Металлическая обойма кирпичной колонны
Обновлено: 15.05.2024
Колонны — стержневые элементы, работающие на сжатие и продольный изгиб и имеющие большой запас прочности. Но со временем от действий множества факторов они разрушаются и требуют ремонта. К примеру, усиление металлических колонн, изначально рассчитанных на большие нагрузки, потребуется после появления коррозии на опорных частях, горизонтальных элементах решётки, узлах башмаков и др. элементах.
Чаще всего используются следующие методы повышения прочности конструкции:
- железобетонные или металлические обоймы;
- одностороннее и двустороннее наращивание сечения;
- предварительно напряжённые металлические подпорки;
- рубашки — усиление железобетонных колонн крайних рядов, где четырёхстороннее наращивание невозможно.
Завод «СТК-Конструкция» производит металлоконструкции для устройства металлических обойм и подпорок. Выполняем заказы по вашим чертежам в любом объёме. Имеем возможность наладить мелко- и крупносерийное производство изделий.
| Способ усиления | Возможность применения способа | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| Для эксплуатации в пожароопасных условиях без обетонирования металлоконструкций усиления | Для проведения усиления без остановки производства и | Для значительного увеличения несущей способности | |||
| для снятия нагрузки с учетом обеспечения хорошей совместной работы | для снятия нагрузки, если недопустима запыленность | для снятия нагрузки во взрывоопасных помещениях | |||
| Ж/б обоймы | + | - | - | 0 | + |
| Ж/б рубашки | + | - | - | - | 0 |
| Одностороннее наращивание сечения | + | - | - | - | 0 |
| Двустороннее наращивание сечение | + | - | - | - | + |
| Металлические обоймы со сколом углов и установкой на растворе | - | + | - | - | + |
| Металлические обоймы без скола углов и установкой без раствора | - | + | + | - | + |
| Ж/б обоймы с жёсткой наружной уголковой арматурой | - | - | - | - | + |
| Предварительно напряжённые распорки | - | + | + | - | + |
- + — данный способ усиления можно применять;
- – — способ усиления применять не рекомендуется;
- 0 — применение способа усиления зависит от конкретного конструктивного решения и местных условий.
Технология установки обойм
Самым надёжным способом увеличения несущей способности колонны является применение железобетонной обоймы, состоящей из бетонного слоя, продольной арматуры и замкнутых хомутов.
Перед усилением поверхность ж/б колонн следует подготовить:
- удалить штукатурный слой;
- сделать насечки в бетоне глубиной 3-6 мм;
- очистить выступающую арматуру и защитить её от коррозии;
- за час до бетонирования промыть поверхность старого бетона водой.
Усиление железобетонных колонн стальными обоймами применяется, когда нельзя уменьшать пространство помещений или требуется провести работу за короткий срок. Обойма состоит из металлических уголков (продольные элементы) и поперечных планок.
Продольные элементы устанавливаются на цементно-песчаном растворе и прижимаются к колонне посредством струбцин. После этого к уголкам по всей длине усиливаемой конструкции привариваются поперечные планки с шагом 400-600 мм. Колонну можно нагружать сразу после проведения работ. Следует соблюдать следующие условия: плотное прилегание металлических стоек к граням элемента усиления и их вертикальность. Поэтому в месте примыкания стоек бетон следует выровнять, скалывая выпуклые места и замазывая цементным раствором углубления.
Обоймы осуществляют двойную функцию: повышают прочность усиливаемого элемента на сжатие (сдерживают его поперечные деформации) и разгружают его, воспринимая часть вертикальной нагрузки. Поперечные деформации сдерживают планки стальных и поперечные хомуты железобетонных обойм. Восприятие вертикальной нагрузки обеспечивают соответственно стальные уголки и бетон с продольной арматурой.
Способы повышения эффективности усиления
Для повышения объёмного напряжения в планках и степени включения в работу уголков стальных обойм создают предварительное напряжение с помощью:
- натяжных гаек;
- попарного стягивания;
- электронагрева.
Самый простой способ создания преднапряжения — установка предварительно перегнутых уголков с последующим их выпрямлением горизонтальным стягиванием. Так после выпрямления уголки становятся распорками, разгружающими колонну. Если такие работы проводятся в многоэтажных зданиях, следует помнить, что распорки на промежуточных этажах передают дополнительные нагрузки на нижние перекрытия, следовательно, усиление нужно начинать с колонн в основании здания.
Следует помнить, что возможности передать нагрузку на вертикальные элементы обоймы ограничены. Если уголки неравномерно или неплотно прижаты к поверхности, то усиливаемый элемент беспрепятственно деформируется в поперечном направлении, пока зазор не исчезнет. В этом случае толку от проведённой работы практически не будет. Поэтому при усилении колонн металлической обоймой требуется применять методы, при которых планки немедленно включаются в работу.
