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摘要：随着国民经济的飞速发展，筒仓设计技术不断发展，施工单位在难度上面临新的挑战和更多的施工难题。本文结合工程实例，对钢筋混凝土筒仓加固设计进行了研究。
关键词：筒仓；钢筋混凝土；加固设计
引言
钢筋混凝土筒仓广泛应用于农业、矿业、化工、电力等领域，是我国国民经济建设中一项不可缺少的构筑物。当筒仓出现裂缝时，对其正常使用会产生巨大的影响，因此，本文对混凝土筒仓的加固设计进行了研究。
1.结构概况
本工程位于南方某地区，为储备粮仓，年大米配送量为50万吨，由2组混凝土群仓，每组含6个混凝土单仓，建于2014年。每组混凝土群仓的6个单仓通过仓顶栈桥相连、外形与构造相同，单仓设计最大储物质量7000t，目前混凝土群仓均已竣工，整体外观见图1。各群仓自2015年3月按设计最大仓容储物后，陆续发现部分仓壁混凝土外侧出现较严重裂损。
图1d 图1e
图1混凝土群仓布局及现场局部外观
这些混凝土筒仓的仓壁与环梁、附壁柱均采用滑模施工成型，仓壁顶面标高为51.700m，基础采用天然地基，开挖到强风化至中风化岩面，基础底标高为-1.500，混凝土筏板厚度为900mm，筒壁与仓壁厚度为250mm、内径为25.0m。混凝土环梁截面（b×h）为500mm×600mm。设计混凝土强度等级为C30。筒壁径向与环向均双层对称配筋，钢筋屈服强度为360MPa，径向配筋的混凝土保护层厚度为30mm，环向筋位于径向筋内侧，仓壁原设计构造见图2和表1。
图2仓壁原设计构造
混凝土筒壁原设计配筋表1
12个筒仓壁内径向、环向筋的直径均同施工图要求，但钢筋间距大于原设计要求，故使得钢筋总数少于原设计要求。
2.筒壁裂损状况
总体上，筒仓的径向裂缝数量较多、宽度较大，环向裂缝的数量与宽度次之，斜向裂缝的数量较少、宽度较小。仓壁外侧多数裂缝分布于中部，少数裂缝分布于下部。裂缝沿圆周分布，其形态无明显规律，表面宽度约0.45～1.25mm。表明浇筑成型时曾不同程度出现底模下移（跑模），致使筒壁外侧配筋的混凝土保护层厚度有明显增大。裂缝已对筒仓的正常使用时的密闭性产生了影响，故需对筒仓进行加固处理。
3.加固方案比较
参照相关规范要求，在多个可行的筒仓加固方案中，综合考虑有关各方要求与现场具体情况，选出以下两个方案进行比较。
3.1包大截面法——新增配筋混凝土覆壳
新增配筋混凝土覆壳做法（方案一）如下：1）清除筒仓表面可能存在的杂物与浮灰，剔除环梁顶面填充凹角；2）按加固设计要求布放覆壳内径向与环向配筋及新增环梁配筋，采用喷射混凝土方法浇筑C35细石混凝土；3）对新增覆壳与环梁连续保湿养护10d，避免忽干忽湿；4）用环氧树脂水泥砂浆注射修补现状筒仓局部裂损与凹陷处，局部适时刮抹腻子、刷白色涂料。
3.2粘贴碳纤维片材（CFS）
粘贴碳纤维片材（CFS）做法（方案二）如下：1）先打磨筒仓的内外两侧斜面、清除表面疏松层和浮灰，打磨层厚度约2～4mm，再用环氧树脂水泥砂浆注射修补局部凹陷及破损处；2）按加固设计要求，逐层粘贴已浸胶CFS（层数与间距由计算确定），最外层环向片材覆压径向片材，适时在CFS外侧铺粘粒径1～3mm粗砂；3）对聚合物砂浆面层连续保湿养护3d，避免养护期内忽干忽湿；4）按原设计要求，在仓壁外侧先抹腻子，再刷白色涂料。
3.3综合比较结果
