鋼管廠AOD臺車混凝土墻基座開裂后安全性鑒定

  混凝土墻基座開裂后存在安全隱患，此類結(jié)構(gòu)安全性檢測鑒定案例較少。浙江至德鋼業(yè)有限公司結(jié)合工程實例介紹混凝土墻基座開裂后安全性鑒定，為類似工程提供參考。混凝土基座承載機(jī)器重量和負(fù)荷，保證AOD臺車平穩(wěn)正常運行，故混凝土墻基安全性必須得到保證。通常，混凝土結(jié)構(gòu)在使用過程中會出現(xiàn)裂縫，其導(dǎo)致持久強(qiáng)度的降低，如保護(hù)層剝落、鋼筋腐蝕、混凝土碳化等，存在安全隱患，故需對開裂后混凝土結(jié)構(gòu)的安全性鑒定。本文介紹鋼管廠AOD臺車混凝土墻基座開裂后安全性鑒定。鋼管廠房的AOD臺車混凝土墻基座建于2006年，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，該基座長22.5m，每側(cè)寬2.54m，地面以上高度為5.36m，實景照片見圖。AOD臺車在生產(chǎn)過程中對混凝土墻基座略有振動，且有高溫影響。基座內(nèi)側(cè)設(shè)有隔熱措施，基座外側(cè)未設(shè)置任何保護(hù)措施。該墻基座于2011年~2012年期間，陸續(xù)出現(xiàn)數(shù)條豎向裂縫。

  現(xiàn)場對該混凝土墻基裂縫表面寬度及裂縫深度進(jìn)行檢測，部分檢測結(jié)果見表。通過對裂縫深度和裂縫表面寬度檢測結(jié)果進(jìn)行分析可知，基座裂縫主要分為3個類型：第一類為沿墻體高度方向基本通長開裂，裂縫表面寬度0.15mm~0.30mm，裂縫深度80.6mm~236.3mm；第二類為長度較短的豎向裂縫，該類裂縫表面寬度為0.05mm~0.10mm，裂縫深度小于80mm；第三種裂縫為不規(guī)則裂縫，裂縫表面寬度0.05mm，裂縫深度為60mm左右?，F(xiàn)場隨機(jī)抽取部分位置，采用鉆芯法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度，部分位置檢測基座內(nèi)部混凝土抗壓強(qiáng)度，檢測結(jié)果表明混凝土抗壓強(qiáng)度滿足設(shè)計要求。通過現(xiàn)場檢測，混凝土墻基水平方向鋼筋間距及豎直方向鋼筋間距的滿足設(shè)計及驗收規(guī)范要求，并通過局部鑿除，鋼筋直徑滿足設(shè)計要求。經(jīng)查閱相關(guān)資料（送檢報告等），墻基鋼筋力學(xué)性能滿足設(shè)計要求。

  該基座上設(shè)備生產(chǎn)過程分為靜置、搖爐、冶煉、出鋼4個階段，4個階段按順序循環(huán)，一個循環(huán)約60分鐘。現(xiàn)場在基座上每個設(shè)備支座處各放置3個加速度傳感器，采集生產(chǎn)過程中每個階段的作用于基座的X向（南北向）、Y向（東西向）及Z向（豎直向）加速度時程曲線，加速度傳感器布置見圖。本次采用ABAQUS有限元模擬軟件對該基座進(jìn)行有限元模擬計算。該基座為鋼筋混凝土構(gòu)件，混凝土采用單元、鋼筋采用單元。按照結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間的實際連接構(gòu)造和構(gòu)件與基礎(chǔ)的實際連接構(gòu)造設(shè)置邊界位移條件。根據(jù)委托單位提供的荷載信息，基座上爐體自動為700噸，滿載時860噸，爐體荷載通過基座上的4個支座作用于基座，將爐體荷載平均分配到4個支座，A側(cè)兩個支座每個另加64噸的荷載。南端的活動平臺及大門（加配重）折算為面荷載施加于基座頂面。根據(jù)振動測試結(jié)果，機(jī)器設(shè)備產(chǎn)生的激勵以正弦波輸入，正弦波的頻率及振幅按實測振動頻率及實測最大加速度值輸入。

