ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ И КАМЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ УСИЛЕНИЯ И

УСТРАНЕНИЯ ДЕФЕКТОВ И ПОВРЕЖДЕНИЙ

ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ И КАМЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Необходимость усиления строительных конструкций в процессе их эксплуатации возникает как при реконструкции и техническом перевооружении предприятий, так и вследствие физического износа и различных повреждений, вызванных коррозией материалов, механическими воздействиями, воздействиями агрессивной среды, некачественным изготовлением конструкций и нарушением норм производства строительно-монтажных работ, нарушением правил эксплуатации и условий технологии производства.

Учитывая большой объем реконструкции зданий и сооружений, в которых железобетонные и каменные конструкции занимают подавляющее большинство среди всех видов строительных конструкций, вопросы практического применения различных эффективных способов их усиления приобретают в настоящее время большое народнохозяйственное значение.

Усиление железобетонных и каменных конструкций или восстановление их несущей способности может быть выполнено различными способами. Выбор способа усиления, проведение необходимых расчетов и разработка технологии выполнения усиления должны проводиться компетентными специалистами проектной или научно-исследовательской организации с учетом экономического обоснования и материальной возможности заказчика.

Способы усиления условно можно объединить в три группы: усиление без изменения расчетной схемы, с изменением расчетной схемы и с изменением напряженного состояния. Последние две группы усилений в большинстве случаев могут быть объединены, так как изменение расчетной схемы конструкции часто влечет за собой изменение и ее напряженного состояния. Условная схема классификации способов усиления конструкций и принципов их осуществления представлена на рис. 5.1.

Следует отметить, что объем данного пособия не позволяет рассмотреть все известные к настоящему времени способы и приемы усиления железобетонных и каменных конструкций из-за их большого количества и разнообразия. Поэтому здесь приводятся основные принципы усиления конструкций, позволяющие на их основе развить, дополнить и предложить приемы усиления для каждого конкретного случая. На это ориентирована и многочисленная библиография литературных источников по вопросу оценки состояния железобетонных и каменных конструкций и их усилению.

Рис. 5.1. Способы усиления железобетонных и каменных конструкций

5.1. УСИЛЕНИЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

БЕЗ ИЗМЕНЕНИЯ РАСЧЕТНОЙ СХЕМЫ

Усиление изгибаемых, сжатых и растянутых железобетонных конструкций без изменения их расчетной схемы может быть выполнено с использованием многочисленных приемов.

Изгибаемые железобетонные конструкции, в зависимости от вида повреждений и необходимости повышения прочности различных сечений по длине элемента, подвергаются усилению в разных зонах (рис. 5.2).

Рис. 5.2. Схемы усиления изгибаемых элементов:

а — растянутой зоны; б — сжатой зоны; в — опорной зоны;

г — опорной зоны на воздействие поперечной силы

Увеличение несущей способности и трещиностойкости изгибаемых железобетонных элементов обеспечивается: устройством железобетонных обойм, рубашек и наращиваний, объединяемых для надежности сцепления с основной конструкцией с помощью полимерных составов; усилением конструкций внешней листовой армату или дополнительной продольной арматурой, омоноличенной полимерраствором в специально выполненных пазах; устройством полимеррастворных покрытий; приклеиванием с помощью полимерных клеев в опасных зонах по боковой и нижней поверхности нескольких слоев стеклоткани; установкой в пазах, перекрывающих наклонные трещины, стальных скоб, омоноличенных полимерраствором. Схемы усиления изгибаемых железобетонных элементов приведены на рис. 5.3.

Рис. 5.3. Усиление изгибаемых железобетонных элементов: а, б, в — устройством железобетонных обойм, рубашек, наращиваний; г — омоноличиванием полимерраствором дополнительной продольной арматуры, располагаемой в пазах; д — устройством полимеррастворных покрытий; е — приклеиванием листового металла или нескольких слоев стеклоткани; ж — усилением приопорных зон; 1 — усиливаемая конструкция; 2 — адгезионная обмазка; 3 — железобетонная обойма; 4 — железобетонная рубашка; 5 — стальной лист; 6 — дополнительная арматура с омоноличиванием полимерраствором; 7 — полимерраствор; 8 — бетон наращивания; 9 — металлические накладки; 10 — металлический лист (стеклоткань); 11 — арматурные стержни, омоноличенные полимерраствором в штрабе; 12 — трещины в конструкции

