Приложение II Коэффициенты продельного изгиба φ

 

Гибкость	Коэффициенты продельного изгиба φ при упругих характеристика кладки α
λh	λi
					0,98	0,94	0,9	0,82
		0,98	0,96	0,95	0,91	0,88	0,81	0,68
		0,95	0,92	0,9	0,85	0,8	0,7	0,54
		0,92	0,88	0,84	0,79	0,72	0,6	0,43
		0,88	0,84	0,79	0,72	0,64	0,51	0,34
		0,85	0,79	0,73	0,66	0,57	0,43	0,28
		0,81	0,74	0,68	0,59	0,5	0,37	0,23
		0,77	0,7	0,63	0,53	0,45	0,32	—
		0,69	0,61	0,53	0,43	0,35	0,24	—
		0,61	0,52	0,45	0,36	0,29	0,2	—
		0,53	0,45	0,39	0,32	0,25	0,17	—
		0,44	0,38	0,32	0,26	0,21	0,14	—
		0,36	0,31	0,26	0,21	0,17	0,12	—
		0,29	0,25	0,21	0,17	0,14	0,09	—
		0,21	0,18	0,16	0,13	0,1	0,07	—
		0,17	0,15	0,13	0,1	0,08	0,05	—
		0,13	0,12	0,1	0,08	0,06	0,04	—
Примечания: Коэффициенты φ при про­межуточных величинах гибкостей определяются по интерполяции.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСБУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

Учреждение образования ”Гомельский государственный дорожно-строительный колледж имени Ленинского комсомола Белоруссии”

 

УТВЕРЖДАЮ

Руководитель

учреждения образования

_________С.В.Артемова

«___» __________ 2015 г.

 

 

Усиление конструкций и оснований

Методические рекомендации по изучению учебной дисциплины, задания для контрольной работы и рекомендации по ее выполнению

Основные методы восстановления и усиления фундаментов без расширения подошвы. Восстановление гидроизоляции и влажностного режима. Технические решения при ремонте и усилении стен деревянных зданий. Ремонт и усиление каменных арок, сводов, перемычек.

Рубрика	Строительство и архитектура
Вид	контрольная работа
Язык	русский
Дата добавления	16.12.2011

СОДЕРЖАНИЕ

3. Обследование и усиление фундаментов. Восстановление гидроизоляции и влажностного режима

14. Технические решения при ремонте и усилении стен деревянных зданий

31. Ремонт и усиление каменных арок, сводов, перемычек

Список использованных источников

3. Обследование и усиление фундаментов. Восстановление гидроизоляции и влажностного режима

Увеличение нагрузки при надстройке зданий или изменение их функционального назначения, нарушения в сцеплении кладочных материалов, разрушение материала фундамента от действия агрессивных сред, деформации в связи с потерей прочности или при осадке оснований являются причинами, вызывающими необходимость ремонта или усиления фундаментов. В зависимости от конструкции фундаментов, а также характера деформаций и причин, их вызывающих, применяются различные способы ремонта и усиления деформированных фундаментов. При проектировании усиления необходимо максимально использовать существующий фундамент, обеспечив его совместную работу с элементами усиления.

Основными методами восстановления и усиления фундаментов являются:

- укрепление кладки фундаментов без расширения подошвы;

- устройство обойм,

- применение разгружающих конструкций;

- изменение конструктивной схемы фундамента [2, с. 10].

Первый метод - хорошо известное нагнетание цементного раствора в трещины и пустоты фундамента под давлением до 1 МПа (рис. 1) или штукатурка (может быть, торкретирование) поверхности фундамента по арматурной сетке, закрепляемой с помощью анкерных штырей, заделанных в тело укрепляемого фундамента. В последнем случае создается так называемая «рубашка» из крупнозернистого цементно-песчаного раствора.

Рис. 1. Усиление бутового фундамента методом цементации

1 - кирпичная стена; 2 - горизонтальная изоляция; 3 - бутовый фундамент; 4 - трубки для нагнетания цементного раствора

Рис. 4.4. Усиление ленточного фундамента с помощью железобетонной обоймы

1 - существующий ленточный фундамент; 2 - железобетонная монолитная обойма; 3 - забивные костыли-анкеры, объединенные сварными арматурными каркасами; 4 - сквозные анкеры

Метод усиления с помощью железобетонных обойм - устройство поперечных связей из арматурной стали или поперечных балок между обоймами (рис. 2).

Усиление фундамента обоймами производят как для ленточных, так и столбчатых фундаментов. Бетонные обоймы применяют, когда требуется уширение фундаментов на 20-30 см. Минимальная толщина обоймы 80-150 мм, минимальная высота обоймы над усиливаемым фундаментом - 50 см. Для обоймы используют анкеры диаметром 20 мм, которые устанавливают с шагом 1-1,5 м. Между собой стенки соединяют анкерами, для чего в фундаментах просверливают сквозные отверстия в двух уровнях - у верха и низа обоймы. Работы по усилению ленточных фундаментов выполняют участками длиной 2-2,5 м.

В качестве разгружающих конструкций могут быть применены жесткие пояса из металлического проката, размещенные в горизонтальных штрабах и обеспечивающие перераспределение нагрузок (рис. 3).

фундамент здание арка перемычка усиление

Рис. 3. Установка разгрузочных балок: 1 - металлическая балка; 2 - металлическая сетка; 3 - раствор; 4 - стяжной болт.

Передать нагрузки от здания на более прочные, ниже расположенные грунты можно «пересадкой здания» на выносные сваи с помощью системы балок и прогонов (рис. 4).

При выполнении работ с двух сторон деформированного фундамента отрывают траншеи шириной 1,2-1,5 м, глубиной на 0,5 м меньше заложения фундаментов. Траншеи крепят надежными креплениями. В соответствии с проектом вдоль фундамента устраивают набивные или забивные бетонные или железобетонные сваи, по верху которых делают железобетонную обвязку (рандбалку).

После выполнения работ по устройству свай с обвязкой в фундаменте пробивают отверстия, в которые вставляют разгрузочные поперечные балки. Затем, после плотной заделки балок в отверстиях фундамента и схватывания раствора, в промежуток между низом поперечных балок и свайных обвязок забивают стальные клинья, образовавшиеся отверстия заделывают цементным раствором, чем обеспечивается передача давления всего здания на выносные сваи [1, с. 131].

При изменении конструктивной схемы фундамента может быть увеличена ширина подошвы фундамента, столбчатые фундаменты переустроены в ленточные, а ленточные - в плитные, применены «корневидные» сваи, устроены дополнительные (промежуточные) опоры или под фундаменты подведена фундаментная плита.

Уширение подошвы фундамента (рис. 5) заключается в прикладке банкетов (участков из монолитного бетона или из бутовой и кирпичной кладки) с одной (двух) сторон для ленточных и с двух (четырех) для столбчатых фундаментов. Усиление фундаментов производят до начала демонтажных и монтажных работ при капитальном ремонте здания. Грунт в необжатых зонах под местами уширения фундаментов уплотняют насыпкой слоя щебня толщиной 5-10 см с тщательным трамбованием, а прикладываемые участки с существующей кладкой фундаментов - путем пробивки в существующей кладке гнезд и перевязки новой и существующей кладок. Гнезда с размерами сторон 10-15 см пробивают в одном-двух уровнях по высоте с шагом 1-1,5 м.

