Усиление сборных железобетонных стропильных ферм и балок

В сборных стропильных железобетонных фермах усилению подвергаются следующие конструктивные элементы: опорный узел, стойки, раскосы, а также верхний и нижний пояса фермы. Усиление отдельных элементов железобетонных ферм производят в зависимости от действующих в них усилий. Усиление сжатых поясов и стоек ферм обычно осуществляют металлическими обоймами, а нижнего пояса и растянутых раскосов - предварительно напряженными затяжками.

Узловые сопряжения железобетонных ферм усиливают устройством железобетонных обойм, армированных каркасами из круглой стали. Варианты устройства железобетонных обойм опорного и центрального узлов приведены на рис.2.65.

Рис.2.65. Усиление узловых сопряжений железобетонной фермы устройством железобетонных обойм

а) – опорного узла; б) – центрального узла: 1 – усиливаемая конструкция; 2 - арматура усиления;

3 – хомуты усиления; 4 – планки-фиксаторы; 5 – торцевой хомут; 6 - монолитный бетон;

7 - коротыши

При устройстве железобетонных обойм необходимо вскрыть защитный слой, оголить рабочую арматуру усиливаемого элемента и приварить к рабочей арматуре с расчетным шагом коротыши, диаметр которых несколько превышает толщину защитного слоя. К коротышам приваривают арматуру усиления, после чего устанавливают опалубку и производят бетонирование с уплотнением бетонной смеси.

Вместо бетонирования в опалубке для устройства железобетонных обойм может быть использовано послойное торкретирование, которое намного упрощает работу. Высокая прочность и плотность торкрет-бетона, доступность визуального контроля качества работ, производство работ без установки опалубки и возможность нанесения слоев минимально необходимой толщины определяют значительные преимущества этого способа при усилении железобетонных конструкций.

Усиление раскосов и стоек ферм производят с помощью предварительно напряженных затяжек из круглой стали (рис.2.66).

Рис.2.66. Вариант восстановления и усиления раскоса и стойки фермы

1 –тяжи диаметром 14 мм; 2 – опорные хомуты; 3 – гайки; 4 – раскос фермы; 5 – стойка фермы; 6 – верхний пояс фермы; 7 – нижний пояс фермы; 8 – трещины в раскосе и стойке фермы; 9 – уголки

Сначала на верхних и нижних поясах ферм в местах сопряжения их с раскосами и стойками закрепляют с помощью цементного раствора, болтов и уголков опорные стальные хомуты, к которым на верхнем поясе в узлах А и Б приваривают одним концом металлические тяжи. Другие концы тяжей (с резьбой) пропускаются через горизонтальные уголки, приваренные к нижним опорным хомутам (узел В). Ввод усиливающих элементов в работу производится затягиванием гаек у опорных хомутов нижнего пояса фермы с помощью динамометрических ключей.

Возможен вариант натяжения тяжей электротермическим способом, когда один конец тяжей приваривается к опорному хомуту, тяж нагревается до температуры 120-130 ⁰С, а затем второй конец приваривается ко второму опорному хомуту.

Восстановление стоек фермы, получивших повреждения в результате механического или химического воздействия, а также в случае превышения нагрузки, предусмотренной проектом, может осуществляться с помощью преднапряженных металлических уголков (рис.2.67).

Усиление следует начинать с установки по четырем ребрам стойки фермы металлических уголков, скрепленных на сварке пластинами в виде обоймы. По концам металлические уголки скрепляют на сварке горизонтальными уголками. Горизонтальные уголки устанавливают также на верхний пояс фермы. Через уголки пропускают тяжи с навинченными гайками. Создание предварительного напряжения в железобетонных стойках осуществляют затяжкой гаек тяжей, в результате чего часть нагрузки от стоек передается на верхние и нижние пояса ферм и, тем самым, повышает несущую способность стоек.

Рис.2.67. Вариант усиления стойки фермы с помощью предварительно напряженных металлических уголков:

1 – тяжи диаметром 24 мм; 2 – нижний пояс фермы; 3 – уголки 100х10; 4 – стойка фермы; 5 – уголки 13х8; 6 – верхний пояс фермы; 7 - пластины 100х8; 8 – трещины в стойке фермы

Восстановление элементов верхнего пояса ферм при наличии повреждений в виде трещин, сколов и т.д. рекомендуется осуществлять предварительно напряженными распорками из прокатного швеллера, как это показано на рис.2.68.

Процесс усиления стоит из следующих последовательно проводимых операций. На верхнем поясе фермы крепят два металлических упорных ящика, заполненных бетоном, между которыми с двух сторон устанавливают предварительно изогнутые распорные элементы из швеллеров и пластин. Упорные ящики устанавливают между стойкой и раскосом фермы.