Рис. 5.4. Усиление сжатых элементов: а — обоймой из полимерраствора; б, в, г — железобетонной обоймой с двух- и односторонним наращиванием; д — стальными листами; е — поверхностно-оклеечным стеклопластиком; 1 — усиливаемая колонна; 2 — полимерраствор; 3 — адгезионная обмазка; 4 — дополнительная арматура; 5 — новый бетон; 6 — железобетонные элементы усиления; 7 — стальной лист; 8 — уголок; 9 — герметизация; 10 — отверстия с нарезкой; 11 — эпоксидный клей; 12 — сварной шов; 13 — поверхностно-оклеечный стеклопластик

Усиление сжатых железобетонных элементов выполняется устройством железобетонных и стальных обойм, железобетонных рубашек и наращиваний, дополнительного поверхностного армирования из стального листа или оклеечного стеклопластика на эпоксидном клее (рис. 5.4).

Усиление сжатых элементов указанными способами может осуществляться как на всю их высоту, так и в пределах наиболее перегруженных или поврежденных участков (рис. 5.5) [33, 34].

Рис. 5.5. Усиление поврежденных участков сжатых элементов

Усиление растянутых железобетонных элементов может быть выполнено по аналогии со сжатыми элементами, но с обязательной постановкой дополнительной расчетной продольной надежно заанкеренной арматуры, а также постановкой напряженных затяжек из стержневой арматуры или погонного стального проката (рис. 5.6).

1. Восстановление несущей способности железобетонных

конструкций, имеющих ослабление поперечного сечения бетона и арматуры

Восстановление бетонного сечения производится путем местного бетонирования на поврежденных участках с обеспечением надежного сцепления нового бетона со старым. Это обеспечивается путем тщательной подготовки мест бетонирования (насечка поверхности, зачистка и промывка), применением специальных бетонов (полимербетонов, бетонов на напрягающемся или расширяющемся цементе), применением обычных бетонов с обработкой места их укладки клеевым составом Д-10 (табл. 3.5 [53]).

Рис. 5.6. Усиление растянутых элементов железобетонных ферм, а — постановкой напряженной затяжки по нижнему поясу из стерж­невой арматурной стали; б — то же из швеллеров; в — постановкой затяжки из арматурной стали по растянутому раскосу; 1 — усиливаемый элемент; 2 — затяжка из предварительно-напряженной арматурной стали Ø25—40 мм класса А-III; 3 — торцевой упорный лжет; 4 — распорка; 5 — стяжной хомут; 6 — затяжка из предварительно-напряженных швеллеров; 7 — соединительные планки; 8 — распорный винт; 9 — торцевой упор; 10 — муфта натяжения; 11 — затяжка из арматурной стали; 12 — охватывающий хомут из листовой стали

При устранении повреждений на верхней горизонтальной поверхности изделия бетон укладывается на место скола и вскрытой раковины без устройства опалубки, при наличии повреждения на вертикальной или нижней горизонтальной поверхности элемента бетон укладывается в подготовленную опалубку или наносится методом торкретирования.

Мелкие повреждения бетона по поверхности элементов в виде сколов, поверхностных трещин могут быть устранены путем нанесения полимеррастворных покрытий. Полимеррастворные покрытия, уменьшая общий объем макро- и микродефектов на поверхности конструкций, позволяют также надежно защитить железобетонные конструкции от агрессивного воздействия окружающей среды.

В изгибаемых железобетонных элементах Полимеррастворные покрытия устраивают по нижней растянутой грани, по трем, граням (боковым и нижней), либо по всем четырем граням. Несущая способность таких конструкций повышается с увеличением толщины слоя полимерраствора и его прочности на растяжение.

К восстановлению площади рабочей арматуры прибегают в тех случаях, когда в результате инженерного обследования конструкций установлено, что арматура имеет значительный коррозионный износ и несущая способность элемента становится недостаточной.

