[发明专利]一种双系列窑尾框架加层体系和方法

说明书

本发明公开了一种双系列窑尾框架加层体系和方法，包括由钢管混凝土柱、梁、斜支撑和平台板组成的双跨多层框架结构，底层钢管混凝土柱设有外包柱脚，将外包柱脚四周加固并向上延伸至半层高以上形成增高柱脚，且在增高柱脚之间以及中间层钢管混凝土柱之间设置加固梁，加固梁在与钢斜撑交集处偏移设置，在框架顶部增设一层框架结构。本发明能够在原结构上加层的同时提高结构安全性、降低施工难度、缩短改造周期、降低造价。

技术领域

本发明涉及一种加层加固技术，尤其涉及一种双系列窑尾框架加层体系和方法。

背景技术

预热器是水泥厂中主要的设备之一，常规的双系列预热器窑尾一般是五级预热器旋风筒，每一级旋风筒在窑尾框架结构中占据一层，层高约12～15m。随着环保要求的提高，常规的五级预热器由于能耗较高，大多不能满足低碳环保要求，而将窑尾预热器改为六级后可降低约5kg标准煤。五级窑尾预热器改为六级的意义在于：降低出预热器的气体温度，减小预热器系统热烟气带走的热损失，从而提高预热器的换热效率，降低系统热耗，燃烧用煤量因此降低，实现水泥生产中CO₂减排。

窑尾预热器的五级改六级推行难度很大，主要在于窑尾框架的加固，重点又在于窑尾钢管混凝土柱的加固。根据工艺方案，五级预热器改为六级预热器，需在原塔架顶层再增加一层主楼面。以某工厂5000t/d熟料水泥生产线为例：增加的楼层层高约12米，设备等竖向荷载约1100吨。因为塔架高度增加，塔架需承受的风载及地震荷载也增加，这导致了原塔架的承载力不够，钢框架梁、钢支撑和钢管混凝土柱均需加固。钢管混凝土柱框架节点加固不易，要达到结构工程师建模假定的模型很难，加固不合要求将影响塔架的正常使用。

以塔架中柱(GZ2B，第一层钢管混凝土柱)为例，原5级预热器窑尾塔架柱计算：

第一层钢管混凝土柱：轴向受压承载力验算M＝118.45，N＝17358.42＜N_u＝17361.33，满足要求；

第二层钢管混凝土柱：轴向受压承载力验算M＝167.11，N＝16146.19＜N_u＝16151.66，满足要求；

第三层钢管混凝土柱：轴向受压承载力验算M＝508.49，N＝11519.3＜N_u＝12840.87，满足要求；

改为6级预热器后，窑尾塔架柱计算：

第一层钢管混凝土柱：轴向受压承载力验算：M＝138.98，N＝19975.25＞N_u＝17361.33，不满足要求(超15％)；

第二层钢管混凝土柱：轴向受压承载力验算M＝289.4，N＝18867.91＞N_u＝16643.91，不满足要求(超13.4％)；

第三层钢管混凝土柱：轴向受压承载力验算M＝335.74，N＝15524.48＞N_u＝15009.95，不满足要求(超3.4％)；

第四层钢管混凝土柱：轴向受压承载力验算M＝642.85，N＝11602.55＜N_u＝12362.34，满足要求。

目前钢管混凝土柱的加固方法主要有两种：一种是提高钢管混凝土的套箍指标θ，在钢管柱外面直接贴钢板加固，一种是提高钢管混凝土的横截面面积A_c，在钢管柱外面套钢管柱，中间用高强浇注料填充。

第一种加固方法：圆钢管须在工厂卷好，焊上耳板，先截成若干段的，再剖成两半，切口处均开好坡口，在运输过程中必须做好包装，防止变形。现场安装时难度相当大，首先必须清除钢管柱外壁油漆，对拉螺栓受力要适当，能全线贴合原管壁，再进行焊接。施工工作主要为高空焊接，焊接工作量大，新旧钢管的间隙及焊缝的质量将影响钢管混凝土的套箍作用，影响钢管混凝土柱的承载力。