Например, до приварки планок плотно прижать уголки инвентарными струбцинами или создать предварительное напряжение планок электронагревом. Предварительное напряжение натяжными гайками применяется, когда в качестве планок используются круглые стержни с резьбой. Между поверхностями уголков и усиливаемой конструкции необходимо проложить выравнивающий слой цементного раствора.
Технология усиления круглых и многогранных колонн
Усиление круглых и многогранных колонн, когда нет возможности произвести распор каркаса усиления, проводится так: на конструкцию вертикально, с применением временных скруток, устанавливаются профильные элементы и обжимаются нагретыми хомутами. В этом случае также требуется устранять зазоры.
Хомуты-накладки нагревают около места проведения работ до 200-300 °С, затем струбцинами или кондуктором прижимают к колонне. Окончательную сварку производят до того, как хомуты остынут ниже 100 °С. Температурного сокращения металла достаточно, чтобы надёжно обжать конструкцию.
Технология устройства железобетонной рубашки
Когда колонны примыкают к наружным или внутренним стенам, для их усиления применяют устройство железобетонной рубашки. Для этого производят следующие работы:
- очистка поверхности;
- устройство на бетоне насечки для лучшего сцепления с новым раствором;
- установка арматурного каркаса;
- монтаж опалубочных щитов;
- обильное увлажнение поверхности колонны;
- нагнетание бетонной смеси в полость.
Усиление колонн
Усиление Кирпичных Столбов Обоймами
Усиление кирпичных столбов обоймами применяется весьма часто и успешно на практике, однако экспериментально он научен еще мало и совсем не изучен для случаев усиления уже частично разрушенных столбов. В лаборатории каменных конструкций ЦНИПС были испытаны столбы 51x51 см, усиленные металлическими обоймами из уголков 6х6х0,5 см, соединенных приваренными планками 5x1 см на расстоянии 55 см (рис. 1). Процент армирования составлял: продольные уголки 0,92% поперечные планки 0,91%. Испытание показало повышение прочности в 2,5 раза, что говорит о большой эффективности этого способа усиления.
Характер разрушения показан на рис. 2. Мы видим полную аналогию с разрушением при сетчатом армировании. Сквозные продольные трещины отсутствуют. Большинство трещин косые и идут по кирпичу. Разрушение носит характер раздавливания отдельных кирпичей с отколом лицевых лещадок, помеченных на рис. 2 штриховкой. Следует отметить, что уголки не были доведены до концов столба и нагрузка на столб передавалась только через кладку. Таким образом если и передавалась нагрузка на уголки, то только посредством трения. В верхней части столба включение в работу вертикальных уголков могло быть только частичным.
Рис. 1. Кирпичный столб в обойме из уголков
Деформации кладки к моменту разрушения были значительно больше, чем у обычной кладки, и по величине соответствовали деформациям при косвенном сетчатом армировании. Тензометры, поставленные на планках, показали, что напряжения в них доходили почти до предела текучести. Все эти данные говорят, что обойма участвует в работе так же, как и косвенное сетчатое армирование, поэтому для расчета ее эффективности может быть предложена формула, формуле:
При ширине квадратного столба b и расстоянии между планками c процент армирования может быть определен из рассмотрения объема металла и кладки, приҳодящихся на 1 ярус планок:
Анализ числовых результатов испытаний дал значение: β=37,5 к/см2 или 1,5σT/100. Эта величина вдвое ниже, чем при сетчатом армировании, где β=3σT/100. Она ниже также эффективности спиральной обоймы в железобетонных круглых обоймах, которая нормами на железобетонные конструкции оценивается в 2,5σT. Снижение эффективности должно быть отнесено за счет прямоугольной формы обоймы, которая могла работать в основном по диагоналям сечения столба, так как поперечному расширению в других направлениях обойма не оказывает достаточного сопротивления. Кроме того расстояние между планками было значительно больше, чем между сетками при сетчатом армировании и между витками спирали при спиральной обойме. Жесткость уголков недостаточна для равномерного распределения на кладку значительных сосредоточенных сил от натяжения поперечных планок, которые доходили в каждой планке до 12,5 т.
Рис. 2. Разрушение кирпичного столба в обойме из уголков, соединенных планками
В экспериментальных образцах c=3,5s, т. е. давление через уголок передавалось на кладку неравномерно, что было одной из причин снижения эффективности. Ввиду недостаточного количества экспериментов мы не имеем опытных данных для установления зависимости между коэффициентом эффективности обоймы и расстоянием между обоймами с. Поэтому пока приходится ограничиться только установлением формулы для частного случая:
Эта формула может применяться при расстоянии между обоймами с≤3,5s. Сближение обойм, без сомнения, должно повысить эффективность обоймы, однако пока мы не располагаем опытными данными для учета этого повышения. В нашем расчете остается неиспользованным для восприятия продольных усилий сечение уголков обоймы, назначение которых - распределение давления от планок на кладку. Чтобы использовать уголки для восприятия продольной силы, они должны быть включены в работу посредством приваренных по концам уголков, опирающихся непосредственно на кладку. В этом случае допускаемое давление на кладку определяется:
где р' - процент армирования продольной арматуры н p - косвенной арматуры.
