【摘要】上海某鋼廠三號高爐，擬進行大修改造。由于使用至今已近18年，且該高爐區域作業環境復雜、惡劣，結構體系屬于復雜的外露式鋼框架結構，故需對該結構進行一次嚴格的檢測和安全性評定。本報告對結構的整體變形、鋼構件銹蝕程度、混凝土構件強度、構件尺寸與等進行了復核測試，對結構建立計算分析模型，進行結構安全性評定，為后續功能改造提供了有效支撐。
1.檢測概述
某鋼廠三號高爐，由重慶鋼鐵設計研究院(現中冶賽迪工程技術股份有限公司)設計，至今使用已近18年。該高爐區域作業環境惡劣，且結構體系屬于復雜的外露式鋼框架結構。根據委托方的大修計劃和要求，本方秉承真實、準確的檢測原則，對整體高爐鋼結構進行一次嚴格的檢測和安全性評定，為整個高爐大修、結構改造或加固提供科學依據和技術數據。
某鋼廠三號高爐(3BF容積4350m3)爐體鋼框架為由4根立柱組成的單跨多層鋼框架結構，框架底部柱腳中線尺寸38.2×38.2m，總高83.30m。框架基礎(柱子)頂面標高3.4m，與高爐基礎連為一體。
鋼框架結構沿高度方向分為三個部分，分別為爐體下部框架、爐體上部框架和爐頂框架。
1.1 檢測鑒定的范圍
本次三號高爐大修改造高爐本體及上升下降管需要檢測評定的內容包括：
1) 高爐本體基礎及樁：基礎、鋼樁;
2) 高爐框架，包括：上部框架及下部框架;
3) 爐頂框架及平臺連接處節點檢測;
4) 上升下降管垂直度、管壁殘余厚度以及連接節點檢測。
1.2主要工作內容
根據安全性評定方案需對現有結構的變形(整體變形和局部變形)、節點連接及腐蝕等狀況進行現場檢測，檢測的內容見表1-1。
2.房屋概況
爐體下部框架的標高范圍為3.40m～28.20m，框架梁柱均采用箱形截面，主要框架柱、橫梁及橫梁支柱采用SM50B鋼材，一層平臺(標高9.150)和第三層平臺(標高28.200)除鐵溝下部大梁采用SM50B鋼材外，均采用SM41A鋼材。爐體下部框架設三層主要平臺，第一層平臺為出鐵場平臺，平臺框架梁頂面標高9.150m;第三層平臺為爐體下部框架頂檢修操作平臺，平臺框架梁頂面標高28.20m，為鋼結構平臺。爐體下部框架出鐵場平臺及以下鋼結構均外包鋼筋混凝土隔熱層，出鐵場廠房及部分吊車荷載作用于該框架。
爐體上部框架，標高范圍為28.20m~44.80m，框架柱采用“十字”形截面，采用SM50B鋼材;框架橫梁及框架斜撐采用SM50B鋼材;第四層平臺~第六層平臺焊接H型鋼及鋼板采用SM41A鋼材;所有型鋼采用Q235-A·F。爐體上部框架設四層主要平臺，其中，第四層平臺標高32.40m，第五層平臺標高36.60m，第六層平臺標高40.80m，第七層平臺標高44.80m。
爐頂框架，標高44.80m~83.30m，爐頂框架設三層主要平臺，所有平臺均為鋼結構平臺。
4.檢查及分析結果
4.1高爐基礎沉降檢測
根據實際情況，采用Leica NA2水準儀加測微器及銦鋼尺對通廊支柱基礎進行沉降觀測，檢測結果表明本次基礎沉降檢測值(2012年2月9日)和(2011年9月10日)檢測的沉降值相比，兩次數據相比相差約為3mm左右，變化較小。
4.2 高爐基礎混凝土強度及碳化深度檢測
采用鉆芯法現場對3號高爐高爐基礎、箱型柱下部、下部箱型梁混凝土強度進行抽樣檢測。結果表明，所測基礎混凝土強度推定值在26.8~44.3MPa之間，所測混凝土構件均有一定程度的碳化，碳化深度約在8mm~24mm范圍內。