Рис. 4. Усиление ленточного фундамента передачей нагрузки на выносные опоры: 1 - существующий фундамент; 2 - система разгрузочных и опорных металлических балок; 3 - монолитный железобетонный ростверк;. 4 - буронабивные сваи.

Рис. 5. Усиление ленточного фундамента уширением подошвы: 1 - существующий ленточный фундамент; 2 - железобетонная балка по вытрамбованной щебеночной подготовке

Для устройства уширения разрабатывается траншея по всей длине уширяемого участка на полную глубину заложения фундаментов. Гнезда в существующей кладке пробивают вручную скарпелью или с помощью отбойных молотков. Поверхности кладки очищают от земли металлическими щетками. Устройство и разборку опалубки, установку арматуры и бетонирование при уширении монолитным бетоном производят по технологии бетонных работ.

При подведении под существующий ленточный или столбчатый фундамент сборных или монолитных железобетонных подушек их укладывают без зазоров между ними или с зазорами. В зависимости от наличия и размеров зазоров разрабатываю траншеи или котлованы с одной стороны фундамента, а также выемки под существующим фундаментом. При заведении подушек с зазорами выемки устраивают одновременно через одну или две в зависимости от размеров зазоров. При заведении подушек сплошной лентой, без зазоров, выемки разрабатывают одновременно на участках длиной до 2 м через участки [2, с. 12].

При передаче на фундамент дополнительных горизонтальных и вертикальных нагрузок эффективны буроинъекционные (корневидные) сваи, которые могут также просверливаться через существующий фундамент, используемый в этом случае как ростверк. Этот метод усиления хорош тем, что не требует разработки траншей и котлованов, не нарушает структуры оснований.

Нарушение гидроизоляции и влажностного режима является причиной многочисленных дефектов как отдельных конструкций, так и зданий и сооружений в целом. Устранение таких нарушений требует больших затрат. Отсутствие дренажа или его некачественное выполнение (заиливание, засорение) приводит к затоплению подвалов, подмыву и просадкам фундаментов.

Некачественная гидроизоляция подземных частей здания, находящихся ниже уровня грунтовых вод, также приводит к затоплению помещений, усложняет их эксплуатацию и наносит большой ущерб оборудованию, материальным ценностям и строительным конструкциям. Опыт эксплуатации подземных сооружений показывает, что проникновение грунтовых вод происходит обычно через неплотности в бетоне в местах примыкания стен к днищу, где чаще всего происходят перерывы в бетонировании, в результате которых ухудшается сцепление нового и старого бетона. Протечки могут происходить также в местах расположения закладных деталей, смотровых люков и т. п. В то же время при качественном выполнении монолитный железобетон обеспечивает надежную защиту от проникновения грунтовых вод, о чем может свидетельствовать многолетний опыт эксплуатации тоннелей метрополитена, расположенных под реками и водоемами, морских судов, доков и шлюзов.

Надежность гидроизоляции подземной части сооружений проверяется по наличию влаги, воды внутри подвала, а для емкостей - по падению уровня жидкости от проектной отметки. Емкость считается воднепроницаемой, если потери жидкости на третьи сутки с момента окончания заполнения не превышают 3 л на 1 кв. м смачиваемой поверхности.

Восстановление гидроизоляции и влажностного режима в подземных сооружениях достаточно трудоемко, так как в отличие от наземных частей здания обнаружение этих дефектов встречает серьезные трудности. Сырость и протечки могут появляться в одном месте, а дефекты, их вызвавшие, - в другом.

Как правило, стены подвалов выполняются из кирпичной кладки или бетонных блоков и имеют большое количество швов, которые не обеспечивают их водонепроницаемость. Оклеечная наружная гидроизоляция служит обычно недолго, разрушаясь под действием грунтовых вод. Особенно опасно нарушение гидроизоляции при воздействии агрессивных грунтовых и техногенных вод [1, с. 133].

Борьба с сыростью осуществляется путем улучшения воздухообмена, устройством приточно-вытяжной вентиляции, отвода атмосферных вод, организованного водоотвода с кровли, соответствующей планировки территории вокруг здания, ремонта отмостки и т. п. При значительных дефектах необходимо заново устраивать гидроизоляцию с внешней стороны стен, предварительно тщательно очистив их от грунта. Эффективным средством гидроизоляции стен является устройство глиняного замка в виде послойно уложенной и уплотненной мятой жирной глины шириной 30-40 см.

Восстановление гидроизоляции возможно также путем инъекции цементного раствора с внешней стороны в местах предполагаемых протечек. Инъецирование производится водоцементным раствором (без песка), чтобы состав не отфильтровывался в порах грунта и мог проникать во все пустоты кладки.

Достаточно эффективным средством гидроизоляции стен подвала, имеющих недостаточную толщину, является устройство утолщенной цементной штукатурки или железобетонной рубашки толщиной 10-15 см. Перед выполнением этой работы с внешней стороны устраивают водопонижение или отводят поступающую воду через специальные трубки.

Восстановление внешней гидроизоляции при реконструкции осуществляется наклейкой 3-4-х слоев гидроизола, проклеенного стеклотканью.

Чтобы защитить оклеечную гидроизоляцию от механических повреждений при обратной засыпке пазух котлована, ее обычно защищают кирпичной кладкой в 0,5 керамического кирпича пластичного прессования или асбестоцементными листами.

При реконструкции строительных объектов особое внимание следует уделять надежной гидроизоляции кровли, которая в большей степени подвергается неблагоприятным атмосферным воздействиям. Дефекты кровель приводят к увлажнению всех конструкций здания и снижению их эксплуатационной надежности. Эти дефекты вызывают обрушение карнизов, штукатурки фасадов. В деревянных несущих конструкциях крыш нарушаются соединения в сопряженных элементах стропил, увеличиваются больше допустимых прогибы стропильных ног, гниют мауэрлаты и другие деревянные элементы крыш. В железобетонных элементах крыш разрушается защитный слой, оголяется арматура.

Причиной появления дефектов в металлических кровлях является их плохое содержание (отсутствие периодической покраски, которую надо производить раз в 3-4 года), неисправности водоприемных воронок, водосточных труб, раскрытие гребней и фальцев, наличие одинарных фальцев в желобах, пробоины и свищи, и т. д.

В рулонных кровлях нарушение гидроизоляции происходит вследствие неровностей основания, наличия воздушных и водяных мешков, расслоения рулонного ковра, растрескивания покровного (защитного) слоя, т. п., что приводит к образованию ям, застою воды, льда, вспучиванию и постепенному разрушению покрытия. Под воздействием солнечной радиации часто происходит сползание мастики в местах значительных уклонов (опорные части ферм, места примыканий к стенам, парапетам, вентиляционным шахтам, температурно-осадочным швам и др.) [2, с. 13].

Гидроизолирующая способность кровель из штучных материалов снижается вследствие повреждения и смещения отдельных кровельных элементов, отсутствия надлежащего напуска, неплотностей в местах сопряжений элементов, ослабления крепления элементов к обрешетке.

Значительные дефекты в кровлях возникают в цехах с повышенной влажностью (бетоносмесительных узлах, местах расположения пропарочных камер, банях и т. п.), где конденсируется пар на потолочной поверхности, происходит увлажнение бетона и вследствие капиллярного подсоса увлажняется утеплитель кровли. В результате снижения теплоизоляционных свойств постепенно разрушаются плиты покрытия, корродирует арматура, отслаивается защитный слой и даже могут обрушиться конструкции.

