Расчет каменных колонн и простенков, усиленных обоймами
Усиление железобетонных колонн обоймами
При усилении стальными обоймами последние рассматривают как самостоятельные конструкции, в которых несущими элементами являются вертикальные уголки, а планки играют ту же роль, что и планки стальных решетчатых колонн. Иными словами, положительным влиянием планок на поперечные деформации бетона усиливаемой колонны пренебрегают.
Наибольший эффект усиления достигается при использовании преднапряженных обойм-распорок, которые можно использовать без разгружения колонн. Проектируя их, следует, однако, помнить о том, чтобы усилие Nsp не продавило опорные поверхности перекрытий (покрытия) и не оторвало от колонны сами перекрытия (покрытие), и о том, что стадия монтажа (стягивания вертикальных уголков) является наиболее невыгодной в работе распорок, так как уголки еще не соединены планками и их гибкость велика.
При отсутствии преднапряжения стальные обоймы имеет смысл применять только при условии частичного или полного разгружения колонн (что далеко не всегда возможно осуществить) и при условии плотной подклинки зазоров между концами уголков и опорными поверхностями. Тогда при действии дополнительной нагрузки уголки следует рассчитывать на основе равенства их продольных деформаций с деформациями железобетонной колонны (точнее всего — совмещая диаграммы сжатия стали и бетона данного класса). Понятно, что чем меньше нагрузки снято с колонны, тем меньше напряжения в уголках обоймы, тем менее эффективно работает обойма.
При усилении железобетонными обоймами поперечное сечение, если пользоваться рекомендациями справочников (весьма спорными), можно рассчитывать как монолитное с соответствующими коэффициентами условий работы бетона и арматуры наращённой части и с поправками на разные классы бетона старой и новой частей сечения.
При усилении каменных колонн и простенков поперечная арматура и планки играют куда более заметную роль, чем при усилении железобетонных колонн. Это вызвано, с одной стороны, большей деформативностью каменной кладки, а с другой — более основательными экспериментальными исследованиями, выполненными еще на рубеже 1940-50-х гг. В расчетные формулы несущей способности усиленной кладки входят два главных слагаемых — несущая способность кладки и несущая способность вертикальных элементов обоймы (уголков или бетона с продольной арматурой).
Несущая способность кладки зависит от марки кирпича и раствора, от наличия в ней дефектов и повреждений и от объемного процента внешнего поперечного армирования (планок или хомутов). Например, при наличии поперечных планок сечением 5 х 60 мм с шагом по высоте 500 мм (объемный процент армирования 0,47%) прочность колонны сечением 510x510 мм из кирпича марки 75 на растворе марки 50 повышается на 62%. Однако с увеличением поперечного армирования его влияние затухает. В том же примере увеличение сечения планок или уменьшение их шага вдвое дает дополнительное повышение расчетного сопротивления кладки всего на 19%.
Несущая способность вертикальных элементов обоймы зависит от площади их сечения, класса (марки) стали и бетона и от способов закрепления концов обоймы. Если оба конца уперты в соответствующие конструкции, т. е. нагрузка с вышележащих конструкций непосредственно передается на обойму, а с нее на нижележащие конструкции, то расчетное сопротивление вертикальных уголков и продольной арматуры принимается с коэффициентом 0,85, а бетона — с коэффициентом 1,0. Если уперт только один конец, то с коэффициентами соответственно 0,6 и 0,7, если непосредственной передачи нагрузки нет, то соответственно 0,2 и 0,35. В последнем случае продольные напряжения в вертикальных элементах обойм образуются благодаря совместным деформациям за счет сил сцепления (или трения) с поверхностью кладки.