Восстановление необходимой площади рабочей арматуры производится путем введения дополнительных арматурных стержней в соответствующую зону сечения. Перед началом работ по восстановлению площади арматуры конструкцию следует максимально разгрузить от действующих на нее нагрузок. При невозможности снятия нагрузки необходимо под усиливаемую конструкцию подвести временные стойки-опоры, желательно в точках приложения больших сосредоточенных сил. После этого необходимо полностью удалить защитный слой бетона на участке поражения арматуры коррозией, очистить поврежденные обнаженные стержни от продуктов коррозии и приварить непосредственно к ним или через арматурные коротыши новые дополнительные стержни, компенсирующие ослабление существующих.

В случае необходимости, аналогичным образом можно усилить и поперечную арматуру. После восстановления арматуры требует ся восстановить защитный слой бетона путем бетонирования в опалубке или торкретированием.

2. Усиление железобетонных конструкций

с помощью устройства обойм и рубашек

Здесь следует отметить, что понятия «обойма» и «рубашка» отдельными авторами трактуются однозначно, другими, в том числе и авторами данного пособия, принимается, что обойма охватывает усиливаемое сечение по всему периметру, а рубашка — только по трем граням.

Усиление железобетонных конструкций при помощи обойм и рубашек позволяет включить элементы усиления в работу совместно с основной конструкцией, тем самым перераспределить усилие между конструкцией и элементом усиления с передачей на него части внешней нагрузки. Устройство обойм и рубашек применяют при необходимости значительного повышения несущей способности элементов и обеспечения их надежной эксплуатации в условиях агрессивной среды.

Усиление железобетонных конструкций обоймами и рубашками наиболее часто и эффективно используется для сжатых элементов, в то же время этим способом могут быть усилены изгибаемые элементы и различные узлы ферм и балок.

Конструктивно обоймы и рубашки могут быть выполнены из железобетона, полимерраствора, металла и оклеечного стеклопластика. Железобетонные обоймы и рубашки представляют собой слой, армированного бетона, располагаемого по периметру сечения или по трем сторонам на всю длину конструкции или на отдельную ее часть.

Для сжатых элементов толщина обоймы и сечения продольной рабочей арматуры определяется расчетом, для изгибаемых элементов толщина дополнительного слоя бетона назначается конструктивно, а сечение дополнительной рабочей арматуры, устанавливаемой в растянутой зоне, назначается по расчету. Толщина бетонного слоя в обоймах и рубашках должна быть не менее 5 см при бетонировании в опалубке или не менее 3 см при торкретировании. При устройстве обоймы из полимерного раствора ее толщина также может быть равной 3 см и более.

Поперечное армирование железобетонных обойм конструируется в виде замкнутых хомутов, в рубашках — в виде отдельных стержней или открытых хомутов. Шаг хомутов принимается не более 15 диаметров продольной арматуры, не более трехкратной толщины обоймы и не более 200 мм.

Принципиальное решение усиления железобетонных элементов и их узлов с помощью железобетонных обойм приведено на рис. 5.7.

При устройстве обоймы не на всю длину элемента она дол; быть продлена на неповрежденные участки на длину l₂ (см. рис. 5.5), равную большему из значений: максимальному размеру поперечного сечения усиливаемой конструкции, пяти толщинам обоймы, длине анкеровки дополнительной рабочей арматуры и принимаемую не менее 500 мм.

Важным условием эффективности работы железобетонных обойм и рубашек является обеспечение их совместной работа усиливаемой конструкцией, т. е. обеспечение надежного сцепления «нового» бетона со «старым». Поэтому технология устройства обойм должна предусматривать последовательное проведение работ по подготовке поверхности усиливаемого элемента, установке дополнительной арматуры, нанесению адгезионного полимерного; слоя, обеспечивающего равнопрочную связь «нового» бетона со «старым» и укладке «нового» бетона с его уплотнением.

