【摘要】上海某钢厂三号高炉，拟进行大修改造。由于使用至今已近18年，且该高炉区域作业环境复杂、恶劣，结构体系属于复杂的外露式钢框架结构，故需对该结构进行一次严格的检测和安全性评定。本报告对结构的整体变形、钢构件锈蚀程度、混凝土构件强度、构件尺寸与等进行了复核测试，对结构建立计算分析模型，进行结构安全性评定，为后续功能改造提供了有效支撑。
1.检测概述
某钢厂三号高炉，由重庆钢铁设计研究院(现中冶赛迪工程技术股份有限公司)设计，至今使用已近18年。该高炉区域作业环境恶劣，且结构体系属于复杂的外露式钢框架结构。根据委托方的大修计划和要求，本方秉承真实、准确的检测原则，对整体高炉钢结构进行一次严格的检测和安全性评定，为整个高炉大修、结构改造或加固提供科学依据和技术数据。
某钢厂三号高炉(3BF容积4350m3)炉体钢框架为由4根立柱组成的单跨多层钢框架结构，框架底部柱脚中线尺寸38.2×38.2m，总高83.30m。框架基础(柱子)顶面标高3.4m，与高炉基础连为一体。
钢框架结构沿高度方向分为三个部分，分别为炉体下部框架、炉体上部框架和炉顶框架。
1.1 检测鉴定的范围
本次三号高炉大修改造高炉本体及上升下降管需要检测评定的内容包括：
1) 高炉本体基础及桩：基础、钢桩;
2) 高炉框架，包括：上部框架及下部框架;
3) 炉顶框架及平台连接处节点检测;
4) 上升下降管垂直度、管壁残余厚度以及连接节点检测。
1.2主要工作内容
根据安全性评定方案需对现有结构的变形(整体变形和局部变形)、节点连接及腐蚀等状况进行现场检测，检测的内容见表1-1。
2.房屋概况
炉体下部框架的标高范围为3.40m～28.20m，框架梁柱均采用箱形截面，主要框架柱、横梁及横梁支柱采用SM50B钢材，一层平台(标高9.150)和第三层平台(标高28.200)除铁沟下部大梁采用SM50B钢材外，均采用SM41A钢材。炉体下部框架设三层主要平台，第一层平台为出铁场平台，平台框架梁顶面标高9.150m;第三层平台为炉体下部框架顶检修操作平台，平台框架梁顶面标高28.20m，为钢结构平台。炉体下部框架出铁场平台及以下钢结构均外包钢筋混凝土隔热层，出铁场厂房及部分吊车荷载作用于该框架。
炉体上部框架，标高范围为28.20m~44.80m，框架柱采用“十字”形截面，采用SM50B钢材;框架横梁及框架斜撑采用SM50B钢材;第四层平台~第六层平台焊接H型钢及钢板采用SM41A钢材;所有型钢采用Q235-A·F。炉体上部框架设四层主要平台，其中，第四层平台标高32.40m，第五层平台标高36.60m，第六层平台标高40.80m，第七层平台标高44.80m。
炉顶框架，标高44.80m~83.30m，炉顶框架设三层主要平台，所有平台均为钢结构平台。
4.检查及分析结果
4.1高炉基础沉降检测
根据实际情况，采用Leica NA2水准仪加测微器及铟钢尺对通廊支柱基础进行沉降观测，检测结果表明本次基础沉降检测值(2012年2月9日)和(2011年9月10日)检测的沉降值相比，两次数据相比相差约为3mm左右，变化较小。
4.2 高炉基础混凝土强度及碳化深度检测
采用钻芯法现场对3号高炉高炉基础、箱型柱下部、下部箱型梁混凝土强度进行抽样检测。结果表明，所测基础混凝土强度推定值在26.8~44.3MPa之间，所测混凝土构件均有一定程度的碳化，碳化深度约在8mm~24mm范围内。
4.3 基础混凝土损坏状况检测
检测发现有2个基础在0度方向有混凝土疏松、空鼓现象，见图7.3。JⅠ-1-1损伤厚度最深约为18mm，损伤面积约为10m2，有钢筋外露现象，见照片7.3.1，JⅡ-1-1损伤厚度最深约为13mm，损伤面积约为6.25m2，见照片7.3.2。其余混凝土构件未发现有裂缝、疏松等损伤现象。
4.4 高炉本体框架柱倾斜、梁挠度等构件变形情况
4.4.1 上部框架标高28.2m至44.8m十字柱垂直度检测
现场使用全站仪对上部框架标高28.2m至44.8m十字柱垂直度进行检测，检测结果表明：十字柱倾斜率均在《工业建筑可靠性鉴定标准》GB 50144-2008规范中表7.3.9评定B级的范围内。
4.4.2 上部框架梁、H型支撑及下部框架箱型梁变形检测
现场对各梁的挠度采用徕卡TCR1202全站仪进行检测，根据检测结果可见所测构件挠度及变形均在《工业建筑可靠性鉴定标准》50144-2008中6.3.6所规定的范围内。
4.5 高炉本体框架柱梁连接节点变形情况及高强螺栓检测
检测发现有个别节点和构件出现锈蚀现象，高强螺栓进敲击检测未发现有松动脱落等现象。
4.6 高炉及炉顶框架梁、柱等主要构件局部变形情况
现场使用目测的方法对高炉梁、箱型柱进行局部变形检查，通过检查发现炉顶框架梁L180-8-1梁中位置出现上翼缘变形，见图4-4，位置见图4-3。其余构件未发现有局部变形情况。
连接方式为焊接，经探伤此处焊缝未发现缺陷。对其他高强螺栓连接节点进行检查未发现有松动，脱落等现象。
