Методы усиления металлических конструкций

Обновлено: 22.01.2025

РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО УСИЛЕНИЮ СТАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ
ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ ЭНЕРГОПРЕДПРИЯТИЙ

СОСТАВЛЕНО Государственным институтом проектирования предприятий по производству запасных частей и ремонту энергетического оборудования ("Гипроэнергоремонт")

Составители В.А.Колесник, В.В.Буланов, В.Д.Кузнецов, Р.Р.Турбабина, Г.Б.Ярославцева, И.А.Стрепкова

УТВЕРЖДЕНО Главным инженером Союзтехэнерго Г.Г.Яковлевым 15 августа 1983 г.

Настоящие Рекомендации предназначены для проектных организаций, проектно-конструкторских бюро, а также персонала специализированных ремонтных предприятий и служб эксплуатации производственных зданий и сооружений районных энергетических управлений и производственных энергообъединений Минэнерго СССР, министерств и главных управлений энергетики и электрификации союзных республик, связанных с ремонтом производственных зданий и сооружений.

В настоящих Рекомендациях изложены предложения по усилению стальных строительных конструкций и их элементов, приведены основные способы и методы расчета усиления стальных конструкций, даются характеристики примененных ранее конструкционных сталей и прокатных профилей, классификация дефектов и повреждений стальных конструкций.

1. ОБЩАЯ ЧАСТЬ

1.1. Необходимость усиления конструкций производственных зданий и сооружений возникает в процессе эксплуатации, во время проведения ремонтов и реконструкций как основного технологического оборудования, так и строительных элементов конструкций.

1.2. Заключение о необходимости усиления стальных конструкций (далее по тексту "конструкций") составляется специальной комиссией при их обследовании. В результате обследования должны быть получены следующие материалы:

- документация и данные натурных обмеров, необходимые для расчетов;

- данные о времени возведения металлоконструкций, их ремонта и реконструкции с начала эксплуатации;

- ведомость допущенных отступлений от проекта или соответствующих СНиП;

- ведомость дефектов несущих металлоконструкций;

- геодезические данные по несущим металлоконструкциям;

- данные о нагрузках (схема нагрузок);

- сертификаты или лабораторные данные химического анализа и механических испытаний сталей, из которых выполнены конструкции;

- данные о фактической несущей способности конструкции.

1.3. Обследования и усиления конструкций, выполненных из кипящей углеродистой стали, необходимо производить в соответствии с [5] и [6].

1.4. Вопросы усиления ранее деформированных, а затем выправленных элементов конструкций с учетом остаточных напряжений в тех частях сечений, которые были подвержены пластическим деформациям, в настоящих Рекомендациях не рассматриваются.

1.5. В связи с необходимостью ремонта производственных зданий и сооружений, построенных в более ранние годы, в приложениях 1-18 настоящих Рекомендаций приводятся характеристики применявшихся ранее конструкционных сталей и прокатных профилей.

1.6. Условные обозначения, принятые в настоящих Рекомендациях, приведены в приложении 19.

2. ДЕФЕКТЫ И ПОВРЕЖДЕНИЯ, ВЫЗЫВАЮЩИЕ
НЕОБХОДИМОСТЬ УСИЛЕНИЯ СТАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

2.1. Усиление конструкций - одно из наиболее эффективных мероприятий по продлению их долговечности, восстановлению или увеличению их несущей способности и предотвращению аварий.

Причины, вызывающие необходимость усиления конструкций, следующие:

- реконструкция и модернизация основного и вспомогательного технологического оборудования, увеличение производительности оборудования, вызывающие увеличение нагрузок на конструкции;

- физический износ конструкций в результате интенсивной или длительной их эксплуатации;

- поражение конструкций коррозией;

- вредные температурные воздействия на конструкции;

- воздействия стихийного характера на конструкции;

- различные повреждения конструкций в результате нарушения правил их эксплуатации;

- повреждения (погнутости, вмятины и т.п.), полученные во время транспортировки и монтажа;

- ошибки при проектировании, изготовлении и производстве строительно-монтажных работ.

2.2. Основные виды дефектов и повреждений, характерных для конструкций покрытий и конструкций подкрановых путей производственных зданий, приведены в табл.1.

