фланговые(существующие) сварные швы; 2 - лобовые сварные швы усиления; 3 - обушок; 4 -перо; 5 - усиленный сварной шов; 6 - первоначальный шов

Рис. 8.2. К расчету усиления стальной балки и колонны

а - первоначальное сечение балки; б - приведенное сечение балки с учетом коррозии; в - усиленное сечение балки; г - к расчету колонны; 1 - уголки усиления (4L 50×50×5); 2 - листы усиления (160×8 мм).

Для двутавра 40Б1 по сортаменту следующие геометрические характеристики: момент инерции относительно оси JХ =15810 см4; момент сопротивления относительно оси WХ = 799 см3

Определяем первоначальную несущую способность изгибаемого элемента. Расчетный изгибающий момент,воспринимаемый сечением (рис. 8.2а) равен:

МХ = WX·Ry·γC = 799×22,5×1 = 17980 кН·см = 179,8 кН·м

Усиление сечения изгибаемого элемента осуществляем путем приварки к нему сплошными сварными швами катетом 4 мм четырех уголков 50×50×5 (рис. 8.2в).

Площадь сечения уголка Fуг = 4,80 см2;

Момент инерции Jx.уг =11,2 см4; расстояние до центра тяжести Z0 = 1,42 см.

Для вычисления геометрических характеристик прокорродированного сечения двутавра заменяем его приведенным сечением, показанным на рис. 8.2б.

Определим геометрические характеристики приведенного сечения. Момент инерции приведенного сечения относительно оси Xравен:

Момент сопротивления приведенного сечения относительно оси X равен:

В результате коррозии произошло уменьшение момента сопротивления на

Вычисляем момент инерции,усиленного сечения относительно оси X:

Jx = Jх прив + 4Jх уг + 4Fх уг·α2 = 13269 + 4×11,2 + 4×4,80(1,42 + 13,81)2 = 17767 см4

Момент сопротивления усиленного сечения равен

Делаем проверку усиленного сечения

= 17980 = 19,92кН/см2 ≤ RyγC= 22,5×1 = 22,5 кН/см2

Следовательно, прочность сечения обеспечена и отвечает первоначальной прочности, принятой по проекту.

Пример 4.

Требуется рассчитать необходимое усиление центрально сжатого элемента из прокатного двутавра (рис. 8.2г).Элемент изготовлен из двутавра 26Б1 по ТУ 14-2-24-72. Материал конструкции -сталь марки Вст3кп2. Электроды марки Э42. На элемент действует расчетная продольная сжимающая сила N = 800 кН, что превышает проектное значение этой силы.Высота колонн Н = 3 м.

Решение.

Усиление выполняем путем приварки к существующему сечению двутавра 26Б1 двух полос сечением 8×160мм из стали марки Вст3кп2. Приварка полос осуществляется к полкам двутавра сплошным угловым сварным швом катетом 5 мм.

По сортаменту имеем основные геометрические размеры и характеристики существующего сечения двутавра26Б1:

площадь сечения А = 35,3 см;

момент инерции относительно осей X и У равны соответственно JX = 4020 см4;Jу = 246 см4.

По СНиП II-23-81 расчетное сопротивление для прокатной стали Вст3кп2 Ry = 225 МПа, коэффициент условий работы γC = 1.

Определяем полную площадь сечения колонны из прокатного двутавра 26Б1 после усиления

А = 35,3 + 2×16×0,8 = 60,9 см2

Вычисляем моменты инерции для усиленного сечения колонны относительно осей X и У:

JX= JX сущ + JX усил. = 4020 + 2×0,8×16 = 8534,78 см4;

Jy= Jy сущ + Jy усил. = 246 + 2 = 792,13 см4;

Радиусы инерции усиленного сечения колонн соответственно для осей X и У равны:

Расчетная длина колонны равна

lx= ly = Н =3 м.

Определяем гибкость усиленного сечения колонны относительно осей X и У

По наибольшей гибкости(по интерполяции) по СНиП II-23-81* находим значение коэффициента продольного изгиба.

При λy = 83,1; φ =0,664.

Проверку устойчивости колонны с усиленным сечением производим по формуле:

кН/см2< 22,5×1 = 22,5 кН/см2

Следовательно, несущая способность колонны обеспечена.

Пример 5.

