1, 2, 3, 4 — Последовательность варки вставки

Рисунок 8.6 — Участки подогрева и последовательность вварки вставки

9 Усиление конструкций путем увеличения сечения

9.1 Общие положения

9.1.1 Усиление конструкций путем увеличения сечения применяется в тех случаях, когда несущая способность конструкции определяется прочностью или устойчивостью одного или нескольких элементов. Поэтому, выполняя усиление этих элементов, восстанавливают первоначальную проектную несущую способность конструкций и обеспечивают нормальные условия эксплуатации.

9.1.2 Расчет усилений выполняется только для тех конструкций, частей зданий и сооружений, которые имеют дефекты и повреждения, а также когда в процессе реконструкции увеличиваются нагрузки и воздействия или изменяется режим эксплуатации.

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 действии других нагрузок без изменения их характера и способа приложения — сопоставлением их значений.

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

9.1.4 Присоединение элементов усиления к существующим конструкциям выполняют на сварке или болтах, в том числе высокопрочных. В конструкциях, работающих в условиях низких климатических температур на циклические или динамические нагрузки, присоединение элементов предпочтительно осуществлять с помощью высокопрочных болтов.

9.1.5 В отдельных растянутых, сжатых или изгибаемых сварных конструкциях с напряжениями, не превышающими расчетные сопротивления стали, при усилении их методом увеличения сечения, несущая способность элементов возрастает пропорционально увеличению сечения и жесткости.

9.1.6 При усилении элементов с применением сварки обеспечивается непосредственное включение в работу нового металла. С увеличением нагрузки старый металл и дополнительный работают совместно в упругопластической стадии.

9.1.7 В зависимости от условий работы усиливаемые конструкции разделены на три класса, отличающиеся нормой допустимых пластических деформаций:

Класс 1 — сварные конструкции, работающие в особо тяжелых условиях эксплуатации (подкрановые балки для кранов режима paботы 7К, 8К, элементы конструкций бункерных и разгрузочных эстакад, непосредственно воспринимающие нагрузки от подвижного состава и т. п., а также конструкции, работающие в условиях низких температур (ниже минус 40 °С).

В этих конструкциях пластические деформации не допускаются и расчет усилений производят только в упругой стадии.

Класс 2 — сварные конструкции, работающие на подвижные и динамические нагрузки, но не входящие в класс 1 (подкрановые балки с режимом работы 1K—6K, балки рабочих площадок и т. п.). Относительные остаточные деформации нормируются в пределах _р,lim = 0,001.

Класс 3 — конструкции, работающие при статических нагрузках. Относительные остаточные деформации нормируются в пределах _р,lim = 0,002.

9.1.8 К конструкциям 3 класса относятся конструкции групп 2—4 по таблице 50* СНиП II-23.

9.1.9 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 (расчетные нагрузки), с выбором невыгодных вариантов их сочетания.

9.1.10 Уровень начального нагружения конструкций ограничивается с целью обеспечения несущей способности существующих конструкций в период выполнения усиления, а также для полного включения элементов усиления в совместную работу с основным сечением. Уровень начального нагружения ₀ определяется по формуле

(9.1)

где _0max — наибольшее напряжение в усиливаемом элементе в период усиления, МПа;

R_y0 — расчетное сопротивление стали, МПа;

_d — коэффициент снижения расчетного сопротивления, учитывающий коррозионный износ конструкций и степень агрессивности среды, принимается по таблице Б.1 (приложение Б), для конструкций без коррозии _d = 1.

В общем случае для сжатия (растяжения) с изгибом в двух плоскостях значение _0max, МПа, опреде­ляется по формуле

(9.2)

где N₀, M_x0, M_y0 — продольная сила и изгибающие моменты в наиболее нагруженном сечении элемента, МН, МН·м;

I_xef, I_yef — моменты инерции сечения усиливаемого элемента, м⁴;

x, y — расстояния от центра тяжести сечения до наиболее нагруженной точки сечения, м.

При отсутствии коррозии А_ef = A_0n, I_ef = I_0n.

При расчете усиления гибких сжато-изогнутых или внецентренно-сжатых стержней моменты М₀, МН·м, вычисляются по деформированной схеме с учетом прогибов стержня по формуле

М₀ = N₀(е₀ + f₀), (9.3)

где — начальный эксцентриситет продольной силы, м,

здесь — расчетное значение момента, вычисляемое по недеформированной схеме, МН·м.

Начальный прогиб элемента f₀ , м, определяется по формуле

(9.4)

где N_0э — эйлерова сила для неусиленного стержня, МН, определяется по формуле

(9.5)

здесь l₀ — расчетная длина стержня, м.

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

(9.6)

где m₀ — значение случайного начального относительного эксцентриситета, принимаемое в зависимости от гибкости ₀ по графику (рисунок 9.1);

W_ef, A_ef — соответственно приведенный момент сопротивления сечения, м³, и приведенная площадь неусиленного сечения, м², с учетом коррозии.

Расчетное значение f₀ принимается не менее замеренного f  под нагрузкой при натурном обследовании конструкций. При усилении искривленных центрально-сжатых стержней направление эксцентриситетов е определяется направлением их начального прогиба.

Алгоритм определения уровня начального нагружения центрально- и внецентренно-сжатых элементов приведен в приложении В.

Рисунок 9.1 — Случайные относительные эксцентриситеты

9.1.11 Предельный уровень начальных напряжений для элементов, усиливаемых с помощью сварки, в зависимости от класса конструкций по 9.1.7, не должен превышать следующих значений:

• для 1 класса — _0max  0,2R_y0_d (₀  0,2);

• для 2 класса — _0max  0,4R_y0_d (₀  0,4);

• для 3 класса — _0max  0,8R_y0_d (₀  0,8).

Если указанные условия не выполняются, то необходима предварительная разгрузка конструкций, или должны быть использованы специальные мероприятия при усилении, обеспечивающие ограничение деформаций конструкций (в частности сварочных).

9.1.12 При проверке прочности усиленного элемента ограничение уровня пластических деформаций для каждого класса конструкций достигается введением специальных коэффициентов _N и _М, значение которых принимается в зависимости от схемы усиления, соотношения прочностных характеристик стали, уровня и условий нагружения.

9.1.13 Расчет усиленных под нагрузкой конструкций на устойчивость и деформативность следует вести с учетом начальных и дополнительных деформаций, возникающих на стадии усиления (в частности, необходимо учитывать дополнительные прогибы, возникающие при усилении с помощью сварки).

Дополнительные искривления элементов от применения сварки допускается учитывать введе­нием дополнительного коэффициента условий работы _k = 0,8. При этом обязательными являются мероприятия по соблюдению технологии производства работ, приведенные в 9.6.

9.1.14 При расчете усиления элементов конструкций на прочность и деформативность коэффициенты условий работы принимаются в соответствии с указаниями раздела 4 СНиП II-23. В расчетах на общую устойчивость коэффициент условий работы _с принимается равным 0,9, если только таблицей 6* СНиП II-23 не определено его меньшее значение.

9.1.15 Коэффициент надежности по назначению _n принимается в соответствии с ГОСТ 27751.