Усиление железобетонных конструкций с изменением расчетной схемы. Усиление железобетонных изгибаемых конструкций

Усиление железобетонных балок намного сложнее, чем металлических, вследствие того, что железобетон – композиционный материал, где арматура работает совместно с бетоном. Зачастую у эксплуатирующей организации отсутствует проектная документация, поэтому положение рабочей арматуры приходится определять дополнительно.

Можно выделить два основных способа усиления или восстановления несущей способности железобетонных балочных конструкций:

усиление без изменения первоначальной конструктивной схемы;


усиление с ее изменением.

Первый способ заключается в увеличении поперечного сечения усиливаемого элемента, что достигается установкой хомутов или устройством специальных рубашек, обойм, накладок, наращиваний с добавлением арматуры, расширением опор. Это приводит к уменьшению пролета, а, следовательно, к изменению расчетной схемы. Но также связано с повышением веса конструкции.

Второй способ состоит в установке дополнительных горизонтальных или шпренгельных затяжек с предварительным натяжением либо комбинированных затяжек, что изменяет расчетную схему конструкции, но лишь незначительно увеличивает ее вес.

В создании предварительного напряжения по нижнему поясу балок при усилении особенно нуждаются монолитные конструкции, не заводского изготовления. Сборные железобетонные элементы и монолитные (т.е. изготовленные непосредственно на строительной площадке) нельзя приравнивать по несущей способности, поскольку у сборных конструкций предварительное напряжение по нижнему (растянутому) поясу создается в нормальных заводских условиях с гарантией качества. В условиях строительной площадки эта операция не может быть выполнена вообще.

По качеству адгезии бетона с арматурой, по надежности и долговечности – между монолитными и сборными железобетонными конструкциями также нельзя поставить знак равенства. Твердение монолитных конструкций на строительной площадке, как правило, происходит с нарушением технологических требований, а разопалубливание проводится до достижения бетоном необходимой прочности.

В то же время в заводских условиях, при автоклавном пропаривании в процессе связывания железобетона участвуют все компоненты бетонной смеси.

Используемые при этом элементы конструктивно просты, изготавливаются из арматуры или фасонного проката вне реконструируемого объекта, устанавливаются с минимальными трудовыми затратами, сразу же включаются в работу после установки и натяжения или увеличения сечения без применения других приспособлений. Они в 2-2,5 раза повышают первоначальную несущую способность изгибаемых элементов, не нарушают интерьеров помещений, могут быть скрыты подвесным потолком и т. п., занимают мало места и незначительно увеличивают сечение или высоту конструкций.

Способы усиления железобетонных балок

а, в - обетонированием; б - хомутами; г, д. е, ж - заделкой и сопряжением на опорах

Для обеспечения совместной работы бетона усиливаемой конструкции с бетоном усиления необходимо как при проектировании, так и при производстве работ уделять внимание мероприятиям, способствующим повышению сцепления старого бетона с новым. В частности, гладкие контактные поверхности рекомендуется подвергать пескоструйной обработке, насечке или обработке металлическими щетками. Непосредственно перед укладкой нового бетона поверхность старого должна быть промыта струей воды под давлением. При этом лишняя вода в виде лужиц должна быть удалена, так как излишнее увлажнение отрицательно влияет на сцепление. При устройстве железобетонных обойм колонн поверхность существующего бетона промывается струей воды под давлением.

	Устройство железобетонной обоймы Установка металлических уголков
Усиление монолитной балки железобетонной обоймой 1 — усиливаемая балка; 2 — обойма; 3 — плита; 4 — отверстия в плите для пропуска хомутов и подачи бетона; 5 — монтажная арматура обоймы; 6 — наклонные стержни обоймы; 7 — рабочая арматура обоймы; 8 — хомуты обоймы
	Установка дополнительной арматуры на полимеррастворе Установка внешней листовой арматуры на полимеррастворе
Усиление монолитной балки железобетонной рубашкой 1 — усиливаемая балка; 2 — рубашка; 3 — рабочая арматура рубашки; 4 — монтажная арматура рубашки; 5 — хомуты; 6 — насечка; 7 — стяжка

Рубашки чаще применяются при усилении монолитных балок ребристых перекрытий. Особое внимание рекомендуется уделять анкеровке поперечной арматуры по концам поперечного сечения рубашек. При усилении колонн хомуты должны привариваться к арматуре усиливаемой колонны, в случае каких-либо затруднений рубашка колонны должна рассчитываться на восприятие всей нагрузки. При усилении монолитных балок ребристых перекрытий хомуты выводятся через плиту через просверленные отверстия и заанкериваются с помощью продольных арматурных стержней.

Усиление наращиванием заключается в том, что усиливаемая конструкция увеличивается по высоте или ширине (снизу, с боков или сверху усиливаемого элемента).

	Наращивание балок снизу при значительном увеличении их несущей способности
	Наращивание балок снизу при незначительном увеличении их несущей способности
Усиление балок односторонним наращиванием 1 — усиливаемая балка; 2 — наращивание посредством коротышей; 3 — наращивание посредством соединительных элементов; 4 — арматура усиливаемой балки; 5 — дополнительная рабочая арматура; 6 — коротыши; 7 — соединительные элементы на сварке

Характерной особенностью этого способа является восприятие касательных напряжений, действующих в плоскости контакта старого бетона с новым, специальной дополнительной арматурой, привариваемой к арматуре усиливаемой конструкции, предварительно обнажаемой скалыванием защитного слоя в местах приварки.

Наращивание применяется для усиления любых железобетонных конструкций (как монолитных, так и сборных). Усиление верхних полок сборных балок покрытий выполняется в случае замены плит покрытий. При наращивании не рекомендуется применение арматурных стержней диаметром менее 10 мм. При скалывании защитного стоя, расположенного в сжатой зоне, следует учитывать временное снижение несущей способности.

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 40 мм и длиной от 50 до 200 мм соединить дополнительную арматуру с существующей.

В растянутой зоне усиливаемых элементов коротыши размещаются на расстоянии 200…1000 мм, в сжатой зоне — на расстоянии не более 500 мм и не более 20 диаметров продольной арматуры усиления. После проведения сварочных работ, взамен сколотого защитного слоя наносится новый — в виде цементной штукатурки или торкретированием. В этих случаях сечение усиливаемого элемента увеличивается незначительно, в пределах от 20 до 80 мм.

При разрывах арматурных стержней в изгибаемых элементах рекомендуется восстанавливать их приваркой напряженных накладок. 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.

Допускается приварка дополнительной арматуры из сталей классов A-I, A-II, A-III к существующей арматуре тех же классов. При арматуре из высокоуглеродистых сталей классов A-IV и выше, а также из канатов и прядей сварка не допускается.

В случаях, когда условия технологического процесса позволяют стеснение габаритов производственных помещений, одним из простых способов усиления изгибаемых элементов (балок, ригелей, рам, ферм и т.п.) является установка дополнительных жестких опор.

Усиление ригеля дополнительной жесткой опорой а — опирающимися на нижележащее перекрытие: 1 — усиливаемый ригель; 2 — подкладка; 3 — коротыши из круглых арматурных стержней; 4 — двухсторонняя распорка, привариваемая после распора полураскосов; 5 — металлический оголовник; 6 — полураскос; 7 — затяжка на уровне пола; 8 — домкрат; 9 — сварные швы; б — опирающимися на обоймы колонны: 1 — усиливаемый ригель; 2 — обойма; 3 — подкосы; 4 — затяжка; 5 — натяжная муфта; 6 — металлический оголовник; 7 — планки; 8 — прокладки

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 порталов или подкосов.

Элементы дополнительных жестких опор могут быть железобетонными и металлическими. Их рекомендуется изготавливать заранее.

При выполнении жестких опор в виде подведенных стоек, 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 является загружение фундамента нагрузкой, не меньшей расчетной, до 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 накладные металлические детали в нижних углах должны быть закреплены. После подведения подкосов для плотного прилегания сопрягаемых конструкций, обеспечивающих эффективность усиления, необходимо в верхнем узле произвести расклинку клиновидными прокладками. Возможно устройство подкосов с опиранием на металлические обоймы колонн.

При усилении ригелей дополнительными жесткими опорами в виде металлических или железобетонных подкосов подъем усиливаемого ригеля может производиться, например, горизонтально расположенным домкратом. Для облегчения перемещения распираемых полураскосов необходимо в зазор между усиливаемым ригелем и полураскосами закладывать металлические подкладки 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 подкоской системы, устанавливаемой на одной колонне, подъем усиливаемой конструкции производится натяжением металлической затяжки посредством натяжной муфты. 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.

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

В случаях, когда усиливаемая конструкция не может быть 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.

	Подведение разгружающих балок на консолях
	Подведение разгружающих балок на хомутах
Усиление дополнительной упругой опорой (металлической балкой) а — на подвесках — стяжных болтах: 1 — усиливаемая балка; 2 — усиливающая балка; 3 — стяжной болт; 4 — опорный уголок; 5 — прокладка; б — на кронштейнах; 1 — усиливаемая балка; 2 — усиливающая балка; 3 — металлическая обойма колонны; 4 — кронштейны; 5 — клиновидные прокладки

При усилении ригелей дополнительными жесткими опорами в виде металлических или железобетонных подкосов подъем усиливаемого ригеля может производиться, например, горизонтально расположенным домкратом. Для облегчения перемещения распираемых полураскосов необходимо в зазор между усиливаемым ригелем и полураскосами закладывать металлические подкладки 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 подкоской системы, устанавливаемой на одной колонне, подъем усиливаемой конструкции производится натяжением металлической затяжки посредством натяжной муфты. 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.