Устранение перечисленных дефектов достигается устройством эффективной принудительной вентиляции, снижением утечек пара, гидрозащитой внутренних поверхностей плит пленочным покрытием, гидофобизацией и т. п.

14. Технические решения при ремонте и усилении стен деревянных зданий

Деревянные конструкции следует усиливать после соответствующей разработки проекта, в основу которого могут быть положены следующие принципы:

- усиленные деревянные конструкции должны либо полностью выполнять свои прежние функции, либо частично. В последнем случае в проекте должен быть решен вопрос о передаче части прежних функций усиляемых конструкций на другие существующие или новые строительные конструкции;

- усиленные деревянные конструкции но несущей способности, деформативности и т. д. должны удовлетворять требованиям действующих в момент разработки проекта усиления строительных норм;

- целесообразность усиления деревянных конструкций и выбор варианта усиления должны быть экономически обоснованы. Рационально обеспечить максимально возможную сохранность существующих строительных конструкций, элементов, отделки и т. д. Ремонтные работы целесообразно выполнять без нарушения технологического режима здания или сооружения;

- однотипные деревянные конструкции с характерными для них дефектами следует усиливать единообразными методами. В основу разработки проекта усиления большого числа однотипных конструкций может быть принят вероятностно-статистический подход [3, с. 87].

Деревянные конструкции можно усиливать как в целом, так и их отдельные элементы. Выбор конкретного метода усиления зависит от ряда факторов: задачи усиления, состояния здания в целом и деревянной конструкции, в частности; наличия достаточного пространства, площади и т. д. для размещения элементов усиления; условий эксплуатации и т. п.

В практике ремонтно-строительного дела, как правило, используют положительно зарекомендовавшие себя методы усиления традиционных деревянных конструкций, некоторые из которых применимы и для усиления современных клееных деревянных конструкций. Тем не менее одной из актуальных задач сегодняшнего дня является разработка новых методов усиления клееных деревянных конструкций, которые все шире внедряются в строительство.

Методы усиления деревянных конструкций можно классифицировать по различным признакам. По назначению методы усиления деревянных конструкций можно разбить на две группы: 1) временного усиления; 2) стационарного усиления. По влиянию элементов усиления на схему работы усиляемой конструкции методы усиления также разделяются на две группы: 1) без изменения прежней схемы работы деревянных конструкций; 2) с изменением прежней схемы работы деревянных конструкций.

Рис. 1. Усиление разорванной деревянной стойки стальными тяжами а,б -- возможные варианты усиления

Рис. 2. Способ усиления поврежденных гниением концов балок

Рис. 2: а -- разделение опорного конца балки на зоны с различной степенью повреждения гнилью; б - конец балки, зачищенный от гнили (в здоровой части просверлены отверстия под стеклопластиковую арматуру); в -- вклеивание стеклопластиковой арматуры; г -- завершение изготовления пластмассового протеза

Без изменения схемы работы можно усилять деревянные конструкции следующими методами:

- установкой дополнительного числа крепежных изделий (болтов, гвоздей, шурупов и т. п.);

- установкой дополнительного числа самостоятельно работающих конструкций, разгружающих усиляемую конструкцию;

- заменой или усилением целиком элемента деревянной конструкции, который содержит дефекты, работает с перенапряжением и т. д. (рис. 1). Элементы усиления можно выполнять либо из того же материала, из которого изготовлены усиляемые конструкции, либо из других материалов;

- усилением деревянных конструкций или их элементов протезами. Протез представляет собой специальную конструкцию, включаемую в состав усиляемой конструкции для замены в работе дефектного участка или узла ее самой или какого-либо из ее элементов. Протезами, например, наращивают удаленные из-за сильного повреждения домовыми грибами опорные концы деревянных балок, опорные узлы деревянных ферм и т. д. В настоящее время в практику строительства начинают внедряться протезы, выполненные из полимерных материалов-- из полимербетона на основе модифицированной эпоксидной смолы, изготовляемого на месте, и стек-лопластиковой арматуры в форме стержней круглого сечения (рис. 2);

- усилением неклееных конструкций, содержащих усушечные трещины или клееных конструкций с усушечными трещинами и расслоившихся по клеевым швам, клеевыми составами [1, с. 292].

Выполненные из брусьев или досок балки перекрытий часто содержат продольные и косые усушечные трещины, существенно снижающие сопротивление этих балок сдвигу (скалыванию). Клееные деревянные конструкции при эксплуатации иногда расслаиваются по клеевым швам.

Усиление деревянных конструкций, содержащих трещины и расслоения, иногда можно осуществить клеевыми составами (клеи, клеи-пасты), которыми заполняют трещины и непроклеенные швы для обеспечения монолитности конструкций. Один из методов усиления клееных деревянных конструкций состоит в том, что расслоившиеся швы предварительно по краям заклеивают лентами из специальной фольги, а затем к каждому участку с двух сторон сверлят наклонные отверстия для нагнетания эпоксидного клея. Расстояния между отверстиями составляют до 30 см. Затем в непроклеенные участки через просверленные отверстия нагнетают специальной форсункой эпоксидный клей;

усилением деревянных конструкций вклеиванием стальных стержней и болтов. Метод усиления клееных деревянных конструкций (балок) вклеиванием стальных стержней и болтов применим в случаях, когда необходимо повысить сопротивление балок сдвигу на участках, расположенных близ опор, ослабленных отверстиями, в случаях расслоения клееных деревянных конструкций по клеевым швам, а также если необходимо повысить сопротивление растяжению поперек волокон в зонах перегиба двускатных гнутоклееных балок (рис. 3).

Наиболее распространенный вариант этого метода усиления деревянных балок состоит в том, что в предварительно просверленные в балках вертикальные или наклонно расположенные глухие отверстия вклеивают специально изготовленные для этой цели болты, снабженные резьбой на всю длину стержня и продольным пазом прямоугольного сечения. Паз предназначен для того, чтобы при ввинчивании болта обеспечить возможность выхода из глухого отверстия избыточного количества клеевого состава. Глухие отверстия сверлят либо с верхней, либо с нижней грани балки. Глубину глухого отверстия принимают на 1 см больше длины вклеиваемого стержня болта. Перед вклеиванием стержень болта обезжиривают промывкой соответствующими химическими средствами, а глухое отверстие очищают от стружки и пыли струей сжатого воздуха. Клеевой состав вводят в глухое отверстие специальным шприцем, заполняя его на половину глубины;

- усилением деревянных конструкций стяжными болтами и хомутами. В случаях, если деревянные конструкции выполнены из неклееной древесины, то усиление состоит в обжатии составных пакетов деревянных элементов, в обеспечении восприятия болтами и хомутами в деревянных балках растягивающих усилий поперек волокон в местах глубоких подрезок у опор, где иногда образуются горизонтальные трещины и т. д. [3, с. 89].

