Усиление балок и прогонов

Одним из наиболее простых способов усиления из­гибаемых стержневых конструкций является подведение под них жестких или упругих опор. Этот способ реко­мендуется, если дополнительные опоры не препятству­ют технологическому процессу.

Жесткие опоры могут располагаться на отдельны или существующих фундаментах. Последнему следует отдавать предпочтение, даже если это потребует усиле­ния фундаментов. Дело в том, что при дополнительных фундаментах трудно избежать осадок опор и, как следствие, их плохого включения в работу усиливаемой кон­струкции. В качестве контрмеры рекомендуется предва­рительное обжатие грунта под фундаментом усилием, равным расчетной нагрузке.

На рис. 3.17 и 3.18 приведены примеры усиления балок иригелей подведением жестких опор, которые могут выполняться как в металле, так и в железобето­не. Важным моментом при таком усилении является включение элементов усиления в работу усиливаемой конструкции. Это достигается путем установки клино­видных прокладок, подъемом усиливаемой конструкции с помощью горизонтально расположенных домкратов, натяжением металлической затяжки посредством на­тяжной муфты и другими способами.

Дополнительные упругие опоры под усиливаемые из­гибаемые элементы обычно выполняют в виде металлических балок или ферм, которые устанавливаются с не­которым зазором под конструкцией на общие с ней или отдельные опоры. В зазоре располагают металлические прокладки или распорные болты. Включение дополнительных опор в работу осуществляется различными способами: подтягиванием опорных концов балок (ферм) к усиливаемой конструкции, расклинкой косых прокла­док, распорными болтами и т. п.

 

 

 

 

Рис. 3.17. Усиление балки подведением жест­кой опоры:

1 - усиливаемая балка; 2 - дополнительный фунда­мент: 3 - колонна усиления; 4 – болты

 

 

 

Рис. 3.18. Усиления ригеля жестким порта­лом:

1 - усиливаемый ригель; 2- жесткий портал; 3 - ме­таллический бандаж

 

В качестве упругих дополнительных опор могут быть также рекомендованы гибкие тяжи, подвешивае­мые к вышележащим конструкциям, если они не пре­пятствуют технологическому процессу. Натяжение тя­жей осуществляется с помощью гаек и натяжных муфт или электротермическим способом.

В исключительных случаях, когда конструкции нахо­дятся в критическом состоянии и возможно их разруше­ние (полное или частичное) без нагрузки, а также если существующие конструкции не позволяют обеспечить габариты помещений по требованиям новой технологии, рекомендуется произвести полную разгрузку или заме­ну конструкций. Необходимо отметить, что эта работа требует наиболее существенных материальных и трудовых затрат и должна быть соответствующим образом обоснована.

Разгружающие конструкции в виде отдельных балов, ферм, плит, а также комбинированных систем из желе­зобетона и металла применяются обычно для разгрузки небольших участков перекрытий, когда не требуется устройство дополнительных колонн и фундаментов.

При возможности разгружающие конструкции сле­дует устанавливать сверху разгружаемых (рис. 3.19, 3.20), обеспечивая между ними зазор для свободного прогиба элементов усиления. Если это невозможно по технологическим причинам, разгружающие конструкции подводят или подвешивают снизу. В этом случае пере­дача нагрузки осуществляется с помощью стоек, пропу­щенных через отверстия, в разгружаемом перекрытии (рис.3.21).

При частичном разгружении конструкции снимают с существующей только часть нагрузки. В этом случае элементы усиления могут иметь контакт с существующими конструкциями по всей длине или в отдельных точ­ках (рис. 3.22).

При применении разгружающих конструкций, не замоноличенных с усиливаемой, их расчет осуществляется как отдельных самостоятельных элементов или они рассматриваются как элементы, общей системы, усилия в которых определяются по правилам строительной ме­ханики.

При применении полного разгружения существую­щих конструкций между ними и новыми разгружающими конструкциями должен быть обеспечен зазор, который превышает максимальный прогиб для металлических конструкций усиления в 1,5 раза, для железобетон­ных - в 2 раза.

