某鋼筋混凝土筒倉結構檢測鑒定

李紅超，劉 巖，韓 朋

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

0 引言

2019 年 6 月四川宜賓發生 6.0 級地震，該地區某水泥廠內一筒倉出現裂縫。該筒倉為單排雙連體圓形鋼筋混凝土結構，直徑（內徑）12 m，高度 36 m，筒倉壁厚300 mm。該筒倉建筑安全等級二級，抗震設防烈度 6 度（0.05g），丙類設防［1］。該筒倉使用用途為存儲制備水泥的原材料（常溫狀態），筒倉結構平面圖如圖 1 所示。為了評估該筒倉震后的結構現狀，通過對結構主要參數的檢測和結構承載力復核，綜合評定其可靠性等級，并提出相應處理措施。

圖1 筒倉結構平面圖（單位：mm）

1 現場檢測

現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、游標卡尺等儀器設備對筒倉截面尺寸、混凝土強度、鋼筋配置、垂直度進行檢測，并對地基基礎工作狀態、結構外觀質量及損傷情況進行檢查［2］。

1.1 外觀質量及損傷情況

經檢查發現，筒壁底部多處存在交叉斜裂縫，且多分布在門洞的兩側，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現明顯開裂。筒倉底部出現裂縫的位置如圖 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 筒倉裂縫檢查結果

受地震作用，筒壁下部承受的地震剪力較大。根據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 其他項目檢測結果

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

2）截面尺寸。所測筒壁壁厚滿足設計及規范要求。

3）鋼筋配置情況。所測筒壁、倉壁的環向和豎向鋼筋間距均滿足設計及規范要求。

4）構筑物垂直度。所測該構筑物最大傾斜率對應的側向位移為 20.5 mm，相當于 H/1 390（H 為測點高差），滿足 GB 50144－2008《工業建筑可靠性鑒定標準》規定限值 H/500 的要求。

5）地基基礎工作狀態。未發現因地基與基礎出現較大沉降或不均勻沉降引起的上部結構損壞跡象。

2 結構承載力復核

根據相關規范標準以及現場檢測結果，采用 YJK 系列軟件，對該結構承載力進行復核。結構有限元模型與網格劃分如圖 6 所示。

圖6 筒倉結構有限元模型

2.1 計算參數

結構混凝土強度等級 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 貯料內摩擦角：33°，筒倉 2 貯料內摩擦角：35°；筒倉 1 和筒倉 2 庫存容量各為 3 000 t；基本風壓：0.3 kN/m2，地面粗糙度類別：B 類；抗震設防烈度 6 度（0.05g），設計地震分組為第三組，場地類別為Ⅱ類；結構自重由程序自動計算；倉頂恒荷載根據實測建筑做法確定，并根據GB 50009－2012《建筑結構荷載規范》［3］取值；設備荷載根據設備的工藝參數，并參照 GB 50077－2017《鋼筋混凝土筒倉設計標準》［4］的有關規定計算確定。

2.2 結構計算結果

1）經軟件計算分析，倉壁與倉底板交接范圍應力集中。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。恒載作用下筒倉結構應力云圖如圖 7 所示；筒倉 1 滿倉時結構應力云圖如圖 8 所示；筒倉 2 滿倉時結構應力云圖如圖 9 所示；X向風荷載作用下結構應力云圖如圖 10 所示；X向地震作用下結構應力云圖如圖 11 所示。

圖7 恒載下筒倉結構應力云圖

圖8 筒倉 1 滿倉時結構應力云圖

圖9 筒倉 2 滿倉時結構應力云圖

圖10 X 向風荷載下結構應力云圖

圖11 X 向地震作用下結構應力云圖

2）考慮倉壁固端約束的邊界效應，參照 GB 50077 －2017《鋼筋混凝土筒倉設計標準》第 5.2.1 條規定，依據公式 5.2.1-3～5.2.1-7 進行復核計算，其中，貯料總高度h=19 m，筒倉（內）半徑r=6 m，倉壁厚度t=0.30 m，倉壁底部水平側壓力p=102 kN/m（軟件計算結果），泊松比μc=0.2。

經計算倉底彎矩M0=51.2kN·m，倉底剪力V0= 102.2 kN。

依據 GB 50077－2017《鋼筋混凝土筒倉設計標準》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 GB 50077－2017《鋼筋混凝土筒倉設計標準》附錄 E，函數ψ=0.488 8，函數θ=0.707 7，函數ζ=0.218 9。

經計算，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。

根據以上計算結果，依據 GB 50010－2010《混凝土結構設計規范》［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。根據規范第 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；根據規范第 6.2.10 條，經計算，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果均滿足要求。

3 結構鑒定

3.1 抗震鑒定

根據 GB 50191－2012《構筑物抗震設計規范》［6］第 3.1.2 條規定，該構筑物抗震設防烈度為 6 度可不進行地震作用計算，僅需核查其抗震措施。經核查，該構筑物抗震措施均符合 GB 50191－2012《構筑物抗震設計規范》的規定。

3.2 可靠性鑒定

依據 GB 50144－2008《工業建筑可靠性鑒定標準》［7］的相關規定，對該構筑物的可靠性進行鑒定評級。結構系統可靠性鑒定評級分為地基基礎、倉體與支撐結構、附屬設施三個子系統的可靠性鑒定評級，子系統根據其安全性等級及使用性等級綜合進行評定，附屬設施評定可不參與鑒定單元的評級。

3.2.1 地基基礎子單元

根據現場檢測結果，未發現結構明顯沉降、偏斜等狀況，考慮上部結構現狀綜合評定該構筑物地基基礎可靠性等級評為 A 級。

3.2.2 倉體與支撐結構子單元

根據現場檢測結果，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《工業建筑可靠性鑒定標準》表 6.2.5-1 規定的 C 級要求，倉體與支撐結構的可靠性等級評為 C 級。

3.2.3 附屬設施子單元

未發現附屬設施損壞，工作性能良好，附屬設施的可靠性等級評為 A 級。

3.2.4 結構可靠性鑒定

綜合地基基礎、倉體與支撐結構和附屬設施的可靠性評級結果，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擦拭干凈，并晾至干燥狀態；②在裂縫兩側涂一層環氧樹脂基液，然后涂抹一層環氧樹脂膠泥，涂抹時應避免產生氣泡，保證封閉。

2）寬度 0.3～0.5 mm 的裂縫。①沿裂縫鑿出V形槽，清除槽內粉塵、碎屑；②埋設灌膠嘴；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，將埋設灌膠嘴處表面抹平［8］。

5 結語

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 YJK 軟件計算和手算復核，該筒倉結構承載力滿足要求。

3）根據檢測和承載力復核結果，經鑒定，該筒倉結構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《工業建筑可靠性鑒定標準》規定的 c 級要求。

4）根據檢測鑒定結果，對筒倉存在的裂縫提出了相應的處理措施。Q