Рис. 5.7. Усиление железобетонных элементов и их узлов с помощью железобетонных обойм: а — изгибаемого элемента; б - опорного узла фермы; в — сжатого элемента; 1 — усиливаемая балка; 2 — железобетонная обойма усиления; 3 — арматура усиления; 4 — поверхность сцепления монолитного бетона с балкой; 5 — опорный узел фермы; 6 — железобетонная обойма узла; 7 — замкнутые поперечные хомуты обоймы диаметром 8—12 мм; 8 — продольная арматура обоймы диаметром 12—14 мм; 9 — подготовленная к бетонированию поверхность опорного узла; 10 — усиливаемая колонна; 11 — железобетонная обойма колонны; 12 — продольная арматура обоймы; 13 — хомуты обоймы

Бетонирование железобетонных обойм требует тщательного» устройства опалубки, решения вопроса о подаче бетона в достаточно узкое пространство между опалубкой и гранью конструкциям проведения качественного уплотнения бетона во избежание образования в нем пустот и раковин. Возможные схемы бетонирование обойм и рубашек показаны на рис. 5.8.

Стальные обоймы представляют собой продольные элементы из уголков, установленные по ребрам усиливаемой конструкции и соединенные между собой по периметру стальными планками из уголков или пластин. С помощью стальных обойм чаще всего усиливают сжатые железобетонные конструкции или узлы балок, ферм и других элементов. Рубашки из стальных элементов при усилении обычно не используются, так как из-за необходимости замыкания планок по периметру сечения они превращаются в стальные обоймы.

При усилении железобетонных сжатых элементов с помощью стальных обойм также необходимо обеспечить совместную работу обоймы и основной конструкции. Это достигается применением напряженных стоек-распорок с натяжными болтами, подклинкой стоек обоймы под консоль колонны, созданием предварительно напряжения в планках или стяжных болтах.

Схемы усиления железобетонных элементов и их узлов стальными обоймами приведены на рис. 5.9, 5.10.

При усилении колонн наиболее эффективным является использование предварительно напряженных стоек-распорок, которые процессе монтажа включаются в совместную работу с усиливаемой колонной и позволяют осуществлять контроль за степенью напряженного их состояния [28].

Преднапряженные распорки бывают двусторонние и односторонние. Первые применяются для повышения несущей способности колонн с малым эксцентриситетом, а также внецентренно-сжатых с двузначными изгибающими моментами, вторые — при усилении внецентренно-сжатых колонн.

Изготавливают стойки-распорки из уголков или швеллеров. Установку их производят с перегибом в середине высоты, упирая верхние и нижние концы в достаточно прочные и жесткие к конструкции (например, фундаменты, балки перекрытия и др.).

Ввод распорок в напряженное состояние и включение в работу осуществляется выпрямлением их с помощью натяжных болтов и фиксированием в этом состоянии поперечными соединительными планками.

Совместная работа стальной обоймы и колонны может быть надежно обеспечена применением термонапряженных поперечных планок, устанавливаемых по высоте колонны с шагом 250-300. В этом случае продольные элементы обоймы устанавливаются на безусадочном или расширяющемся цементном растворе и прижимаются струбцинами к телу колонны. Поперечные планки, предварительно нагретые до 100—400°С, последовательно привариваются к стойкам, образуя замкнутые преднапряженные хомуты.

Рис. 5.8. Схемы бетонирования обойм и рубашек: а — рубашек балок с помощью ящиков; б - обойм и рубашек балок через отверстия в плите; в — обойм колонн с помощью ящиков; 1 — усиливаемая балка; 2 — усиление балки рубашкой; 3 — арматура рубашки или обоймы; 4 — опалубка рубашки или обоймы: 5 трехсторонний переставной ящик для подачи бетона в опалубку с выталкивателем; 6 — подвесной вибратор; 7 - отверстия в плите для подачи бетона и пропуска арматуры; 8 — усиливаемая колонна; 9 — обойма колонны; 10 — трехсторонний переставной ящик для бетонирования обоймы

Рис. 5.9. Усиление железобетонных элементов стальными обоймами: а — с использованием напряженных стоек-распорок (в период монтажа); б — то же (в проектном положении); в — со стойками, поджатыми к консоли колонны; г — с предварительно-термонапряженными планками; 1 — усиливаемая колонна; 2 — распорки из уголков и планок: 3 — натяжные монтажные болты; 4 — соединительные планки; 5 — накладки, приваренные на места вырезов в распорках; 6 — упорные уголки; 7 — уголки обоймы; 8 — планки обоймы; 9 — предварительно-напряженные поперечные планки (приварка к уголкам обоймы после нагрева до 200—250°С)

Рис. 5.10. Усиление опорного узла фермы стальной обоймой:

1 — опорный узел; 2 — уголки обоймы; 3 — соединительные поперечные планки; 4 — соединительные поперечные уголки-планки; 5 — стяжные болты с гайками

Усиление железобетонных элементов может быть также выполнено созданием своеобразных обойм из листового металла и оклеечного стеклопластика. Данный способ усиления называется также поверхностным армированием.