Требуется выполнить усиление центрально нагруженного кирпичного столба высотой Н = 3 м и сечением в×h = 51×51 см (рис. 8.3). Столб выполнен из глиняного кирпича пластического прессования марки 100 на цементном растворе марки 25, представляет собой свободно стоящую конструкцию, на которую передается продольная сила от расчетных нагрузок N = 350 кН. В кладке кирпичного столба в процессе эксплуатации возникли трещины с раскрытием до 2 мм и пересекающие не более восьми рядов.

Решение.

Определяем несущую способность существующей кладки.

Расчетная высота столба для принятой схемы опирания равна lQ= 2Н = 2×3 = 6 м.

Гибкость столба в плоскости сечения равна

По таблицам 15 и 18 СНиП II-22-81 находим упругую характеристику заданной кладки α = 1000 и коэффициент продольного изгиба φ = 0,845.

Рис. 8.3. К расчету усиления кирпичного столба стальной обоймой

1 - кирпичная кладка; 2 - уголки усиления 50×50×5; 3 - планки сечением 35×5мм.

Так как h > 30 см, то коэффициент, учитывающий влияние длительной нагрузки тД = 1; для заданного вида кладки расчетное сопротивление сжатию кладки R = 1,3×0,9 = 1,17 МПа,Площадь сечения кирпичного столба равна F = 0,51×0,51 = 0,26 м < 0,3м, поэтому коэффициент условий работы кладки mK = 0,8.

Расчетное сопротивление сжатию кладки с учетом коэффициента условий работы кладки равно R = 1,17×1,8 = 0,936 МПа.

Несущая способность кирпичного центрально нагруженного столба определяется по условию:

Nсеч= γТmg·φ·R·F

где γТ = 0,5 - коэффициент снижения несущей способности каменных конструкций при наличии повреждений.

Nсеч =0,5×1×0,845×0,0936×2600 = 102,8 кН < N =350 кН, т.е. прочность кирпичного столба не обеспечена,требуется усиление.

Принимаем усиление с помощью стальной обоймы, состоящей из четырех вертикальных стальных уголков50×50×5 мм на полную высоту столба, установленных по углам элемента и соединенных друг с другом полосовой сталью (планками) через 30 см. Сечение планок назначаем 35×5 мм. Для защиты от коррозии стальная обойма покрывается цементной штукатуркой толщиной 25 мм. Принимаем для обоймы сталь марки Вст3кп класса A-I.

Расчетное сопротивление поперечной арматуры обоймы Rа.п. = 150 МПа;

Расчетное сопротивление продольной сжатой арматуры обоймы равно Rа.с =43 МПа.

Площадь сечения продольной арматуры стальной обоймы из уголков равна F'а= 4×4,8 = 19,2 см2

Несущая способность кладки, усиленной стальной обоймой из уголков, рассчитывается по формуле:

,

где - процент армирования поперечными планками;

Fа = 3,5×0,5 =1,75см2 - площадь сечения поперечной планки; S = 30 см -расстояние между осями поперечных планок; ψ= 1; η = 1 - коэффициент при центральном сжатии; тК = 0,7 -коэффициент условий работы для кладки с трещинами.

кН

390 кН > N = 350 кН, т.е. несущая способность усиленной конструкции обеспечена.

Пример 6.

Рассчитать необходимое усиление железобетонной колонны сечением 40×40 см под лотки усреднителя,поврежденной кислыми стоками (рис. 8.4).Расчетная продольная сила и изгибающий момент в месте заделки колонны N = 224 кН, М = 39 кН·м. Высота колонны Н = 4,45 м. В результате воздействия кислоты произошло разрушение защитного слоя бетона, продольной и поперечной арматуры колонны

Решение.

Усиление колонны осуществляем путем устройства железобетонной обоймы толщиной 50 мм с применением торкретирования.

Рис 8.4. К расчету усиления железобетонной колонны

1 -существующая колонна; 2 - рабочая арматура Ø 16 А-III; 3 - хомуты Ø 8 A-I шаг 100 мм; 4 - место приварки арматуры усиления к существующей арматуре

Колонна изготовлена из гидротехнического бетона класса Б25. Рабочая арматура усиления устанавливается на всю высоту колонн и приваривается к существующей продольной арматуре через прокладку сварным швом длиной 10 d = 160 мм на уровне верха фундамента, предварительно удалив набетонку фундамента.

Продольная рабочая арматура по всем граням скрепляется с помощью хомутов Ø 8 А-I с шагом100 мм по всем граням колонны.