 

 

Рис. 3.19. Усиление балки и плиты перекры­тия металлическими

балками сверху:

1 - разрушаемая балка; 2 - металлическая балка; 3 - ребра жесткости;

4 - тяжи; 5 - планка; 6 - спорные листы; 7 - опорные подушки

 

 

Рис.3.20. Разгружение монолитной железо­ бетонной плиты ребристой

железобетонной плитой:

1 - разгружаемая плита; 2 - конструкция усиления;

3 - элементы крепления; 4 - ригель; 5 – прокладки

 

В усиленной конструкции сначала определяют на­грузку, которая воспринимается существующей конст­рукцией, затем на дополнительную нагрузку подбирают сечение конструкции усиления. При этом пропорцио­нально жесткостям распределяется только та часть на­грузки, которая была приложена после усиления. Если разгружающая конструкция соприкасается с усиливае­мой не по всей длине, а в отдельных точках (например через прокладки), то распределение о жесткостям осуществляется при количестве точек опирания не менее 8 (в том числе и на опорах), арасстояние между опора­ми не превышает трех высот любой из двух конструкций. Полный момент в комплексной конструкции равен сум­ме двух моментов: M=M₁+M₂,где M₁ и M₂ - соответ­ственно моменты, воспринимаемые существующей кон­струкцией и конструкцией усиления. В частично разгру­жаемой железобетонной конструкции расчет по наклонному сечению на всю нагрузку производится только для элементов усиления.

 

 

Рис. 3.22. Частичная разгрузка металличес­кими балками снизу:

1 - усиливаемая балка; 2 - балки усиления: 3 - тя­жи; 4 - упорная пластина

 

До усиления конструкций жесткими дополнительны­ми опорами необходимо проверить общую деформацию от максимальных ожидаемых нагрузок в местах примы­кания к усиливаемой конструкции. Во избежание де­структивных изменений в существующей конструкции эта деформация не должна превышать максимальный прогиб усиливаемой конструкции без дополнительных опор более чем на 10%. При подведении жестких опор усиливаемую конструкцию следует максимально разгру­зить.

Расчетные усилия в изгибаемых элементах, усилен­ных жесткими опорами, определяются как сумма усилий, подсчитанных для двух стадий работы конструкций: до усиления (при этом принимается первоначальная рас­четная схема) и после усиления (расчетная схема при­нимается с учетом дополнительных жестких опор).

Расстояния между опорами следует назначать таки­ми, чтобы суммарная эпюра моментов ни в одном сече­нии не выходила за пределы эпюры материалов. В том случае, если над дополнительной опорой возникает от­рицательный момент, превышающий допустимый, и воз­можно образование нормальных трещин, балку следует рассматривать как разрезную с шарниром в месте опоры.

В связи с тем что наличие нормальных трещин мо­жет снизить несущую способность балки по наклонному сечению, необходимо предусмотреть достаточную пло­щадь ее опирания на дополнительной опоре.

При усилении изгибаемых элементов упругими до­полнительными опорами их расчет, как и при жестких опорах, осуществляется для двух стадий, а найденные из статических расчетов усилия суммируются. Расчет по второй стадии системы «балка - упругие опоры» ос­нован на равенстве прогибов усиливаемого элемента и упругой опоры и месте их соединения. В качестве рас­четной схемы принимается балка на упруго-податливых опорах, усилия в которой определяются по уравнениям пяти моментов при известных жесткостных характери­стиках опор. Эти характеристики можно найти, выпол­нив статический расчет всей конструкции, дополнитель­ной опоры и установив ее перемещение от единичной силы, приложенной в точке установки опоры. В случае установки нескольких дополнительных опор жесткостные характеристики определяются для каждой из них.

Усилия в дополнительных опорах вычисляют по вы­бранной расчетной схеме с учетом нагрузок, приклады­ваемых к конструкции, и реакций в местах установки упругих опор.

При устройстве дополнительных жестких и упругих железобетонных опор рекомендуется учитывать возмож­ное перераспределение усилий в усиливаемой конструк­ции в связи с деформациями ползучести, которые сни­жают жесткостные характеристики опор. Этот учет производится в соответствии с положениями СНиП 2.03.01-84 при учете воздействия длительных статических нагрузок.