Методы усиления металлических конструкций

При недостаточной несущей способности отдельных элементов, конструкций пли зданий и сооружений произ­водится их усиление, при этом, так же как и при конст­рукциях из других материалов, необходимо предусмот­реть минимальные потери из-за остановок технологиче­ского цикла.

Элементы сварных конструкций, испытывающие рас­тяжение, сжатие или изгиб, могут быть усилены увели­чением сечений путем приварки новых дополнительных деталей. Несущая способность элемента при этом воз­растает с увеличением его сечения или жесткости. Од­нако нагрев элемента в процессе сварки может снижать его несущую способность. Степень снижения зависит от режима сварки, толщины и ширины элемента, на­правления сварки. Для продольных швов снижение прочности не превышает 15%, для поперечных может постигать 40%. Поэтому наложение швов поперек эле­мента при его усилении под нагрузкой категорически запрещается.

В связи с некоторой потерей прочности элементов при сварке, а также перераспределением напряжений как по сечению элемента, так и между элементами уси­ление под нагрузкой производят при напряжениях, не превышающих 0,8 R_у, где R_у - расчетное сопротивление для стали, из которой изготовлен элемент.

Усиление сжатых стоек.

Эффективным средством усиления сжатых стальных стержней является применение предварительно напря­женных телескопических труб и элементов из других жестких профилей.

Сущность способа (рис. 39) заключается в том, что разгружающая предварительно напряженная стойка со­стоит из двух труб требуемого диаметра, причем внут­ренняя труба сжата, а наружная растянута. Достигает­ся это следующим образом: наружную трубу устанавли­вают в горизонтальное положение, с одного торца трубы приваривают фланец с центральным отверстием диа­метром 30-40 мм, с другого торца на расстоянии 2-3 м строго по оси наружной трубы устанавливают внутрен­нюю трубу чуть меньшего диаметра, чтобы она могла с небольшим зазором входить в наружную. Затем газо­выми горелками производят нагрев наружной трубы до расчетного удлинения, вводят в нее внутреннюю трубу и обваривают по всему периметру свободного торца.

Сокращаясь при остывании, наружная труба обжимает внутреннюю. В таком виде предварительно напряжен­ный элемент устанавливают рядом с усиливаемой стой­кой и плотно подклинивают под разгружаемую конст­рукцию. Затем двумя газовыми горелками наружную трубу разрезают в нижней части по окружности, осво­бождая таким образом усилие предварительного напряжения во внутренней трубе. Удлиняясь, она разгружает рядом стоящую стойку. После этого наружная труба в сечении разрезки заваривается и в состоянии воспри­нять часть добавочной нагрузки на колонну (стойку) после усиления. Этот способ может применяться также при усилении внецентренно сжатых элементов.

Эффективным способом увеличения жесткости кар­касов промышленных зданий является устройство пред­варительно напряженных тяжей и оттяжек. Однако от­тяжки требуют массивных анкерных устройств, увеличе­ния площади застройки, а также они увеличивают сжи­мающие усилия в колоннах. Более эффективны тяжи, которые крепятся к соседним устойчивым зданиям. На­тяжение таких затяжек осуществляют механическим, электротермическим или комбинированным способом, а контроль эффективности усиления - по уменьшению смещений верхних узлов каркаса при горизонтальных нагрузках.

Повышения жесткости продольных и поперечных рам возможно добиться установкой крестовых диагональ­ных жестких связей, а когда это невозможно, - жест­ких распорок (ригелей) в сочетании с диагональными раскосами.

Рис. 3.39. Усиление предварительно напряженной стойкой:

1 - предварительно напряженная стойка; 2 - сварной шов; 3 - накладки

Эффективный способ увеличения прочности и жест­кости металлических ригелей - подведение под них про­катных или сварных балок с приваркой под нагрузкой в нагретом состоянии. При ограниченных габаритах по­мещений усиливающую балку устанавливают сверху, вскрывают пол и приваривают ее к верхней полке уси­ливаемого ригеля в предварительно напряженном со­стоянии. Усиливающие балки в первом и во втором слу­чаях заводят и жестко закрепляют в узлах рамы.