Площадь сечения растянутой и сжатой арматуры принимаем равной площади сечения арматуры,существующей до усиления колонны АS = А'S = 4,02 см2 (2 Ø 16А-III).

Площадь усиленного сечения равна в×h = 500×500 мм. Арматура класса А-III (Rsc - Rs = 365 МПа).

Коэффициент условий работы при усилении под нагрузкой γC = 0,8

Так как M1 < 0,82МП,расчет производим на действие всех нагрузок, включая нагрузки непродолжительного действия (ветровые), где M1 = 0 -изгибающий момент от постоянной и длительных нагрузок;

МП - изгибающий момент от всех нагрузок.

В этом случае расчетное сопротивление бетона RВ= 16 МПа, при γB2 = 1,1.'

Расчетная длина колонны равна 2l0 = 2×4,45 = 8,9 м

Так как , расчет производим с учетом прогиба колонны.

Для этого определим эксцентриситет относительно центра тяжести сечения

следовательно, случайный эксцентриситет не учитываем.

Так как , то принимаем

Условная критическая сила равна

= 3408,7×104 0,0576 + 0,0184 = 259×104Н= 2590 кН,

где φ1 = 2- коэффициент,учитывающий влияние длительного действия нагрузки на прогиб элемента;

Коэффициент

Значение эксцентриситета относительно центра тяжести сжатой арматуры равно

Определим высоту сжатой зоны

Значение относительной высоты сжатой зоны бетона ξR = 0,55

Так как X = 28 мм < ξRh0 = 0,55×470 = 258,5 мм, то прочность усиленного сечения проверяем из условия

γс[RB·в·x(h0 - 0,5х) + RSC·A'S(h0 - a')] = 0,8[16×500×28(470- 0,5×28) + 365×402(470 - 30)] =

= 0,8[102×106 + 64,56×106] = 0,8×166,56×106 Н·мм =133,2 кН·м > Nе =224·0,41 = 91,8 кН·м, следовательно прочность усиленного сечения обеспечена.

Пример 7.

Требуется определить во сколько раз увеличится несущая способность плиты после ее усиления с помощью обетонирования со стороны сжатой зоны (рис. 8.5а, б). Плита армирована 6-ю стержнями диаметром 10. мм (шаг 200 мм) из стали класса А-II (AS = 4,71 см2). Бетон плиты класса B15. Сечение плиты в×h = 1000×70 мм2.

Решение.

Для бетона класса B15 расчетное сопротивление бетона RB = 9,4 МПа, при γB2 = 1,1.

Расчетное сопротивление арматуры RS = 280 МПа.

Расстояние от равнодействующей усилий в арматуре до ближайшей грани сечения равно а = 2 + 1/2 = 2,5 см.

Рабочая высота сечения

h0 = h - а = 7 - 2,5 = 4,5 см

Определяем высоту сжатой зоны бетона

Значение предельной относительной высоты сжатой зоны

ξR = 0,642

Рис. 8.5. К расчету усиления железобетонных плит

а - плита до усиления; б - плита после усиления наращиванием сверху; в - плита после усиления наращиванием снизу; 1 - существующая арматура плиты 6 Ø 10 А-II; 2 - бетон усиления; 3 - арматура усиления 5 Ø 10 А-II

Относительная высота сжатой зоны равна

Так как X < ξRh0 = 0,642×4,5 = 2,89 см, то прочность плиты до усиления определим из условия:

М1 = RSAS(h0 - 0,5X) = 280×4,71(4,5 -0,5×1,4) = 501,14 кН·см = 5,01 кН·м.

Усиление осуществляем путем обетонироваиия верха плиты бетоном класса В15, для чего предварительно производим разгружение плиты и насечку ее поверхности для улучшения сцепления нового я старого бетона, (рис. 8.5б).

Определяем несущую способность плиты после усиления.

Рабочая высота сечения

h0= h - a = 10 - 2,5 = 7,5 см;

X = 1,4 см;ξR = 0,642

Так как Х < ξRh0= 0,642×7,5 = 4,82 см, то несущая способность будет

М2 = RS·AS(h0 - 0,5х) = 280×4,71(7,5 - 0,5×1,4) = 8968 МПа·см = 896,8кН·см = 8,97 кН·м.

Следовательно, несущая способность плиты после ее усиления увеличилась в раза, что позволяет увеличить в 1,8 раза нагрузку на плиту.