Поверхностное армирование стальными листами выполняют с использованием полимерных клеев. Толщину стальных листов принимают 3—4 мм. Замкнутое пространство вокруг усиливаемой конструкции создается с помощью стальных уголков, соединяющих на сварке стальные листы между собой (см. рис. 5.4).

Совместная работа стального листа с железобетонным элементом обеспечивается инъецированием в зазор между ними эпоксидного клея (составы 1—6 или 8, 11 по табл. 5 [33]. Стальные листы с внутренней стороны должны быть предварительно очищены от ржавчины и окалины и обезжирены ацетоном.

Эффективность совместной работы листа обоймы и железобетонной конструкции существенно повышается при устройстве анкерных связей, обеспечивающих дополнительное соединение листового металла с бетоном и восприятие сдвигающих усилий. Анкерные связи, приваренные к листу, закрепляют на полимерном клее в отверстиях, предварительно высверленных в бетоне. Возможно также применение в качестве анкеров болтов, которые предварительно закрепляются в теле конструкции.

Для элементов усиления поверхностным стальным армированием используется обычная строительная листовая сталь марки Ст-3.

Усиление железобетонных элементов поверхностно-оклеечным стеклопластиком производят приклеиванием эпоксидным клеем стеклоткани марок СТ-11, СТ-13 или других марок с аналогичными прочностными показателями (см. рис. 5.4, е). Для этой цели могут быть использованы и стеклосетки, например, марки РС₂-1 и др. (см. табл. 4 [33]). Перед употреблением стеклоткань должна быть освобождена от замасливателя. Количество слоев стеклоткани определяется расчетом, однако, конструктивно следует принимать не менее двух слоев.

Элементы поверхностного армирования должны быть перепущены на неповрежденные участки на длину L, которая принимаете не менее максимального размера сечения усиливаемого элемента и не менее 500 мм.

Обеспечение необходимой огнестойкости элементов поверхностного армирования — стальных листов и стеклопластика достигается нанесением огнезащитной штукатурки по металлической сетке, не связанной с элементами усиления.

3. Усиление элементов железобетонных конструкций наращиванием

сечения и увеличением количества рабочей арматуры

Данный вид усиления используется преимущественно для изгибаемых плитных и балочных конструкций, в редких случаях — для сжатых элементов. Наращивание сечения может производиться по сжатой зоне, по растянутой зоне или по обеим, зонам одновременно. Усиление наращиванием обычно выполняется с увеличением рабочего армирования, что дает значительное повышение несущей способности.

Наращивание, также как и обойма, может выполняться как и всей длине элемента, так и в пределах отдельных, наиболее и груженных участков. Величиной наращиваемого слоя бетона обычно задаются, а сечение дополнительной рабочей арматуры определяется расчетом.

Усиление методом наращивания монолитных ребристых перекрытий, а также ребристых или пустотных сборных плит выполняют устройством сверху новой монолитной плиты по старому бетону. После снятия разрушенного слоя старого бетона и очистки поверхности укладывают арматуру и слой нового бетона толщиной не менее 30 мм. Помимо подготовки поверхности старого бетона путем очистки, промывки и придания ей шероховатости, дополнительно для улучшения сцепления она обрабатывается клеевым составом или предусматривается возможность сцепления нового бетона с арматурой усиливаемого элемента.

При наращивании сечения происходит увеличение собственного веса элемента, но одновременно происходит и увеличение плеча внутренней пары сил — расстояния между равнодействующей усилия сжатой зоны и усилием в растянутой арматуре, что и приводит к увеличению несущей способности. В этом случае толщин наращивания определяется из условия, чтобы количество имеющейся рабочей арматуры в растянутой зоне было достаточным при возросшем изгибающем моменте.