Могут быть предложены два способа устройства металлических обойм в зависимости от того, делается ли обойма одновременно с кладкой, или ставится потом для усиления кладки. В первом случае обойма готовится отдельно в виде легкой металлической колонны из уголков с планками, устанавливается на место и заполняется кладкой. Опыт показал, что никаких затруднений для каменщика при закладке каркаса не встречается. Наоборот, каркас является направляющим шаблоном для кладки и ускоряет работу. При усилении уже выведенных столбов обойма ставится следующим образом. Углы столба оштукатуриваются под правило цементным раствором 1:3 и в свежий раствор утапливаются уголки обоймы, которая временно стягивается проволокой в нескольких уровнях. После этого привариваются поперечные планки.
Рис. 3. Схема расчета жесткости на уголков металлической обоймы
Помимо металлических обойм для усиления кирпичных столбов часто применяются железобетонные обоймы. Экспериментальных данных для анализа их работы не имеется вовсе, поэтому приходится соблюдать при расчете известную осторожность, пользуясь данными для металлических обойм и опытом применения.
Толщина железобетонной обоймы делается в 6-10 см. При расчете обоймы учитывается только арматура. Бетон служит для распределения давления. В тех случаях, когда требуется небольшое усилие и обойма делается из тонкой проволоки, можно ограничиться нанесением цементной штукатурки слоем 2-3 см.
При усилении металлическими или железобетонными обоймами колонн прямоугольного сечения с отношением сторон более 1,5 необходимо в теле столба по широким сторонам пропускать мощные поперечные связи, по сечению равные двойному сечению арматуры обоймы на высоте, соответствующей расстоянию между поперечными связями. Эти связи при расчете включаются в сечение косвенной арматуры. Связи должны делить вытянутое сечение на прямоугольники, близкие к квадрату. Расстояние между связями по высоте должно быть не более меньшего размера сечения и может быть увеличено при большой жесткости стягиваемых вспомогательных балок. На рис. 4 показано усиление широкого простенка железобетонной обоймой и швеллерами. В начале пробиваются дыры и закладываются поперечные связи с болтовой нарезкой по концам.
После этого оштукатуривают цементным раствором вертикальные полосы в местах установки швеллеров и в свежий раствор ставятся швеллеры с пропуском через отверстия концов связей, которые плотно закрепляются гайками. При обоймах без швеллеров концы связей снабжаются широкими шайбами, которые заделываются в бетон.
Рис. 4. Усиление железобетонной обоймой разрушенного кирпичного простенка (ввиду большой ширины простенка даны поперечные связи из болтов d = 30 мм, закрепленных в вертикальных швеллерах)
Усиление монолитных колонн стальной обоймой из уголка
Доброго дня коллеги!
Нужна ваша помощь.
Имеется монолитная колонна 400*400. Требуется усиление стальной обоймой из уголка. Предлагается технология по рагогреву мет пластин и сварки их "на горячую".
У меня в голове крутится мысль, чтобы выполнить мат. обоймы без разогрева пластин, но с последующей зачеканкой полостей между уголком и колонной смесью на саморасширяющемся цементе.
Сроки указаны очень сжатые, за окнои 0 град С
1. Ткните меня носом где почитать про обе технологии выполнения работ?
2. Какая технология будет надежнее и быстрее выполнить?
3. Какая есть методика определения насколько качественно выполнено данное усиление?
Спасибо за ответы.
Я поиском находил несколько тем.
Конкретное решение проектировщики уже выдали.
Меня больше интересует технология выполнения усиления стальными обоймами. Как мне кажется, выполнять работы с нагревом пластин более затратное чем просто обрамить обоймой на саморасширяющуюся смесь.
Тогда и указания по производству работ там есть. Изменения может вносить только проектировщик. Т.О. надо пытать именно проектировщика почему технология именно такая.
Нагрев пластин предусматривается для обеспечения совместной работы обоймы и усиливаемого ж.б. элемента. После нагрева сталь расширяется, потом остывая сжимается, и прижимает уголки к бетону. ЯТД что саморасширяющийся цемент не подходит в данном случае, т.к усилие от температурного сужения много больше чем усилия от цемента саморасширяющегося. Чем сильнее прижать уголок, тем больше трение. А от цемента какое там усилие? Нет. Ваш вариан проектировщики вряд ли одобрят. А о каких полостях идет речь? Ведь если я не ошибаюсь уголки садятся на раствор и полостей там не должно быть?