Пример 8.

В результате длительной эксплуатации в плите (рис, 8.5а) произошло разрушение защитного слоя бетона и коррозия рабочей арматуры до 30 %.Плита армирована 6-ю стержнями диаметром 10 мм (шаг 200 мм) из стали класса А-II (АS = 4,71 см2). Бетон плиты класса B15. Сечение плиты в×h = 1000×70 мм2.

Требуется рассчитать усиление плиты.

Решение.

Усиление производим путем установки дополнительной арматуры, прикрепляемой к существующей поперечной арматуре через 600 мм с последующим торкретированием нижней поверхности плиты бетоном прочностью равной прочности бетона до усиления (рис. 8.5в).

Для бетона класса B15 расчетное сопротивление бетона Rв = 9,4 МПа при γв2 = 1,1.

Расчетное сопротивление арматуры RS = 280 МПа.

Определяем первоначальную несущую способность плиты до ее разрушения.

Расстояние от равнодействующей усилий в арматуре до ближайшей грани сечения

а = 2 + 1/2 = 2,5 см

Рабочая высота сечения

h0 = h - а= 7 - 2,5 = 4,5 см

Определяем высоту сжатой зоны бетона

ξR = 0,642;

Так как Х < ξRh0 = 0,642×4,5 = 2,89 см, то прочность плиты определим из условия

M1 = RS·AS(h0 - 0,5x) = 280×4,71(4,5 - 0,5×1,4) = 5011 МПа·см = 501,1 кН·см = 5,01 кН·м.

Площадь арматуры до усиления АS= 4,71 см2 (6 Ø 10);

Площадь арматуры с учетом ее коррозии и пережога 25 % площади

A1= 4,71 - 0,3×4,71 - 0,25×4,71 = 2,12 см2

Площадь арматуры усиления

А2 = 3,93 см2 (5 Ø 10).

Суммарная площадь арматуры

АS = A1+ А2 = 2,12 + 3,93 = 6,05см2

Статический момент площади арматуры А1 и А2 относительно нижней грани плиты равен

S1= 2,12×4,5 = 9,54 см3;

S2 = 3,93×2,5 = 9,83 см3.

Суммарный статический момент площади арматуры равен

S = S1 + S2= 9,54 + 9,83 = 19,37 см3

Определяем положение центра тяжести площадей всей растянутой арматуры

Рабочая высота сечения плиты

h0 = h - a = 9 - 3,20 = 5,8 см;

; ξR = 0,642

Так как Х/ξRh0 = 0,642×5,8 = 3,72 см, то прочность усиленной плиты определяем по формуле

М2 = γC·RS·AS(h0 - 0,5x) = 0,8×280×6,05(5,8 - 0,5×1,8) = 6600 МПа·см = 660 кН·см = 6,6кН·м M1 = 5,01 кН·м, где γС =0,8 - коэффициент условий работы конструкции при условии ее усиления под нагрузкой. Прочность плиты обеспечена.

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. СНиП 2.09.03-85. Сооружения промышленных предприятий

2. СНиП 2.03.01-84. Бетонные и железобетонные конструкции. Дополнение к СНиП.

3. СНиП II-23-81* Стальные конструкции.

4. СНиП 2.03.11-85. Защита строительных конструкций от коррозии.

5. СНиП II-22-81. Каменные и армокаменные конструкции.

6. СНиП II-25-80. Деревянные конструкции.

7. Методические рекомендации по технологии и механизации работ при строительстве, ремонте,усилении конструкций методом набрызга бетонной смеси. ЦНИИОМТП, 1986 г.

8. Рекомендации по усилению каменных конструкций зданий и сооружений. Стройиздат, 1984 г.

9. Правила технической эксплуатации резервуаров и инструкции по их ремонту. Недра, 1988 г.

10. Руководство по эксплуатации строительных конструкций производственных зданий промышленных предприятий. Стройиздат, 1981 г.

11. Инструкция по ремонту железобетонных предварительно напряженных цилиндрических резервуаров для нефти.ВНИИСПТнефть, 1977 г.

12. Рекомендации по усилению монолитных железобетонных конструкций и сооружений предприятий горнодобывающей промышленности. Стройиздат, 1974 г.

13. Рекомендации по реконструкции стен на предприятиях целлюлозно-бумажной промышленности.ЦНИИпромзданий, 1988 г.