  首先計算結(jié)構(gòu)自身動力特性，計算結(jié)構(gòu)前十階自振周期，計算結(jié)果見表，第一階和第三階振型示意圖見圖。根據(jù)計算結(jié)果，第一階、第二階的結(jié)構(gòu)自振頻率為32.9Hz左右，根據(jù)振動檢測結(jié)果，基座在靜置狀態(tài)上部爐體作用于基座的振動頻率為50 Hz左右，該頻率一直作用于整個生產(chǎn)過程，另搖爐、冶煉、出鋼工作狀態(tài)時，爐體作用于基座的振動頻率較小，外部振動頻率與結(jié)構(gòu)自振頻率不重合。分別計算無振動作用及有外部振動（靜置、搖爐、冶煉、出鋼）作用下混凝土和鋼筋的應(yīng)力應(yīng)變值，各工況下混凝土及鋼筋最大應(yīng)力計算結(jié)果如表。經(jīng)計算，各工況混凝土及鋼筋的最大應(yīng)力均小于設(shè)計值。將各工況各控制截面的應(yīng)變實測值與理論值進(jìn)行比較，結(jié)果見圖。據(jù)圖可知，各控制截面各工況作用下應(yīng)變實測值小于理論值。

  該結(jié)構(gòu)第一振型自振頻率為32.9Hz，與實測振動頻率不重合，不存在共振現(xiàn)象。根據(jù)裂縫檢測結(jié)果，第一類裂縫沿基座長度方向基本等間距分布，裂縫自上而下基本通長開裂，該類裂縫主要由于混凝土收縮，產(chǎn)生收縮應(yīng)力，當(dāng)收縮應(yīng)力大于混凝土抗拉強(qiáng)度時，混凝土開裂。第二類裂縫是第一類裂縫產(chǎn)生初期，早期收縮裂縫在收縮應(yīng)力較大處先開裂，裂縫分布不規(guī)律，混凝土開裂后早期應(yīng)力得到釋放，后期產(chǎn)生的收縮應(yīng)力集中在某些已開裂位置繼續(xù)釋放，逐漸形成第一種裂縫形態(tài)。第三類裂縫為混凝土表面的不規(guī)則網(wǎng)狀裂縫，該類裂縫主要由混凝土養(yǎng)護(hù)過程中水分快速揮發(fā)導(dǎo)致混凝土表面形成干縮裂縫。另兩混凝土基座間為煉鋼爐，經(jīng)現(xiàn)場了解，爐體溫度為1700℃，基座內(nèi)側(cè)雖采用防火磚、鋼板等保護(hù)隔熱措施。但基座內(nèi)側(cè)產(chǎn)生較高的溫度場，在溫度場作用下，在基座表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，對裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展存在一定的影響。上述3類裂縫均為非受力裂縫，根據(jù)《工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》第6.2.5-1條，在室內(nèi)正常環(huán)境下的重要構(gòu)件，當(dāng)裂縫寬度大于0.3 mm時，構(gòu)件的使用性等級評為c級。所測裂縫寬度最大值為0.3mm，故上述裂縫尚不明顯影響構(gòu)件的使用性。

  對裂縫進(jìn)行鑒定，結(jié)論如下：根據(jù)檢測結(jié)果和結(jié)構(gòu)分析，該基座裂縫的產(chǎn)生主要是由混凝土收縮和混凝土失水干縮引起，另基座內(nèi)側(cè)的高溫形成的溫度場對裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展存在一定的影響，基座裂縫為非受力裂縫，裂縫尚不顯著影響構(gòu)件的使用性，考慮結(jié)果耐久性的要求，建議對裂縫進(jìn)行處理。該基座混凝土抗壓強(qiáng)度均滿足設(shè)計要求，其鋼筋配置滿足設(shè)計及驗收規(guī)范要求，碳化深度小于裂縫深度。根據(jù)振動測試結(jié)果，結(jié)構(gòu)自振頻率與外部振動頻率不一致，經(jīng)有限計算軟件ABAQUS結(jié)構(gòu)分析，混凝土及鋼筋最大應(yīng)力均小于設(shè)計值，各工況下各控制截面的應(yīng)變實測值小于理論值。綜上所述，該結(jié)構(gòu)的安全性等級評定為B級。本文以工程實例介紹了混凝土墻基座開裂后安全性檢測鑒定，文章中主要闡述了檢測項目、結(jié)構(gòu)分析及安全性判定，為類似工程提供參考。