Повышения несущей способности стропильных балок и ригелей перекрытия возможно добиться устройством сплошного железобетонного настила, жестко связанно­го с верхним поясом балки. В этом случае жесткость ри­геля существенно повышается, и его можно рассматри­вать как тавровую железобетонную балку с жесткой арматурой.

Наиболее часто требуют усиления сжатые стальные элементы. Традиционным способом их усиления являет­ся увеличение сечения приваркой полос, уголков и дру­гих элементов без предварительного напряжения. Однако такой способ усиления обладает существенным недостатком: элементы усиления поздно включаются в ра­боту, приварка этих элементов вызывает в сжатых стойках дополнительные деформации, что снижает эф­фективность усиления. Поэтому традиционные способы усиления применяют, если временная нагрузка на стой­ки составляет не менее 40 % от постоянной и во время выполнения работ по усилению она отсутствует.

Рис. 3.40. Схемы усиления стоек ненапряженными элементами

Усиление стальных стоек ненапряженными элемен­тами осуществляют увеличением их сечения и уменьшением их свободной длины, при этом следует стремиться к максимальному увеличению радиусов инерции сечения (рис. 3.40). При выполнении усиления нагрузка на стой­ке не должна превышать 50-60 % расчетной.

При небольшой гибкости усиливаемого элемента не­обходимо уменьшать эксцентриситет от смещения, а при гибкости l > 80 - увеличивать его устойчивость.

Присоединение элементов усиления осуществляют в основном сваркой. Сварочный прогиб для элементов, которые усиливаются под нагрузкой, является нагру­жающим фактором, поэтому сначала усиливаемый эле­мент приваривают точечной сваркой, а затем наклады­вают основной шов. При этом предпочтение следует отдавать шпоночным (прерывистым) швам, которые уменьшают деформации элементов, сокращают сроки сварочных работ и уменьшают массу наплавленного ме­талла.

Усиление балок.

Усиление металлических балок осуществляют увели­чением сечения, при этом необходимо выполнить их раз­грузку не менее чем на 60 % или установить временные дополнительные опоры. При проектировании усиления необходимо придерживаться следующих технологичес­ких правил: объем сварки должен быть минимальным, сварные швы следует располагать в удобных доступных местах, необходимо избегать потолочной сварки, снача­ла надо усиливать нижний пояс, а затем верхний, что исключает прогиб балки в момент усиления.

Рис. 3.41. Схемы усиления балок симметричными на­кладками

Наиболее простой способ усиления-симметричны­ми накладками (рис. 3.41), однако при этом возникает необходимость в большом объеме потолочной сварки. При большой ширине нижней накладки можно избежать потолочных швов, однако ширина ее не должна превы­шать 506, в противном случае возникает значительная концентрация напряжений по кромкам балки.

Проверку прочности и устойчивости усиленной бал­ки производят как для цельного сечения, так как крити­ческие усилия не зависят от величины напряжений, су­ществовавших до усиления.

Для повышения местной устойчивости локальных участков стенки балки устанавливают на этих участках короткие ребра жесткости, окаймляя их продольными ребрами (рис. 3.42).

Эффективным способом усиления сплошных балок являются натяжные устройства, которые обеспечивают стабильную величину предварительного напряжения, не зависящую от податливости анкеров и вытяжки за­тяжек. Такие способы позволяют регулировать усилие предварительного напряжения в нижнем поясе балки. Один из варианта усиления представлен на рис. 43. Распорные элементы выполняют в виде секторов с гнез­дами, образующих с осью разрезные шарниры, располо­женные между скошенными торцами распираемых балок, натяжное устройство требуемой массы располага­ют внутри колонны. Этот способ наиболее эффективен при усилении подкрановых балок, так как требует ми­нимальных трудовых и материальных затрат.

Усиление ферм.

Усиление стальных ферм осуществляют подведением новых конструкций, введением дополнительных элемен­тов решетки, изменением схемы конструкции и увеличе­нием сечений отдельных элементов. Выбор того или ино­го способа усиления зависит от причин, вызвавших уси­ление стропильных конструкций. Подведение новых конструкций осуществляют в том случае, если другие способы усиления не дают требуе­мого эффекта и если по условиям производства допусти­ма установка дополнительных промежуточных стоек.