14. Рекомендации по оценке надежности строительных конструкций по внешним признакам.ЦНИИпромзданий, 1989 г.

15. Указания по ремонту бетонных и железобетонных конструкций эксплуатируемых мостов и труб. МПС, 1975т.

16. Рекомендации по усилению железобетонных конструкций зданий и сооружений реконструируемых предприятий, ч. I.,Харьковский ПромстройНИИпроект, 1983 г.

17. Рибицки Р.Повреждения и дефекты строительных конструкций.

18. Митцел А. и др.Аварии бетонных и каменных конструкций.

19. Каталог конструктивных решений по усилению и восстановлению строительных конструкций промышленных зданий. ЦНИИпромзданий, 1987 г.

20.Ремонт дымовых труб, градирен и антикоррозионных покрытий оборудования электростанций.Справочное пособие. Энергоиздат, 1982 г.

21. Швец В.Б. и др.Усиление и реконструкция фундаментов.

22. Шкинев А.Н. Аварии на строительных объектах, их причины и способы предупреждения.

23. Типовые строительные конструкции, изделия и узлы. Серия 1.420.2-27. Усиление стальных конструкций производственных зданий. Выпуск 1-4.

24. Исследование технического состояния очистных сооружений Сегежского ЦБК с разработкой рекомендаций по их усилению. Н.-т. отчет, ЦНИИпромзданий, 1989 г.

25. Исследование технического состояния очистных сооружений ПО Кондровобумпром с разработкой рекомендаций по их усилению. Н.-т. отчет, ЦНИИпромзданий, 1988 г.

26. Обследование металлоконструкций транспортерных эстакад Лебяжинского аглоцеха и разработка технических решений по их усилению или реконструкции Н.-т. отчет, Уралъский электромеханический институт инженеров железнодорожного транспорта, 1982 г.

27. Обеспечение надежности несущих и ограждающих строительных конструкций (предложения по совершенствованию конструкций на основе данных об авариях и обследованиях состояния конструкций промышленных зданий и сооружений). Н.-т. отчет, ЦНИИпромзданий,1989 г.

28. Исследование эксплуатационных качеств инженерных сооружений: тоннелей и каналов, отдельно стоящих опор и эстакад под технологические трубопроводы. Н.-т. отчет,ЦНИИпромзданий, 1986 г.

29. Чемпион С. Дефекты и ремонт бетонных и железобетонных сооружений.

30. Справочник проектировщика. Основания, фундаменты и подземные сооружения.

31. Руководство по обеспечению долговечности железобетонных конструкции предприятий черной металлургии при их реконструкции и восстановлении. Стройиздат, 1982 г.

32. Рекомендации по проектированию и усилению железобетонных хранилищ для сыпучих материалов, в том числе с повышенной температурой. Харьковский ПромстройНИИпроект, 1984 г.

33. Дронов Л.K. и др. Обеспечение водостойкости железобетонных емкостей. Бетон и железобетон, № 1, 1969 г.

34. Золотарев Е.,Носиковский Д. Экономичный способ усиления подпорной стенки. Промышленное строительство и инженерные сооружения, № 2, 1983 г.

35. Лебедева В. и др.Сохранность пешеходного перехода. Метрострой, № 3, 1984. г.

36. Марчук А. Обеспечить надежность защиты металлоконструкций (уроки одной аварии). Промышленное строительство и инженерные сооружения, № 1, 1973 г.

37. Скороходов Б.В.,Козлов Ю.К. Экономичный вариант железобетонных подпорных стен. Автомобильные дороги, № 5, 1967 г.

38. Мейнин Л.П. и др.Реконструкция эстакады в Одессе. Сборник статей. Расчет и исследование открытых крановых эстакад. Будiвельник,1969 г.

39. Радченко А. Усиление несущих конструкций технологической эстакады. Промышленное строительство и инженерные сооружения, № 2,1986 г.

40. Шевченко В.Д. и др.Эффективный метод реконструкции транспортерных галерей. Монтажные и специальные работы в строительстве, № 9, 1986 г.

41. Шувалов В.А. и др.Усиление железобетонных конструкций сборно-монолитного аэротенки.Гидромелиорация и гидротехническое строительство, выпуск 9, Вища школа, 1981 г.

42. Чавов Т., Якимов Д.Реконструкция на 150-метровия стоманобеснен комин на ТЕЦ Марица изток I. Строительство (Болт.), №6, 1967 г.