Лекция 6 усиление железобетонных балочных конструкций методом наращивания, подведение жестких и гибких опор.

Конструктивное решение, известное как рубашка, представляет собой незамкнутое с одной стороны обетонирование. Рубашки рекомендуется применять в тех случаях,когда по каким-либо причинам не имеется возможности охватить усиливаемый элемент со всех четырех сторон,например, колонна, примыкающая одной стороной к стене.

Рубашки часто применяются при усилении монолитных балок ребристых перекрытий (рис. 6.1).

Особое внимание рекомендуется уделять анкеровке поперечной арматуры по концам поперечного сечения рубашек.При усилении колонн хомуты привариваються к арматуре усиливаемой колонны,а в случае каких-либо затруднений выполнить это условие рубашка колонны должна рассчитываться на восприятие всей нагрузки. При усилении монолитных балок ребристых перекрытий хомуты выводятся через плиту и анкерятся с помощью продольных арматурных стержней.

При усилении изгибаемых элементов рекомендуется применять бетоны более пластичной консистенции,чем при усилении колонн.

Если рубашки устраиваются только на поврежденных участках усиливаемых элементов, то их необходимо распространять на неповрежденные части не менее длины анкеровки продольной арматуры рубашки, не менее ширины грани или диаметра усиливаемого элемента и не менее 500мм. При армировании рубашек рекомендуется не применять арматуру диаметром менее 8мм для продольных стержней и сварных хомутов и 6 мм-для вязаных хомутов.

Усиление наращиванием заключается в том,что усиливаемая конструкция увеличивается по высоте или ширине (снизу,с боков или сверху усиливаемого элемента).Характерной особенностью этого способа являетсявосприятие касательных напряжений,действующих в плоскости контакта старого бетона с новым, специальной дополнительной арматурой,привариваемой к местам приварки. Это конструктивное решение применяется для усиления любых железобетонных конструкций как монолитных,так и сборных. Усиление верхних полок сборных балок покрытий выполняется в случае замены плит покрытий (рис. 6.2). При наращивании не рекомендуется применение арматурных стержней диаметром менее 10мм.

Рис. 6.1.Усиление монолитной балки железобетонной рубашкой

Рис. 6.2.Усиление верхних поясов сборных балок покрытия обоймой и наращиванием:

а) обоймой из швеллеров; б) односторонним наращиванием сверху; в) рубашкой;

1- усиливаемая балка; 2 – плита покрытия; 3 – швеллеры; 4 – уголки усиления выреза полки швеллера; 5 – упоры для стальных болтов; 6 – стяжные болты; 7 – соединительные элементы; 8 – продольная арматура балки; 9 – дополнительная арматура; 10 – новый бетон.

В ряде случаев для увеличения несущей способности усиливаемых элементов наращиванием достаточно лишь увеличить количество основной продольной арматуры, для чего рекомендуется сколоть защитный слой (не менее,чем на 0,5 диаметра арматуры) и посредством параллельной приварки через коротыши из арматуры диаметром от 10 до 40мм и длиной от 50 до 200 мм соединить дополнительную арматуру с существующей(рис. 6.3,6.4).

В растянутых зонах усиливаемых элементов коротышами размещаются через 200÷1000мм, в сжатых зонах- на расстояниях не более 500мм и не более 20ǿ продольной арматуры усиления. После проведения сварочных работ взамен сколотого защитного слоя наносится новым в виде полимер-цементной штукатурки или торкретированием. В этих случаях сечение усиливаемого элемента увеличивается незначительно,в пределах от 20 до 80мм.

В случаях значительного наращивания сечения рекомендуется применять специально приваренные соединительные элементы,вертикальные и наклонные. После проведения сварочных работ производится подготовка поверхности и бетонирование наращиваемого сечения,которое принципиально не отличаются от подобных работ при устройстве обойм и рубашек.

Усиление наращиванием не рекомендуется при значительной коррозии продольной арматуры усиливаемых элементов и в тех производственных помещениях, где по каким-либо причинам запрещено производить сварочные работы.

При разрывах арматурных стержней в изгибаемых элементах рекомендуется восстанавливать путем подварки дополнительных стержней. При усилении предварительно следует подпереть усиливаемую конструкцию временными подпорками, сколоть защитный слой на необходимой длине, приварить стержни усиления (накладки) одним концом, нагреть током, например, от сварочного трансформатора, приварить второй конец в нагретом состоянии, восстановить нарушенный защитный слой пластичным бетоном на мелком заполнителе .

