一、概況
大慶市某鍋爐房承擔該單位生活采暖及生產用汽之用,該鍋爐房按環保及設計部門要求設置1座46m高磚煙囪,按設計配有環向抗溫度應力鋼筋(如圖1)。鍋爐房及煙囪工程于2001年8月11日開工,2001年12月26日,磚煙囪南北兩側標高+850m至+1260m處出現寬度為10~20mm的縱向裂縫,到2002年1月9日裂縫已開展到標高700m至2060m處,寬度為10~28mm,又經過觀察,裂縫無再開展趨勢。
二、裂縫產生原因
裂縫出現后,建設單位會同施工及設計單位,對設計及施工資料仔細查閱,并到現場考察,發現裂縫產生原因系鍋爐省煤器裝置沒有安裝,至使進入煙囪的煙氣溫度升高所致。采暖回水經省煤器預熱后進入鍋爐,加熱后再進入供熱管網,從鍋爐出來的煙氣經省煤器進入煙囪。這說明省煤器裝置既預熱了進入鍋爐之水,又降低了煙氣溫度,減少了部份熱損失。經查閱該鍋爐熱力計算書得知,設置省煤器后,進入省煤器的煙氣溫度(進口溫度)為270°C;而從省煤器出來的煙氣溫度(出口溫度),即排至煙道或煙囪內的煙氣溫度為165°C。顯然,設置省煤器可使煙氣溫度降低105°C。設計部門對煙氣溫度的確定,也是依據設置省煤器來考慮的。因此,不設置省煤器,排進煙囪的煙氣溫度就高出設計煙氣溫度105°C。那么,不設置省煤器,就將使該煙囪筒壁配置的環向鋼筋明顯不足。
圖1　煙囪剖面
三、截面驗算
1950m高處截面(圖2)
設950m高處筒壁內半徑為rx1,那么可求得rx1=1950,且950m高處筒壁外半徑r′x1=
1950+490=2440。磚煙囪內外表面溫度差為:ΔT=270°C-(-33°C)=303°C(-33°C系當時測定的10d的室外溫度平均值)。修正后的溫度差為:Δt=αkΔT=0935×303°C=283°C,其中:αk為溫度修正系數。磚砌體線膨脹系數:αz(T> 200°C)=050×10-5+10-6(270-200)/200=0535×10-5。在溫差作用下,鋼筋重心處的環向相對自由伸長值:it1=(05+04rx1/r′x1)αzΔt=124×10-3與受壓區圖形面積等有關的系數mB1=100ω(1-RgtΨgt/kit1Eg)2;環筋在溫度作用下的計算強度Rgt=085γgRg=13031N/mm2;裂縫間環筋應變不均勻系數Ψgt=087(t1=270°C);受壓區應力圖形不完整系數ω取057。故有:mB1=100×057(13031×087/14×124×105×21×105)2=2736
磚煙囪筒壁每m高環向鋼筋截面面積:Ag1=?KmBm(δ0E′t/RgB)it1=167cm2原設計為6@378,Ag=075cm2,所以不滿足要求。式中　K—筒壁磚砌體設計安全系數,取140;
m—與鋼筋根數有關系數,單根取095;
δ0—計算截面筒壁有效厚度,δ0=δa-a=490-30=460mm;
Eg—鋼筋的彈性模量;
Rg—鋼筋的設計計算強度;
γg—鋼筋在溫度作用下的設計強度折減
系數;
E′t—磚砌體在溫度作用下的彈塑性模量,
E′t=039×1500f=039×1500×179=104715。
21800m高處截面(圖3)設1800m處筒壁內半徑為rx2,可以求得:
rx2=767+950=1717,rx2-950/1260=28000/46000且1800m高處筒壁外半徑: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磚煙囪由筒壁每m高環向鋼筋截面面積為:
Ag2=140×2736×10×460×10471513031×　126×10-5=178cm2　取m=1(雙根鋼筋)
而原設計為24@252,Ag=100cm2,故不滿足要求。