4.3 基礎混凝土損壞狀況檢測
檢測發現有2個基礎在0度方向有混凝土疏松、空鼓現象，見圖7.3。JⅠ-1-1損傷厚度最深約為18mm，損傷面積約為10m2，有鋼筋外露現象，見照片7.3.1，JⅡ-1-1損傷厚度最深約為13mm，損傷面積約為6.25m2，見照片7.3.2。其余混凝土構件未發現有裂縫、疏松等損傷現象。
4.4 高爐本體框架柱傾斜、梁撓度等構件變形情況
4.4.1 上部框架標高28.2m至44.8m十字柱垂直度檢測
現場使用全站儀對上部框架標高28.2m至44.8m十字柱垂直度進行檢測，檢測結果表明：十字柱傾斜率均在《工業建筑可靠性鑒定標準》GB 50144-2008規范中表7.3.9評定B級的范圍內。
4.4.2 上部框架梁、H型支撐及下部框架箱型梁變形檢測
現場對各梁的撓度采用徠卡TCR1202全站儀進行檢測，根據檢測結果可見所測構件撓度及變形均在《工業建筑可靠性鑒定標準》50144-2008中6.3.6所規定的范圍內。
4.5 高爐本體框架柱梁連接節點變形情況及高強螺栓檢測
檢測發現有個別節點和構件出現銹蝕現象，高強螺栓進敲擊檢測未發現有松動脫落等現象。
4.6 高爐及爐頂框架梁、柱等主要構件局部變形情況
現場使用目測的方法對高爐梁、箱型柱進行局部變形檢查，通過檢查發現爐頂框架梁L180-8-1梁中位置出現上翼緣變形，見圖4-4，位置見圖4-3。其余構件未發現有局部變形情況。
連接方式為焊接，經探傷此處焊縫未發現缺陷。對其他高強螺栓連接節點進行檢查未發現有松動，脫落等現象。
4.8 爐頂框架柱梁、檢修吊車平臺及斜撐的構件銹蝕狀況
現場對上部框架梁柱節點，H型支撐連接節點進行完損檢測。檢測發現有個別節點和構件出現銹蝕現象，具體見表4-1。
4.9 上升下降管檢測
4.9.1 上升下降管銹蝕情況
由于上升下降管長期處在高溫狀態，所以管壁基本未見銹蝕，由于高溫原因表明涂層顏色已改變，但對其影響不大。
4.9.2 上升管垂直度檢測
現場使用全站儀對上升管垂直度進行檢測，檢測結果表明：四根上升管均有一定傾斜，但傾斜率均在《工業建筑可靠性鑒定標準》GB 50144-2008規范中表9.2.7評定的范圍內。
4.9.3 上升管及上升下降管連接處主要焊縫檢測
對上升管連接焊縫、上升管與下降管相連接處焊縫進行探傷，結果表明：下降管最頂部焊縫存在缺陷，見圖4-9、圖4-10。其余焊縫未發現有缺陷存在。
4.9.4 上升管與下降管紅外熱成像檢測
通過紅外熱成像技術對上升管與下降管進行檢測，分析其管壁、內材現狀。此紅外熱成像檢測為非破損手段，檢測結果僅供參考。
圖中有可見光照片和熱紅外照片作比較。熱紅外照片中呈現白色的代表溫度比正常區域偏高很多，由此我們懷疑管道的白色區域存在缺陷。
5 結構整體分析
5.1 結構整體計算模型
本結構整體計算模型以委托方提供的圖紙為基礎，并輔以現場測量數據，采用3D3S軟件建立。結構空間計算模型如圖5-1和圖5-2所示。
5.2 數值計算結果
(1)結構自振特性
主體框架的前10階自振周期如表5-1所示，主體框架的前4階振型如圖5-3~圖5-5所示。
