Усиление колонн и консолей

Одним из наиболее эффективных способов усиления железобетонных колонн является устройство железобе­тонных или металлических обойм. Усиление обоймами особенно рационально для колонн с небольшой гибко­стью (R<14). В изгибаемых элементах обоймы реко­мендуются в исключительных случаях (например, при значительной коррозии арматуры), так как усиление по всему периметру изгибаемого элемента нерационально с конструктивной точки зрения и требует значительных трудозатрат при производстве работ.

Наиболее простым типом железобетонных обойм яв­ляются обоймы с обычной продольной и поперечной ар­матурой без связи арматуры обоймы с арматурой уси­ливаемой колонны (рис.25). 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, величиной 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 на напряжений шаг хомутов уменьшается. При местном усилении обойму продлевают за пре­делы поврежденного участка на длину не менее пяти ее толщин и не менее длины анкеровки арматуры, а также не менее двух ширин 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.

Рис.3.25. Усиление колонны железобетонной обоймой;

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

Поперечная арматура железобетонной обоймы мо­жет быть выполнена в виде спиральной обмотки (рис.26.) из проволоки диаметром не менее 6 мм. При этом спирали в плане должны быть круглыми и охватывать всю рабочую продольную арматуру. Расстояние между ветвями спирали должно быть не менее 40 мм и не более 100 мм, оно не должно также превышать 0,2 диа­метра сечения ядра обоймы, охваченного спиралью. 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, установка 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 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 анеровки продольной арматуры, не менее ширины грани элемента или его диаметра и не менее пяти толщин 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 (рис.3.27). Эффективность включения ме­таллической обоймы в работу колонны зависит от плот­ности прилегания уголков к телу колонны и от 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 существенно повышает ее несущую способность.

Эффективным средством усиления нагруженных 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 (рис. 2.28.). Первые применяют для увеличения несущей способности внецентренно сжатых колонн с большими и малыми экс­центриситетами, вторые для центрально и внецентренно сжатых колонн с двузначной эпюрой моментов. 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 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.

При увеличении нагрузки на консоли колонн их усиливают предварительно напряженными горизонтальными или наклонными тяжами (рис.2.29.).

Предварительное напряжение создается завинчива­нием гаек или взаимным стягиванием хомутов. Приме­няют также разгрузку консолей с помощью дополни­тельных металлических кронштейнов (рис.3.30.) или специальных опор в виде швеллеров (уголков), которые крепят к колонне с помощью предварительно напряжен­ных тяжей ( - 40...50 МПа).

Железобетонные сжатые элементы, усиленные обоймами, «рубашками» и наращиванием рассчитывают как монолитные. При этом учет влияния продольного изги­ба на несущую способность рекомендуется осуществлять путем расчета конструкции по деформированной схеме.