Усиление плит таким методом дает также возможность значительно увеличить жесткость не изменяя самой конструкции перекрытия. В этом случае дополнительную арматуру устанавливают сверху, как надопорную арматуру неразрезных плит. При невозможности усиления плит наращиванием сверху можно производить наращивание снизу. Обычно такое наращивание выполняют путем торкретирования с постановкой дополнительной арматуры, которую приваривают через коротыши к существующей арматуре плиты. Также как и при наращивании бетона сверху, для усиления связи с новым бетоном, поверхность плиты промазывается полимерным клеем. При наращивании сечения изгибаемых балочных элементов монолитным бетоном снизу, бетонирование производится с устройством опалубки. Если при этом требуется существенно повысить несущую способность, то дополнительную продольную арматуру приваривают к существующей с помощью арматурных отгибов. Схемы усиления изгибаемых элементов методом наращивания приведены на рис. 5.11.

При необходимости увеличения несущей способности сжатых элементов, работающих с расчетным эксцентриситетом, усиление может быть выполнено одно- или двусторонним наращиванием новым монолитным бетоном с постановкой необходимого количества дополнительной арматуры (см. рис. 5.4).

В последнее время, в связи с появлением высокопрочных полимерных клеев, а также трудоемкостью выполнения мокрого процесса бетонирования по вертикальной и потолочной поверхности, при усилении методом наращивания применяют готовые железобетонные элементы, наклеиваемые для усиления па основную конструкцию. Таким способом могут быть усилены сжатые (см. рис. 5.4) и изгибаемые (см. рис. 5.3) элементы.

Железобетонные элементы усиления могут быть выполнены обычными или предварительно напряженными с целью повышения их трещиностойкости на период изготовления, транспортирования и монтажа. Толщина приклеиваемого железобетонного элемента усиления принимается не менее 50 мм, а класс бетона - не ниже фактической прочности усиливаемой конструкции и не менее класса В15. Для предварительно напряженных усиления должны соблюдаться условия п. 1.29 и 26 [50] и конструктивные требования раздела 5 [50]. Площадь сечения и арматуры в элементе усиления определяются расчетом.

При необходимости, усиление можно осуществить несколькими элементами по ширине усиливаемой конструкции (рис. 5.12).

Проскальзывание ненапрягаемой продольной арматуры и железобетонных элементах усиления исключается с помощью приварки к ней на концах стальных анкеров, а предварительно напрягаемой арматуры — устройством дополнительных сеток, охватывающих все рабочие стержни (рис. 5.12). Совместная работа железобетонного момента усиления с усиливаемой конструкцией в приопорной зоне обеспечивается специальными конструктивными устройствами [33].

Рис. 5.11. Усиление железобетонных элементов наращиванием сечений: а — сборных ребристых плит; б — монолитных плит; в — балок при значительном увеличении несущей способности; г — балок наращиванием сверху; 1 — усиливаемые плиты; 2 – монолитный слой бетона; 3 — арматура усиления; 4 — поверхность сцепления монолитного бетона с плитой; 5 — усиливаемая балка; 6 — арматурный отгиб; 7 — оголенная на отдельных участках (шаг — 1 м) арматура балки

Рис. 5.12. Усиление изгибаемых элементов приклеиванием сборного железобетонного элемента усиления: 1 — усиливаемая конструкция; 2 - элемент усиления; 3 — дополнительная арматура; 4 — клеевой шов; 5 — ненапрягаемая арматура; 6 — стальной уголок для анкеровки арматуры; 7 — сварной шов; 8 — напрягаемая арматура; 9 — сварные сетки

Усиление изгибаемых неразрезных конструкции в приопорных зонах осуществляется местным, наращиванием бетона с предварительной укладкой дополнительной арматуры в обхват колонны или через заранее просверленные в колонне отверстия (рис. 5.13). Бетонирование производят по предварительной адгезионной промазке поверхности усиливаемой конструкции.

Усиление изгибаемых элементов с ненарушенным защитным слоем может быть выполнено путем увеличения количества продольной арматуры. Дополнительная арматура устанавливается в специально выполненных фрезерованием пазах и омоноличивается полимерраствором (см. рис. 5.3). Полимерраствор, надежно закрепляя арматуру в штрабе, обеспечивает совместность ее работы с материалом конструкции.

