9.4 Расчет усиления изгибаемых элементов

9.4.1 При усилении изгибаемых элементов наиболее рациональными являются такие схемы, когда усиливаемые элементы располагаются по возможности дальше от центра тяжести сечения усиливаемого элемента. Это приводит к увеличению момента инерции сечения и увеличению жесткости балки. Наиболее рациональными по расходу стали являются схемы усилений балок, приведенные на рисунке 9.5(а—п).

9.4.2 При усилении балок элементы усиления необходимо располагать только на участках с максимальными изгибающими моментами (рисунок 9.5р, с). Крепление дополнительных элементов усиления для конструкций, работающих в условиях низких температур, агрессивных средах, циклических и динамических нагрузок рекомендуется производить только сплошными швами или на болтах, в остальных случаях допускается применение прерывистых швов.

9.4.3 Проверку прочности балок, усиленных путем увеличения сечения, рекомендуется выполнять по формуле

(9.22)

где W_totn — момент сопротивления сечения нетто усиленного стержня, м³;

_М = 0,95 — для конструкций 1 класса и _М = 1 — для остальных классов конструкций.

9.4.4 Проверку прочности стенки на срез, на действие местных и приведенных напряжений проводят в соответствии с 5.12, 5.13, 5.14* СНиП II-23, с учетом изменившихся характеристик сечения пос­ле проведения усиления.

1 — усиливаемый элемент; 2 — элемент усиления; 3 — поперечные ребра жесткости

Рисунок 9.5 — Усиление изгибаемых элементов путем увеличения сечения (а—с)

9.4.5 Для увеличения прочности стенки балки, работающей на статическую нагрузку, и повышение ее местной устойчивости можно устанавливать наклонные ребра (рисунок 9.6а). Размеры наклонного ребра принимают: ширину b_r  (h_w / 30 + 40) мм, толщину мм, причем момент инерции сечения ребра относительно своей оси должен быть не менее (где h_w и t_w — соответственно высота и толщина стенки балки).

9.4.6 Для увеличения местной устойчивости и прочности верхней зоны стенки балок, работающих на статическую нагрузку, можно использовать схему усиления, приведенную на рисунке 9.6б. Здесь высота листа принимается равной h_r = (0,2 – 0,25) · h_w, а толщина t_r определяется расчетом из условия прочности верхней зоны стенки от местных нагрузок.

Рисунок 9.6 — Усиление стенки балки:

а — наклонными ребрами;

б — дополнительными листами

9.4.7 Деформативность балок, усиленных путем увеличения сечения, проверяют по формуле

(9.23)

где f_u — предельный прогиб, см, принимаемый по СНиП 2.01.07 или установленный на основе исследований фактической работы балок в конкретных условиях.

Прогиб балок f, см, определяют по формуле

f = f₀ + f_w + f, (9.24)

где f₀ — начальный прогиб, см, определяемый по данным обследования или расчетом для нагрузок, действовавших в момент усиления по характеристикам брутто усиливаемого элемента;

f_w — дополнительный прогиб при усилении элемента с использованием сварки, см, определяемый по 9.4.9;

f — приращение перемещения от нормативных нагрузок, приложенных после усиления, см, определяемое расчетом по характеристикам брутто усиленного элемента.

9.4.8 Дополнительные прогибы от сварки допускается не учитывать:

• при уровне начального нагружения ₀  0,3;

• при несимметричном одностороннем усилении элементов со стороны растянутых волокон;

• при усилении неразрезных многопролетных элементов (например, неразрезных балок) либо элементов рамных конструкций, имеющих жесткие узлы сопряжения с примыкающими элементами.

9.4.9 При усилении балок на части их длины (см. рисунок 9.5p) значения f_w, см, могут быть определены по формуле

(9.25)

где l — пролет балки, см;

l_r — длина элемента усиления, см;

 — коэффициент, учитывающий тип присоединения, пpи сплошных швах  = 1, при сварных шпонках равен отношению длины шва шпонки к шагу шпонок;

V — параметр продольного укорочения элемента от наложения одиночного шва, см²,

V = 0,04k_f²,

здесь k_f — катет связующих швов, см;

y_i — расстояние от i-го шва до центральной оси усиленного сечения, принимаемое со своим знаком, см;

n_i — коэффициент, учитывающий начальное напряженно-деформирован­ное состояние элемента и схему его усиления,

здесь u = 1,5 — при швах, расположенных в растянутой зоне сечения;

u = 0,5 — при швах, расположенных в сжатой зоне, в расчетах на устойчивость; и u = 0,7 — в расчетах на деформативность;

u = 1 — при схемах усиления, связанных с наложением двусторонних швов, расположенных в растянутой и сжатой зонах сечения. Зависимости n(_i) показаны на рисунке 9.7.

_i — коэффициент, характеризующий уровень начальных напряжений в зоне i-го шва в наиболее нагруженном сечении элемента,

_i = _0i / R_y0,

здесь _0i — то же, что в формуле (9.2) при геометрических характеристиках сечения брутто; положительными считаются напряжения сжатия.

Сплошными линиями обозначены рекомендуемые значения, пунктирными — допускаемые значения

Рисунок 9.7 — Зависимости n()

9.4.10 Прогибы f усиленных конструкций не должны превышать значений, рекомендуемых таблицей 19* СНиП 2.01.07. Допускается увеличение прогиба для балок и прогонов класса 3 по 9.1.7 до f = l/150, если это не препятствует нормальной эксплуатации.