	Подвеска к разгружающим балкам
	Установка горизонтальных затяжек из уголков
Усиление изгибаемых элементов дополнительными упругими опорами а — металлическими балками на подвесках; б — металлическими треугольными фермами; 1 — разгружаемый элемент; 2 — разгружающая конструкция; 3 — подвеска; 4 — опора разгружающей конструкции; 5 — фиксирующий болт; 6 — прокладка; 7 — отверстия, заполняемые бетоном после усиления

Для усиления изгибаемых элементов применяются также дополнительные упругие опоры, создаваемые обычно с помощью металлических ферм и 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.

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.

При усилении изгибаемых элементов многоэтажных зданий упругие дополнительные опоры могут быть созданы металлическими тяжами. Реактивная разгружающая сила создается предварительным напряжением тяжей вначале посредством натяжных гаек, а окончательно — натяжными муфтами. Нагрузка от тяжей воспринимается рамой верхнего яруса, к стойкам которой они крепятся.

Для усиления в основном сборных балок покрытия больших пролетов и ферм под нагрузкой могут быть рекомендованы предварительно напряженные шарнирно-стержневые цепи. Применение шарнирно-стержневых цепей позволяет создать противоположную по знаку нагрузку в виде ряда сосредоточенных грузов, расположение и величины которых намечаются заранее в зависимости от очертаний цепей. Эффект усиления (создание реактивных сил заданных величин) достигается натяжением статически определимой цепи.

Установка разгружающих кронштейнов	Установка комбинированных затяжек из арматурной стали
Установка затяжек из швеллера	Устройство железобетонной рубашки
Устройство железобетонного наращивания	Установка стяжных хомутов у опор
Установка стягиваемых поперечных стержней у опор	Установка наклонных стержней у опор

Основными элементами при усилении этим способом являются: собственно шарнирно-стержневая цепь, состоящая из двух одинаковых ветвей по обе стороны усиливаемой балки (уголки с подрезанными вертикальными полками в местах перегиба, арматурные стержни до 30…36 мм диаметром или канаты); анкерные устройства в виде сварных накладок из листового металла в верхней зоне балок над опорами; подвески, обычно из круглой стали, или стойки из профильного металла в местах перегиба ветвей цепи. Арматурные стержни принимаются из стали классов A-I, A-II, A-III, металлические конструкции — из сталей ВСт3сп, ВСт3пс, ВСт3кп. Сварные соединения необходимо выполнять с особой тщательностью.

	Установка шпренгельных затяжек из уголков
	Установка шпренгельных затяжек из арматурной стали
Усиление изгибаемых элементов предварительно напряженной шарнирно-стержневой цепью: а — усиление балки монолитного ребристого перекрытия; б — усиление сборной балки покрытия; 1 — усиливаемый элемент; 2 — шарнирно-стержневая цепь; 3 — стойка; 4 — центральная стойка; 5 — металлическая обойма анкерного устройства

Все элементы цепи рекомендуется изготавливать заранее в соответствии с размерами усиливаемой балки, тщательно проверенными в натурных условиях. Элементы цепи следует устанавливать в определенной последовательности. К закрепленным на балке анкерным устройствам подвешивают обе ветви цепи с заранее прикрепленными подвесками, имеющими на концах винтовую нарезку, и соединительными планками. Если кроме подвесок требуются и стойки, то их устанавливают, оставляя свободным место для центральной подвески (стойки).

При закручивании гаек все соединительные планки подвесок плотно притягиваются к усиливаемой балке, а цепь получает некоторое натяжение, вследствие которого происходит обжатие анкерных устройств и обмятие всех промежуточных узлов, что приводит к устранению или уменьшению потерь напряжений в дальнейшем. Затем натяжение ослабляется и узлы устанавливаются в проектное положение в соответствии с цепной линией. При креплении ветвей цепи к анкерным устройствам на болтах имеется возможность регулировать длину цепи, что позволяет установить цепь в проектное положение с большей точностью.

При проектировании очертания цепи рекомендуется принимать его таким, чтобы тангенсы углов наклона отдельных звеньев, начиная от середины, относились между собой как 1:3:5 и т.д. Соблюдение этого условия приводит к тому, что усилия (реактивные силы) во всех подвесках и стойках будут примерно одинаковой величины, и основное натяжение можно производить в месте расположения центральной подвески или стойки. Величина усилия предварительно определяется теоретически.

Для основного натяжения ветвей цепи в месте расположения центральной подвески или стойки применяются различные способы. В случаях, когда цепь располагается выше низа усиливаемой балки, т.е. требуется установка подвески, натяжение можно осуществлять посредством закручивания гаек динамометрическим ключом с помощью домкрата с манометром, упирающегося в низ балки, и другими способами. Показания манометра позволяют достаточно точно определять величину разгружающей нагрузки. Независимо от расположения цепи относительно усиливаемой балки можно осуществить натяжение ее ветвей оттарированным грузом с последующей фиксацией узла подвеской или стойкой. При натяжении этим способом также обеспечивается достаточный контроль.

Для усиления изгибаемых элементов многопролетных зданий или конструкций (сборных балок покрытия, второстепенных балок монолитных ребристых перекрытий и т.п.) в приопорных зонах могут применяться двухконсольные предварительно напряженные разгружающие кронштейны, устанавливаемые на промежуточных опорах.

При усилении сборных балок покрытия обе ветви кронштейнов представляют собой треугольные фермы. Нижний пояс выполняется из одного уголка, а верхний пояс и решетка могут быть выполнены как из одинарных уголков, так и из круглых арматурных стержней.

Высота кронштейнов принимается равной высоте надопорной части усиливаемых балок. Длины консольных частей кронштейнов рекомендуется принимать равными 1/4 — 1/6 пролета усиливаемых балок. При небольшой длине консольных частей можно вообще отказаться от внутренних элементов решетки.

Частями кронштейна являются ветви кронштейнов, опорные элементы (опорный лист или седлообразные накладки), соединительные элементы в виде отрезков уголков или круглых стержней, упорные устройства, прикрепляемые под низом усиливаемой балки к концам ветвей кронштейна. Эти устройства служат для создания опор усиливаемых балок и могут иметь различную конструкцию в зависимости от способа натяжения кронштейна.

Конструкция упорного устройства зависит от способа натяжения. При натяжении болтами она представляет собой жесткий элемент, пропускаемый под низом усиливаемой балки и закрепляемый на болтах к ветвям кронштейна. Контроль натяжения осуществляется по прогибу концов кронштейна. При натяжении подвеской оттарированного груза жесткий элемент упорного устройства приваривается к ветвям кронштейна, для чего в нем предусматриваются отверстия или привариваются петли. После натяжения в зазор между низом балки и пластиной упорного устройства плотно укладываются фиксирующие прокладки, а грузы снимаются. Потери напряжения устраняются подвеской груза на 10…15 % большего, чем требуемая разгружающая нагрузка. После натяжения домкратами, устанавливаемыми между упорами, подвешенными на концах кронштейна, и низом балки, также укладывают фиксирующие прокладки. Контроль натяжения осуществляют по манометру домкрата. Поскольку эта система является статически определимой, свободно вращающейся на средней опоре, то можно производить натяжение только одного конца кронштейна. Усилие на другом конце в этом случае будет также известно.

Разгружающие кронштейны могут выполняться также в виде сплошных балок из прокатного металла.

В случаях, если усиление вызвано нарушением анкеровки продольной рабочей арматуры, вынос опоры или кронштейна от опорного листа балки должен быть не менее 40 диаметров при стержневой арматуре периодического профиля и не менее 80 диаметров при арматуре из высокопрочной проволоки.

При усилении балок покрытия многопролетных зданий рекомендуется применять одновременно различные конструктивные решения для крайних и средних пролетов. Для крайних пролетов можно применить предварительно напряженный шпренгель, для средних — предварительно напряженные разгружающие кронштейны.

Для монолитных и сборных изгибаемых элементов в случаях необходимости проведения работ в минимальные сроки без снятия временной нагрузки может быть рекомендован способ усиления посредством установки дополнительной предварительно напряженной арматуры.

Добавочная арматура может быть как горизонтальной, так и шпренгельной. Возможна также установка горизонтальной и шпренгельной арматуры одновременно. В результате установки дополнительной арматуры с предварительным ее напряжением меняется напряженно деформированное состояние усиливаемых балок. Предварительное напряжение включает дополнительную арматуру в совместную работу с усиливаемой балкой, которая может рассматриваться как изгибаемая конструкция с увеличенной площадью арматуры, дополнительная часть которой не имеет сцепления с бетоном, и с изменяющейся рабочей высотой.

Способ усиления установкой дополнительной предварительно напряженной арматуры имеет несколько разновидностей, которые отличаются друг от друга анкеровкой дополнительной арматуры и способом ее натяжения.

Натяжение дополнительной арматуры может производиться механическим, электротермическим или электротермомеханическим способами.

При механическом способе натяжение напрягаемой арматуры производится с помощью домкратов, динамометрических ключей, натяжных болтов, стяжных хомутов, притягивающих тяжи друг к другу, а также специальных усиливающих устройств шпренгельного или рычажного типа.