Работающие с перенапряжением на растяжение поперек волокон, а также частично расслоившиеся по клеевым швам клееные деревянные конструкции и их элементы могут быть усилены постановкой стяжных болтов и хомутов (рис. 4). Усилением частично расслоившихся клееных деревянных конструкций и элементов по клеевым швам с помощью хомутов достигают восприятия в конструкциях и элементах растягивающих усилий поперек волокон. Преимущество использования хомутов перед использованием стяжных болтов состоит в том, что для постановки хомутов не требуется предварительного сверления сквозных отверстий;

- усилением деревянных конструкций нашивкой накладок или двойной перекрестной обшивкой досками. Этот метод широко используется для усиления клееных и неклееных деревянных конструкций, которые имеют глубокие усушечные трещины, расслоения по клеевым швам, работающих с перенапряжением и сильно деформированных. Накладками из досок обычно усиливают деревянные конструкции небольших сечений, а конструкции больших сечений усиливают двойной перекрестной обшивкой досками или обшивкой из листовых древесных материалов, чаще всего фанерой. Накладки и обшивки крепят на гвоздях, шурупах или болтах. Фанерную обшивку выполняют либо с использованием отдельных, либо состыкованных по длине на ус листов фанеры.

Рис. 3. Усиление треугольных распорных систем с расслоившимися по клеевым швам деревянными блоками методами превращения в шпренгельную систему и вклеивания болтов

1 -- дощатоклееный блок, частично расслоившийся по клеевым швам; 2--вклеенные болты; 3 -- стойка шпренгелыюй системы; 4 -- клинья

Рис. 4. Усиление стяжными болтами растрескавшегося конца деревянной балки.

В ремонтно-строительном деле в некоторых случаях рационально использовать методы усиления деревянных конструкций, изменяющие схему их работы. Так, например, подведением под однопролетную балку средней опоры можно превратить ее в двухпролетную балку.

При эксплуатации сельскохозяйственных производственных зданий часто приходится сталкиваться с проблемой усиления трехшарнирных клееных деревянных арок и треугольных распорных систем. Усиление указанных конструкций можно осуществить превращением их в фермы. трехшарнирная арка может быть превращена в сегментную ферму, а трехшарнирная распорная система -- в двускатную ферму шпренгельного типа с двумя стойками (см. рис. 3). Одним из методов усиления плоскостных несущих деревянных конструкций с изменением схемы их работы является раскрепление связями, обеспечивающими пространственную устойчивость, если раньше пространственная устойчивость не была обеспечена. Как правило, при этом изменяется схема работы усиляемых деревянных конструкций и элементов из их вертикальной плоскости [1, с. 293].

31. Ремонт и усиление каменных арок, сводов, перемычек

Особенно ощутимы последствия таких деструкций в зданиях исторической застройки с богатым рельефом фасадов и ценной внутренней отделкой стен, содержащей фрески, позолоту и прочие элементы интерьерного убранства.

В последнее время вследствие повсеместного строительства новых объектов вблизи старых каменных зданий и сооружений образование трещин в их кладке происходит ускоренными темпами. В подобных случаях наиболее опасным для архитектурного памятника становится близкое соседство с местами проведения работ нулевого цикла, вызывающих неизбежное изменение напряженно-деформационного состояния оснований фундаментов. Известны факты, когда в процессе устройства котлованов в непосредственной близости от существующих объектов последние не только растрескивались, но и обрушались [1, с. 340].

Среди традиционных способов усиления каменных конструкций наибольшее распространение получили стальные и железобетонные обоймы, металлические пояса и накладки, перекладка кладки и др. Большинство из них трудоемки в реализации, дорогостоящи, а по отношению к историческим зданиям некоторые и вовсе не применимы по эстетическим соображениям. Поэтому для ремонта и усиления каменных конструкций все чаще используются новые технологии и материалы. К ним, в частности, относятся композиты в виде ламелей, матов и сеток, изготавливаемые из углеводородных, арамидных и стекловолокон, прочность которых зачастую превышает прочность стали. Следовательно, они используются для усиления не только каменных, но железобетонных и даже металлических конструкций в качестве поверхностного армирования. Соединение таких материалов с усиливаемой конструкцией обычно осуществляется с помощью эпоксидного клея. Коммерческое название такой системы усиления за рубежом известно как FRP (Fibre Reinforced Polymers).

У этой системы, однако, есть целый набор недостатков: - для обеспечения надежного сцепления материала усиления с конструкцией ее поверхность должна быть сухой и выровненной; - работы по усилению необходимо осуществлять при положительных температурах и нормальной влажности воздуха с целью отверждения клея, низкая живучесть которого требует быстроты приклеивания; - клеевое соединение обладает низкой огнестойкостью, поскольку деструкция эпоксидного клея начинается при температуре 50-1000С; - вследствие органического происхождения эпоксидных клеев соединения с их помощью обладают низкой долговечностью из-за их строения; - технология приклеивания на эпоксидном клее является вредной для здоровья; - усиление должно выполняться высококвалифицированными рабочими и специализированными фирмами.

Отмеченных недостатков удается избежать, если вместо клея использовать специальные штукатурные растворы из неорганических минеральных материалов с модифицированными полимерными добавками.

Технология усиления при этом заключается в следующем. На очищенную от штукатурки и загрязнений поверхность каменной кладки после ее увлажнения наносится слой клеящего штукатурного раствора толщиной 3 мм, в который втапливается армирующая сетка из композиционных материалов. Затем наносится защитный штукатурный слой толщиной 8-10 мм, поверхность которого подвергается финишной обработке. При необходимости в защитный слой может втапливаться вторая сетка, обеспечивающая повышенную прочность усиления.

Данная система усиления известна за рубежом как FRCM (Fibre Reinforced Cementitious Matrix), а одной из ее разновидностей является система Ruredilx Mech. В указанной системе используются сетки из углеволокон, обладающие следующими механическими свойствами: прочность на растяжение - 4800 МПа; модуль упругости - 240 ГПа; деформативность при разрыве - 1,8% [3, с. 164].

К достоинствам также относятся: - простота технологии; - высокая сцепляемость армирующего штукатурного слоя к поверхности усиливаемой каменной кладки; - высокая компатибильность армирующего слоя с кирпичной кладкой, т.е. сближенные деформационные характеристики, такие, как модули упругости, коэффициенты температурного расширения; - высокие коррозионная, огне- и водостойкость, паропроницаемость, что позволяет производить усиление каменных конструкций как изнутри, так и снаружи зданий.

К несомненным преимуществам рассматриваемого способа усиления следует отнести его универсальность и возможность применения для любых форм и очертаний усиливаемых конструкций (рис. 1).

Рис. 1. Усиление поврежденных кирпичных сводов (а) и арочных конструкций (б) исторических зданий

В зарубежной практике он нашел широкое применение для усиления каменных зданий и сооружений, подвергаемых динамическим воздействиям, например от движения транспорта, технологического оборудования и сейсмики. В странах СНГ, в том числе и России, данный метод только начинает внедряться.

Другим не менее эффективным способом усиления каменных конструкций, широко распространенным в странах Европы на протяжении последних 15 лет, является усиление с использованием спиралевидных связей и анкерных соединений. В Республике Польша он применяется с 1999 г. и известен под названием “Brutt Technologies”. Метод основан на применении спиралевидных стержней Brutt profili, втапливаемых в специальный раствор Brutt Saver Powder. Раствор укладывается в предварительно прорезанные в швах кладки щели или просверленные в ее теле отверстия.

