反應(yīng)器和再生器是煉油廠催化裂化裝置的核心設(shè)備，催化裂化裝置的擴(kuò)能改造離不開對反應(yīng)器和再生器的改造，當(dāng)然也離不開對支撐反應(yīng)器和再生器的兩器框架的改造與加固。

    兩器框架不同于一般構(gòu)架，它具有以下特點(diǎn)：（1）承受荷載大，重者達(dá)上千噸；（2）其他設(shè)備直徑大、高度較高；（3）與設(shè)備相連的管線較粗、較重，且管線產(chǎn)生的偏心荷載大；（4）受斜管推力的影響大；（5）結(jié)構(gòu)重要性程度高，規(guī)范規(guī)定其安全等級為一級，并規(guī)定按乙類建筑進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。

    由于兩器框架的重要性和特殊性，對其進(jìn)行改造加固遠(yuǎn)較對一般建構(gòu)物的加固難度大得多。

    本為結(jié)合某煉油廠催化裂化改造工程對兩器框架的加固設(shè)計(jì)進(jìn)行探討。

1工程概況

    某煉油廠再生器框架的結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土方形框架，鋼平臺，頂層為板式結(jié)構(gòu)。原兩器設(shè)備地腳螺栓32M42（材質(zhì)為Q235）,改造后為32M56（材質(zhì)為Q345），地腳螺栓中心圓直徑為7370mm。原框架梁柱混凝土強(qiáng)度等級為C18（舊規(guī)范200#混凝土）。

原有其它數(shù)據(jù)已無從得知，新委托基礎(chǔ)數(shù)據(jù)如下：

①     再生器：設(shè)備自重3100kN

襯里重2020 kN

平臺梯子重500kN

附塔管線重930kN

操作介質(zhì)重1050 kN

②     油氣管線

提升管荷載600kN

偏心距5500mm

提升管直徑1100mm

長度50000mm

③     自然條件：

基本風(fēng)壓：0.45kN/m²

地面粗糙度：B類

抗震設(shè)防烈度：8度，ɑ=0.20ɡ，第一組場地類別：Ⅱ類

2加固方案選擇

    由于種種原因，該框架的計(jì)算書已經(jīng)無處可找，主體專業(yè)也無法查到原有委托資料，所以無法通過對比比較的簡單方法來判斷是否需要加固或哪一部分需要加固。另外由于設(shè)計(jì)時(shí)間較長，當(dāng)時(shí)的規(guī)范與現(xiàn)行規(guī)范有很大差別，實(shí)際上即使不擴(kuò)能改造可能也不能滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求而需要加固。為了確定加固方案，首先按改造后荷載，根據(jù)現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范，采用目前國內(nèi)建筑行業(yè)應(yīng)用較廣泛的PK計(jì)算程序進(jìn)行分析。

    荷載組合時(shí)，考慮正常生產(chǎn)和地震作用兩種荷載狀態(tài)的8種組合情況：

（1）       恒載+活載+風(fēng)載（X正向）

（2）       恒載+活載+風(fēng)載（X負(fù)向）

（3）       恒載+活載+風(fēng)載（Y正向）

（4）       恒載+活載+風(fēng)載（Y負(fù)向）

（5）       恒載+活載+地震作用（X正向）

（6）       恒載+活載+地震作用（X負(fù)向）——控制1

（7）       恒載+活載+地震作用（Y負(fù)向）——控制2

（8）       恒載+活載+地震作用（Y負(fù)向）

    綜合比較可知：（6）和（7）兩種組合起控制作用按兩種組合狀態(tài)下荷載分別對框架進(jìn)行受力分析計(jì)算。

   原框架柱、梁均不能滿足新增荷載的要求，必須進(jìn)行加固。

    對地基基礎(chǔ)的計(jì)算結(jié)果顯示：地基承載力及基礎(chǔ)配筋均可以滿足設(shè)計(jì)要求，，不需加固。本框架可供選擇的加固方案有：增大截面加固、外包鋼加固法和改變受力體系法。3種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。其中，增大截面法是采用同種材料-鋼筋混凝土，來增加原混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面面積，達(dá)到提高結(jié)構(gòu)承載力和滿足正常使用的加固方法。外包鋼加固法是以型鋼（一般為角鋼）外包于構(gòu)件四周（或兩角）的加固方法，根據(jù)施工方法的不同，可分為干式和濕式兩種。此法施工簡單，現(xiàn)場工作量較小，施工工期短，受力較為可靠。適用于使用上不允許增大原構(gòu)件截面尺寸，卻又要求大幅度地提高截面承載力的混凝土結(jié)構(gòu)加固。改變結(jié)構(gòu)的受力體系的方法。