Одним из способов закрепления дополнительной арматуры в случаях, когда анкерные устройства нельзя разместить на торцах балки, является их приварка к существующей арматуре. В этих случаях скалывают защитный слой на небольших участках в приопорных зонах, т.е. там, где напряжения в арматуре усиливаемой балки незначительны. К обнаженной рабочей арматуре необходимо приварить коротыши, диаметр которых несколько больше толщины защитного слоя, при этом не следует нарушать стержни поперечного армирования или хомуты. К коротышам приваривают арматурные стержни усиления. Натяжение в данном случае производят термическим способом.

Стержни усиления устанавливают в проектном положении с помощью временных подвесок, количество которых следует назначать так, чтобы исключить провисание под действием собственного веса. Стержни должны быть максимально прямолинейными. Один конец стержня приваривают к коротышу, а второй остается свободным. Стержень включают в электрическую цепь и нагревают до расчетной температуры. Свободный конец прижимают к коротышу и приваривают. В процессе сварки до полного остывания шва необходимо поддерживать постоянную расчетную температуру. Для предотвращения выпучивания продольной арматуры в местах приварки дополнительной напряженной арматуры коротыши желательно располагать рядом с одним из хомутов со стороны пролета.

Прокладки, подкладки, и другие детали при усилении шпренгельной арматурой и ее натяжении необходимо устанавливать в местах перегибов стержней между нижней гранью усиливаемой балки и шпренгельными стержнями. Конструкции этих элементов зависят от способа натяжения стержней, расстояния между нижней гранью усиливаемой балки и стержнями усиления и ширины усиливаемой балки.

В отдельную группу усиления дополнительной арматурой могут быть объединены и рекомендованы к применению затяжки, напрягаемые посредством взаимного стягивания двух или четырех стержней специальными стяжными болтами. Стяжные болты должны иметь вид хомута с двумя нарезными концами и общей шайбой. Натяжение производится одновременным подтяги ванием гаек на обоих концах этого хомута. Натяжение посредством взаимного стягивания характеризуется простотой и не требует значительных усилий, поскольку напряжения в стяжных болтах (хомутах) в 7…10 раз меньше напряжений в стягиваемых дополнительных стержнях. Данный способ позволяет создать во всех стягиваемых стержнях (двух или четырех) равномерные усилия, т.е. обеспечивает их саморегулирование. Стягивание может производиться одним стяжным болтом или двумя, с промежуточными распорками или без них. Вертикальные стержни анкеров-затяжек пропускаются через просверленные в перекрытии отверстия для анкеровки.

Усиление растянутой зоны производится увеличением площади поперечного сечения рабочей арматуры усиливаемой конструкции путем установки дополнительной арматуры в этой зоне с обеспечением ее совместной работы с конструкцией. Совместная работа дополнительной арматуры с усиливаемой конструкцией обеспечивается:

приваркой к существующей арматуре ;

приклеиванием к бетону растянутой зоны .

Обеспечение совместной работы дополнительной арматуры приваркой к существующей арматуре

Приварка дополнительной растянутой арматуры к существующей арматуре усиливаемой конструкции в зависимости от состояния и толщины защитного слоя, а также возможности увеличения размеров поперечного сечения производится: непосредственно нахлесточным соединением с отбивкой защитного слоя по длине дополнительной арматуры (рис. 8.2, а ); с помощью коротышей диаметром, превышающим толщину защитного слоя (рис. 8.2, б , в ,); с помощью скоб (рис. 8.2, г ). После приварки в проектном положении дополнительная арматура обетонируется.

Рис. 8.2. Усиление растянутой зоны конструкций приваркой дополнительной арматуры:а – нахлесточным соединением; б – посредством коротышей со стороны растянутой зоны; в – посредством коротышей со стороны бокового защитного слоя; г – с помощью скоб

Приварка дополнительной арматуры к существующей предварительно напряженной арматуре, а также не заведенной за грань опоры на требуемую длину ненапряженной арматуре усиливаемой конструкции, не допускается.

Защитный слой бетона в местах приварки дополнительной арматуры, коротышей или скоб отбивается не менее чем на половину диаметра существующей арматуры. Существующая арматура в местах сварки должна быть очищена от ржавчины, пыли и других загрязнений до чистого металла.

В качестве дополнительной рабочей арматуры применяют стержневую арматуру периодического профиля или гладкую, а также прокатные профили.

Коротыши и участки соединения скоб из стержневой арматуры принимают длиной 50...200 мм и располагают по длине конструкции «вразбежку» с расстоянием между ними вдоль стержней не менее 20, где  – больший диаметр свариваемых стержней.

С целью уменьшения концентрации напряжений, охрупчивания металла и ослабления сечения при выполнении сварных швов не допускается наличие ожогов и подплавлений от дуговой сварки на поверхности рабочих стержней. Ожоги должны зачищаться абразивным кругом вдоль стержня. При усилении конструкции под нагрузкой приварку дополнительной арматуры осуществляют за два прохода симметрично в направлении от концов конструкции к середине. Приварку дополнительной арматуры к существующей арматуре усиливаемой конструкции, разгружаемой во время выполнения работ по усилению, допускается выполнять за один проход.

Приварка дополнительной арматуры к существующей арматуре усиливаемой конструкции без предварительного ее разгружения не допускается, если напряжения в рабочей арматуре наиболее неблагоприятного сечения конструкции превышают 85 % ее предела текучести. Напряжения в арматуре усиливаемой конструкции определяют при фактически действующих нагрузках, фактической прочности бетона и арматуры, площади поперечного сечения арматуры за вычетом сечения свариваемого стержня усиливаемой конструкции.

При усилении конструкции без разгрузки дополнительную арматуру целесообразно предварительно напрягать термическим, механическим или комбинированным термомеханическим способами. При термическом способе дополнительный стержень предварительно приваривают одним концом к существующей арматуре, затем нагревают стержень и приваривают его второй конец. При электротермическом способе для нагревания по стержню пропускают ток от сварочного трансформатора. Величина предварительного напряжения контролируется по удлинению стержня или температуре его нагрева. Необходимое удлинение дополнительного стержня определяется по формуле

,где – требуемое предварительное напряжение, – длина стержня между внутренними концами сварных швов;– модуль упругости арматуры.

Необходимую температуру нагрева дополнительной арматуры определяют по формуле

,где
– коэффициент температурного расширения для арматурной стали;– температура окружающей среды в момент натяжения арматуры. Температура нагрева не должна превышать 400С .

При механическом способе предварительного напряжения к дополнительному стержню, приваренному одним концом к существующей арматуре, с противоположного конца приваривают натяжное устройство в виде болта с гайкой, а к существующей арматуре приваривают упор в виде отрезка трубы с внутренним диаметром несколько большим диаметра болта. После закрепления концов дополнительная арматура приваривается к существующей по длине. После натяжения дополнительной арматуры натяжное устройство отрезают и используют повторно. Для создания предварительного натяжения возможно использование стяжной муфты, включенной в напрягаемый стержень.

Для облегчения натяжения механическим способом дополнительные стержни одновременно нагревают (термомеханический способ). Величина предварительного напряжения контролируется по удлинению стержня.

Величина предварительного напряжения дополнительной арматуры принимается в пределах

Максимальная величина предварительного напряжения для проволочной арматуры не должна превышать
.С целью уменьшения прогиба и повышения трещиностойкости усиливаемой конструкции величину предварительного напряжения дополнительной арматуры принимают максимальной.

Потери предварительного напряжения в дополнительной арматуре определяются по , как для конструкций с натяжением арматуры на бетон.

Обеспечение совместной работы дополнительной арматуры приклеиванием к бетону растянутой зоны

При обеспечении совместной работы дополнительной арматуры и усиливаемой конструкции приклеиванием с помощью полимеррастворов (рис. 8.3) дополнительную листовую и профильную арматуру размещают на поверхности, а стержневую – в специально подготовленных пазах или в слое полимерраствора. Кроме того, дополнительная рабочая арматура может быть размещена в сборных железобетонных элементах усиления, приклеиваемых к растянутой зоне конструкции. В случае воздействия агрессивных сред, учитывая высокие защитные свойства полимеррастворов, целесообразно одновременно выполнять покрытия на поверхности усиливаемой конструкции. Стальные листы защищают огнезащитными и антикоррозионными составами. Дополнительную арматуру в растянутой зоне устанавливают по всей длине конструкции или на расчетную длину в соответствии с эпюрой внутренних усилий.

Р
ис. 8.3. Усиление растянутой зоны конструкции приклеиванием дополнительной арматуры: 1 – усиливаемая конструкция; 2 – шурф; 3 – анкер; 4 – листовая арматура; 5 – полимерраствор; 6 – уголок; 7 – швеллер; 8 – паз; 9 – стержневая арматура; 10 – обмазка из полимерраствора; 11 – сборный железобетонный элемент; 12 – стеклоткань; 13 – тонкий лист с выштамповками; 14 – анкерная пластина

Для повышения эффективности анкеровки дополнительной листовой арматуры применяют анкерные связи в виде отрезков стержневой арматуры периодического профиля, приваренных к листу и заанкеренных в предварительно высверленных в бетоне отверстиях, заполненных полимерраствором, или стальных листов, приклеенных по боковым граням усиливаемой конструкции.

При усилении растянутой зоны приклеиванием дополнительной арматуры целесообразна максимальная разгрузка усиливаемой конструкции или предварительное напряжение дополнительной арматуры.