Спиралевидные связи изготавливаются из высокопрочной нержавеющей стали, устойчивы в щелочной среде. Наиболее часто в практике усиления каменных конструкций применяются связи диаметром 6, 8 и 10 мм, в необходимых случаях - до 12-14 мм. Их длина достигает 10 м. Связи можно укладывать с нахлестом, изгибать, соединять с помощью вязальной проволоки. Использование данного вида усиления позволяет устранить практически все распространенные виды конструктивных дефектов каменных конструкций, нанося минимальный ущерб их внешнему облику [1, с. 341].

На рис. 2-3 показано усиление стен и каменных сводов, поврежденных трещинами.

Рис. 2. Усиление наружных стен, поврежденных трещинами

Рис. 3 Усиление кирпичных сводов

Спиралевидное ребро позволяет также производить установку связей путем забивания или вкручивания в материал основания при помощи ручного электроинструмента со специальной установочной насадкой-адаптером. В основание из ячеистого бетона и пустотелого кирпича связи устанавливаются при помощи химических анкеров. Спиралевидная связь дает возможность производить закрепления практически в любых строительных материалах при минимальных расстояниях от края конструкции и между осями креплений.

По мнению специалистов, метод усиления с помощью спиралевидных связей позволяет сохранять оригинальный внешний облик зданий старой застройки. Его можно использовать как одно из новейших инновационных средств усиления кирпичной облицовки в многослойных стенах [3, с. 165].

Кроме анализа и выявления рациональных областей применения приведенных методов усиления авторами настоящей статьи проводятся экспериментально-теоретические исследования их эффективности для разных видов каменных конструкций. В частности, реализуется концепция рационального армирования конструкции в зависимости от вида ее напряженного состояния либо морфологии трещин. Согласно этой концепции, армирующие элементы должны размещаться так, чтобы их направления (волокна сеток или спиралевидные связи) были перпендикулярны трещинам либо при отсутствии последних совпадали с траекторией главных растягивающих напряжений, которые устанавливаются расчетным путем.

В старых зданиях проемы шириной до 1,5 м перекрывались клинчатыми перемычками, более 1,5 м - арочными. Данные конструкции перемычек трудоемки в исполнении и требовали высококвалифицированной рабочей силы, к тому же они чувствительны к сосредоточенным нагрузкам и к неравномерным осадкам здания, т.к. разрушению перемычек при появлении первой трещины будет препятствовать только сила сцепления кладки.

Рядовые перемычки по прочностным характеристикам имеют преимущества над клинчатыми и арочными.

Дальнейшему развитию трещин, появившихся в рядовых перемычках, препятствует перевязка швов. Поэтому в жилищном строительстве начиная с 1920-х гг. широкое применение получили рядовые перемычки, перекрывающие проем 1 - 2 м. расчетная высота рядовой перемычки должна быть не менее 45 см, что равняется 6 рядам кладки. Кладка рядовых перемычек выполнялась из цельного отборного кирпича на растворе марки 25 и выше со строгим соблюдением перевязки швов. Перемычки с одиночными трещинами восстанавливают, инъецируя жидкий цементный или полимерцементный раствор, что способствует замоноличиванию трещин. Подача раствора под давлением позволяет тщательно заполнить образовавшиеся в кладке пустоты и создать монолитный массив [1, с. 342].

Для приготовления растворов применяют портланд-цемент марки 400 и выше. Раствор необходимо подавать под давлением 0,6 МПа. Сильно деформированные арочные перемычки полностью перекладывают, предварительно сняв с них нагрузку от перекрытий. Поврежденные клинчатые и рядовые перемычки усиливают путем подводки стальных или железобетонных балок. Под клинчатые перемычки подводят балки из угловой прокатной стали. Рядовые перемычки усиливают подводкой под них стальных балок из прокатного швеллера, стянутых монтажными болтами.

В заключение следует отметить, что многолетний опыт эксплуатации каменных конструкций, усиленных названными способами, подтвердил их высокую надежность и эффективность. Таким образом, целесообразность их внедрения в практику ремонта, реконструкции и реставрации каменных зданий на территории Республики Беларусь неоспорима.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Конструкции из дерева и пластмасс: Учеб. Для вузов / Ю. В. Слицкоухов, В. Д. Буданов, М. М. Гаппоев и др.; Под ред. Г. Г. Карлсена и Ю. В. Слицкоухова. -- 5-е изд., перераб. и доп. -- М.: Стройиздат, 1986. -- 543 с.

2. Павлова, М., Моськина, О., Пыхяла, Я. Выполнено из кирпича // Строительный эксперт. - № 11 (224). - 2009. - С. 10-14.

3. Харитонов В. А., Дукарский Ю. М. Строительные конструкции: Учебник для техникумов / Под общ. ред. Ю. М. Дукарского. -- М.: Стройиздат, 1983. -- 344 с.

Подобные документы

• Усиление фундаментов набивными сваями. Корневидные сваи

Методы усиления оснований и фундаментов при реконструкции сооружений. Введение дополнительных опор. Повышение прочности конструкций фундаментов. Усиление фундамента корневидными сваями. Подведение свайных фундаментов под реконструируемое здание. реферат [1,8 M], добавлен 03.11.2014

• Современные способы усиления оснований и фундаментов

Виды контроля технического состояния зданий. Порядок проведения работ по сплошному техническому обследованию городской застройки. Ремонт и усиление оснований и фундаментов, характеристика основных методов. Особенности электроразрядной технологии. реферат [4,3 M], добавлен 29.08.2012

• Усиление деревянных конструкций

Частичный или полный ремонт деревянных конструкций. Методика обследования деревянных частей зданий и сооружений. Фиксация повреждений деревянных частей зданий и сооружений. Защита деревянных конструкций от возгорания. Использование крепежных изделий. презентация [1,4 M], добавлен 14.03.2016

• Технологическая карта на восстановление фундамента

Деформации несущих конструкций здания. Усиление столбчатого фундамента. Детальная последовательность выполнения работ. Контроль качества работ при усилении фундаментов. Охрана труда и техника безопасности. Ведомость потребности машин и механизмов. курсовая работа [200,5 K], добавлен 29.04.2013

• Проектирование усиления фундамента буроинъекционными сваями

Изучение методов усиления несущих конструкций, оснований и фундаментов сооружений. Анализ особенностей применения инъекционных методов усиления. Исследование несущей способности буроинъекционных свай в основании здания одесского театра оперы и балета. реферат [1,1 M], добавлен 01.11.2014

• Современные технологии ремонта и усиления каменных зданий

Описание принципов и правил реконструкции и реставрации существующих каменных зданий, для обеспечения их конструктивной надежности и долговечности. Традиционные методы восстановления и усиления отдельных конструктивных элементов зданий из каменной кладки. реферат [1,7 M], добавлен 13.10.2011

• Технология ремонтно-строительных работ

Усиление оснований и фундаментов при реконструкции и капитальном ремонте, проведение инженерно-геологических изысканий; принципы и технология закрепления и уплотнения грунтов, организация и способы ремонта. Калькуляция затрат при ремонте рулонной кровли. контрольная работа [1,0 M], добавлен 24.09.2011

• Усиление кирпичных конструкций

Усиление опорного узла железобетонных плит подведением дополнительных металлических опор. Дефект, который привел к необходимости усиления. Контроль качества и процесс приемки выполняемых работ. Мероприятия по технике безопасности и охране труда. контрольная работа [812,5 K], добавлен 19.12.2012

• Усиление балок предварительно напряжёнными гибкими элементами

Методика усиления балок предварительно напряжёнными гибкими элементами, этапы ее проведения и используемое оборудование. Проведение монтажных работ при вывешивании конструкций. Восстановление и устройство гидроизоляции. Приготовление бетонной смеси. контрольная работа [4,3 M], добавлен 21.06.2009

• Комплексные изыскания

Методы и средства обследования клееных деревянных конструкций. Анализ физико-механических свойств древесины. Основные причины возникновения дефектов и повреждений. Типы усиления монолитных железобетонных стен и перегородок. Расчет усиления проемов. контрольная работа [1,2 M], добавлен 19.05.2015

Строительные конструкции усиливают в двух случаях.