Дополнительные элементы решетки вводятся для уменьшения гибкости стержней в плоскости фермы, для усиления верхнего пояса фермы на местный изгиб, а также для увеличения жесткости и несущей способно­сти фермы в целом. Усиление нижнего пояса осуществляют, как правило, увеличением его сечения. Верхний пояс усиливают шпренгельной решеткой. Дополнитель­ную перекрестную решетку устанавливают для повыше­ния несущей способности и жесткости фермы в целом. В этом случае ферма превращается в статически неоп­ределимую систему и возникает опасность перераспре­деления усилий в элементах решетки (растянутые эле­менты испытывают сжимающие усилия, и наоборот). Поэтому иногда возникает необходимость дополнитель­ного усиления отдельных элементов решетки.

Наиболее распространенный характер повреждений стропильных ферм — погнутость стержней решетки, ко­торая достигает 50-70 мм. В этом случае увеличивают сечение решетки или устанавливают предварительно на­пряженные элементы, снижающие искривления элемен­тов решетки.

Существенного увеличения несущей способности фер­мы можно добиться установкой третьего пояса (шпрен­гельной системы) в пределах высоты фермы или (если допускает высота помещения) путем его закрепления в нижних опорных узлах. Такое усиление не требует до­полнительных опор и может выполняться из высоко­прочных канатов (пучков), обеспечивая минимальную материалоемкость усиления. Стойки шпренгельной си­стемы выполняют из жестких профилей.

Разгрузку су­ществующей фермы осуществляют предварительным на­пряжением третьего пояса, поэтому его сечение должно быть достаточным для воспринятая максимальных на­пряжений при полной нагрузке фермы. Усилия в раз­личных элементах конструкции суммируются из усилий, возникающих при предварительном напряжении третье­го пояса, а также усилий, в статически неопределимой усиленной конструкции от всех нагрузок, приложенных после усиления.

Одним из способов усиления ферм является над­стройка висячих (вантовых) систем, к которым подве­шивается усиливаемая конструкция. Этот способ осо­бенно эффективен, если ванты можно подвешивать к ря­дом стоящим более высоким и устойчивым сооружениям.

Усиления ферм можно добиться включением в их работу светоаэрационных фонарей. Наиболее эффекти­вен этот метод при расположении фонарей не по сере­дине пролета, а над колоннами в двух- и многопролет­ных цехах.

Как уже отмечалось, усиления верхнего пояса ферм можно добиться за счет включения 8 его работу желе­зобетонных плит покрытия.

Усиление соединений.

При недостаточной прочности сварных швов их уси­ливают увеличением длины.

Наращивание швов следует производить электрода­ми Э42, Э42А или Э46Т диаметром не более 4 мм при силе тока не более 220 А со скоростью, при которой за один проход размер катета не превышает 8 мм. Для элементов из уголков новые швы следует накладывать, начиная со стороны обушка от края фасовки в направ­лении существующих швов. Сварку последующего шва производят только после охлаждения предыдущего до 100°C. При усилении швов напряжения в усиливаемом элементе не должны превышать 0,8R_y, где R_y-расчет­ное сопротивление стали. Усиление должны производить высококвалифицированные, сварщики не ниже 5-го раз­ряда.

Усиление заклепочных соединений осуществляют вы­сокопрочными болтами с предварительным напряжени­ем. Болты устанавливают от середины узла к краям с помощью тарировочных ключей для измерения крутя­щих моментов. Из-за ослабления старых заклепок при установке новых высокопрочных болтов последние дол­жны быть рассчитаны на воспринятие полной нагрузки.

Из-за различной жесткости сварных и болтовых со­единений усиление последних при помощи сварки не ре­комендуется.

Усиление металлических конструкций

Компания «СТЭФС» оказывает услуги по усилению металлических конструкций. Мы предлагаем эффективные решения для увеличения несущей способности зданий и сооружений любого типа, а также их отдельных элементов.

Металлоконструкции эксплуатируются на протяжении десятков лет, поэтому отличаются высокой прочностью, надежностью и долговечностью. Большинство из них не требует модернизации на протяжении всего срока, однако ошибки в проектировании, инженерные дефекты и изменение нагрузок могут привести к необходимости дополнительного укрепления. Усиление металлических конструкций может быть аварийным (неотложным), постоянным (капитальным) и перспективным. Временно армируются элементы, эксплуатация которых требуется до проведения основательного укрепления.