Рис. 6.3.Усиление колонны наращиванием сечения

а)

б)

Рис. 6.4.Усиление балок односторонним наращиванием: а – монолитной балки; б – сборной балки.

а)

б)

Рис. 6.5.Усиление сборных балок покрытия:

а) наращивание снизу с подвариванием дополнительного стержня; б) накладки при разрыве арматуры;

1 – усиливаемая балка; 2,3 – арматурные стержни в растянутой зоне балки; 4 – дополнительная арматура; 5 – накладки; 6 – коротыши из круглой стали; 7 – хомуты, подвариваемые к поперечной арматуре; 8 – наращивание бетоном.

Допускается приварка дополнительной арматуры из сталей классов А-І ,А-ІІ, А-ІІІ к существующей арматуре тех же классов. При арматуре из высокоуглеродистых сталей классов А-IV и выше, а также из канатов и прядей сварка не допускается.

В случаях,когда условия технологического процесса позволяет стеснение габаритов производственных помещений, однимиз простых способов усиления изгибаемых элементов (балок,ригелей,рам,ферм и т.п.) является установка дополнительных жестких опор (рис. 6.6…6.9).

Поскольку при выполнении жестких опор на самостоятельных фундаментах полностью избежать осадки опоры весьма затруднительно,то во всех случаях желательно устанавливать их на существующие Фундаменты, если даже при этом необходимо их усилить. В этих случаях жесткие дополнительные опоры выполняют в виде подкосов.

Элементы дополнительных жестких опор могут быть как железобетонными, так и металлическими. И те, и другие рекомендуется изготавливать заранее как отдельные сборочные единицы.

При выполнении жестких опор в виде подведенных стоек (рис. 6.6),имеющих самостоятельные фундаменты,рекомендуется обращать особое внимание на уменьшение осадки этих фундаментов,для чего необходимо осуществлять предварительное обжатие грунта под подошвой. Одним из способов пред­варительного обжатия грунта мажет быть рекомендовано загружение фундамента нагрузкой не менее расчетнойдо возведения стойки. Для уменьшения давления на грунт под подошвой нового фундамента рекомендуется устраивать распределительную песчано-гравийную подушку.

При усилении ригеля рамы дополнительными жесткими опорами в виде металлических подкосов (рис. 6.7…6.8),накладные металлические детали в нижних углах должны быть закреплены. После подведения подкосов для плотного приле­гания сопрягаемых конструкций,обеспечивающих эффективность усиления, необходимо в верхнем узле произвестирасклинку клиновидными прокладками. Возможно устройство подкосов с опиранием на металлические обоймы колонн.

Рис. 6.6. Усиление балки дополнительной жесткой опорой (подведением металлической стойки).

Рис. 6.7. Усиление балки подведением металлического портала (подведение подкосов).

Рис. 6.8.Усиление балки дополнительной жесткой опорой (металлические подкосы)

.

Рис. 6.9.Усиление балки дополнительной железобетонной предварительно напряженной рамой

Рис. 6.10. Усиление балок предварительно напряженными консолями и подкосами:

В случаях, когда усиливаемая конструкция не может предварительно разгружена, установка дополнительных жестких опор должна в обязательном порядке сопровождаться предварительным поднятием усиливаемой конструкции. Подъем усиливаемой конструкции может быть произведен различными способами и зависит как от конструкции дополнительных опор, так и от конструкции усиливаемых элементов.

При усилении ригелей дополнительными жесткими опорами в виде пред­варительно напряженных сборных железобетонных подкосов (рис. 6.15 б). Подъем усиливаемого ригеля может производиться,например, горизонтально расположенным домкратом. Для облегчения перемещения распираемых полураскосов необходимо в зазор между усиливаемым ригелем и полураскосами закладывать металлические прокладки и коротыши из круглой арматурной стали. После подъема усиливаемой конструкции на необходимую величину с обеих сторон полураскосов приваривают распорки из профильного металла,например, из швеллеров, а домкрат снимают.При усилении полураскосами, во избежание перегрузки колонн внизу, полураскосы необходимо связать понизу специальной металлической затяжкой.