Пер­вый — когда в процессе экс­плуатации в них возникли дефекты и повреждения: трещины, искрив­ления, провисания, коррозия и т. п. Тогда способ усиления зависит от вида и степени повреждений, а сама конструкция усиления и се­чения ее элементов определяется расчетом, который учитывает оста­точную несущую способность су­ществующей конструкции и действу­ющие на нее нагрузки. Однако при угрожающем состоянии эксплуати­руемых конструкций усиление пред­ставляет собой оперативные противоаварийные меры временного характера — тут вопрос стоит о предотвращении обрушения, и вре­мени для тщательной разработки, изготовления и монтажа усилива­ющих конструкций не всегда оста­ется, потому зачастую приходится принимать решения, наиболее про­сто и быстро осуществимые.

Второй случай — когда предпо­лагается увеличить нагрузку на кон­струкцию (при надстройке или ре­конструкции зданий, перепланиров­ке помещений, замене оборудова­ния и т. п.). Тогда необходимость уси­ления конструкции определяется расчетом ее действительной несу­щей способности (с учетом факти­ческих размеров сечений, характе­ристик материалов и наличия де­фектов) и сравнением ее с усилия­ми от ожидаемых нагрузок.

Существуют многие десятки при­емов усиления, которые достаточно подробно описаны в научно-техни­ческой и справочной литературе. В данной работе мы рассмотрим только сами основы усиления, прин­ципы работы усиливающих конструк­ций и ошибки, которые иногда до­пускают строители и проектировщи­ки, а в качестве примеров исполь­зованы самые распространенные схемы усиления.

Усиливающие конструкции обыч­но проектируют из металла или мо­нолитного железобетона (изредка из каменной кладки). Технология уси­ления железобетоном требует мок­рых процессов, в большинстве слу­чаев устройства опалубки (а то и строительных лесов) и времени для набора бетоном проектной прочно­сти, что неизбежно приводит к про­должительному выводу из эксплуа­тации помещений или их отдельных участков. Поэтому там, где есть воз­можность выбора вариантов, прак­тика предпочтение отдает металлу, хотя по стоимости и эксплуатацион­ным затратам он существенно до­роже железобетона, а во многих случаях нуждается и в специальной защите от огня.

Следует заметить, что работы по усилению несущих конструкций тре­буют более высокой квалификации и опыта исполнителей и более тща­тельного контроля качества, чем обычные строительно-монтажные работы, а проектирование усиления — более глубоких знаний строитель­ных конструкций, прочностных и деформативных свойств строительных материалов, чем проектирование новых конструкций и зданий.

В вопросах усиле­ния остается очень много неизучен­ного. Имеется множество способов усиления, авторы которых были боль­ше озабочены получением патен­тов и авторских свидетельств, не­жели всесторонним исследованием своих изобретений и доведением их до реального воплощения. Даже некоторые давно известные спосо­бы не всегда имеют сопровождение в виде инженерных методов расче­та. Поэтому во многих случаях кон­структору-проектировщику приходит­ся полагаться на свой опыт и интуи­цию, и хорошо, если опыт у него богатый, а интуиция не подводит.

Общие принципы усиления несущих конструкций

При всем разнообразии приемов усиления все они базируются на двух принципах

1)— уменьшении усилий (изгибающих моментов, продоль­ных и поперечных сил) в конструк­ции 2)— увеличении ее несущей способности.

В первом случае кон­струкцию разгружают (т. е. переда­ют всю или часть нагрузки на дру­гую — усиливающую — конструк­цию). Разгружение зачастую осуще­ствляют за счет изменения расчет­ной схемы существующей конструк­ции (например, превращают балку из однопролетной в двухпролетную, подводя под нее дополнительную опору). Во втором случае увеличи­вают (наращивают) сечение конст­рукции или увеличивают сопротив­ление материала (например, за счет поперечного обжатия). Конечно, та­кое разделение достаточно услов­но — часто в одном приеме усиле­ния используют оба принципа.

После завершения строительно-монтажных операций по усилению усиливающая конструкция должна сразу же, как только начала при­кладываться дополнительная нагруз­ка, воспринимать причитающуюся ей часть этой нагрузки (усилий, напря­жений), т. е. деформироваться со­вместно с усиливаемой конструкци­ей, — это и называется включени­ем ее в работу. В противном слу­чае разрушение усиливаемой кон­струкции может произойти раньше, чем усиливающая начнет воспри­нимать свою долю нагрузки.

Например, если под железобе­тонную балку в середине пролета подвести дополнительную жесткую опору в виде стойки и оставить меж­ду ними зазор, то балка при увели­чении нагрузки будет в состоянии прогибаться (а значит, в ней будет расти и изгибающий момент) до тех пор, пока зазор не исчезнет (рис. 1). Рост изгибающего момента, в конце концов, может привести к раз­рушению балки — все зависит от величины зазора. Поэтому при под­ведении дополнительных опор зазо­ры необходимо устранять — подклиниванием стальными пластинами, подливкой бетона или др. способа­ми. Только тогда опоры будут вклю­чены в работу.

Почему усиление целесо­образно проводить при мини­мальном значении эксплуатацион­ных нагрузок?

Для ответа на этот вопрос рас­смотрим упомянутый выше пример усиления балки (рис. 2). Если до­полнительную опору подводить тог­да, когда на балку действует мак­симальная эксплуатационная нагруз­ка q и, следовательно, максималь­ный изгибающий момент М_max(а), то опора работать не будет, усилие в ней будет равно нулю. Она смо­жет выполнить лишь противоаварийную задачу — удержать балку от обрушения. Если с балки снять часть нагрузки (б), то от оставшейся час­ти q₁ в балке возникает изгибаю­щий момент М₁. После подведения опоры и приложения ранее снятой нагрузки q₂ балка начнет работать как двухпролетная и в ней возник­нет дополнительный момент М₂(в). Сумма этих моментов М(г) даст на­много меньшее значение, чем М_max. Понятно, что суммарная величина моментов будет тем меньше (а на­грузка на усиливающую конструк­цию тем больше), чем больше вели­чина снятой нагрузки q₂?

Правда, в данном примере не следует впадать в другую крайность. Можно перед усилением так раз­грузить балку (д), что в итоге в се­редине пролета возникнет отрица­тельный момент, который балка вос­принять будет не в состоянии из-за недостаточного (или отсутствия) ар­мирования верхней зоны, и вместо усиления балки произойдет ее раз­рушение. Поэтому при проектиро­вании усиления всегда следует при­держиваться правила: новая эпюра моментов не должна выходить за пределы эпюры материалов существующей конструкции.