Рис.2.68 Усиление элемента верхнего пояса предварительно напряженными распорками

1 – металлический упорный ящик; 2 – распорный элемент; 3 – стяжной болт с фиксаторами;

4 – верхний пояс фермы; 5 – раскос фермы; 6 – стойка фермы; 7 – металлическая пластина;

8 – трещины в верхнем поясе фермы

После набора бетоном проектной прочности с помощью стягивания стяжного болта распрямляют распорные элементы, создавая в них предварительное напряжение. Распорные элементы, упираясь в упорные ящики, передают распорное напряжение на узлы фермы и тем самым разгружают и усиливают соответствующий элемент верхнего пояса.

Нижние пояса железобетонных ферм рекомендуется усиливать с помощью предварительно напряженных элементов, которые устанавливают с двух сторон в один ярус (рис.2.69, а) в пределах высоты фермы или ниже нижнего пояса фермы (2.69, в). При значительных нагрузках на ферму или при пролетах в 24 м и более предварительно напряженные элементы устанавливают в два яруса в пределах высоты фермы (рис.2.69, б).

Рис.2.69. Усиление железобетонных ферм шарнирно-стержневыми цепями или тросами:

1 – анкерное устройство; 2 – цепи или тросы; 3 – металлические напрягаемые элементы;

4 – тельферные напрягающие устройства; 5 – анкерные крепления; 6 – напрягающие устройства домкратного типа; 7 – напрягающая подвеска с распорной муфтой; 8 – распорная муфта

В качестве элементов усиления применяют обычно шарнирно-стержневые цепи или тросы, которые прикрепляют к анкерным устройствам фермы. Анкерные устройства изготавливают из профилированной или листовой стали и устанавливают на верхнем или нижнем поясе ферм в непосредственной близости от ее узлов.

Предварительно напряженные элементы соединяют с нижним поясом ферм с помощью вертикальных стержней из круглой стали, второй конец которых приваривают к анкерным устройствам. Натяжение элементов усиления (тросов или цепей) осуществляют с помощью тельферных напрягающих устройств домкратного типа (узел А, 4) или распорных муфт (узел Б, 8). При натяжении элементов усиления создается предварительное напряжение и они включаются в совместную работу с фермой. Трещины в нижнем поясе фермы частично закрываются, а часть нагрузки с нижнего пояса передается на стойки и раскосы фермы. На период усиления в узлах ферм устанавливают временные промежуточные опоры из прокатного профиля или сварные решетчатого типа.

Когда требуется усилить только половину нижнего пояса фермы или восстановить элемент в растянутой зоне фермы, получивший механическое повреждение, рекомендуется использовать напрягаемые элементы в виде тяжей из круглой арматурной стали (рис.2.70).

В среднем узле и на торце фермы устанавливают с помощью стяжных болтов и цементного раствора опорные хомуты, выполненные из полосовой стали. К опорному хомуту в средней части фермы прикрепляют на сварке напрягаемые элементы (затяжки), вторые концы которых пропускают в специальные отверстия опорного хомута у торца фермы. Ввод затяжек в совместную работу с фермой осуществляют путем затягивания стяжных болтов. В результате натяжения затяжек имеющиеся трещины в нижнем поясе закрываются, а часть нагрузки с нижнего пояса передается на стойки и раскосы усиливаемой фермы.

Рис.2.70. Усиление половины нижнего пояса предварительно

напряженной затяжкой:

1-затяжка из круглой стали; 2- опорный элемент затяжки; 3- натяжные гайки; 4-нижний пояс фермы;

5- раскос фермы; 6- стойка фермы; 7- трещины нижнего пояса фермы

Вместо гибких элементов усиления из цепей и тросов для усиления нижнего пояса можно использовать жесткие предварительно напряженные шпренгели из уголковой или швеллерной стали, которые крепятся к торцовым упорам, а в среднем узле они прикрепляются к металлическим подвескам (рис.2.71).

Рис.2.71. Усиление нижнего пояса железобетонной фермы жесткой затяжкой из швеллеров

1 – ферма; 2 – швеллер; 3 – элемент жесткости из уголковой стали; 4 – пластина торцевого упора;

5 – ребро жесткости; 6 – фиксатор из полосовой стали; 7 – подвеска; 8 – обойма; 9 - напрягающее устройство

Натяжение усиливаемых элементов осуществляется с помощью специального напрягающего устройства, действующего перпендикулярно направлению фермы. Напрягающее устройство представляет собой высокопрочные болты, которые с двух противоположных сторон нижнего пояса балки прикреплены к горизонтальным элементам шпренгеля. При завинчивании высокопрочных болтов с помощью динамометрических ключей, болты упираются в металлическую обойму, отводят горизонтальные элементы шпренгеля от обоймы и тем самым создают в них необходимое предварительное напряжение.