При усилении ригелей дополнительными жесткими опорами в виде подкосной системы, устанавливаемый на одной колонне подъем усиливаемой конструкции производится натяжением металлической затяжки посредствомнатяжной муфты (рис. 6.14). Для установки подкосной системы в нижней части колонны необходимо предварительно устроить обойму. После установки и стягивания подкосов,они в нижней части закрепляются приваркой металлических планок к подкосам. Усиление жесткими дополнительными опорами этого типа в меньшей мере стесняет габариты производственных помещений.

Для усиления изгибаемых элементов применяются также дополнительные упругие опоры, создаваемые обычно с помощью металлических ферм или балок, устанавливаемых под усиливаемым элементом на общие с ними или са­мостоятельные опоры и воспринимающие нагрузку через прокладки,расположенные в пролете между усиливающим и усиливаемым элементом (рис. 6.11…6.13).

Включение конструкций дополнительных упругих опор в работу может осуществляться подтягиванием в процессе монтажа опорных концов упругих опор к усиливаемому элементу, или с помощью расклинивающих прокладок. Вместо расклинивающих прокладок могут устанавливаться распорные болты.

Рис. 6.11. Усиление монолитной железобетонной балки подведением упругой опоры, подвешенной на хомутах.

Рис. 6.12.Усиление монолитной железобетонной балки подведением упругой опоры на консольных столиках.

Рис. 6.13.Усиление монолитной железобетонной балки подведением треугольной фермы с прокладкой.

Рис. 6.14..Усиление монолитной железобетонной балки подведением упругой опоры из предварительно напряженных тяжей.

При усилении изгибаемых элементов многоэтажных зданий упругие до­полнительные опоры могут быть созданы металлическими тяжами (рис. 6.14).Податливость опор этого типа происходит за счет их продольной деформации. Реактивная разгружающая сила создается предварительным напряжением тяжей вначале посредством натяжных гаек, а окончательно натяжными муфтами. Нагрузка от тяжей воспринимается рамой верхнего яруса, к стойкам которых они закрепляются.

Производство работ в данном случае не вызывает каких-либо затруднений и может быть проведена в кратчайшие сроки, но тяжи значительно стесняют габариты производственных помещений.

Для уменьшения изгибающих моментов в элементах многопролетной мно­гоярусной рамы от воздействия ветровой нагрузки могут быть рекомендованы крестовые предварительно напряженные связи из гибких металлических тяжей (рис. 6.15а). Напряжение таких связей проще всего осуществить при помощи стяжных муфт, однако не исключается и применение термического способа. Для анкеровки необходимо предварительно устраивать специальные анкерные хомуты из листового металла, закрепляемые на колоннах. Необходимо иметь в виду, что связи разрешается устанавливать по высоте одной и той же рамы в разных пролетах, что позволяет использовать те пролеты, где это удобно, исходя из условий технологического процесса.

Для усиления, в основном, сборных балок покрытия больших пролетов и ферм под нагрузкой могут быть рекомендованы предварительна напряженные шарнирно-стержневые цепи (рис. 6.16а). Применение шарннрно-стержневых цепей позволяет создать антинагрузку в виде ряда сосредоточенных грузов, расположение и величины которых намечаются заранее и предопределяются очертанием цепей.

Эффект усиления (создание реактивных сил заданных величин) достигается натяжением статически определимой цепи. Основными элементами при усилении этим способом являются: собственно шарнирко-стержнеая цепь, состоящая из двух одинаковых ветвей по обе стороны усиливаемой балки (уголки с подрезанными вертикальными полками а местах перегиба, арматурные стержни до 30-36мм диаметром или канаты); анкерные устройства в виде сварных накладок из листового металла в верхней зоне балок над опарами; подвески, обычно из круг­лой стали, или стойки из профильного металла в местах перегиба ветвей цепи. Арматурные стержни принимаются из стали классов А-1 ,А-П, А-Ш, металлические конструкции из сталей ВстЗсп, ВстЗпс,ВстЗкп. Сварные соединения необходимо выполнять с особой тщательностью.

Рис. 6.15.Усиление рамы здания дополнительными гибкими связями.

а)

б)

Рис. 6.16.Усиление изгибаемых элементов предварительно напряженной стержневой цепью: а) усиление стропильной сборной; б) усиление монолитной балки.