6.7 Основные положения по расчету усилений конструкций изменением конструктивной схемы
6.7.1 Усиление конструкций путем изменения конструктивной схемы выполняют с частичной разгрузкой существующих конструкций.
6.7.2 Статический расчет конструкций, усиленных путем изменения конструктивных схем с частичной разгрузкой, выполняется в два этапа: на нагрузки, действующие во время выполнения работ по усилению (начальные нагрузки), и на нагрузки, действующие по завершению усилий (расчетные нагрузки).
6.7.3 Эффективность усиления конструкций путем изменения конструктивной схемы зависит от степени разгрузки конструкций на момент усиления. Этим методом рекомендуется производить усиление при нагрузках, не превышающих 60 % расчетных нагрузок. Простым способом разгрузки конструкций является снятие временных нагрузок (крановой, снеговой, полезных нагрузок от оборудования и материалов и т. п.), уменьшение постоянных нагрузок (снятие кровли и т. п.).
6.7.4 После выполнения усиления, проверки прочности и жесткости усиливаемых конструкций выполняют расчет на расчетные нагрузки с учетом существовавших до усиления напряжений и деформаций в конструкциях.
6.7.5 Применение способа усиления путем подведения дополнительных опор под существующие конструкции или подвешивания последних к новым опорам (рисунок 6.1) приводит не только к уменьшению пролетов и снижению изгибающих моментов (продольных сил) усиливаемых конструкций, но и к появлению неразрезности или статической неопределимости. В балочных системах это вызывает изменение знака усилия эпюры изгибающих моментов в опорных сечениях и появление дополнительных опорных реакций (см. рисунок 6.1б, в). Появление сжимающих усилий в верхней зоне балок (ферм) может вызвать необходимость выполнения местных усилений опорных сечений (в балках — постановку опорных и наклонных ребер жесткости, в фермах — усиление элементов поясов и решетки путем увеличения сечений) и установку дополнительных связей для обеспечения общей устойчивости усиливаемой конструкции.
6.7.6 При подведении подкосов к балкам и фермам (см. рисунок 6.1б) система превращается в подкосно-рамную, конструкции работают по неразрезной схеме, а в колоннах появляются поперечные усилия, которые необходимо учитывать при проведении проверок на прочность, общую и местную устойчивость.
При усилении колонн, стоек путем устройства распределительных систем (рисунок 6.6а, см. рисунок 6.2а, б), а также при введении дополнительных шарниров (рисунок 6.6в) изменяется расчетная схема поперечной рамы здания (рисунок 6.6б, в). При расчете поперечной рамы здания по пространственной схеме в сравнении с плоской схемой уменьшаются изгибающие моменты в колоннах, повышается жесткость здания, а введение дополнительных шарниров приводит к изменению расчетных длин колонн.
6.7.7 При заделке базы колонны (см. рисунок 6.3б, е) или постановке дополнительных распорок (см. рисунок 6.2в) уменьшается расчетная длина колонны.
При введении дополнительных затяжек (см. рисунок 6.5д) расчет рамы должен выполняться как статически неопределимой системы с учетом упругой податливости затяжки.
6.7.8 При постановке в фермах шпренгелей (см. рисунок 6.4ж) или дополнительных стержней (рисунок 6.7а) для восприятия местной нагрузки или уменьшения расчетной длины сжатых стержней необходимо, чтобы элементы усиления обладали достаточной жесткостью, для чего должно выполняться условие
(6.1)
где lmin — меньшая из длин l1 и l2, м;
I — момент инерции сечения раскрепляемого стержня в плоскости фермы, м4;
С — податливость системы, м/МН, развязывающей стержень, равная ее перемещению от действующей силы F = 1 МН, направленной перпендикулярно раскрепляемому элементу.
Податливость системы С определяется по формуле
(6.2)
где Ar и lr — площадь сечения, м2, и длина, м, раскрепляющего стержня;
— угол между раскрепляющим и усиливаемым стержнем.
Сечение и прикрепления поддерживающего элемента рассчитывают на усилие N = F при наличии местной нагрузки и на N = 0,02Nm — при отсутствии местной нагрузки, где Nm — усилие в рассматриваемом (усиливаемом) стержне, МН.
Если раскрепляемый стержень имел искривления (рисунок 6.7б) со стрелкой f0, то проверка несущей способности его участков длиной l1 и l2 после установки раскрепляющего элемента выполняется в соответствии с требованиями 2.35 7 с учетом стрелок искривлений f01 и f02. Если l1 l2, можно считать, что f01 = f02 = 0,25f0.
При изменении типа решетки ферм, колонн (см. рисунок 6.5в, г) статическая неопределимость системы увеличивается и ее расчет можно выполнять с учетом фактической жесткости элементов решетки.
1 — продольные горизонтальные связи; 2 — увеличение сечений; 3 — шарниры
Рисунок 6.6 — Усиление конструкций путем введения в схему дополнительных
распределительных систем и шарниров:
а — поперечный разрез;
б, в — расчетные схемы соответственно до и после усиления
Рисунок 6.7 — Усиление сжатого стержня путем уменьшения расчетной длины:
а — для восприятия местной нагрузки;
б — искривленного стержня со стрелкой искривления