根据筒仓加固后的径向与环向抗裂和承载力验算分析及现场施工操作条件，对两个可行加固方案进行了比较。方案一的仓内施工条件较差，加固材料入仓不便，加固工期较长，同时减少了筒仓的有效容积，但加固投资相对较少，对项目投资有限的情况下，是个很好的选择。方案二可明显提高筒仓抗裂性能，施工操作相对方便，加固工期较短，但须在筒仓密排粘贴多层CFS，总体加固费用较高（费用约为方案一的一倍）。通过各方的充分协商，技术上的反复权衡，由专业公司进行加固设计深化，筒仓工程的加固设计最终选用了方案一（包大截面加固法——新增配筋混凝土覆壳），结果表明其使用效果以及经济效果均达到良好。
4.方案二验算
4.1验算条件
现状筒仓的截面、环向与径向配筋同实际情况，混凝土强度等级参照检测结果取C35。筒仓新增覆壳的厚度同现状筒仓，内外两侧径向与环向筋的混凝土保护层厚度分别为30，48mm。覆壳上沿口新增环梁截面（b×h）为600mm×600mm，与覆壳同时浇筑成型。新增覆壳与环梁配HＲB400钢筋，混凝土强度等级为C35，混凝土容重为25kN/m3。
筒仓加固后形成上、下两层可相对滑动的组合截面，下层为现状筒仓，上层为新增覆壳，两层面壳及新旧环梁之间设隔离层。最大仓容荷载为7000t，不考虑筒仓基础变形影响。对于设计荷载组合效应，现状筒仓分担60%、新增覆壳分担40%，两层截面的各工况内力分别根据独立模型计算分析确定。筒仓内力与变形计算分析时，正常使用极限状态荷载组合：1.0恒载+1.0贮料活载；承载能力极限状态荷载组合：1.2恒载+1.3贮料活载，按原设计工况暂不考虑仓内外温差荷载效应，不考虑风荷载与地震作用影响。
筒仓加固后续使用年限为30年，组合截面验算部位控制最大裂缝宽度：上层顶面与下层底面≤0.15mm，上层底面与下层顶面≤0.30mm，两层构造各控制部位承载力以及裂缝均满足规范要求。
4.2内力分析模型
用薄壳单元模拟筒壁（不考虑单元平面外剪切变形），用杆件单元模拟环梁，计算分析不考虑各类材料塑性变形及混凝土裂损影响。
4.3验算结果
4.3.1抗裂性能
按现状筒仓分担60%荷载标准组合效应，验算了下层面壳径向与环向控制部位的组合应力与最大裂缝宽度，新增覆壳加固处理后，现状筒壁的底面验算最大裂缝宽度为0.21mm，大于加固设计相应控制值0.15mm。由于现状筒壁的实测混凝土强度为47.9～56.9MPa，明显大于原设计，此验算部位实际未发现可见裂缝，且该验算值大于控制值的程度相对较小，因此可不再采取相应措施。
按新增覆壳分担40%荷载标准组合效应，验算了上层面壳径向与环向控制部位的组合应力与最大裂缝宽度，满足规范要求。
4.3.2配筋验算
按现状筒壁分担60%荷载基本组合效应，验算了下层面壳径向与环向控制部位的组合内力与配筋，按新增覆壳分担40%荷载基本组合效应，验算了上层面壳径向与环向控制部位的组合内力与配筋，均满足要求。
5.结论与建议
综上所述，本文通过对具体工程混凝土群仓筒壁裂损与安全度缺陷的加固设计研究，提出了内外两侧粘贴碳纤维片材和包大截面加固——新增配筋混凝土覆壳两个可行加固方案。同时，提出了钢筋混凝土筒仓在设计时，结构内力分析宜尽量选用三维有限元计算模型，以提高工程的整体质量。
参考文献
[1]18m钢筋混凝土筒仓设计分析[J].马瑞斌.山西建筑.2016（13）
[2]探析筒仓结构无粘结预应力施工技术[J].李涛.建筑工程技术与设计，2015，（20）.
[3]钢筋混凝土筒仓全钢大模板翻模施工技术[J].李生增，苏群山.建筑施工，2016，（9）
论文作者:韩红
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第10期
论文发表时间:2018/8/23
标签：筒仓论文; 混凝土论文; 组合论文; 裂缝论文; 荷载论文; 截面论文; 钢筋混凝土论文; 《建筑学研究前沿》2018年第10期论文;