В качестве дополнительной рабочей арматуры, приклеиваемой в растянутой зоне усиливаемой конструкции, применяют стержневую арматуру, арматурные

канаты, листовой прокат толщиной 3...20 мм, прокатные профили в виде швеллеров, уголков, а также неметаллическую арматуру на основе стеклянных, базальтовых, углеродных и других волокон.

Работы по усилению растянутой зоны конструкций приклеиванием дополнительной арматуры или сборных железобетонных элементов с дополнительной арматурой производят в следующей последовательности. Подготавливают склеиваемые поверхности элементов усиления и усиливаемой конструкции. Стальные листы с внутренней стороны очищают от ржавчины, окалины и обезжириваются ацетоном. Склеиваемые бетонные поверхности усиливаемой конструкции и сборного железобетонного элемента не должны иметь выступов, сколов ребер, жировых пятен, загрязнений и пыли. Поверхности, ранее подвергавшиеся воздействию агрессивных сред, промывают чистой водой и сушат. Если агрессивные среды были кислыми, то после промывки поверхности нейтрализуют щелочными составами и вновь промывают и сушат. При большом объеме работ поверхности подвергают пескоструйной очистке и обеспыливанию с помощью волосяных щеток и обдувкой сжатым, очищенным от масла и влаги, воздухом. Трещины инъецируют. Пазы для размещения стержневой арматуры нарезают с применением алмазного и твердосплавного механизированного инструмента. Затем элементы усиления устанавливают в проектное положение и фиксируют с помощью временных креплений (подпорок, хомутов, фиксаторов и т.п.).

Полимерраствор для замоноличивания стержневой арматуры в пазах и антикоррозионного покрытия поверхности наносят вручную, методом заливки или распыления. Полимерраствор в пазах между листовой арматурой или железобетонным сборным элементом вводят инъецированием через штуцер, ввинчиваемый в отверстие элемента усиления. При этом зазоры по периметру шва предварительно герметизируют полимерраствором того же состава с добавлением наполнителя.

При применении дополнительной арматуры в виде швеллеров перед установкой швеллера в проектное положение необходимое количество полимерраствора укладывают на внутреннюю поверхность профиля. Затем швеллер поднимают в проектное положение и притягивают к конструкции с помощью временных монтажных хомутов. Излишки полимерраствора выдавливаются в зазоры между боковыми гранями усиливаемой конструкции и полками профиля.

При усилении сборных многопустотных панелей перекрытия для размещения дополнительной арматуры используются пустоты. Дополнительная арматура может быть в виде отдельных стержней с фиксаторами для обеспечения защитного слоя или каркасов. Дополнительную арматуру устанавливают в пустоты через отверстия, пробитые со стороны верхней или нижней граней плиты, а пустоты с помощью бетононасосов заполняют бетоном (рис. 8.4).

Рис. 8.4. Усиление многопустотных панелей перекрытия установкой дополнительной арматуры: 1 – плита; 2 – сварной каркас; 3 – бетон

С целью уменьшения расхода материалов при усилении многопустотных панелей дополнительная арматура может устанавливаться не по всей длине панели, а пустоты заполняться не на весь объем. Для этого по концам зоны усиления со стороны верхней или нижней грани плиты выполняют щели, на арматуру устанавливают фиксаторы, вводят арматуру в пустоты в средней зоне панели, устанавливают временные ограничительные пластины, через щели с помощью патрубков пустоты между ограничительными пластинами заполняют полимерраствором, после твердения которого, ограничительные пластины извлекают, а щели заделывают (рис. 8.5).

Р
ис. 8.5. Усиление растянутой зоны многопустотных панелей установкой дополнительной арматуры:а – при устройстве щелей сверху плиты; б – при устройстве щелей снизу плиты, 1 – усиливаемая плита, 2 – щель, 3 – дополнительная арматура, 4 – фиксатор, 5 – ограничительная пластина, 6 – патрубок, 7 – полимерраствор

Толщина слоя полимерраствора определяется из условия прочности контактного шва и должна быть не менее 3, где  – диаметр дополнительной арматуры.

В приопорных зонах усиливаемых сборных многопустотных панелей выполняют щели, устанавливают временные ограничительные пластины в виде круга диаметром, равным диаметру пустоты, с прорезью для арматуры. Затем монтируют арматурный стержень и бетонируют приопорные зоны пустот. После набора бетоном прочности арматуру напрягают натяжными болтами, которые монтируют через отверстия со стороны нижней грани. При этом устанавливают опалубку под отверстиями со стороны нижней грани. Затем оставшееся пространство пустот заполняют бетонной смесью, после выдержки которой снимают опалубку и обрезают выступающие концы натяжных болтов (рис. 8.6).

Р
ис. 8.6. Усиление сборных многопустотных плит предварительно напряженной арматурой:а – плиты в момент предварительного напряжения арматуры; б – усиленная плита, 1 – усиливаемая плита, 2 – дополнительная арматура, 3 – временная ограничительная пластина, 4 – бетон, 5 – натяжной болт, 6 – опалубка

Дополнительная арматура для усиления растянутой зоны сборных панелей может устанавливаться в расширенный шов между плитами с последующим бетонированием. При этом должна обеспечиваться совместная работа дополнительной арматуры с усиливаемыми панелями путем устройства насечки, шпонок на боковых гранях смежных плит, а также применением полимеррастворов с высокими адгезионными свойствами.

Сборные железобетонные элементы усиления (обычные и предварительно напряженные) должны быть запроектированы на нагрузки, действующие в период изготовления, транспортирования и монтажа в соответствии с . Класс бетона элементов усиления должен быть не ниже фактической прочности бетона усиливаемой конструкции. Толщина сборного железобетонного элемента с дополнительной арматурой принимается не менее 50 мм. Количество сборных железобетонных элементов, размещенных по ширине сечения усиливаемой конструкции, может быть один и более.

Для усиления железобетонных конструкций разработано большое количество способов:

· увеличение геометрических размеров поперечных сечений конструктивных элементов, что сопровождается увеличением собственного веса конструкций и увеличением строительной высоты;

· устройство внешних стяжек, подпоров, поясов, шпренгелей, приводящее к изменению архитектурного вида сооружений и значительным временным и материальным затратам;

· приклеивание металлических пластин или их сварка.

Так, усиление железобетонных конструкций, путем наклейки композиционных материалов позволяет в значительной степени увеличить их несущую способность и жесткость, а также продлить срок эксплуатации всего сооружения. Здесь следует отметить основные следующие преимущества материала:

· совместная работа элемента внешнего армирования с усиливаемой конструкцией на всех этапах ее загружения (такая работа обеспечивается надежным клеевым соединением);

· высокая долговечность и стойкость к коррозии;

· высокие механические характеристики (прочность и модуль упругости) материалов, составляющих систему усиления;

· высокое относительное удлинение материалов усиления;

· простота монтажа и малый собственный вес.

Способы усиления жб констр с изменением статической схемы их работы.

Усиление констр этим методом производится

1.Изменением места передачи нагр с помощью распределительных усилий в виде балок изменяющих место сосредоточенных нагр и уменьшающие изгибающий момент

2.Повышение степени статической неопределенности путем устр-ва доп опор установкой дополнительных связей с целью обеспечения пространственной работы и неразрезности.

Дополнит опоры - жесткие в виде стоек с жесткими функ-ями или подкосов подвесов передающих нагрузку на существующий ф-т.

Для включения в совместную работу дополнительных жестких опор в местах сопряжения усиливаемых констр их предвар напрягают домкратами или с помощью клиньев. Дополнит упругие опоры менее эффективны но и менее стесняют габариты помещения. К упругим опорам относят опоры осадкой которых пренебречь нельзя. Их устанавливают с помощью балок системой ферм которые расположены снизу сверху или с боковых сторон усиливаемых констр. Для изгибаемых большепролетных констр многопролетные здания эффективно выполнять доп упругие связив виде упругих кронштейнов из прокатных профилей.

3. Повышение степени внутренней статической неопределимости устройством затяжек распоров сопряжений шарнирно стержневых цепей

при обеспечении совместной работы доп растянутой ар-ры с усиливаемой констр закреплением ее по концам доп ар-ра играет роль затяжки. Закрепление ее по концам производится с помощью анкерных устройств.В зависимости от места закрепления ар-ры на констр различ горизонтальную шпренгельную затяжку.

Способы усиления балок и ригелей затяжками

а - горизонтальными; б - шпренгельными; в -- комбинированными; 1 - на­тяжной болт; 2 - шайба-упор; 3 - тяжи-затяжки; 4 - опорный анкер из швеллера; 5 - подкладки из круглого стержня; 6 - отверстие в плите, за­делываемое после установка анкера; 7 - уголковый упор; 8 - анкеры угол­кового упора; 9 - тяжи-затяжки; 10 - подкладки из полосовой стали

Усиление колонн распорками

а - сжатых; б - енецентренно сжатых; I - стяжные болты; 1 - упоры аз уголков; 3 - планки; 4 - распорки; 5 - натяжной болт; 6 - планки, привари­ваемые после установки распорок

Способы усиления железобетонных плит наращиванием

Область применения каменных и армокаменных конструкций. Материалы для изготовления каменных кладок, их физико-механические свойства. Прочность и деформативные характеристики каменой кладки. Основные факторы, влияющие на прочность кладки. Расчет элементов каменных конструкций на центральное и внецентренное сжатие.

