Тема 13. Расчет прочности железобетонных конструкций, усиленных изменением их расчетной схемы

13.1. Расчет усиления путем изменения места передачи нагрузки

Расчет усиления путем изменения места передачи нагрузки заключается в выборе расстояния между опорами распределительных устройств, расположения их по длине усиливаемой конструкции и схемы передачи нагрузок на существующие конструкции (рис. 13.1). Проектирование распределительных устройств производится на проектную нагрузку по действующим нормам: железобетонных – в соответствии с [8]; стальных – в соответствии с [11].

Рис. 13.1. Принципиальные схемы распределительных устройств при усилении: а – однопролетной балки; б – неразрезной балки; в – сборных плит перекрытия

13.2. Расчет усиления конструкций увеличением их степени внешней статической неопределимости

13.2.1. Расчет усиления железобетонных конструкций дополнительными жесткими опорами

При расчете конструкций, усиливаемых дополнительными жесткими опорами, изгибающие моменты в сечениях конструкции суммируются от нагрузки, действующей до усиления при первоначальной расчетной схеме, и от нагрузки, приложенной к конструкции после усиления при измененной расчетной схеме. Суммарная эпюра изгибающих моментов не должна выходить за пределы эпюры материалов, характеризующей фактическую прочность конструкции.

В случае превышения допустимого значения отрицательного момента над дополнительной опорой производится перераспределение моментов в пределах 30 % от полученных по упругому расчету (или более 30 % с проверкой трещиностойкости опорного сечения).

При проектировании усиления конструкций дополнительными жесткими опорами производится проверка прочности усиливаемой конструкции на действие поперечных сил в местах установки дополнительных опор.

13.2.2. Расчет усиления железобетонных конструкций дополнительными упругими опорами

Расчет конструкций, усиленных дополнительными упругими опорами, основывается на равенстве прогибов усиливаемой конструкции и упругой опоры в месте их контакта. Как и в случае усиления дополнительными жесткими опорами, при усилении упругими опорами изгибающие моменты в сечениях конструкции суммируются от нагрузки, действующей до усиления при первоначальной расчетной схеме и от нагрузки, приложенной к конструкции после усиления при измененной расчетной схеме.

При проектировании усиления конструкций дополнительными упругими опорами первоначально по превышению усилий от внешней нагрузки над усилиями, соответствующими прочности усиливаемой конструкции, намечают размещение упругих опор и вычисляют их реакции из условия создания требуемого разгружения. Затем приравнивают выражения прогибов усиливаемой конструкции от действия внешней нагрузки, прикладываемой после усиления, и реакции опоры и прогибов упругой опоры от действия реакции опоры. Из полученного уравнения определяют требуемую жесткость дополнительной упругой опоры и размеры ее поперечного сечения.

Жесткость усиливаемой железобетонной конструкции в предельном состоянии необходимую для расчета допускается определять по формуле

, (13.1)

где , (13.2)

– средние относительные деформации крайнего сжатого волокна бетона, , – предельные относительные деформации крайнего сжатого волокна бетона в сечении с трещиной, соответствующие расчетному сопротивлению бетона;

– средние деформации крайнего растянутого стержня продольной арматуры , – относительные деформации крайнего растянутого стержня арматуры в сечении с трещиной, соответствующие расчетному сопротивлению арматуры ;

, – коэффициенты неравномерности деформаций соответственно бетона и арматуры: и ;

– расстояние между крайним сжатым волокном бетона и крайним растянутым стержнем арматуры.

При проектировании усиления конструкций при полном ее загружении достаточно определить необходимую разгружающую реакцию упругой опоры, по которой в результате статического расчета вычисляют усилия и подбирают сечение элементов упругой опоры. Предварительное напряжение упругой опоры должно осуществляться силой, равной разгружающей реакции.

Если конструкция упругой опоры не подвешивается у опор к усиливаемой конструкции, выполняют проверку на отрыв усиливаемой конструкции от опор при снятии временной нагрузки. При появлении в месте установки дополнительной упругой опоры отрицательных моментов следует производить проверку сечений на его воздействие.

Если между усиливаемой конструкцией и упругой опорой контакт в поперечном направлении предусматривается по всей длине (в отличие от наращивания касательные напряжения по контакту не учитываются), расчет производится исходя из равенства значений кривизны изогнутых осей контактирующих балочных конструкций.

; ; ; . (13.3)

Изгибающий момент от нагрузки, приложенной после усиления, распределяется пропорционально их жесткостям.