В конструкциях с поврежденным защитным слоем увеличение количества продольной рабочей арматуры для повышения несущей способности элемента выполняется по такой же, как и при наращивании балочных элементов снизу с постановкой дополнительной арматуры (см. рис. 5.11).

5.2 УСИЛЕНИЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ С ИЗМЕНЕНИЕМ РАСЧЕТНОЙ СХЕМЫ И НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ

Значительное увеличение несущей способности железобетонных конструкций достигается при их усилении с изменением расчетной схемы. Наиболее распространен этот метод при усилении изгибаемых элементов. Усиление конструкций данным методом является весьма рациональным, рентабельным, простым и удобным по быстроте выполнения. Изменение расчетной схемы конструкций без изменения напряженно-деформированного состояния может быть достигнуто: 1) устройством дополнительных опор; 2) разгружением конструкций с передачей нагрузки на другие элементы; 3) устройством металлических кронштейнов, подкосов, тяжей, поясов 4) включением в совместную работу отдельных конструктивных элементов.

Рис. 5.13. Усиление опорной зоны изгибаемых конструкций наращиванием бетона с укладкой дополнительной арматуры: а — в обхват колонны; б — через отверстия в колонне; 1 — ригель; 2 — колонна; 3 — наращиваемый бетон; 4 — арматура; 5 — адгезионная промазка; 6 — отверстия в колонне

Изменение напряженного состояния усиливаемой конструкции происходит при использовании способов усиления: 1) созданием шпренгельных систем с предварительным напряжением затяжек; 2) применением предварительно-напряженных распорок, затяжек и хомутов; 3) применением специальных решений.

1. Устройство дополнительных опор

Усиление балочных и рамных конструкций до 100% от их первоначальной несущей способности может быть достигнуто путем дополнительных промежуточных опор. Новые дополнительные опоры могут выполняться в виде подведенных колонн, подкосных портальных рам и подвесок.

Опоры в виде подведенных колонн, выполняются металлическими или железобетонными. Подведенные колонны должны устанавливаться на самостоятельный фундамент или на какой-либо достаточно жесткий элемент перекрытия. Включение опоры в работу достигается установкой в зазор между ее верхним концом и усиливаемой конструкцией металлических клиньев. Сечение дополнительной опоры и ее устойчивость должны быть проверены с учетом максимального значения, передаваемой на нее нагрузки.

Второй тип дополнительных опор в виде подкосных портальных рам может выполняться также из железобетона или металла. Установка и опирание подкосов портальных рам на конструкции сооружения дают гарантию жесткости опор, но перегружают основные несущие конструкции. В этом, случае последние должны воспринять давление подпорок и при необходимости подлежат соответствующему усилению. Включение подкосных портальных рам в работу решается по аналогии с одиночной подведенной колонной за счет металлических клиньев (рис. 5.14). Подведенные подносные опоры лучше всего упирать в узлы несущих конструкций каркаса.

Опоры в виде подвесок изготавливаются железобетонными или металлическими. Поскольку эти конструкции также прикрепляются к узлам основного каркаса, к ним относятся те же соображения о дополнительном нагружении элементов каркаса.

Решение узлов крепления подвесок и подкосной опоры к существующим элементам приведены на рис. 5.15.

2. Разгружение конструкций с передачей нагрузки на другие элементы

Разгружение конструкций наиболее просто выполняется подведением под них металлических прокатных балок с передачей нагрузки на опорные элементы. Таким образом, решается усиление железобетонных ребристых и многопустотных плит перекрытий и покрытий (см. рис. 5.14), элементов монолитных ребристых перекрытий, безбалочных перекрытий и др. Подводимые под участки перекрытия металлические балки могут опираться па специально установленные консоли на колоннах или подвешиваться к балкам с помощью высокопрочных болтов. Включение металлических балок в работу производится постановкой в зазор между балками и элементами перекрытия металлических пластин - клиньев. Разгружение элементов монолитного перекрытия может быть выполнено устройством системы железобетонных главных и второстепенных разгрузочных балок, возводимых с зазором, под существующим перекрытием. Опирание дополнительных главных балок производится в непосредственной близости от колонн на действующую главную балку (см. рис. 5.14, б).