Укрупнённые расценки на производство работ по разработке проекта и выполнению работ по усилению различных конструкций представлены в таблице.

от 50 000 рублей

от 120 000 рублей

от 250 000 рублей

Усиление перекрытий и покрытий

от 50 до 10 000 кв.м

от 350 до 4 500 рублей/кв.м

Усиление балок и ригелей

от 50 до 5 000 п.м

от 400 до 4 500 рублей/п.м

от 300 до 4 700 рублей/п.м

Усиление стен и пилонов

от 50 до 5 000 кв.м

от 300 до 3 500 рублей/кв.м

от 9 000 до 25 000 рублей/шт.

Наиболее распространенными способами укрепления металлоконструкций являются:

• подведение новых систем и элементов;
• установка дополнительных ребер, распорок и диафрагм;
• усиление соединений;
• увеличение сечений;
• изменение конструктивных схем;
• повышение пространственной жесткости.

При этом для каждого элемента подбирается отдельная методика. Например, усиление сжатых стоек металлических конструкций осуществляется с помощью предварительно напряженных телескопических труб, тяжей и оттяжек, а балок — посредством увеличения сечения с разгрузкой не менее чем на 60 %. Укрепление ферм производится путем введения дополнительных решетчатых элементов и изменения схем. При недостаточной прочности сварных швов усиление металлических конструкций осуществляется методом увеличения их длины, а заклепочных соединений — предварительно напряженными болтами.

Преимущества усиления металлических конструкций у нас

Мы осуществляем полный комплекс работ по армированию элементов. Перед усилением металлических конструкций производится их тщательное техническое обследование и анализ несущей способности. На основании полученных результатов разрабатывается проект усиления и предоставляется экспертное заключение. Применение современных технологий армирования и высококачественных строительных материалов позволяет гарантировать эффективность и снижение производственных затрат.

Заказать услуги усиления металлических конструкций или получить более подробную информацию можно в телефонном режиме или оставив запрос на сайте компании.

Усиление конструкций

Компания «СТЭФС» оказывает услуги по усилению строительных конструкций. У нас многолетний и успешный опыт проектирования и усиления таких несущих конструктивных элементов, как фундаменты, колонны, стены, перекрытия, балки и покрытия. Необходимость в реализации проекта усиления перечисленных конструкций может возникнуть по ряду причин:

• эксплуатационный износ, а также утрата несущей способности из-за действия вибрационных, динамических и других нагрузок. Также негативное влияние оказывают неблагоприятные условия окружающей среды и климата;
• конструктивные дефекты. Они могут образоваться из-за неправильной эксплуатации конструкций, а также ввиду влияния на них агрессивных материалов;
• увеличение нагрузки на несущие элементы из-за изменений или установки в непосредственной близости новых конструкций. Например, негативное влияние может оказать проведенная перепланировка, создание пристройки или надстройки;
• смена технологических процессов или оборудования внутри здания или сооружения;
• ошибки, допущенные при первичном проектировании сооружения;
• нарушения при выполнении строительно-монтажных работ, использование некачественных строительных материалов;
• случайные повреждения, которые возникли при эксплуатации здания или сооружения.

Это основные причины, которые приводят к необходимости в усилении конструкций. Доверять проведение процедуры следует опытным специалистам. Лишь в этом случае можно ожидать хорошего результата.

Укрупнённые расценки на производство работ по проектированию и усилению различных строительных конструкций представлены в таблице.

Стоимость проектирования и усиления конструкций

Проектирование усиления конструкций

зданий и сооружений (раздел "КР", стадия "Р")

МИНИМАЛЬНЫЙ ОБЪЁМ РАБОТ

СТОИМОСТЬ, ВКЛ. МАТЕРИАЛЫ

от 800 рублей/кв.м

от 200 рублей/кв.м

от 350 рублей/кв.м

от 400 рублей/п.м

от 300 рублей/п.м

от 300 рублей/кв.м

от 9 000 рублей/шт.

Проектирование усиления здания и применяемые методики

Возможно использование различных способов усиления строительных конструкций. Технологию выбирают в зависимости от причины, которая привела к необходимости проведения данной процедуры. Также учитывается актуальное состояние конструкции и ее тип.