Подклинка зазоров между усиливающей и уси­ливаемой конструкциями

В этом деле опасно переусерд­ствовать. При сильной забивке стальных пластин возникают боль­шие расклинивающие усилия, при­чем усилия неконтролируемые, ко­торые могут вызвать в усиливаемой конструкции опасные для нее изги­бающие моменты. Особенно осто­рожно следует проводить усиление многопролетных неразрезных балок. Если при усилении балки одного из пролетов создать большое раскли­нивающие усилие, то в соседних пролетах изгибающие моменты воз­растут, что может привести балки в аварийное состояние, — такие слу­чаи в практике усиления встреча­ются. Поэтому толщину стальных клиньев (пластин) следует подбирать в соответствии с фактическими за­зорами и забивать их легкими уда­рами молотка. Необходимо помнить и о том, что в опорах (стойках) из монолитного железобетона или каменной кладки будут происходить усадочные про­цессы, особенно интенсивные в пер­вые дни. Поэтому подклинивание зазоров нужно производить не ра­нее чем через неделю после воз­ведения опор, а передачу дополни­тельной нагрузки — после набора бетоном или кладкой проектной прочности.

Отличие жестких опор от упругих

Жесткие — это опоры, которые не деформируются под нагрузкой (рис. 3, а). Упруго проседающими, или просто упругими, называются опоры, которые деформируются (про­седают) под нагрузкой вместе с са­мой конструкцией (рис. 3, б). Де­формации упругих опор зависят от величины нагрузки, от жесткости опирающейся конструкции (напри­мер, балки) и от жесткости самих опор. Чем меньше жесткость опо­ры, тем меньше опорная реакция R, тем меньше разгружается опираю­щаяся конструкция.

К жестким опорам обычно отно­сят стойки (колонны) из кирпича, железобетона или металла, подко­сы и т. п. элементы, которые подво­дят под усиливаемые конструкции и деформации которых настолько малы, что ими можно пренебречь. Одна­ко подобные опоры имеют один су­щественный недостаток — они пе­регораживают помещения. Кроме того, опоры в виде стоек требуют устройства самостоятельных фунда­ментов. При этом следует иметь в виду, что основание под фундамен­том в свою очередь подвергается деформациям (осадкам), в резуль­тате которых нагрузка на стойку уменьшается, а изгибающие момен­ты и поперечные силы в усиленной балке возрастают. Во избежание этого необходимо под подошвой фундамента либо предварительно обжимать грунт, либо устраивать большую песчано-щебеночную по­душку. Поэтому, несмотря на всю простоту подобного усиления, его применяют довольно редко.

Указанных недостатков лишены портальные рамы (рис. 4), стальные балки (рис. 5), фермы (рис. 6), шпренгели и некоторые другие уси­ливающие конструкции. В процессе нагружения они подвергаются за­метным деформациям (прогибам) совместно с усиливаемой конструк­цией (пунктирные линии на рисун­ках), которыми пренебречь нельзя, не допустив грубейшую ошибку. Поэтому дополнительные опоры, ко­торые образуют подобные конструк­ции, относятся к упругим.

Эффективность усиления стальными балками

Подведение стальных балок под железобетонные балки или плиты — довольно распространенный прием усиления. Основан он на принципе частичного разгружения — стальная балка является дополнительной (уп­ругой) опорой и берет на себя часть полезной нагрузки. Однако эффек­тивность такого усиления, как пра­вило, невелика. Сечения стальных балок проектировщики зачастую подбирают простым суммированием несущих способностей усиливаемой и усиливающей балок: если суще­ствующая балка (плита) в состоя­нии воспринимать только часть рас­четного изгибающего момента М, то сечение стальной балки подби­рают из условия восприятия недо­стающей части.

Такой подход ошибочен по двум причинам. Во-первых, стальная бал­ка включается в работу не с само­го начала, а со времени приложе­ния дополнительной нагрузки. Чем меньше разгружена железобетонная балка (плита), тем менее эффектив­но работает стальная балка. Во-вторых, доли совме­стно воспринимаемой нагрузки оп­ределяются не несущими способ­ностями сечений, а совместными де­формациями (прогибом f). Поэтому дополнительная нагрузка распреде­ляется пропорционально жесткостям существующей и усиливающей кон­струкций.

Повышение эффектив­ности усиления изгибаемых эле­ментов стальными балками

Чтобы повысить эффективность работы стальных усиливающих ба­лок, нужно создать предварительное напряжение: усиливающую (сталь­ную) балку частично нагрузить, а усиливаемую (железобетонную) ча­стично разгрузить — еще до того, как будет приложена дополнитель­ная внешняя нагрузка.

Выполнить предварительное на­пряжение можно разными способа­ми. Один из них — оттянуть сталь­ную балку книзу (прогнуть) с помо­щью подвешенных грузов, а в обра­зовавшиеся между ней и железо­бетонной балкой зазоры вставить металлические распорки (пластины или пакеты из листов). После сня­тия грузов стальная балка стремит­ся вернуться в исходное состояние (выпрямиться), но железобетонная этому препятствует. В результате, усиливающая балка нагружена си­лами, направленными сверху вниз, в усиливаемая — теми же силами, направленными снизу вверх (рис. 7). Правда, при этом часть преднапряжения стальной балки теряет­ся.

Потери напряжений можно ис­ключить, если подобную операцию осуществлять с помощью гидродом­кратов, устанавливаемых на усили­вающую балку, с контролем уси­лий в них по манометру. При таком способе происходит одновременный выгиб железобетонной балки и про­гиб стальной. Более простой спо­соб — использование вместо домк­ратов натяжных или упорных бол­тов, усилия в которых контролиру­ются по величине взаимного сме­щения f (суммы выгиба и прогиба) железобетонной и стальной балок (рис. 8).

Здесь не были упомянуты поте­ри от обмятия контактных поверх­ностей, неизбежные при любом преднапряжении. При проектирова­нии усиления их принимают обыч­но равными 20% начальной вели­чины преднапряжения.

Приведенный пример показыва­ет, что усиление можно выполнять и без разгружения железобетонной конструкции, если создать в ней усилия обратного знака за счет предварительного напряжения уси­ливающей конструкции.

 

Работа шпренгеля

Шпренгель — это стержневая конструкция, в которой за счет со­вместных деформаций с усиливае­мой железобетонной конструкцией возникает растягивающее усилие Р. Его горизонтальная проекция — рас­пор N'=N—Т (где T — сила тре­ния при перегибе стержней) созда­ет положительный (загружающий) изгибающий момент М_о=N'·е, а вертикальные проекции D — отри­цательный (разгружающий) момент М_p. Кроме того, в опорных участках возникают и разгружающие попе­речные силы Q_p, в результате чего суммарные усилия ΣM и ΣQ оказы­ваются меньшими, чем усилия М_q и Q_q от внешней нагрузки.

Целесообразно, казалось бы, концы шпренгеля опустить до уров­ня нейтральной оси усиливаемой балки, исключить образование в ней М₀ и повысить, тем самым, эффек­тивность усиления. Однако ожида­емого результата это не даст, по­скольку одновременно уменьшатся значения D. Можно передвинуть весь шпренгель книзу, тогда и зна­чения D сохранятся и M₀ поменяет знак с положительного на отрица­тельный. Но в этом случае суще­ственно усложняется конструкция шпренгеля, а сам он уменьшает полезный объем здания, поэтому такое решение широкого примене­ния не нашло (а в зданиях с крана­ми вообще исключено).

