Как усиливают опорные участки балок?

Один из способов — вышепри­веденное усиление шпренгелями, при котором уменьшаются попереч­ные силы и происходит разгружение опорных участков (рис. 56). Дру­гой — устройство дополнительных выносных опор на некотором рас1 стоянии от существующих. Опоры устанавливают при частично или полностью снятой полезной нагруз­ке, после восстановления которой однопролетная, например, балка начинает работать как двух- или трехпролетная. В связи с этим рас­четные усилия в ней, включая опор­ные реакции, определяют при двух расчетных схемах (до и после уст­ройства выносных опор), а затем суммируют. Такой прием позволяет частично разгрузить существующие опоры, следовательно, разгрузить и опорные участки (а заодно и пролетные). В качестве усиливающих конструкций здесь используют двухконсольные балки (рис. 59), подко­сы, подпруги, кронштейны и т.п. эле­менты. Если разгрузить железобе­тонные балки невозможно, то в уси­ливающих конструкциях создают преднапряжение (подобно преднапряжению стальных балок, см. воп­рос. 6.7): оттягивают их концы кни­зу упорными болтами, домкратами или грузами, в результате чего на балки действуют разгружающие силы F.

Третий — наиболее распростра­ненный способ — устройство внеш­ней поперечной арматуры (хомутов). Как показали опыты, без предвари­тельного напряжения такая армату­ра практически не работает и проч­ность наклонных сечений не увели­чивает — даже если она установ­лена при полностью снятой нагруз­ке. Предварительное напряжение хо­мутов обычно создают затягивани­ем концевых гаек, электронагревом (в обоих случаях с контролем на­пряжений по удлинению стержней) или попарным их сближением с по­мощью стяжных болтов (см. вопрос 6.12 и рис. 60). Предварительное напряжение создает в опорных уча­стках поперечные сжимающие на­пряжения σ_у, которые не только зна­чительно разгружают внутреннюю поперечную арматуру, но повыша­ют также сопротивление сжатого бе­тона срезу и трещиностойкость са­мих наклонных сечений. Практичес­кий расчет тогда сводится к опре­делению диаметра и шага внешних хомутов, рассматриваемых в каче­стве обычной поперечной армату­ры (при наличии наклонных трещин их расчетное сопротивление снижа­ется на 25%).

Как следует из приведенного описания, первые два способа из­меняют расчетную схему, третий — увеличивает несущую способность сечений.

6.14. Как усиливают решетча­тые балки?

Для усиления решетчатых балок и их отдельных элементов можно применять те же способы, что и для сплошных, — шпренгели, внешние хомуты и пр. Однако решетчатые балки являются статически неопре­делимыми (рамными) конструкциями и в их работе есть некоторые особенности. В частности, при проек­тировании усиления следует прове­рять не только нормальные сечения (т.е. сечения поясов) и наклонные сечения в опорных участках, но и сечения стоек, работающих на сжа­тие или растяжение преимуществен­но с большими эксцентриситетами. В первую очередь это относится к приопорным стойкам. Непродуман­ные схемы усиления могут привести к росту усилий в этих элементах со всеми вытекающими последствиями. Поэтому при общем усилении ба­лок (например, в связи с ожидае­мым увеличением нагрузок) следу­ет усиливать и стойки.

Одним из возможных вариантов их усиления является установка по диагонали отверстий стальных рас­косов в виде распорок (рис. 61) или растяжек, воспринимающих допол­нительные сдвигающие усилия и, тем самым, снижающих узловые момен­ты в решетке. Понятно, что для вклю­чения раскосов в работу необходи­мо создать плотный контакт распо­рок с поверхностью бетона и выб­рать слабину растяжек, а для повы­шения эффективности усиления — как можно больше разгрузить бал­ки. Приведенные приемы усиления стоек в равной степени применимы и к безраскосным фермам, имею­щим, по существу, ту же расчетную схему, что и решетчатые балки.

6.15. Как наращивают сече­ния изгибаемых элементов?

Цель наращивания сечений — увеличение несущей способности. При наращивании иногда изменя­ют и расчетную схему — например, однопролетные конструкции превра­щают в многопролетные путем ус­тановки надопорной арматуры и ее обетонирования. Наращивание вы­полняют из монолитного железобе­тона (рис. 62), оно может быть од­носторонним, двусторонним, трехсто­ронним (рубашка) и четырехсторон­ним (обойма). При одно- и двусто­роннем наращивании увеличивается ширина или высота сечения, при трех- и четырехстороннем — шири­на и высота. Разумеется, при этом увеличивается и армирование.

Для включения в совместную работу необходимо обеспечить сцеп­ление нового бетона со старым, т. е. выполнить насечку на поверхнос­ти старого бетона, тщательно очис­тить ее (промыть водой или продуть сжатым воздухом) и увлажнять в те­чение 1...1,5 час. перед бетониро­ванием, не оставляя луж воды. Осо­бо тщательно следует выполнять на­сечку на гладких гранях, соприка­савшихся с опалубкой, а очистку по­верхности — в местах, где имеются масляные пятна и сильное загряз­нение.