Железобетонные стропильные балки усиливают так же, как и стропильные фермы с помощью горизонтальных предварительно напряженных затяжек, основными элементами которой являются металлические торцевые упоры и тяжи из круглой арматурной стали (рис.2.72).

Опорный узел представляет собой сварную конструкцию из пластинчатой стали с ребрами жесткости, в которой имеются отверстия для пропуска тяжей из круглой стали (узел А). Узел в пролете балки (узел Б) состоит из горизонтальной пластины опорного хомута и двух вертикальных пластин, которые поддерживаются монтажными хомутами. Натяжение горизонтальных тяжей осуществляют одновременно с двух противоположных сторон балок электрофицированными тарированными гайковертами либо электротермическим способом.

В результате в бетоне балки создается напряжение сжатия, которое способствует закрытию имеющихся трещин в нижнем поясе и обеспечивает повышение несущей способности балки.

Рис.2.72. Усиление нижнего пояса стропильной балки с помощью круглой предварительно напряженной затяжки

А - опорный узел; Б - узел в пролете фермы: 1 – усиливаемая конструкция; 2 – горизонтальные тяжи; 3 – монтажная подвеска; 4 – торцовый опорный хомут; 5 – горизонтальная пластина опорного хомута; 6 – то же, вертикальные пластины

При значительном увеличении нагрузки на балку ее усиливают предварительно напряженным шпренгелем из прокатного металла (рис.2.73).

.

Рис.2.73. Усиление сборной железобетонной стропильной балки устройством жесткого предварительно напряженного шпренгеля

1 – железобетонная балка; 2 – наклонный тяж; 3 – горизонтальный тяж шпренгеля; 4 – распорная планка; 5 – монтажная подвеска; 6 – соединительная планка; 7 - боковая пластинка; 8 – упорная пластина; 9 – сварной шов; 10 – стяжной болт; 11- швеллер; 12- фиксатор из круглой стали;

13 – элементы жесткости

Торцевые упоры из металлических пластин устанавливают на верхнем поясе балки, к которым на сварке прикрепляют наклонные тяжи из прокатного профиля. Соединение наклонного и горизонтального тяжей осуществляют на сварке.

Горизонтальные тяжи устанавливаются с двух сторон ниже нижнего пояса железобетонной балки и в пролете балки поддерживаются с помощью металлических подвесок.

В центре железобетонной балки устанавливается распорная планка, снабженная элементами жесткости, которые предохраняют ее от местного смятия.

Напряжение в шпренгеле из прокатного металла создается путем стягивания смежных элементов горизонтального тяжа с помощью двух стяжных болтов (узел В).

Усиление верхнего пояса стропильных балок может осуществляться обоймами из швеллеров, односторонним наращиванием сверху или железобетонной рубашкой (рис.2.74).

а) б) в)

Рис.2.74. Усиление сборных балок покрытия наращиванием сверху:

а – обоймой из швеллеров; 1 - б – односторонним наращиванием сверху; в – железобетонной рубашкой; 1 – усиливаемая балка; 2 – плита перекрытия; 3 – швеллеры; 4 – уголки усиления;

5 – упоры для стяжных болтов; 6 – стяжные болты; 7 – соединительные элементы на сварке;

8 – арматура балки; 9 – дополнительная арматура; 10 – новый бетон

Усиление верхнего пояса балок путем наращивания обоймами из швеллеров (рис.2.74, а) состоит в том, что к верхней части балки покрытия прикрепляют на болтах два швеллера, к которым с двух сторон приваривают уголки усиления полки швеллера. Снизу к швеллерам приваривают упоры из уголков, через которые в заранее пробитые в стенке балки отверстия пропускают болты. В подготовленную обойму заливается новый мелкозернистый бетон с уплотнением бетонной смеси.

При одностороннем наращивании (рис.2.74, б) следует обнажить в верхней полке балки покрытия рабочую арматуру и приварить к ней через соединительные элементы дополнительную арматуру. Затем установить временную опалубку в габаритах толщины балки и осуществить заливку нового мелкозернистого бетона.

Для усиления верхнего пояса стропильной балки с помощью железобетонной рубашки (рис.2.74, в), как и при одностороннем наращивании, в верхней полке обнажают рабочую арматуру, к которой через соединительные элементы приваривают дополнительную арматуру рубашки. Однако временную опалубку для заливки бетона устраивают не в габаритах толщины балки, а согласно расчетной толщины рубашки. Укладку нового бетона производят с обязательным тщательным уплотнением бетонной смеси.