Виды конструкций:

КАМЕННЫЕ

б) Перекрытия (арки своды перемычки оболочки)

в) Столбы, простенки

АРМОКАМЕННЫЕ

а) Конструкции с поперечной арматурой

б) Конструкции с продольной арматурой

в) Конструкции с поперечной и продольной

г) Конструкции с напрягаемой арматурой

Классификация каменных материалов
По происхождению:
- природные;
- искусственные.
По размеру:
- блоки (высота > 500 мм);
- мелкоштучные камни (высота < 200 мм).
По материалу:
- искусственные: глиняные, силикатные, бетонные, легкобетонные, ячеистые;
- природные: гранит, известняк (бут), туф и т.д.

Марка кирпича и раствора

Прочность кладки зависит от марки камян и марки раствора,но прочность кирпичана сжатие используется незначительно

При сжатии отдельные камни в кладке работают на изгиб и срез,поэтому марка кирпича устанавливается из его прочности на сжатие и изгиб.Изгиб и срез отдельных кирпичей происходит вследствии неравномерной плотности раствора в шве

На прочность кладки влияют форма поверхности кирпичаи толщина шва;чем ровнее кирпич и тоньше шов,тем прочнее кладка

Влияют размер сечения кладки(толщина стены):при уменьшении размеров сечения кладки ее прочность возрастает.Это отчасти объясняется снижением кол-ва швов.

На прочность кладки влияет различие деформативных свойств кирпича

Прочность кладки возрастает со временемв следствии возрастания прочности раствора.

На прочностькладки при сжатии не влияет система перевязки и сцепление раствора с кирпичем.

Деформативность кладки.

В каменной кладке различают следующие деформации:

Объёмные, возникающие во всех направлениях, вследствие усадки раствора и камня или от изменения температуры;

Силовые, развивающиеся, главным образом, вдоль направления действия силы.

Усадочные деформации кладки зависят от материала кладки. Температурные деформации кладки также зависят от материала кладки и коэффициента линейного расширения кладки.

При действии нагрузки (силовые деформации) каменная кладка представляет собой упругопластическиё материал. Начиная с небольших напряжений в кладке, кроме упругих, развиваются и пластические деформации. Поэтому силовые деформации будут зависеть от характера приложения нагрузки и могут быть 3 видов:
- деформации при однократном загружении кратковрем. Нагрузкой

Деформации при длительном действии нагрузки

Деформации при многократно повторных нагрузках.
Расчёт на центральное сжатие

m g – коэффициент влияния длительности, выражающийся в нарастании прогибов вследствие ползучести.

Коэффициент продольного изгиба (находится по таблицам в зависимости от гибкости и упругой характеристики кладки

Выбор того или иного метода усиления строительных конструкций зависит от технического задания на реконструкцию здания или сооружения, которое включает изменение объемно-планировочных решений, нагрузок и условий эксплуатации. Основные причины усиления железобетонных конструкций приведены в табл. 1, а способы увеличения несущей способности конструкций - в табл. 2.

Табл. 1. Основные причины усиления железобетонных конструкций

Табл. 2. Способы увеличения несущей способности конструкций

Одним из наиболее эффективных способов усиления железобетонных колонн является устройство железобетонных и металлических обойм. В изгибаемых элементах обоймы применяют при значительной коррозии арматуры.

Железобетонная обойма состоит из арматуры и тонкого слоя бетона, охватывающего усиливаемый элемент с четырех сторон (балки, ригели, колонны).

Наиболее простым типом являются железобетонные обоймы с обычной продольной и поперечной арматурой без связи арматуры обоймы с арматурой усиливаемой колонны. При этом способе усиления важно обеспечить совместную работу «старого» и «нового» бетона, что достигается тщательной очисткой поверхности бетона усиливаемой конструкции пескоструйным аппаратом, насечкой или обработкой металлическими щетками, а также промывкой под давлением непосредственно перед бетонированием. Для повышения адгезии и защиты бетона и арматуры в агрессивных условиях эксплуатации рекомендуется применение полимербетонов.

Толщина обоймы колонн определяется расчетом и конструктивными требованиями (диаметром продольной и поперечной арматуры, величиной защитного слоя и т.п.). Как правило, она не превышает 300 мм. Площадь рабочей продольной арматуры также определяют расчетом.

При местном усилении обойму продлевают за пределы поврежденного участка на длину не менее длины анкеровки арматуры, а также не менее двойной ширины большей грани колонны, но не менее 400 мм. Для улучшения сцепления «нового» и «старого» бетона рекомендуется выполнять адгезионную обмазку из полимерных материалов.

Поперечная арматура железобетонной обоймы может быть выполнена в виде спиральной обмотки из проволоки диаметром не менее 6 мм. Более эффективны (но и более трудоемки) железобетонные обоймы, в которых обеспечивается связь существующей и дополнительной арматуры. Такие обоймы рекомендуются при сильном повреждении существующей арматуры или защитного слоя бетона. В этом случае арматуру усиливаемой конструкции тщательно очищают до чистого металла, разрушенные хомуты восстанавливают путем пробивки в бетоне поперечных борозд, установки в них новых хомутов и соединения их с продольной арматурой.

Дополнительную продольную арматуру приваривают к существующей с помощью соединительных коротышей, которые во избежание пережогов выполняют из арматуры класса A-I диаметром 10-16 мм и располагают на расстоянии друг от друга не менее 20 диаметров продольной арматуры в шахматном порядке.

При невозможности выполнения замкнутой обоймы, например при примыкании колонны к стене, рекомендуется устройство «рубашек» - незамкнутых с одной стороны обетонок. При этом способе усиления необходимо обеспечить надежную анкеровку поперечной арматуры по концам поперечного сечения «рубашек». В колоннах это осуществляется путем приварки хомутов к существующей арматуре.

При усилении «рубашками» локальных поврежденных участков, как и при усилении обоймами, их необходимо продлить на неповрежденные части конструкции на длину не менее 500 мм, а также не менее длины анкеровки продольной арматуры, не менее ширины грани элемента или его диаметра и не менее пятикратной толщины стенки «рубашки».

Эффективность включения металлической обоймы в работу колонны зависит от плотности прилегания уголков к телу колонны и предварительного напряжения поперечных планок. Для плотного прилегания уголков поверхность бетона по граням колонн тщательно выравнивается скалыванием неровностей и зачеканкой цементным раствором. Предварительное напряжение соединительных планок осуществляется термическим способом. Для этого планки приваривают одной стороной к уголкам обоймы, затем разогревают газовой горелкой до 100-120°С и в разогретом состоянии приваривают второй конец планок. Замыкание планок осуществляют симметрично от среднего по высоте колонны пояса. При остывании планок происходит обжатие поперечных сечений колонны, что приводит к повышению несущей способности.

Металлическая обойма состоит их стоек углового профиля, соединительных планок, опорных подкладок (рис. 1).

Рис. 1. Усиление колонны металлической обоймой:

1 - перекрытие; 2 - усиливаемая колонна; 3 - обойма;

4 - угол к и-стойки; 5 - поперечные планки; 6 - опорные планки

Эффективным средством усиления наружных колонн является устройство предварительно напряженных металлических распорок. Одно- или двусторонние распорки представляют собой металлические обоймы с предварительно напряженными стойками, расположенными с одной или двух сторон колонн. Первые применяют для увеличения несущей способности внецентренно сжатых колонн с большими и малыми эксцентриситетами, вторые - для центрально и внецентренно сжатых колонн.

Предварительно напряженные односторонние распорки состоят из двух уголков, соединенных между собой металлическими планками. В верхней и нижней зонах распорок приваривают специальные планки толщиной не менее 15 мм, которые передают нагрузку на упорные уголки и имеют площадь поперечного сечения, равную сечению распорок. Планки устанавливают таким образом, чтобы они выступали за торцы уголков распорок на 100-120 мм, и снабжают двумя отверстиями для стяжных болтов. Упорные уголки должны быть установлены таким образом, чтобы их внутренние грани совпадали с наружной гранью колонн. Для этого защитный слой бетона в верхней и нижней зонах колонны скалывают и устанавливают упорные уголки на цементном растворе строго горизонтально. До установки распорок в проектное положение в боковых полках уголков в середине их высоты выполняется вырез и осуществляется их незначительный перегиб. Ослабление поперечного сечения уголков в месте выреза компенсируется приваркой дополнительных планок, в которых предусмотрены отверстия для стяжных болтов.

Предварительное напряжение распорок создается путем придания им вертикального положения за счет закручивания гаек натяжных болтов. При этом необходимо обеспечить плотное прилегание уголков к телу колонны, а также их совместную работу, объединив распорки с помощью приварки к ним металлических планок. Шаг планок принимают равным минимальному размеру сечения колонны. После приварки планок стяжные монтажные болты снимают, а ослабленные сечения распорок усиливают дополнительными металлическими накладками.

Для эффективного включения распорок в работу достаточно создать в них предварительное напряжение порядка 40-70 МПа, что обеспечивается за счет расчетного удлинения при выпрямлении уголков.

Наращивание - увеличение сечения усиливаемых конструкций сверху, снизу и с боков слоем монолитного железобетона (балка, ригель, колонна, стены, плита перекрытия).