6.16. Как рассчитывают нара­щённые сечения?

К сожалению, полной ясности в этом вопросе нет (за исключением двух нижеприведенных случаев), по­скольку почти все эксперименталь­ные исследования проводились на опытных образцах, полностью раз­груженных до начала усиления. Оче­видны только две крайние ситуации: а) при условии предварительного снятия всей полезной нагрузки на­ращённое сечение будет работать как единое (монолитное), расчет которого ведется обычными метода­ми (с поправками на разные классы арматуры и бетона), б) если на уси­ливаемую конструкцию действует полная нагрузка, то наращивание смысла не имеет. Для промежуточ­ных положений практические мето­ды расчета отсутствуют. Некоторые справочники, правда, рекомендуют поступать следующим образом: если в момент наращивания нагрузка превышает 65% расчетного значе­ния, то расчетное сопротивление бетона и арматуры наращённой части принимается с коэффициен­том 0,8, если не превышает, то с коэффициентом 1,0.

В действительности, дело обсто­ит сложнее, т. к. важную роль будет играть то, к какому типу относится нормальное сечение усиливаемой конструкции (к "слабо-" , "нормаль­но-" или "переармированному"), каков предел текучести у старой и новой растянутой арматуры, како­ва доля оставшейся нагрузки от полной, есть ли трещины в суще­ствующей конструкции и т.д.

Рассмотрим влияние только од­ного из перечисленных факторов. Если в существующей изгибаемой конструкции трещины отсутствуют, то напряжения в ее растянутой ар­матуре не превышают 20...30 МПа. В этом случае можно допустить (хотя и с большой натяжкой), что старая и новая арматура начнут работать "с нуля". Однако и здесь возмож­ны разные варианты. Например, если классы арматуры одинаковы, то в расчет их можно вводить с одинаковым расчетным сопротивле­нием. Если классы разные (напри­мер, у старой А-1, а у новой A-III), то в момент достижения старой ар­матурой расчетного предела теку­чести напряжения в новой будут не более 60% ее расчетного со­противления. Если новая растяну­тая арматура установлена в попе­речном сечении не в одном уров­не, а ниже старой, то напряжения в ней будут более высокими. Еще сложнее решать задачу, если в кон­струкции уже имеются трещины или если усиливаемое сечение "переармировано".

6.17. Как можно наращивать сечение балок при действии пол­ной нагрузки?

Можно наращивать с помощью предварительного напряжения до­полнительной (внешней) растянутой стержневой арматуры. Для этого в двух местах по длине балки вскры­вают рабочую арматуру (рис 63), к ней в одном конце приваривают через прокладки дополнительную арматуру, которую удлиняют за счет нагрева сильным электрическим то­ком и в нагретом состоянии прива­ривают другой конец. После осты­вания в дополнительной арматуре возникает растягивающее усилие, которое передается на балку в виде сжимающей силы Р (за вычетом по­терь напряжений), приложенной, к рабочей арматуре. В результате в балке возникает изгибающий мо­мент обратного знака и происходит ее частичное разгружение. Контроль усилия осуществляется по удлине­нию нагреваемых стержней, при этом температура нагрева не долж­на превышать 350...400°С.

Этот способ имеет ряд ограни­чений. Во-первых, сварка ослабляет сечение арматуры, поэтому расчет­ную площадь ее сечения снижают на 25% по сравнению с номиналь­ной. Во-вторых, приваривать допол­нительную арматуру можно только к такой рабочей арматуре, которая заведена за грани опор, а не об­рывается в пролете и не отгибается в верхнюю зону. В-третьих, таким способом можно усиливать только балки и ребристые плиты, выполнен­ные без предварительного напряже­ния (иначе при сварке произойдет разупрочнение напрягаемой арматуры и потеря в ней предваритель­ного напряжения). Несмотря на это, подобный способ весьма эффекти­вен, особенно при усилении моно­литных балок перекрытий, в т.ч. мно­гопролетных.

6.18. Можно ли наращивать сечение балок внешней армату­рой без ее предварительного на­пряжения?

Можно, при условии разгружения железобетонных балок — час­тичного или полного. Однако, если внешнюю арматуру закрепить только по концам, то при увеличении (вос­становлении снятой) нагрузки на­пряжения Os в арматуре будут малы, поскольку они определяются общим удлинением нижней грани балки всего усиленного участка (рис. 64, а). Поэтому арматуру нужно дополни­тельно приварить к существующей рабочей арматуре в нескольких про­межуточных точках (через прокладки). Тогда напряжения в ней при восстановлении нагрузки будут оп­ределяться удлинениями нижней гра­ни на небольших участках, т. е. сту­пенчато возрастать по мере прибли­жения к опасному сечению (рис. 64, б).