Возможно проведение работ:

• без внесения изменений в исходную конструктивную схему: металлические или железобетонные обоймы, рубашки и наращивание;
• с изменением начальной конструктивной схемы: комбинированные и шпренгельные горизонтальные затяжки, балки, консоли, стойки, обоймы и т. д.
• Как показывает практика, сложнее всего составить и реализовать проект усиления фундамента, а также ригелей и балок. Несколько проще — плит перекрытий и колонн.

Общий перечень работ по усилению

В рамках оказания услуг по усилению фундаментов, проемов, стен и других конструктивных элементов выполняются следующие работы:

• предварительный сбор сведений о сооружении;
• тщательное техническое обследование подземной и надземной частей здания и прилегающей территории с целью определения фактических размеров, действующих нагрузок, прочностных характеристик, причин возникновения повреждений, правильности отвода поверхностных вод и других факторов, имеющих значение;
• инженерно-технический расчет, выбор метода усиления и разработка подробного проекта с учетом полученной информации, специфики предстоящей эксплуатации, задач, поставленных заказчиком;
• переустройство, ремонт, восстановление и прочие мероприятия по усилению конструкций, предусмотренные проектной документацией.

В некоторых случаях разработку и реализацию проекта по усилению нужно выполнить как можно быстрее. Это необходимо, если:

• произошла просадка здания либо какой-нибудь его части;
• наблюдается выпучивание или искривление стен в горизонтальной и вертикальной плоскостях, появились глубокие трещины;
• возникли деформации поверхности пола.

В проекте усиления учитываются следующие нюансы:

• характер дефекта;
• наличие технической возможности его устранения;
• требования к срокам;
• степень аварийности объекта.

Только грамотный и всесторонний подход позволит выполнить все запланированные мероприятия в предельно сжатые сроки и с максимальным использованием имеющихся ресурсов.

Кому доверить проектирование усиления здания и осуществление работ?

Решения по усилению сооружений или отдельных конструктивных элементов, а также их замене должны быть обоснованы экономически и технически. Для этого требуется разработка проектной документации. Чаще всего замена стоит дороже, чем восстановление первоначальных параметров элементов. Но следует понимать, что безошибочно выполнить работы могут лишь специалисты, имеющие профессиональную подготовку и богатый опыт.

Сотрудники компании «СТЭФС» имеют значительный опыт работы в данной сфере и осуществляют работы по следующим направлениям усиления:

Мероприятия по усилению конструкций в зависимости от степени их повреждения

Техническое состояние конструкций

Отсутствуют видимые повреждения, свидетельствующие о снижении несущей способности конструкций.

Ремонтные работы не требуются.

Незначительное снижение несущей способности конструкций (до 5%).

Восстановление защитного слоя бетона для железобетонных или антикоррозионного покрытия для стальных конструкций.

Существующие повреждения свидетельствуют о снижении несущей способности конструкций.

Существующие повреждения свидетельствуют о непригодности конструкций к эксплуатации.

Капитальный ремонт с усилением конструкций. До усиления необходимо ограничение нагрузок.

Требуется немедленная разгрузка конструкций и устройство временных креплений.

Конструкции подлежат замене или требуют капитальных ремонтно-восстановительных работ.

наиболее распространённые способы усиления конструкций

Способ усиления конструкций

Метод усиления конструкций

Путём ограничения нагрузки.

За счёт применения разгружающих конструкций, передающих нагрузку на смежные конструкции.

Замена новой конструкцией.

Демонтаж старых и монтаж новых конструкций.

Увеличение сечения конструкции без изменения расчётной схемы.

Посредством устройства набетонок.

Путём устройства охватывающих обойм с добавлением арматуры.

За счёт одностороннего наращивания в железобетонных конструкциях.

Усилением стальными конструкциями.

С использованием синтетических материалов и жидких составов.

Изменение расчётной схемы конструкции.

При помощи дополнительных жёстких стальных и железобетонных стоек и опор.

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

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

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»

Читайте также:

  
• Поделки из металла для цветов
  
• Лабораторная работа коррозия металлов
  
• Овощная яма из металла
  
• Переход с металла на полипропилен без резьбы гебо
  
• Металлический намордник для алабая