ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА УСИЛИВАЕМЫХ СТАЛЬНЫХ

КОНСТРУКЦИЙ

Расчетная схема конструкций должна отражать условия их работы и фактическое состояние, установленные данными обследований. В необходимых случаях следует выполнять расчет с использованием нескольких вариантов расчетных схем и распределения жесткостей, а также учитывать прогнозируемый износ.

Расчет выполняется только для тех частей зданий и сооружений, на которые влияют усиление, изменение режима эксплуатации, дефекты и повреждения.

Для конструкций, не имеющих дефектов и повреждений, расчет допускается ограничивать сопоставлением значений внутренних усилий (моментов, поперечных сил и т. п.) от расчетных нагрузок со значениями усилий, приведенными в первоначальной технической документации, а при изменении только нагрузок без изменения их характера и способа приложения — сопоставлением их значений.

При расчете конструкций, усиление которых выполняется под нагрузкой, необходимо учитывать напряжения, существующие в сохраняемых конструкциях в момент усиления, и последовательность включения в работу дополнительных конструкций, деталей усиления и раскрепления.

При расчете усиливаемых под нагрузкой элементов на устойчивость и деформативность следует учитывать начальные и дополнительные их деформации, возникающие на стадии усиления (в частности, дополнительные прогибы, возникающие при усилении с помощью сварки).

Искривления от сварки при проверке устойчивости сжатых и внецентренно сжатых элементов и элементов, работающих на сжатие с изгибом, допускается учитывать введением дополнительного коэффициента условий работы γ_с = 0,8. В необходимых случаях проводится уточненный расчет в соответствии с рекомендациями пп. 4.26—4.30 настоящего Пособия. При этом использование указанных методов расчета требует обязательного соблюдения указаний пп. 3.42—3.46 по технологии производства работ.

При расчете усиления элементов конструкций на прочность и деформативность коэффициенты условий работы принимаются в соответствии с указаниями разд. 4 СНиП 11-23-81*. В расчетах на общую устойчивость коэффициент условий работы γ_с принимается равным 0,9, если только табл. 5 СНиП П-23-81* не определено меньшее значение γ_с.

Коэффициент надежности по назначению γ_п принимается в соответствии с Правилами учета степени ответственности зданий и сооружений при проектировании конструкций. При этом для зданий и сооружений III класса ответственности на стадиях А и Б (см. п. 1.6) допускается принимать γ_п = 0,8 (как для временных зданий и сооружений), если продолжительность пребывания конструкций в этих стадиях не превышает трех лет.

Для стадии А работы конструкции (на период не более трех трех лет) также допускается:

уменьшить значение снеговых, ветровых, гололедных и климатических температурных нагрузок и воздействий в соответствии с указаниями п. 1.3 СНиП 2.01.07—85 как для периода возведения при новом строительстве:

принимать только пониженные нормативные значения нагрузок в тех случаях, когда СНиП 2.01.07—85 определены их два (полное и пониженное) значения:

принимать нормативные значения эквивалентных равномерно распределенных нагрузок от оборудования и складируемых материалов по фактическим величинам, в том числе менее 3 КПа (300 кгс/м²) для плит и второстепенных балок и менее 2 КПа (200 кгс/м²) для ригелей, колонн и фундаментов.

Нормативные значения временных, кратковременных и особых нагрузок для стадии В определяются в соответствии с требованиями СНиП 2.01.07-85.

В зависимости от условий работы усиливаемые элементы конструкции разделены на четыре класса, отличающиеся нормой допустимых предельных пластических деформаций:

I. Сварные конструкции, работающие в особо тяжелых условиях эксплуатации (подкрановые балки для кранов режима работы 7К, 8К, элементы конструкций бункерных и разгрузочных эстакад, непосредственно воспринимающие нагрузки от подвижных составов). Расчеты прочности элементов условно выполняются в предположении упругой работы стали.

II. Элементы конструкций, непосредственно воспринимающие подвижные, динамические или вибрационные нагрузки и не входящие в группу 1. Норма предельных пластических деформаций ε_p,lim = 0,001

III. Элементы конструкций, работающих при статических нагрузках, кроме элементов, относящихся к классу IV, ε_p,lim = 0,002.

IV. Элементы конструкций, работающие при статических нагрузках и удовлетворяющие требованиям пп. 5.19—5.21, 7.1 — 7.24 СНиП II-23-81* по обеспечению общей и местной устойчивости при развитых пластических деформациях, ε_p,lim = 0,004.

Для усиливаемых статически нагруженных элементов конструкций (особенно при использовании асимметричных односторонние схем усиления) критерий малых упругопластических деформации (ε_p,lim = 0,002) определяет зачастую значительно меньшие значения предельной несущей способности, чем критерий развитых пластических деформаций (ε_p,lim = 0,004). Поэтому при усилении конструкция III класса целесообразно использовать дополнительные конструктивные мероприятия, обеспечивающие общую и местную устойчивости элементов и возможность отнесения конструкций к IV классу (путем введения дополнительных связей, постановки дополнительных ребер жесткости и т. п.).

Статический расчет конструкций, усиливаемых путем увеличения сечений без полной разгрузки, необходимо выполнять:

на нагрузки, действующие на конструкции во время усиления (начальное нагружение);

на нагрузки, которые будут действовать на конструкции после их усиления, с выбором невыгодных вариантов их сочетания.

Уровень начального нагружения элементов ограничивается с целью обеспечения их несущей способности в процессе усиления и зависимости от нормы предельных пластических деформаций соответствии с их классом по п. 4.8. Этот уровень начального погружения характеризуется коэффициентом β₀, представляющим собой абсолютную величину отношения наибольшего напряжения в усиливаемом элементе в момент усиления к его расчетному сопротивлению (β₀ = |σ_о,max/R_y0|). В общем случае сжатия (растяжения) с изгибом значения σ_о определяются формулой

где N_o, М_ох, M_оy — продольная сила и изгибающие моменты в наиболее нагруженном сечении элемента.

При расчете усиления гибких сжато-изогнутых или внецентренно жатых стержней моменты М₀ вычисляются по деформированной схеме с учетом прогибов стержня

где e = M'_o/No — начальный эксцентриситет продольной силы: М'_о — расчетное значение момента, вычисляемое по недеформированной схеме;

f₀ - начальный прогиб элемента.

В случае М'_о = 0 необходимо учитывать малые случайные эксцентриситеты произвольного направления, определяемые формулой

е = m_о W_o/А_o.(28)

где m_o — случайное значение начального относительного эксцентриситета, принимаемое в функции гибкости λ_о, по графику рис. 15; момент сопротивления неусиленного сечения.

Рис. 15. Случайные эксцентриситеты

Расчетное значение f₀ принимается не менее замеренного при натуральном обследовании конструкций. При усилении искривленных центрально-сжатых стержней направление е_о определяется направлением их начального прогиба.

Предельный уровень начального нагружения элементов для конструкций, усиливаемых с помощью сварки, в зависимости от класса конструкций по п. 4.8 ограничивается, как правило, условиями:

β₀ ≤ 0,2 для I класса;

β₀ ≤ 0,4 » II » ;

β₀ ≤ 0,8 » III и IV классов.

Если указанные условия не выполняются, то необходима либо предварительная разгрузка конструкций, либо использование специальных технологических мероприятий при усилении, обеспечивающих ограничение деформаций конструкций (в частности, сварочных).