В качестве шпренгельной затяж­ки используют стержневую арматур­ную сталь больших диаметров, а при необходимости — и прокатные про­фили из уголков или швеллеров. Как и в случае со стальными балками , эффективность ра­боты шпренгелей без предваритель­ного напряжения весьма невелика. Опыт проектирования показывает, что если шпренгели включить в ра­боту даже с самого начала (т. е. установить их при полностью сня­той полезной нагрузке), то разгру­зить железобетонные балки они в состоянии всего на 5...20%.

Рассчет шпренгелей

Требуемую величину распора N определяют из величины требуемо­го уменьшения изгибающих момен­тов и поперечных сил на величину соответственно М_p и Q_p (рис. 9). Далее необходимо найти, какая часть этого распора приходится на совместные деформации шпренгеля с балкой, а какая часть — на его преднапряжение. Точный расчет здесь довольно сложен, поскольку связан с поворотом торцов и лини­ей прогибов балки, зависящих от схемы нагрузки, изгибной жесткости балки, осевой жесткости шпренгеля и др. факторов. Поэтому с достаточ­ной для практики точностью пользу­ются приближенным расчетом: N = [(M_tot-M)/h+σ_spA_ss]γ £ 0,8 R_sA_ss, где М_tot (на рис. 9)

обозначен как М_q и М₁ — изгибающие моменты после и до усиления, h — стрела провеса шпренгеля (плечо между N и N'), σ_sp — величина преднапряже­ния шпренгеля, A_ss — площадь сече­ния стержней шпренгеля,

γ_ss = 0,8 — коэффициент, учитывающий потери напряжений от обмятия контактных поверхностей, 0,8 — коэффициент ус­ловий работы стали. Приравняв выше найденную величину распора к это­му выражению, можно определить величину усилия предварительного натяжения, а из нее и площадь се­чения стержней шпренгеля. Если уси­ление проводится при действии пол­ной нагрузки на балку, то первое слагаемое в квадратных скобках ста­новится равным нулю и все усилие N создается только за счет пред­напряжения шпренгеля. Саму балку после усиления рассчитывают по прочности как внецентренно сжатый элемент на действие сжимающей силы N' (распора за вычетом потерь от трения при перегибе) и изгибаю­щего момента ΣМ.

Продольные затяжки в виде ар­матурных стержней или прокатных профилей располагают вдоль рас­тянутой грани балок и закрепляют на торцах. Под воздействием внеш­ней нагрузки балка прогибается, а ее опорные сечения (торцы) пово­рачиваются (рис. 10). При повороте торцы увлекают за собой затяжку, удлиняют ее и вызывают в ней рас­тягивающее усилие, которое, в свою очередь, действует на балку в виде сжимающей силы Р. От этой силы в балке возникает разгружающий момент М_p=-Р_е, где е — расстоя­ние от силы Р до центра тяжести сечения. В отличие от усиления шпренгелем, поперечные силы здесь не уменьшаются и разгружение опорных участков (наклонных сече­ний) не происходит.

Чем больше снято нагрузки с балки до начала усиления, тем боль­ше последующие углы поворота тор­цов, тем больше и усилие Р. Разу­меется, при этом требуется зара­нее устранить (выбрать) начальную слабину затяжки. Но даже и при условии полного предварительного снятия нагрузки напряжения в за­тяжке достигнут небольшой величи­ны — как правило, не более 100 МПа. Ведь она работает как вне­шняя арматура без сцепления с бетоном, у которой растягивающие напряжения по длине постоянны, в то время как рабочая арматура балки в опасных сечениях испыты­вает куда более высокие напряже­ния. Поэтому в затяжках создают предварительное напряжение, кото­рое позволяет значительно увели­чить силу обжатия Р и, соответствен­но, увеличить разгружающий момент M_p.

Расчет затяжек можно выполнять приближенно. Из требуемой вели­чины разгружающего момента M_p находят величину Р, а далее из вы­ражения Р = [(100ΔM_m/M_tot) + σ_sp] A_ssγ_ss £ 0,8R_sA_ss. находят требуемую площадь сечения A_ss стержней за­тяжки, задавшись величиной их пред­варительного напряжения σ_sp. Здесь ΔM_m и М_tot — величины соответственно дополнительного изгибающего момента, возникающего от прикла­дываемой после усиления нагрузки, и изгибающего момента от полной нагрузки (без учета M_p), γ_ss=0,85 — коэффициент, учитывающий по­тери напряжений. Размерность в формуле приведена в Н и мм, при размерности в кг и см коэффици­ент 100 заменяется на 1 000.

Однако область применения за­тяжек относительно невелика, по­скольку реальное опирание конст­рукций существенно отличается от идеального. В частности, у однопролетных железобетонных балок пере­крытий и покрытий (а равно и ферм покрытий) в сборных каркасных зда­ниях опорные закладные детали при­варивают к закладным деталям ко­лонн, т. е. шарнирно-подвижные опо­ры у них отсутствуют. Это значит, что фактический поворот торцов меньше теоретического, а самое главное — расстояние между опо­рами, т. е. крайними точками нижней грани, остается неизменным. Поэтому даже предварительное на­пряжение затяжек такие конструк­ции практически не разгружает (по­чти все усилие Р передается не на растянутую зону, а на опорные зак­ладные детали). Столь же бессмыс­ленно усиливать затяжками много­пролетные неразрезные балки и балки (ригели) монолитных рамных каркасов.

Как создают предвари­тельное напряжение в шпренгелях и затяжках?

Усилие предварительного натя­жения создают взаимным сближе­нием (стягиванием) ветвей шпренгеля или затяжки с помощью стяж­ных болтов на величину а, по кото­рой контролируют и величину са­мого усилия N. Как видно из рис. 11, а/b = tgα = i, тогда абсолютные деформации  , относительные деформации ε=δ/I, а величина предварительного напря­жения σ_sp=εЕ, где Σb — суммар­ная длина участков перегиба, Е — модуль упругости стали. Отсюда N_sp = σ_spA_s, а усилие в стяжном болте V = 2Ni (схема "А") или V= Ni (схема "Б"). Проектное значение i назна­чается больше расчетного на 0,01 — величину, необходимую для вы­борки слабины ветвей.

Ветви можно натягивать также с помощью домкратов и нарезных муфт, но в последнем случае для контроля величины σ_sp необходимо применять специальные приборы (а не динамометрические ключи, ко­торые дают слишком большую по­грешность). Независимо от спосо­бов натяжения, величина предвари­тельного напряжения σ_sp не должна превышать 0,9R_sn для мягкой стали (имеющей физический предел те­кучести) и 0,7R_sn для высокопрочной стали. Максимальные напряжения в стержнях шпренгеля или затяжки (после вычета потерь напряжений и добавления напряжений от допол­нительно приложенной нагрузки) должны быть не более 0,8R_s

Один из способов — вышепри­веденное усиление шпренгелями, при котором уменьшаются попереч­ные силы и происходит разгружение опорных участков (рис. 12). Дру­гой — устройство дополнительных выносных опор на некотором расстоянии 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. 12), подко­сы, подпруги, кронштейны и т.п. эле­менты. Если разгрузить железобе­тонные балки невозможно, то в уси­ливающих конструкциях создают преднапряжение: 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. рис. 13). 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.