一、引言鋼煙囪因安裝方便、施工快捷等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于石油、化工、電力、冶金等諸多行業(yè)，它將燃燒的煙氣排放到高空中，利用自然條件使污染物在大氣中彌散、稀釋，大幅降低地面污染物濃度，達(dá)到改善污染源附近地區(qū)大氣環(huán)境的目的。鋼煙囪按結(jié)構(gòu)形式可分為塔架式鋼煙囪、拉索式鋼煙囪和自立式鋼煙囪。由于煙囪結(jié)構(gòu)形式和材料的差異，每種煙囪都有其自身的特點(diǎn)。近幾年國家對環(huán)保愈加重視，對工業(yè)廠房排煙脫硫的要求越來越嚴(yán)格，大量自立式鋼煙囪需要進(jìn)行加高改造，因此，需要對自立式鋼煙囪易出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)損傷和隱患進(jìn)行梳理。本文基于工程經(jīng)驗(yàn)對自立式鋼煙囪存在的典型問題展開介紹。二、典型問題自立式鋼煙囪的筒身在不加任何附加受力支撐的條件下，與基礎(chǔ)一起構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的懸臂結(jié)構(gòu)，其高度與直徑的比值一般控制在20左右。由于是懸臂構(gòu)件，煙囪底部受力最大，因此最合理的形式是上小下大的截頭圓錐形以及由此演變的另外幾種形式。自立式鋼煙囪一般包括煙囪壁、底板、底部豎向加勁肋、底部環(huán)肋等構(gòu)件。圖1

自立式鋼煙囪的幾種形式圖2自立式鋼煙囪結(jié)構(gòu)立面通過大量的工程經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，自立式鋼煙囪存在以下常見的結(jié)構(gòu)損傷和隱患。（1）豎向連接存在缺陷鋼煙囪在高度方向一般是分節(jié)制造，現(xiàn)場拼裝。一般分節(jié)長度可考慮5～10m，每節(jié)之間的連接方式可采用煙囪殼壁對接焊或法蘭盤連接。煙囪殼壁對接焊的優(yōu)點(diǎn)是簡單，煙囪外形整齊，涂裝障礙少，缺點(diǎn)是安裝速度慢，高空焊接質(zhì)量不易保證，因吊裝變形、人工焊接等原因，拼接處的連接焊縫易出現(xiàn)焊腳高度不足、漏焊、虛焊等缺陷；采用法蘭盤連接安裝速度快，但煙囪外形有突出部分，涂裝有障礙，因施工質(zhì)量問題，可能存在法蘭盤高強(qiáng)螺栓缺失、松動(dòng)，法蘭盤上下翼緣拼接處焊接質(zhì)量差。圖3法蘭盤螺栓缺失圖4法蘭盤螺栓松動(dòng)圖5法蘭盤翼緣拼接處連接質(zhì)量差圖6豎向拼接焊縫質(zhì)量差（2）腐蝕煙囪所排放的煙氣中大多含二氧化硫、硫化氫、一氧化硫、氮氧化物、氮?dú)獾雀g性氣體及塵埃。當(dāng)煙氣溫度過低時(shí)，濕熱水汽容易結(jié)露，附于煙囪內(nèi)壁，這時(shí)含硫的煙氣與壁上露珠將結(jié)合成二氧化硫、亞硫酸或稀硫酸，這些生成物對煙囪內(nèi)壁有極強(qiáng)的腐蝕破壞作用，導(dǎo)致鋼板銹蝕銹穿、截面削弱。圖7煙囪壁下部銹穿（3）破風(fēng)圈未設(shè)置或不滿足要求來風(fēng)以一定速度吹向煙囪時(shí)，平行的氣流在煙囪背風(fēng)面的兩側(cè)交替形成旋渦，旋渦的出現(xiàn)與消失會引起煙囪兩側(cè)壓力的改變，迫使煙囪發(fā)生垂直于風(fēng)向的橫向振動(dòng)，當(dāng)渦激頻率接近煙囪自振頻率時(shí)會使煙囪在橫風(fēng)向產(chǎn)生較大幅度的振動(dòng)，具有較強(qiáng)的破壞力。煙囪發(fā)生橫向風(fēng)振并起控制作用時(shí)，工程實(shí)際中常采用空氣動(dòng)力學(xué)方法，采用破風(fēng)圈來消除規(guī)則的旋渦脫落現(xiàn)象，從而達(dá)到消除橫向風(fēng)振的效果。破風(fēng)圈分為交錯(cuò)排列直立板型和螺旋板型，應(yīng)設(shè)置在煙囪上端不小于煙囪高度1/3的范圍內(nèi)，破風(fēng)圈的布置應(yīng)符合下列要求：①交錯(cuò)排列直立板型。直立板厚度不小于6mm，長度不大于1.5m，寬度為煙囪外徑的1/10每圈立板的數(shù)量為4塊，沿?zé)焽鑸A周均布，相鄰圈立板相互錯(cuò)開45°。②螺旋板型。螺旋板型厚度不小于6mm，板寬為煙囪外徑的1/10。螺旋板為三道，沿圓周均布，螺旋節(jié)距可為煙囪外徑的5倍。圖8直立板型破風(fēng)圈圖9螺旋板型破風(fēng)圈（4）底部螺栓單螺帽、螺桿露絲不足自立式鋼煙囪通常采用大直徑錨栓與混凝土基礎(chǔ)連接，常有底部錨栓單螺母、螺桿絲扣不足的問題。圖10地腳錨栓單螺帽圖11地腳錨栓螺帽松動(dòng)（5）底部環(huán)肋未設(shè)置、煙囪下部銹蝕部分自立式鋼煙囪底部僅有豎向加勁肋，未設(shè)置底部環(huán)肋，煙囪底部剛度較小，易導(dǎo)致煙囪傾覆的發(fā)生。此外，底部環(huán)肋的對接焊縫易存在未焊透的現(xiàn)象。煙囪底部易積水，因此，煙囪的底板、下部環(huán)肋、豎向支承肋也極易銹蝕。圖12自立式鋼煙囪的幾種形式圖13底部環(huán)肋拼接焊縫未焊透圖14底板銹蝕圖15豎向支承肋、煙囪根部銹蝕三、案例某鋼廠自立式鋼煙囪，建于2011年，頂部標(biāo)高25.0m，煙囪直徑為1220mm，且沿高度方向直徑均相同；煙囪壁厚沿高度方向均為8mm，。煙囪底部沿方形設(shè)置了32個(gè)地腳螺栓，螺栓直徑為27mm。圖16煙囪外觀經(jīng)檢測鑒定，存在如下問題：（1）煙囪底部未設(shè)置底部環(huán)肋，底部剛度小，受力較為不利。特采用abaqus對底板及豎向加勁肋進(jìn)行驗(yàn)算。經(jīng)驗(yàn)算，底板及加勁肋的承載力和變形滿足規(guī)范要求。（2）該鋼煙囪共檢測8條焊縫，依據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》GB50661-2011（靜載BⅢ級合格）標(biāo)準(zhǔn)，3條焊縫存在缺陷，其余5條焊縫探傷結(jié)果合格。圖17有限元模型圖18底板位移包絡(luò)值圖19底板應(yīng)力分布圖20加勁肋應(yīng)力分布四、結(jié)語自立式鋼煙囪是企業(yè)生產(chǎn)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，其結(jié)構(gòu)安全直接影響企業(yè)安全生產(chǎn)，但在施工階段、使