Рис. 5.14. Схемы усиления железобетонных конструкций методом разгружения и устройством дополнительных опор: а — подведением металлических разгружающих балок; б — полным разгружением элементов монолитного перекрытия с передачей всей нагрузки на колонны; в — подведением разгружающих портальных рам; 1 — усиливаемые плиты; 2 — металлические балки усиления; 3 — металлические пластины-клинья для включения балок усиления в работу; 4 — главная балка существующего перекрытия; 5 — второстепенная балка; 6 — плита существующего перекрытия; 7 — главные разгру­зочные балки; 8 — второстепенные разгрузочные балки; 9 — зазор между разгружающими балками и перекрытием; 10 — усиливаемая балка; 11 — дополнительные опоры в виде портальной рамы; 12 — опорные элементы из швеллера; 13 — металлические клинья для включения портальной рамы в работу

Рис. 5.15. Схема усиления балки перекрытия с устройством опор в виде подвесок: а — стальных; б — железобетонных; 1 - усиливаемый элемент; 2 — подвеска; 3 — арматура подвески

3. Усиление железобетонных изгибаемых элементов

установкой подкосов, тяжей, кронштейнов и консолей

Установка подкосов, тяжей и кронштейнов при усилении изгибаемых конструкций приводит к сокращению их расчетного пролета и передаче части нагрузки на другие элементы. Подкосы, кронштейны и консоли выполняются из прокатного металла (двутавров или швеллеров), они применяются для усиления балконных плит и козырьков, а также ригелей междуэтажных перекрытий. Подкосы и консоли при усилении балконных плит устанавливаются в специально проделанные ниши в стенах и заделываются бетоном. При этом должно быть обеспечено плотное примыкание консоли к плите до полного затвердения бетона.

Рис. 5.15, б (обозначения см. с. 149)

При усилении ригелей перекрытия подкосы нижним концом опираются на выступ или столик на колонне, а опора под ригель решается в виде прокладки из стального листа на графите смазке для обеспечения перемещения ригеля под нагрузкой. Верхние концы подкосов стягиваются тяжами с натяжными муфтами.

К усилию ригелей перекрытий или других балок с помощью установки тяжей прибегают редко, так как тяжи создают помехи внутри помещения. Тяжи из круглой стали крепятся к специальной обойме на колонне в уровне вышележащего перекрытия с пропуском их через специальные отверстия в плитах. К усиливаемому ригелю тяжи крепятся через опорные стальные элементы.

4. Усиления конструкций включением в совместную работу

отдельных конструктивных элементов

Повышение несущей способности конструкций включением в совместную работу сопряженных конструктивных элементов достигается в основном за счет изменения как всего поперечного сечения, так и размеров сжатой зоны сечения. Совместная работа примыкающих элементов и усиливаемой конструкции обеспечивается сваркой арматуры и обетонированием узлов сопряжения. Для надежности сцепления бетона омоноличивания со старым бетоном его поверхность промазывается полимерным клеем. Наиболее часто этот метод применяется путем включения в совместную работу плит перекрытий или покрытий с ригелями и стропильными конструкциями (фермами или балками) (рис. 5.16). Степень увеличения несущей способности усиливаемого элемента определяется расчетом с учетом увеличенной ширины сжатой зоны.

5. Усиление конструкций созданием шпренгельных систем

с предварительным напряжением затяжек

Одним из способов усиления изгибаемых железобетонных элементов, позволяющих увеличить несущую способность не только по нормальным, но и по наклонным сечениям является создание шпренгельной системы, где роль сжатого пояса выполняет усиливаемая конструкция, а растяжение воспринимается различного вида затяжками. В этом случае изгибаемый элемент превращается в статически неопределимую комбинированную систему с изменением в усиливаемой конструкции напряженно-деформированного состояния, вместо изгиба в ней возникает внецентренное сжатие. Достоинством этого метода усиления является большое повышение несущей способности при простоте конструкции шпренгеля.

Для обеспечения надежной работы шпренгельной системы необходимо ее прочное и плотное сопряжение с основным разгр