Усиление сжатых зон изгибаемых (и внецентренно сжатых) элементов возможно осуществлять торкрет-бе­тоном толщиной до 30 мм, который наносится на очи­щенную и промытую бетонную поверхность старого бе­тона, обернутую сеткой с ячейкой 30...60 мм из прово­локи диаметром 1...2 мм, прикрепленной к конструкции дюбелями с помощью строительного пистолета. При тщательном соблюдении перечисленных рекомендаций обеспечивается надежное сцепление «нового» и «старого» бетона, в результате сечение конструкции и, как следствие, ее несущая способность увеличиваются. Бо­лее существенного повышения несущей способности эле­ментов возможно добиться увеличением площади сече­ния арматуры (наращивание сечения). Если по расчету требуется незначительное увеличение сечения арматуры (2...4 стержня), осуществляют подварку новой армату­ры к существующим стержням боковых каркасов. Для этого скалывают защитный слой, оголяют арматуру и приваривают к ней прерывистым швом коротыши диа­метром 10...40 мм, длиной 50...200 мм с шагом 200... 1000 мм - для растянутых стержней и не более 20 диа­метров продольной арматуры, но не более 500 мм - для сжатой (рис. 23). К коротышам приваривают до­полнительную продольную арматуру, которую допуска­ется применять тех же классов. При арматуре класса Ат-V и выше из высокопрочной проволоки и канатов, а также при сильной коррозии арматуры применение сварки не допускается и усиление конструкций методом наращивания не рекомендуется.

После установки дополнительной арматуры произво­дится ее торкретирование или заделка цементной штука­туркой, при этом размер сечения элемента увеличивает­ся на 20...80 мм. При большей толщине наращивания применяют вертикальные и наклонные соединительные элементы.

Для увеличения сцепления старого и нового бетона на поверхности усиливаемого элемента перед наращи­ванием выполняют насечку, которую тщательно очища­ют от пыли и грязи водой под давлением. Минималь­ный диаметр арматуры при наращивании - 10 мм. При необходимости более мощного усиления устраивают на­ружные уголковые полуобоймы.

Для совместной работы с железобетонной конструк­цией металлоконструкции усиления должны быть обя­зательно приварены к существующей арматуре. С этой целью угловые стержни арматурного каркаса оголяют­ся на ограниченных участках длиной 6...12 см с шагом 60…12 см (рис. 3.23,б).

 

К арматуре приваривают короткие арматурные стержни, диаметр которых принимают таким, чтобы они были заподлицо с наружными гранями сечения. Затем к коротким прокладкам прива­ривают планки обойм, плотно прилегающие к телу бето­на. Обоймы из уголков приваривают непосредственно к соединительным планкам обойм.

Прокладки-коротыши могут быть заменены диаго­нальными ребрами из листовой стали (рис. 3.23, в). Зазоры между ветвями обоймы и телом бетона запол­няют цементным раствором состава 1:2 или 1:3 на расширяющемся или безусадочном цементе, затем эле­менты усиления покрывают перхлорвиниловой эмалью по грунту под цвет конструкции.

Так как свариваемые стали (арматура и профиль­ный металл) имеют разные марки, сварку производят электродами Э42А-Ф или 350А-Ф.

Усиления добавлением арматуры, а также в виде обойм и полуобойм можно рекомендовать также при об­наружении ошибок в армирования, допущенных при изготовлении конструкций, или занижении проектного класса бетона.

Распространенным способом усиления изгибаемых железобетонных элементов является устройство «руба­шек» - незамкнутых с одной стороны обетонок. Этот способ рекомендуется при усилении балок ребристых перекрытий и т.п. (рис. 3.24).

 

 

Рис. 3. 23. Усиление балок полуобоймами:

 

а - добавление стержневой арматуры: б - усиление наружной обоймы, приваренной к существующей арматуре; в - деталь приварки уголка с помощью диагональная ребер на листовой стали; 1- сварные швы: 2 - до­бавочная арматура усиления; 3 - усиливаемый элемент; 4 - сколотый бетон защитного слоя угловых стержней с последующим его восстановлением; 5 - защитное покрытие из ттерялорвинилового лакокрасочного материала; 6- по­перечные стержни крайних сварных каркасов; 7 - стержни - прокладки-коротиши: 8 - угловые стержни крайних сварные каркасов; 9 – соединительные планки обоймы: 10 - боковые листовые прокладки; 11 - уголки обоймы; 12- пространство, заполненное цементным раствором; 13 - листовая диагональная прокладка

 

 

Рис. 3.24. Усиление балки «рубашкой»:

1 - усиливаемая балка; 2 - рабочая арматура; 3 - хо­муты; 4 - стяжка; 5 - насечка; 6 - монтажная армату­ра «рубашки»; 7 - «рубашка»