不一,部分区段可明显区分固定管架、活动管架,也有部分区段管架没有明显的固定和活动之分,管架水平力传力不明确。
由于加层后管廊为综合管廊,廊道内敷设的管道有多种类型,管道数量、种类在设计时尚不明确,其水平推力在设计时亦不能具体确定。进行鉴定及加层设计时,尽量多考虑一些固定管架,将具有明显四柱特征及存在柱间支撑的管架、较大跨度桁架连接的四柱管架均视为固定管架,便于结构的分析和设计。
4 检查检测结果与分析
在有关单位配合下,对管廊既有结构进行了较为全面的复核检查及检测。主要工作内容包括:全面检查结构布置,检查结构构件的外观缺陷及裂损,测定倾斜情况,测定混凝土构件强度、混凝土碳化测试等。
4.1构件裂损、缺陷检查
现场检测发现:由于该管廊各个单元建筑年代不同,各单元的裂损情况也不相同,70年代建造的管架裂损情况比较严重,80年代以后建造的管架情况较好。并且,由于该管架处于化工厂内,受腐蚀性气体侵蚀比一般情况下严重得多,导致该管廊所有钢结构柱间支撑、钢梁及各种连接节点的埋件和连接件都有不同程度的锈蚀情况。
从现场检测情况看,部分混凝土管架柱、梁及桁架混凝土保护层剥落情况比较严重(尤其是混凝土牛腿附近),因此导致钢筋锈蚀较严重,个别部位箍筋已断裂失去作用。各柱间支撑及水平支撑等锈蚀严重,部分支撑失去承载能力。部分柱、梁连接节点也因为锈蚀基本失去连接作用。
纵向跨度15米以上柱间均设置混凝土桁架或钢桁架,其中混凝土桁架采用标准图集《钢筋混凝土桁架式管架通用图》(HG21252-93),桁架构件截面较小,现场检查发现桁架杆件存在大量裂缝、露筋、钢筋锈蚀情况。腹杆裂缝宽度一般小于或等于0.2mm,尚在允许范围以内;个别裂缝宽度达到0.4mm,超过设计允许范围。个别桁架与柱连接处拉裂,连接件锈蚀、裂损严重,甚至失去连接作用。
4.2桁架变形检测
现场使用水准仪对部分桁架的挠度进行测量。结果显示,桁架挠度值均较小,部分桁架表现为上拱,向下变形最大值28.6mm,相当于跨度的1/629,符合规范要求。分析认为,主要是由于桁架承受荷载较小,由此产生的挠度较小。
现场检查发现,个别桁架与混凝土柱之间的连接件拉脱、拉裂。对桁架两端牛腿标高进行测量后分析,被拉脱桁架两端牛腿差异沉降较大,最大相邻牛腿高差达149mm,不均匀沉降是造成桁架拉脱、拉裂的主要因素。
4.3混凝土碳化情况
现场发现,管架周围释放的蒸汽较多,工厂内氨气、醋酸气味较浓,管架结构处于湿度大、酸性高的环境下。
现场检测发现,大部分管架柱混凝土碳化深度均大于6mm,碳化现象严重。由于管架周围空气呈很强的酸性,构件混凝土内水泥石中的氢氧化钙与空气中的酸性气体在适当的温度条件下发生化学反应,生成碳酸钙和水,使混凝土中性化(即混凝土碳化),碳化作用时,还会引起混凝土收缩,混凝土表面在碳化过程中产生微裂缝,从而混凝土失去对钢筋的保护作用。
4.4混凝土强度测试情况
现场采用钻芯回弹法对既有构件的混凝土强度进行测试,重点测试柱混凝土的材料强度。混凝土原设计强度为150号、200号、300号、C20、C30等几种不同标号。根据检测结果,部分批次的构件混凝土强度不能达到原设计要求,需在评估时按实测强度进行分析评估。
4.5钢筋及钢构件锈蚀情况
现场敲除开裂混凝土后检查,构件钢筋均有不同程度的锈蚀。由于构件表面混凝土碳化,在潮湿环境下构件内钢筋表面发生电化学反应,引起钢筋锈蚀。钢筋锈蚀后体积膨胀(可达2~6倍),导致混凝土顺筋开裂。
现场钢结构支撑锈蚀严重,部分构件已被锈蚀殆尽。由于钢构件处于大气中,表面保护油漆局部遭到损坏后,同钢筋锈蚀一样,大气中酸性气体和空气中水生成无机酸使构件表面发生电化学反应,引起钢构件锈蚀。由于钢构件是直接裸露在大气环境中,锈蚀比混凝土中钢筋严重的多,很多构件已被锈蚀透。
5考虑加层的既有构件可靠性评定
参照《工业厂房可靠性鉴定标准》(GBJ144-90),对管廊既有构件进行可靠性评定。首先,对既有管架结构,按照加层后的结构状态,建立力学模型,以分析构件在加层后的承载能力。模型中混凝土强度依据推定的构件混凝土强度。基于计算结果及现场检测结果,对混凝土构件的承载能力、构造和连接、裂缝、变形等几个子项进行评级,然后进行该构件的评级;对钢结构构件则为承载能力、变形、偏差几个子项进行评级,然后进行该构件的评级。
根据构件可靠性鉴定评级结果,形成鉴定评级传力树,推定各结构单元鉴定评级。由评级结果分析,由于增加两层管道,荷载增加较大,大部分基础及混凝土柱承载能力均不满足现行规范要求,承重结构系统评级为D,导致结构单元评级为四级,需要进行全面的加固处理。
6结语
随着社会经济的发展,化工厂区进行工艺改造、增加产能,需要新的管廊时,对既有管廊进行加层是一个切实可行的、具有明显社会经济效益的方案。加层前,应对既有管廊进行详实的调查和鉴定评估。
本项目既有管廊长度达1325米,平面曲折复杂,管廊建筑年代不一,结构形式复杂,鉴定评估时,可采取分区段处理,最后汇总的鉴定评估方法。
 
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      关键词:综合管廊 房屋加层改造 房屋检测 鉴定
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