Усиление колонн обетонированием (рис. 2) выполняется в последовательности:

Рис. 2. Усиление колонны обетонированием: 1 - существующая колонна;

2 - железобетонная «рубашка»

Расчетом определяют количество и диаметр рабочей арматуры и хомутов или спиральной арматуры. Новую арматуру связывают со старой;

Устанавливают опалубку и производят бетонирование. Для лучшего сцепления старого и вновь укладываемого бетона поверхность колонны тщательно очищают, выполняют насечку и промывают водой под напором. Минимальная толщина «рубашки» должна быть достаточной для размещения арматуры и защитного слоя (50 мм), а при торкретировании - 30 мм.

При усилении железобетонных конструкций выполняют ряд технологических процессов: подготовку поверхности усиливаемой конструкции, установку арматуры и опалубки, укладку и уплотнение бетонной смеси, уход за бетоном в период достижения необходимой прочности и разборку опалубки. Подготовка поверхности усиливаемой конструкции производится для обеспечения надежного сцепления с ней бетона слоя усиления. При этом выполняются следующие операции: снятие поверхности защитного слоя и удаление отслоений бетона; очистка арматуры от поверхностной коррозии; обдувка сжатым воздухом и увлажнение поверхности. Снятие защитного слоя бетона и удаление его отслоений выполняется при помощи механизированного инструмента (молотков фуговальных электрических ИЭ-4207 и ИЭ-4210, рубильных молотков ИП-4119, ЭП-1027, ЭП-1056 и др.).

Очистку арматуры от ржавчины рекомендуется выполнять способом гидроабразивной обработки, используя при этом оборудование для торкретирования, а в качестве рабочей смеси - кварцевый песок или песчано-гравийную смесь влажностью до 6%. При гидроабразивной обработке соблюдают соотношение давления сжатого воздуха (на ресивере компрессора) и подаваемой к соплу воды 4: 0,5. Для очистки арматуры от ржавчины при усилении конструкций в стесненных условиях эффективно применять малогабаритный пескоструйный аппарат с вакуумным пистолетом, работающим по принципу эжектора. При небольших объемах работ для очистки арматуры от ржавчины используют пневматические ручные угловые металлические щетки ИП-2104 (масса щеток 4 кг, давление сжатого воздуха в пневмосистеме 0,6 МПа).

Укладку бетонной смеси при усилении бетонных конструкций наиболее целесообразно выполнять с применением установок для пневмонабрызга бетона: при толщине слоя усиления до 80 мм - торкретированием с использованием цемент-пушки; при толщине слоя усиления массивных конструкций до 250 мм и его общей поверхности не менее 10-15 м 2 - набрызгбетоном с использованием бетон-шприц-машин. Особенностью этих установок являтся подача по шлангам с помощью сжатого воздуха сухой бетонной смеси, которая на выходе из концевого сопла смешивается с водой. Бетонная смесь выбрасывается из сопла со скоростью 50-70 м/с и образует на поверхности плотный слой. Машины выполняют одновременно четыре процесса: транспортируют бетон­ную смесь к месту укладки, перемешивают се с водой, производят набрызг и уплотнение. При применении указанных установок полностью исключаются опалубочные работы, существенно сокращаются трудозатраты и сроки производства работ, что особенно важно при реконструкции. Набрызг-бетон имеет повышенную прочность и сцепление, а также обеспечивает повышенные защитные функции и улучшает эксплуатационные качества конструкций по сравнению с обычным бетоном.

Для торкретирования конструкций в стесненных условиях эффективно применение цемент-пушки СБ-117, для нанесения набрызг-бетона - установок СБ-67 и СБ-68. Толщина наносимого слоя набрызг-бетона за один раз составляет 50- 70 мм, расстояние между соплом и бетонируемой поверхностью 1 - 1,2 м. Для выполнения набрызг-бетонных работ бетон-шприц-машины и цемент-пушки комплектуются передвижным компрессором с рабочим давлением 0,9 и 0,6 МПа (для СБ-117), цистерной для воды, передвижными подмостями или автогидроподъемниками для работы на высоте. Сухие бетонные смеси поставляются централизованно: при объемах работ до 2,5 м 3 -в мешках, при больших объемах работ - в специализированных контейнерах.

При увеличении нагрузки на консоли колонн их усиливают горизонтальными или наклонными тяжами (рис. 3).

Рис. 3. Усиление консолей тяжами:

1 - усиливаемая консоль; 2 - опорные элементы; 3 - упоры из уголков; 4 - тяжи;

5 - анкеры; 6 - упоры из швеллеров

Предварительное напряжение создается завинчиванием гаек или взаимным стягиванием хомутов. Применяют также разгрузку консолей с помощью дополнительных металлических кронштейнов или специальных опор в виде швеллеров (уголков), которые крепят к колонне с помощью предварительно напряженных тяжей.

УСИЛЕНИЕ СТРОПИЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

При дополнительной нагрузке на подстропильные фермы и балки часто возникает необходимость их усиления в целом или отдельных элементов и узлов. Наиболее эффективные способы усиления приведены на рис. 1, 2.

Усиление состоит из двух одинаковых (шарнирно-стержне-вых) цепей по обе стороны от конструкции, анкерных устройств в верхней зоне на опорах, подвесок из круглой стали или стоек из профильного металла, расположенных в местах перегиба ветвей цепей.

Ветви обычно выполняют из уголков, вертикальные полки которых подрезают в местах изгиба цепей, а также из арматурных стержней диаметром до 36 мм или канатов из высокопрочной проволоки. Анкеры изготовляют из листовой или профильной стали. Арматуру элементов усиления принимают классов A-I, А-П, A-III, К7, К19, металлические конструкции из сталей ВСтЗсп, ВСтЗпс и ВСтЗкп. Предварительное напряжение шарнирно-стержневой системы осуществляют путем закручивания гаек ключом или домкратом.

Рис. 1. Способы усиления металлических ферм покрытия:

а) предварительно напряженными шарнирно-стержневыми цепями путем закручивания гаек;

б) усиление узлов ферм металлическими хомутами из листовой стали или железобетона;

в) шпренгельными затяжками из уголков или двутавра и уголков;

1 - одноярусное усиление в пределах высоты ферм; 2 - то же ниже пояса ферм; 3 - шарнирно-стержневые цепи; 4 - горизонтальные тяжи; 5 - хомуты усиления; 6 - бетон;

7 - шпренгель; 8 - опорное устройство; 9 - распорка; 10 - натяжные винты

Рис. 2. Способы усиления балок покрытия:

а) подведением разгружающих стоек, рам, подкосов и т.д.:

1 - усиливаемая балка; 2 - дополнительная опора; 3 - опорный элемент из швеллера;

4 - металлические клинья для включения стойки в работу;

6) железобетонным наращиванием:

1 - усиливаемая балка; 2 - железобетонное наращивание; 3 - продольная арматура усиления; 4 - арматурные коротыши; 5 - оголенная арматура балки (с шагом через 1 м);

в) устройством железобетонной обоймы:

1 - усиливаемая балка; 2 - железобетонные плиты; 3 - железобетонная обойма; 4 - поверхность балки, подготовленная к бетонированию (зачистка, насечка, промывка водой);

5 - отверстия, пробитые в полках плит для укладки бетона

Усиление сжатых поясов ферм производят путем установки металлических обойм из листового или профильного металла. Усиление нижнего пояса осуществляют предварительно напряженными затяжками. Опорные части анкерных устройств затяжек выполняют из пластин толщиной 10-24 мм, подкрепленных ребрами. Для включения затяжек в работу ферм в них необходимо создавать предварительное напряжение порядка 15-20 МПа. Анкерные устройства должны плотно прилегать к опорным частям ферм, для чего в некоторых случаях между опорными плитами и бетоном выполняют слой цементного раствора марки 25.

Растянутые раскосы фермы усиливают предварительно напряженными затяжками, крепление которых к узлам фермы осуществляют путем приварки к фасонным деталям или опорным уголкам. Концевые участки затяжек снабжают коротышами с резьбой, причем диаметр коротышей должен превышать диаметр затяжек не менее чем на 4 мм.

Металлические обоймы сжатых элементов ферм включаются в работу за счет распорных сил, возникающих при приложении к ферме дополнительной нагрузки. При необходимости разгрузки сжатых элементов ферм выполняют предварительно напряженные односторонние или двусторонние распорки. Распорки упираются в специальные обоймы из листовой стали, устанавливаемые в узлах фермы.

Для усиления стропильных балок рекомендуются шпренгельные затяжки из уголков или двутавра и уголков. Предварительное напряжение шпренгеля необходимо для надежного включения шпренгеля в работу балки. Шпренгельная затяжка включает два боковых уголка, которые крепятся к анкерным коробкам, устанавливаемым на цементном растворе по торцам балки (рис. 3). Предварительное напряжение шпренгеля осуществляется путем взаимного стягивания горизонтальных уголков нижнего пояса с помощью специальных болтов.

Рис. 3. Усиление стропильной балки предварительно напряженным шпренгелем из уголков:

I - усиливаемый элемент; 2 - наклонный тяж; 3 - уголок нижнего пояса; 4 - компенсирующие накладки; 5 - монтажные подвески; 6 - горизонтальный тяж шпренгеля

Нижняя горизонтальная часть шпренгеля может быть выполнена из двутавра или швеллера. В этом случае предварительное напряжение шпренгеля осуществляется путем оттягивания двутавра от балки с помощью натяжных винтов, причем сначала одновременно затягиваются винты в местах перегиба тяжей, а затем - средний болт. После затяжки болты приваривают к нижнему поясу шпренгеля для исключения их раскручивания.