    根據(jù)本框架的實(shí)際情況， 如采用改變受力體系法，通過增加鋼結(jié)構(gòu)八字支撐將原鋼筋混凝土框架改為混合桁架結(jié)構(gòu)，但此法對框架使用空間影響較大，與管線設(shè)備相碰太多尤其是反應(yīng)器面向再生器一側(cè)由于斜管的存在使增加支撐難上加難，而且支撐的節(jié)點(diǎn)連接也存在不少問題。

    原框架梁柱斷面偏小且配筋相差較多，采用增大截面法可以解決這一問題，但常規(guī)的增大截面法又不易保證加固后的梁柱剛接問題。最后經(jīng)過反復(fù)對比分析決定采用增大截面與濕式外包鋼相結(jié)合的加固方法。即利用化學(xué)漿液灌漿料得快硬早強(qiáng)特性，并將其作為粘結(jié)料填塞在外包鋼與原有混凝土柱梁之間，按增大截面法要求計(jì)算和施工新增構(gòu)件部分的一種組合方法。

3加固設(shè)計(jì)

3.1梁柱截面剛度計(jì)算

    參照《混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)范》（CECS25：90）的規(guī)定，增大截面與濕式外包鋼加固相結(jié)合法梁柱的抗彎剛度可近似按下式計(jì)算：EI=E_coI_co+0.5E_ɑA_ɑɑ²

    抗拉剛度參照抗彎剛度計(jì)算：EI=E_coI_co+2E_ɑA_ɑ

    式中：E_co為原構(gòu)件砼彈性模量（也可以根據(jù)所采用的灌漿料情況，適當(dāng)提高計(jì)算值）；I_co為新構(gòu)件截面慣性矩；A_co為新構(gòu)件截面面積；E_ɑ為加固型鋼彈性模量；A_ɑ為加固構(gòu)件一側(cè)外包鋼截面面積；ɑ為受拉、壓兩側(cè)型鋼截面形心間的距離。

梁柱計(jì)算過程略。

通過本次改造設(shè)計(jì)，得到以下結(jié)論：

（1）                改造工程一般都存在多方面條件的嚴(yán)格限制，在確定加固方案時(shí)要綜合考慮各種方案在現(xiàn)場實(shí)施的可能性，并進(jìn)行必要的經(jīng)濟(jì)效果評價(jià)。需要指出的是，該經(jīng)濟(jì)效果評價(jià)應(yīng)該是所有專業(yè)的綜合效果評價(jià)，而不是僅指結(jié)構(gòu)專業(yè)本身，最終確定較合理的加固方案。

（2）                在條件可能的情況下，加固時(shí)應(yīng)采取卸載措施。本次結(jié)構(gòu)加固要求將兩器設(shè)備里德介質(zhì)（催化劑）及設(shè)備內(nèi)擋板和外部附加管線等荷載盡可能先卸掉，這樣可以減少應(yīng)力、應(yīng)變滯后現(xiàn)象對加固結(jié)構(gòu)受力上的不利影響。

（3）                從一定意義上講，施工的質(zhì)量決定了加固結(jié)構(gòu)新舊兩部分共同工作的程度。建議在設(shè)計(jì)中應(yīng)詳細(xì)注明對加固設(shè)計(jì)的施工要求，如將原有構(gòu)件表面鑿毛，用水沖洗干凈后，再涂刷界面劑，最后澆注灌漿料，并在現(xiàn)場配合施工以確保加固施工實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖。

（4）           采用外包鋼與增大截面相結(jié)合的加固方法，既解決了全部采用外包鋼加固干式法不能解決抗剪問題，又比單純的增大截面法較易保證梁柱剛接問題，能適應(yīng)目前煉油廠各裝置利用檢修期實(shí)施改造工程的需要。

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