反应器和再生器是炼油厂催化裂化装置的核心设备，催化裂化装置的扩能改造离不开对反应器和再生器的改造，当然也离不开对支撑反应器和再生器的两器框架的改造与加固。

    两器框架不同于一般构架，它具有以下特点：（1）承受荷载大，重者达上千吨；（2）其他设备直径大、高度较高；（3）与设备相连的管线较粗、较重，且管线产生的偏心荷载大；（4）受斜管推力的影响大；（5）结构重要性程度高，规范规定其安全等级为一级，并规定按乙类建筑进行抗震设计。

    由于两器框架的重要性和特殊性，对其进行改造加固远较对一般建构物的加固难度大得多。

    本为结合某炼油厂催化裂化改造工程对两器框架的加固设计进行探讨。

1工程概况

    某炼油厂再生器框架的结构形式为钢筋混凝土方形框架，钢平台，顶层为板式结构。原两器设备地脚螺栓32M42（材质为Q235）,改造后为32M56（材质为Q345），地脚螺栓中心圆直径为7370mm。原框架梁柱混凝土强度等级为C18（旧规范200#混凝土）。

原有其它数据已无从得知，新委托基础数据如下：

①     再生器：设备自重3100kN

衬里重2020 kN

平台梯子重500kN

附塔管线重930kN

操作介质重1050 kN

②     油气管线

提升管荷载600kN

偏心距5500mm

提升管直径1100mm

长度50000mm

③     自然条件：

基本风压：0.45kN/m²

地面粗糙度：B类

抗震设防烈度：8度，ɑ=0.20ɡ，第一组场地类别：Ⅱ类

2加固方案选择

    由于种种原因，该框架的计算书已经无处可找，主体专业也无法查到原有委托资料，所以无法通过对比比较的简单方法来判断是否需要加固或哪一部分需要加固。另外由于设计时间较长，当时的规范与现行规范有很大差别，实际上即使不扩能改造可能也不能满足现行规范的要求而需要加固。为了确定加固方案，首先按改造后荷载，根据现行设计规范，采用目前国内建筑行业应用较广泛的PK计算程序进行分析。

    荷载组合时，考虑正常生产和地震作用两种荷载状态的8种组合情况：

（1）       恒载+活载+风载（X正向）

（2）       恒载+活载+风载（X负向）

（3）       恒载+活载+风载（Y正向）

（4）       恒载+活载+风载（Y负向）

（5）       恒载+活载+地震作用（X正向）

（6）       恒载+活载+地震作用（X负向）——控制1

（7）       恒载+活载+地震作用（Y负向）——控制2

（8）       恒载+活载+地震作用（Y负向）

    综合比较可知：（6）和（7）两种组合起控制作用按两种组合状态下荷载分别对框架进行受力分析计算。

   原框架柱、梁均不能满足新增荷载的要求，必须进行加固。

    对地基基础的计算结果显示：地基承载力及基础配筋均可以满足设计要求，，不需加固。本框架可供选择的加固方案有：增大截面加固、外包钢加固法和改变受力体系法。3种方法各有优缺点。其中，增大截面法是采用同种材料-钢筋混凝土，来增加原混凝土结构构件的截面面积，达到提高结构承载力和满足正常使用的加固方法。外包钢加固法是以型钢（一般为角钢）外包于构件四周（或两角）的加固方法，根据施工方法的不同，可分为干式和湿式两种。此法施工简单，现场工作量较小，施工工期短，受力较为可靠。适用于使用上不允许增大原构件截面尺寸，却又要求大幅度地提高截面承载力的混凝土结构加固。改变结构的受力体系的方法。

    根据本框架的实际情况， 如采用改变受力体系法，通过增加钢结构八字支撑将原钢筋混凝土框架改为混合桁架结构，但此法对框架使用空间影响较大，与管线设备相碰太多尤其是反应器面向再生器一侧由于斜管的存在使增加支撑难上加难，而且支撑的节点连接也存在不少问题。

    原框架梁柱断面偏小且配筋相差较多，采用增大截面法可以解决这一问题，但常规的增大截面法又不易保证加固后的梁柱刚接问题。最后经过反复对比分析决定采用增大截面与湿式外包钢相结合的加固方法。即利用化学浆液灌浆料得快硬早强特性，并将其作为粘结料填塞在外包钢与原有混凝土柱梁之间，按增大截面法要求计算和施工新增构件部分的一种组合方法。

3加固设计

3.1梁柱截面刚度计算

    参照《混凝土结构加固技术规范》（CECS25：90）的规定，增大截面与湿式外包钢加固相结合法梁柱的抗弯刚度可近似按下式计算：EI=E_coI_co+0.5E_ɑA_ɑɑ²

    抗拉刚度参照抗弯刚度计算：EI=E_coI_co+2E_ɑA_ɑ

    式中：E_co为原构件砼弹性模量（也可以根据所采用的灌浆料情况，适当提高计算值）；I_co为新构件截面惯性矩；A_co为新构件截面面积；E_ɑ为加固型钢弹性模量；A_ɑ为加固构件一侧外包钢截面面积；ɑ为受拉、压两侧型钢截面形心间的距离。

梁柱计算过程略。

通过本次改造设计，得到以下结论：

（1）                改造工程一般都存在多方面条件的严格限制，在确定加固方案时要综合考虑各种方案在现场实施的可能性，并进行必要的经济效果评价。需要指出的是，该经济效果评价应该是所有专业的综合效果评价，而不是仅指结构专业本身，最终确定较合理的加固方案。

（2）                在条件可能的情况下，加固时应采取卸载措施。本次结构加固要求将两器设备里德介质（催化剂）及设备内挡板和外部附加管线等荷载尽可能先卸掉，这样可以减少应力、应变滞后现象对加固结构受力上的不利影响。

（3）                从一定意义上讲，施工的质量决定了加固结构新旧两部分共同工作的程度。建议在设计中应详细注明对加固设计的施工要求，如将原有构件表面凿毛，用水冲洗干净后，再涂刷界面剂，最后浇注灌浆料，并在现场配合施工以确保加固施工实现设计意图。

（4）           采用外包钢与增大截面相结合的加固方法，既解决了全部采用外包钢加固干式法不能解决抗剪问题，又比单纯的增大截面法较易保证梁柱刚接问题，能适应目前炼油厂各装置利用检修期实施改造工程的需要。

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