4.8 炉顶框架柱梁、检修吊车平台及斜撑的构件锈蚀状况
现场对上部框架梁柱节点，H型支撑连接节点进行完损检测。检测发现有个别节点和构件出现锈蚀现象，具体见表4-1。
4.9 上升下降管检测
4.9.1 上升下降管锈蚀情况
由于上升下降管长期处在高温状态，所以管壁基本未见锈蚀，由于高温原因表明涂层颜色已改变，但对其影响不大。
4.9.2 上升管垂直度检测
现场使用全站仪对上升管垂直度进行检测，检测结果表明：四根上升管均有一定倾斜，但倾斜率均在《工业建筑可靠性鉴定标准》GB 50144-2008规范中表9.2.7评定的范围内。
4.9.3 上升管及上升下降管连接处主要焊缝检测
对上升管连接焊缝、上升管与下降管相连接处焊缝进行探伤，结果表明：下降管最顶部焊缝存在缺陷，见图4-9、图4-10。其余焊缝未发现有缺陷存在。
4.9.4 上升管与下降管红外热成像检测
通过红外热成像技术对上升管与下降管进行检测，分析其管壁、内材现状。此红外热成像检测为非破损手段，检测结果仅供参考。
图中有可见光照片和热红外照片作比较。热红外照片中呈现白色的代表温度比正常区域偏高很多，由此我们怀疑管道的白色区域存在缺陷。
5 结构整体分析
5.1 结构整体计算模型
本结构整体计算模型以委托方提供的图纸为基础，并辅以现场测量数据，采用3D3S软件建立。结构空间计算模型如图5-1和图5-2所示。
5.2 数值计算结果
(1)结构自振特性
主体框架的前10阶自振周期如表5-1所示，主体框架的前4阶振型如图5-3~图5-5所示。
由图5-3~图5-5可知，结构的前两阶振型均为整体平动振型，第3阶振型为整体扭动振型，第4阶为整体平动振型，第五阶振型至第十阶振型为局部振型，振型分布合理。由表5-1可知，结构的第1阶自振周期为2.19s，第3阶自振周期为1.53s，周期比为0.7，周期比较小，表明结构扭转效应较小。
(2)结构变形分析
主体框架在风荷载作用下的变形如图5-6、图5-7所示。
参考《高层民用建筑钢结构技术规程》(JGJ99-98)5.5.2第二条可知，高层建筑钢结构的层间侧移标准值，不得超过结构层高的1/250，主体框架在地震作用下的层间位移角如表5-2所示。
6 结论与建议
6.1 结论
根据现场检测结果及出铁场主厂房及平台计算结果，参照现行规范及规程对某钢厂3号高炉出铁场主厂房及平台进行检测鉴定，得出如下结论，
(1)高炉基础沉降检测数据表明，基础沉降量(相对于上次沉降量差值)较小，其引起的结构倾斜不影响结构的安全性和正常使用性。
(2)混凝土检测结果表明，一个基础混凝土芯样推定强度不满足设计要求，且碳化现象严重，且部分基础混凝土存在疏松、空鼓和露筋现象;柱外包混凝土和梁外包混凝土碳化现象严重，但其作用为保护钢结构免受外界腐蚀，不承担受力，故不影响构件的安全性。
(3)上部框架标高28.2m至44.8m十字柱垂直度检测结果表明，其变形均满足现行规范要求。
(4)上部框架梁、H型支撑及下部框架箱型梁变形检测结果表明，其变形均满足现行规范要求。
(5)上部框架十字柱脚与箱型柱柱头连接、框架梁柱与H型支撑连接节点情况及高强螺栓检测结果表明，个别节点和构件出现锈蚀现象;高强螺栓进敲击检测未发现有松动脱落等现象。
(6)炉顶框架柱垂直度检测结果表明，其变形均满足现行规范要求。
(7)炉顶框架梁及吊车平台梁变形检测结果表明，其变形均满足现行规范要求。
(8)高炉及炉顶框架梁、柱等主要构件局部变形情况检测结果表明，炉顶框架梁L180-8-1梁中位置出现上翼缘变形，其余构件未发现有局部变形情况。
(9)炉顶框架主要连接焊缝及主要连接螺栓检查结果表明，螺栓连接和焊缝质量均满足现行规范要求。
(10)炉顶框架柱梁、检修吊车平台及斜撑的构件锈蚀状况检测结果表明，
个别节点和构件存在锈蚀现象。
(11)上升下降管管壁锈蚀轻微;四根上升管均有一定倾斜，但均满足现行规范要求。
(12)上升管及上升下降管连接处主要焊缝检测结果表明，下降管最顶部焊缝存在缺陷，其余焊缝未发现有缺陷存在;
(13)红外热成像技术对上升管与下降管进行检测发现，部分区域温度比正常区域温度高很多，估计该异常区域可能存在缺陷。
(14)设计复核结果表明主体框架安全性满足要求。
6.2 建议
(1)高炉主体框架基础疏松起鼓部分采取修复措施，建议凿除疏松混凝土，植筋，与原钢筋网焊接，修补厚度2cm及以下部位，用修补料修补，2cm以上部位立模版，灌自密实灌浆料修补。
(2)存在锈蚀现象的上部框架节点和构件采取除锈防锈措施，对存在锈蚀的构件采取加固措施，对存在锈蚀的节点增加必要的隔离空气维护措施。
(3)上翼缘变形的炉顶框架梁对变形区域采取加固措施，可增加肋板防止进一步的变形。
(3)存在锈蚀现象的炉顶框架节点和构件采取除锈防锈措施，对存在锈蚀的构件采取加固措施，对存在锈蚀的节点增加必要的隔离空气维护措施。
(4)建议对上升下降管做进一步的专业检测，以确定异常区域是否存在缺陷，进而为加固维护提供依据。