由圖5-3~圖5-5可知，結構的前兩階振型均為整體平動振型，第3階振型為整體扭動振型，第4階為整體平動振型，第五階振型至第十階振型為局部振型，振型分布合理。由表5-1可知，結構的第1階自振周期為2.19s，第3階自振周期為1.53s，周期比為0.7，周期比較小，表明結構扭轉效應較小。
(2)結構變形分析
主體框架在風荷載作用下的變形如圖5-6、圖5-7所示。
參考《高層民用建筑鋼結構技術規程》(JGJ99-98)5.5.2第二條可知，高層建筑鋼結構的層間側移標準值，不得超過結構層高的1/250，主體框架在地震作用下的層間位移角如表5-2所示。
6 結論與建議
6.1 結論
根據現場檢測結果及出鐵場主廠房及平臺計算結果，參照現行規范及規程對某鋼廠3號高爐出鐵場主廠房及平臺進行檢測鑒定，得出如下結論，
(1)高爐基礎沉降檢測數據表明，基礎沉降量(相對于上次沉降量差值)較小，其引起的結構傾斜不影響結構的安全性和正常使用性。
(2)混凝土檢測結果表明，一個基礎混凝土芯樣推定強度不滿足設計要求，且碳化現象嚴重，且部分基礎混凝土存在疏松、空鼓和露筋現象;柱外包混凝土和梁外包混凝土碳化現象嚴重，但其作用為保護鋼結構免受外界腐蝕，不承擔受力，故不影響構件的安全性。
(3)上部框架標高28.2m至44.8m十字柱垂直度檢測結果表明，其變形均滿足現行規范要求。
(4)上部框架梁、H型支撐及下部框架箱型梁變形檢測結果表明，其變形均滿足現行規范要求。
(5)上部框架十字柱腳與箱型柱柱頭連接、框架梁柱與H型支撐連接節點情況及高強螺栓檢測結果表明，個別節點和構件出現銹蝕現象;高強螺栓進敲擊檢測未發現有松動脫落等現象。
(6)爐頂框架柱垂直度檢測結果表明，其變形均滿足現行規范要求。
(7)爐頂框架梁及吊車平臺梁變形檢測結果表明，其變形均滿足現行規范要求。
(8)高爐及爐頂框架梁、柱等主要構件局部變形情況檢測結果表明，爐頂框架梁L180-8-1梁中位置出現上翼緣變形，其余構件未發現有局部變形情況。
(9)爐頂框架主要連接焊縫及主要連接螺栓檢查結果表明，螺栓連接和焊縫質量均滿足現行規范要求。
(10)爐頂框架柱梁、檢修吊車平臺及斜撐的構件銹蝕狀況檢測結果表明，
個別節點和構件存在銹蝕現象。
(11)上升下降管管壁銹蝕輕微;四根上升管均有一定傾斜，但均滿足現行規范要求。
(12)上升管及上升下降管連接處主要焊縫檢測結果表明，下降管最頂部焊縫存在缺陷，其余焊縫未發現有缺陷存在;
(13)紅外熱成像技術對上升管與下降管進行檢測發現，部分區域溫度比正常區域溫度高很多，估計該異常區域可能存在缺陷。
(14)設計復核結果表明主體框架安全性滿足要求。
6.2 建議
(1)高爐主體框架基礎疏松起鼓部分采取修復措施，建議鑿除疏松混凝土，植筋，與原鋼筋網焊接，修補厚度2cm及以下部位，用修補料修補，2cm以上部位立模版，灌自密實灌漿料修補。
(2)存在銹蝕現象的上部框架節點和構件采取除銹防銹措施，對存在銹蝕的構件采取加固措施，對存在銹蝕的節點增加必要的隔離空氣維護措施。
(3)上翼緣變形的爐頂框架梁對變形區域采取加固措施，可增加肋板防止進一步的變形。
(3)存在銹蝕現象的爐頂框架節點和構件采取除銹防銹措施，對存在銹蝕的構件采取加固措施，對存在銹蝕的節點增加必要的隔離空氣維護措施。
(4)建議對上升下降管做進一步的專業檢測，以確定異常區域是否存在缺陷，進而為加固維護提供依據。