Предварительное напряжение может быть также осуществлено с помощью гидродомкратов, подвешенных к шпренгелю в местах перегиба тяжей.

Фиксация предварительного напряжения осуществляется путем заполнения зазора между нижним поясом балки и двутавром цементным раствором или специальными подкладками из отрезков полосовой стали.

После выполнения усиления все металлические детали окрашивают защитным лаком или эмалью.

Последовательность усиления железобетонных конструкций приведена на рис. 4.

Рис. 4. Последовательность усиления железобетонных конструкций

Усиление железобетонных ферм, находящихся в аварийном состоянии, выполняется путем их разгрузки и передачи усилий на дополнительные стальные фермы, устанавливаемые с двух сторон аварийной фермы с помощью монтажных балок (лебедками, блоками).

Передачу нагрузки от плит покрытия на установленные фермы осуществляют путем равномерного подклинивания, ликвидирующего зазоры между опорными стойками установленных ферм и продольными ребрами плит покрытия. Подклинивание ведут одновременно по обеим фермам от середины к краям. Далее образуют зазоры между плитами покрытия и аварийной фермой.

УСИЛЕНИЕ КОНСТРУКЦИЙ ПЛИТ

Монолитные плиты перекрытия можно усиливать методом наращивания, т.е. бетонированием дополнительной железобетонной плиты поверх существующей, а также подведением дополнительных опор в виде монолитных железобетонных или металлических балок.

Сборные железобетонные пустотные плиты могут усиливаться с использованием пустот. Сверху в зоне расположение канала пробивают полку и устанавливают арматурный каркас. Затем канал заполняют пластичным бетоном на мелком щебне и плиту рассчитывают с учетом дополнительной арматуры (рис. 10).

Рис. 10. Усиление сборных многопустотных плит перекрытия:

I - усиливаемая плита; 2 - опора; 3 - дополнительный арматурный каркас;

4 - бетон усиления

При усилении только опорной части плиты каркасы располагаются на части ее пролета, а при необходимости усиления по нормальному и наклонному сечениям - по всей длине плиты.

Усиление опорных частей пустотных плит при недостаточной площади их опирания рекомендуется осуществлять по следующим схемам:

Для крайних опор - путем установки в каналах арматурных каркасов с выносом их за торцы плит на требуемую длину, последующей установкой вертикальных каркасов параллельно торцам плит, бетонированием анкерной балки и опорных участков пустот плиты;

Для промежуточных опор - установкой общих вертикальных каркасов в предварительно пробитые отверстия приопорных зон, смежных плит и последующим бетонированием каналов с дополнительно установленной арматурой. В этом случае плиты работают как неразрезные конструкции.

Продольные ребра сборных железобетонных ребристых плит усиливают подведением дополнительных металлических опор, уменьшающих пролет ребер, дополнительными металлическими балками, которые включаются в работу с помощью подклинки; шпренгельными конструкциями.

Эффективным способом усиления продольных ребер плит по нормальным сечениям является установка дополнительных арматурных каркасов в швах между плитами и бетонирование швов.

Возможно наращивание продольных ребер с дополнительной арматурой при обеспечении ее связи с существующей рабочей арматурой.

Если невозможно выполнить набетонку для усиления плит, опертых по контуру, рекомендуется подвести под плиты предварительно напряженный пространственный шпренгель (рис. 11), который состоит из двух взаимно пересекающихся в одном уровне плоских шпренгелей, верхние пояса которых плотно подгоняются под нижнюю плоскость плиты, а нижние пояса предварительно напрягаются механическим или термомеханическим способом.

При эксплуатации шпренгель требуется защитить от коррозии, а при необходимости - закрыть подвесным потолком.

Рис. 11. Усиление сборной плиты, опертой по контуру,

пространственным шпренгелем:

1 - усиливаемая плита; 2 - элемент несущего контура; 3 - пространственный шпренгель;

4 - верхний пояс; 5 - нижний пояс; 6 - промежуточные стойки; 7 - центральная стойка;

8 - болты для подвески шпренгеля; 9 - передаточные траверсы

Для усиления опирания сборных плит перекрытия и покрытия на ригели и строительные конструкции рекомендуется подвести под опоры металлические столики из уголков, закрепив их с помощью тяжей или обойм к смежным конструкциям или верхнему поясу ригелей и стропильных конструкций (рис. 12, 13).

Рис. 12. Варианты устройства опорных столиков при наличии

закладных деталей:

1 - ригель; 2 - плита; 3 - закладная деталь в ригеле; 4 -опорный столик

Рис. 13. Усиление опирания плит:

1 - ригель; 2 - плита; 3 - крепление тяжа к плите; 4 - наклонный тяж-5 - упорный столик; 6 - ребра жесткости; 7 - хомуты; 8 - уголок " опорного столика

УСТАНОВКА ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ ЗАКЛАДНЫХ ДЕТАЛЕЙ И УСИЛЕНИЕ СТЫКОВ

Нередко требуется устанавливать дополнительные закладные детали или восстанавливать пропущенные при изготовлении конструкций.

При этом следует различать конструктивные закладные детали, на которые не передаются большие нагрузки, и те, которые воспринимают значительные изгибающие моменты и отрывающие усилия.

К первой группе относятся закладные детали для фиксации элементов, которые устанавливаются на несущие конструкции (плиты покрытия на балки и фермы, балки и фермы на колонны, самонесущие стены и стеновые панели к колоннам и т.п.). Эти закладные детали испытывают сжимающие или незначительные сдвигающие усилия и легко фиксируются с помощью специального металлического хомута.

Например, для фиксации опорного металлического листа на поверхности железобетонного элемента (рис. 14) достаточно сколоть защитный слой у двух угловых арматурных стержней, приварить к ним круглые коротыши или ребра из полосовой стали и к последним - лист (уголок) новой закладной детали.

Рис. 14. Установка деталей по верхней плоскости:

I - сколотая зона бетона; 2 - коротыш-подкладка из круглого стержня;

3 - сварные швы; 4 -дополнительная закладная деталь; 5 -угловая

арматура элемента; 6 - поперечные стержни каркаса

При необходимости выполнить закладную деталь заподлицо с поверхностью бетона в защитном слое вырубается борозда, ширина которой превышает ширину закладной детали на 10-20 мм, а глубина - толщину пластины на 5-10 мм. Пластина вдавливается в свежий цементный раствор и приваривается через коротыши-подкладки к рабочей арматуре каркаса.

Менее трудоемок способ установки конструктивных закладных деталей с помощью металлических хомутов (рис. 15), хотя он и требует большего расхода стали. Такие закладные детали выполня­ются по месту из заранее заготовленных и подогнанных элементов.

Рис, 15. Установка деталей с помощью хомутов:

1 - боковые планки хомута; 2 - лицевая планка хомута; 3 - сварные швы; 4 - стяжной болт; 5 - ребра жесткости; 6 - отверстие в стенке балки для пропуска стяжного бетона

При устройстве жестких стыков ригелей с колоннами, а также в случае дефектов в выпусках арматуры (несоосность, уменьшение диаметра и количества арматуры) рекомендуются охватывающие хомуты, площадь которых равна расчетному сечению стыка. При реконструкции часто возникает необходимость в анкеровке дополнительной арматуры или установке новых закладных деталей в существующей железобетонной конструкции. В этих случаях рекомендуется пробурить в бетоне перфоратором скважины на глубину не менее 20 диаметров арматуры и заделать в них арматуру на эпоксидном клее или путем виброзачеканки жесткой цементной смесью. На эпоксидном клее можно закреплять арматуру гладкого и периодического профиля к горизонтальной и вертикальной плоскости бетона, а также к нижней плоскости, расположенной под углом 45° к горизонту. На цементном растворе разрешается закреплять арматуру только на горизонтальной плоскости бетона. К анкерному коротышу на конце приваривается шайба, зачеканка скважины цементным раствором производится с помощью специального виброуплотнителя. Анкеровка стержней в теле бетона осуществляется на расстоянии не менее 5 диаметров друг от друга и на таком же расстоянии от грани бетона.

Реконструкцией здания или сооружения называют частичную или полную перестройку, предпринятую на существующих производственных или жилых площадях с целью модернизации технологического процесса или в связи с необходимостью повышения функциональных или эстетических качеств объекта в процессе его эксплуатации. Реконструкцию следует отличать от расширения предприятия, которое представляет собой строительство новых сооружений, примыкающих к существующим производственным площадям.

Проблема реконструкции промышленных предприятий приобретает особую актуальность. Практика показывает, что при реконструкции предприятий капиталовложения окупаются в 2-3 раза быстрее, чем при новом строительстве. Сами же капиталовложения могут быть существенно снижены. Выбор способа реконструкции - сложная инженерная задача, поскольку проектировщик ограничен существующими условиями строительства, объемно-планировочными и конструктивными решениями, условиями производства работ и другими факторами.

Мероприятия по реконструкции здания в зависимости от объема материальных трудовых затрат могут быть разделены на три категории:

• ? малая реконструкция, которая заключается в восстановлении или повышении несущей способности конструкций их усилением без изменения объемно-планировочного решения и без остановки или с частичной остановкой технологического процесса;
• ? средняя реконструкция, предусматривающая замену отдельных конструкций, повышение отметок покрытия и т. и., т.е. с частичным изменением объемно-планировочного решения и возможной полной остановкой технологического процесса;
• ? полная реконструкция, при которой должно быть снесено существующее и возведено новое здание, соответствующее принятому объемно-планировочному решению и проекту размещения нового оборудования.

Усиление конструкций может осуществляться по двум схемам: возведение новых разгружающих или заменяющих конструкций, которое полностью или частично воспринимают дополнительные нагрузки; увеличение несущей способности существующих конструкций. В свою очередь увеличение несущей способности конструкций может осуществляться: без изменения и с изменением расчетной схемы и напряженного состояния; с применением специальных методов усиления.

Расчет железобетонных конструкций усиления выполняется с учетом фактических характеристик прочности и армирования материалов. Бетон усиления должен приниматься на один класс выше, чем условный класс прочности бетона усиливаемого элемента, но не ниже В15 для наземных конструкций и В 12,5 для фундаментов. Кроме того, при агрессивных условиях эксплуатации класс бетона должен отвечать необходимым плотности и стойкости, соответствующим требованиям эксплуатационной среды. Раствор для заделки отверстий, защитной штукатурки и т. п. принимается не ниже марки 150.

При усилении бетонных и железобетонных конструкций наращиванием, «рубашками» и обоймами следует использовать портландцемент марки не ниже 400. Для ускорения твердения бетона рекомендуется применение быстродействующих цементов и добавок ускорителей твердения, а также тепловой обработки при «мягких» режимах подъема и снижения температуры (5-10 °С/ч).

Минимальная толщина защитного слоя бетона предварительно напряженной арматуры усиления принимается 20 мм. Наиболее ответственные узлы усиления рекомендуется располагать вне зон постоянного увлажнения.

Железобетонные конструкции элементов здания или сооружения усиливаются двумя основными способами: наращиванием размеров элементов и изменением конструктивной схемы. Наращиванием усиливают монолитные и сборные плиты перекрытий, балки, колонны и другие конструкции. Цель изменения конструктивной схемы - создать для конструкции более благоприятные (с точки зрения действующих в ней усилий) условия работы.

Сжатые зоны изгибаемых и внецентренно сжатых элементов возможно усиливать торкрет-бетоном толщиной до 30 мм, который наносится на очищенную и промытую бетонную поверхность старого бетона, обернутого 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).

При незначительном увеличении сечения арматуры 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 сжатых (рис. 17.1а). К коротышам приваривают дополнительную продольную арматуру, которую допускается применять тех же классов. При арматуре класса А600 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 ее торкретируют или заделывают 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 оголяют на ограниченных участках длиной 6-12 см с шагом 60-120 см (рис. 17.16). 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. 17.1в). Зазоры между ветвями обоймы и телом бетона заполняют цементным раствором состава 1:2 или 1:3 на расширяющемся или безусадочном цементах, затем элементы усиления покрывают перхлорвиниловой эмалью по грунту под цвет конструкции.

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

Рис. 17.1. Схемы усиления балок полуобоймами:

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

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. 17.2). При нарушении анкеровки продольной арматуры вынос опор кронштейна от торцов балки принимают не менее 40 диаметров при стержневой арматуре и не менее 80 при арматуре из высокопрочной проволоки. При усилении балок перекрытия многопролетных зданий применяют комбинированные схемы: в крайнем пролете - предварительно напряженный шпренгель, в среднем - предварительно напряженные разгружающие кронштейны.

Одним из наиболее простых способов усиления изгибаемых монолитных и сборных железобетонных конструкций, осуществляемых без их разгрузки, является установка дополнительной арматуры, которая может иметь горизонтальное или шпренгельное очертание (рис. 17.3).

Рис. 17.2.

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

При необходимости усиления изгибаемого элемента на локальном участке скалывают защитный слой бетона в приопорной зоне, где напряжения в продольной арматуре незначительны, и приваривают к существующей арматуре коротыши, диаметр которых несколько превышает толщину защитного слоя. Затем к одному из коротышей приваривают арматуру усиления.

Рис. 17.3.

• а) линейной; б) шпренгельной;
• 1 - соединительные элементы; 2 - усиливаемая балка; 3 - напрягаемая арматура; 4 - натяжное приспособление; 5 - наклонные ветви опорного устройства; 6 - соединительные элементы

Эффективным способом усиления железобетонных колонн является устройство железобетонных или металлических обойм.

Усиление обоймами особенно рационально для колонн с небольшой гибкостью (

Наиболее простым типом железобетонных обойм являются обоймы с обычной продольной и поперечной арматурой без связи арматуры обоймы с арматурой усиливаемой колонны (рис. 17.4).

При таком способе усиления важно обеспечить совместную работу «старого» и «нового» бетона, что достигается тщательной очисткой поверхности бетона усиливаемой конструкции пескоструйным аппаратом, насечкой или обработкой металлическими щетками, а также промывкой под давлением непосредственно перед бетонированием. Для улучшения адгезии и защиты бетона и арматуры в агрессивных условиях эксплуатации рекомендуется применение полимербетонов.

Толщина обоймы колонн определяется расчетом и конструктивными требованиями (диаметром продольной и поперечной арматуры, толщиной защитного слоя и т. п.). Как правило, она не превышает 300 мм. Площадь рабочей продольной арматуры также определяют расчетом, ее диаметр принимают не менее 16 мм для стержней, работающих на сжатие, и 12 мм для стержней, работающих на растяжение. Поперечную арматуру диаметром не менее 6 мм для вязаных каркасов и 8 мм для сварных устанавливают с шагом 15 диаметров продольной арматуры и не более трехкратной толщины обоймы, но не более 200 мм. В местах концентрации напряжений шаг хомутов уменьшается.

Рис. 17.4.

• 1 - усиливаемая колонна; 2 - обойма; 3 - продольная арматура;
• 4 - поперечная арматура обоймы; 5 - жесткая продольная обойма;
• 6 - опорные уголки

При местном усилении обойму продлевают на пределы поврежденного участка за длину не менее пятикратной ее толщины и не менее длины анкеровки арматуры, а также не менее двукратной ширины большей грани колонны, но не менее 400 мм. При местном усилении для улучшения сцепления «нового» и «старого» бетона рекомендуется выполнять адгезионную обмазку из полимерных материалов.

Дополнительную продольную арматуру приваривают к существующей с помощью соединительных коротышей, которые во избежание пережогов выполняют из арматуры класса А240 диаметром 10-16 мм и располагают на расстоянии друг от друга не менее 20 диаметров продольной арматуры в шахматном порядке.

При невозможности выполнения замкнутой обоймы, например, при примыкании колонны к стенке, рекомендуется устройство «рубашек» - незамкнутых с одной стороны обетонок. При этом способе усиления необходимо обеспечить надежную анкеровку поперечной арматуры по концам поперечного сечения «рубашек». В колоннах это осуществляется приваркой хомутов к арматуре колонн.

При усилении «рубашками» локальных поврежденных участков, как и при усилении обоймами, их необходимо продлить на неповрежденные части конструкции на длину не менее 500 мм, а также не менее длины анкеровки продольной арматуры, не менее пятикратной толщины стенки «рубашки». По конструктивным соображениям диаметр продольной и поперечной арматуры «рубашек» принимают не менее 8 мм, при вязаных каркасах минимальный диаметр хомутов 6 мм.

При невозможности увеличения сечения колонн и сжатых сроках производства работ по усилению рекомендуются металлические обоймы из уголков, устанавливаемых по граням колонн, и соединительных планок между ними. Эффективность включения металлической обоймы в работу колонны зависит от плотности прилегания уголков к телу колонны и предварительного напряжения поперечных планок.

Для плотного прилегания уголков поверхность бетона по граням колонн тщательно выравнивается скалыванием неровностей и запеканкой цементным раствором. Предварительное напряжение соединительных планок осуществляется термическим способом. Для этого планки приваривают одной стороной к уголкам обоймы, затем разогревают газовой горелкой до 100-120 °С и в разогретом состоянии приваривают другой конец планок. Планки замыкают симметрично от среднего по высоте колонны пояса. При остывании планок происходит обжатие поперечных сечений колонны, что существенно повышает ее несущую способность.

При замене кранового оборудования оборудованием большей грузоподъемности усиливают колонны и подкрановые консоли или устанавливают дополнительные стойки, несущие только крановую нагрузку. Подкрановые балки обычно подлежат замене. В тех случаях, когда грузоподъемность кранов увеличивается незначительно, это может быть компенсировано заменой стальных мостов кранов более легкими алюминиевыми. Во всех случаях реконструкции зданий, связанных с повышением полезных нагрузок или нагрузок от собственной массы конструкций, необходимо самое серьезное внимание уделять обеспечению несущей способности оснований и существующих фундаментов и, если требуется, осуществлять их усиление.

Реконструкция промышленных зданий осуществляется в среднем через 10-20 лет. Срок же службы промышленных зданий и сооружений из железобетона при нормальной эксплуатации обычно составляет 50-100 лет, т.е. моральный износ сооружения наступает значительно раньше физического. Для этих двух показателей необходимо еще на стадии проектирования предусматривать основанные на научном прогнозе возможности развития той или иной технологии. Поэтому необходимо стремиться к проектированию зданий с гибкой конструктивной схемой, возможно меньшим числом промежуточных опор и т. п. Это открывает перед инженерами возможность широкого применения прогрессивных конструкций (тонкостенных пространственных покрытий и т.п.).