Насчет того, что быстрее, ну я не производственник конечно, но мне кажется один черт. Швы сварные варить надо и там и там, а что быстрее - нагреть пластину или зачеканить пустоты - да один черт по моему, нагреть поди еще и быстрее получится, только что безопасность труда страдает.
делается так, заказывается уголок, делается гнутье - но тут главное не переборщить (делать на большой радиус), либо одна из полок зарезается под треугольный выререз под45 градусов к другой полке, и тоже загибается, тем самым вы делаете преднапрежение уголку, на уголок ставятся петельки для затяжных болтов, потом болтами это стягивается, сваривается пластинами и усе, болты потом можно снять и петельки срезать.
Тут вопрос в том, для чего нужно усиление колон. Если для вертикальных нагрузок - то Ваше решение не подойдет, нужно распирать в верхнюю и нижнюю монолитную плиту. Если для горизонтальных нагрузок - то Ваш вариант вполне пригоден.
__________________
-Сэр, мы окружены.
-Это великолепно. Теперь мы можем атаковать в любом направлении.
чтобы не плодить темы напишу здесь.
ситуация такова - сделали колонны, поставили балки и тут колонна разрушилась - см картинку. По всей вероятности строители забыли поставить арматуру в колонну ( по крайней мере сверху). Вопрос - как чинить?
заделывать раствором?
вклеивать арматуру?
делать обойму?
комбинацию этих способов?
еще вопрос - может быть есть литература или примеры, где описаны способы ремонта/усиления жб колонн под металлическе балки?
здание уже сдано?
имхо, обойма. с переоперанием балки на обойму.
либо обойма + разбить оголовок (с предварительным переопиранием балок на временные опоры) и последующая заливка саморасширяющимся бетоном.
Но в любом случае - предварительная экспертиза колонны.
Элементы, усиленные обоймой
5.34. Несущая способность существующих каменных конструкций (столбов, простенков, стен и др.) может оказаться недостаточной при реконструкции зданий, надстройках, а также при наличии дефектов в кладке. Одним из наиболее эффективных методов повышения несущей способности существующей каменной кладки является включение ее в обойму. В этом случае кладка работает в условиях всестороннего сжатия, что значительно увеличивает ее сопротивляемость воздействию продольной силы.
Основными факторами, влияющими на эффективность обойм, являются: процент поперечного армирования обоймы (хомутами), марка бетона или штукатурного раствора и состояние кладки, а также схема передачи усилия на конструкцию.
С увеличением процента армирования хомутами прирост прочности кладки растет не пропорционально, а по затухающей кривой.
Опытами установлено, что кирпичные столбы и простенки, имеющие трещины, а затем усиленные обоймами, полностью восстанавливают свою несущую способность.
5.35. Стальная обойма состоит из вертикальных уголков, устанавливаемых на растворе по углам усиливаемого элемента, и хомутов из полосовой стали или круглых стержней, приваренных к уголкам. Расстояние между хомутами должно быть не более меньшего размера сечения и не свыше 50 см (черт. 15, а). Стальная обойма должна быть защищена от коррозии слоем цементного раствора толщиной 25-30 мм. Для надежного сцепления раствора стальные уголки закрываются металлической сеткой.
5.36. Железобетонная обойма выполняется из бетона марок 150-200 с армированием вертикальными стержнями и сварными хомутами. Расстояние между хомутами должно быть не свыше 15 см. Толщина обоймы назначается по расчету и принимается от 6 до 10 см (черт. 15, б).
5.37. Обойма из раствора армируется аналогично железобетонной, но вместо бетона арматура покрывается слоем цементного раствора марки 50-100 (черт 15, в).
5.38. Расчет конструкций из кирпичной кладки, усиленной обоймами, при центральном и внецентренном сжатии при эксцентриситетах, не выходящих за пределы ядра сечения, производится по формулам:
| 321 × 57 пикс. Открыть в новом окне | |
| 359 × 57 пикс. Открыть в новом окне | |
| 237 × 53 пикс. Открыть в новом окне | |
Коэффициенты пси и эта принимаются при центральном сжатии = 1; при внецентренном сжатии (по аналогии с внецентренно сжатыми элементами с сетчатым армированием):
 | |
| 1888 × 1251 пикс. Открыть в новом окне | |
s - расстояние между осями поперечных связей при стальных обоймах ( см).
5.40. С увеличением размеров сечения (ширины) элементов при соотношении их сторон от 1:1 до 1:2,5 эффективность обойм несколько уменьшается, однако это уменьшение незначительно и практически его можно не учитывать.
Когда одна из сторон элемента, например, стена (черт. 16), имеет значительную протяженность, то необходима установка дополнительных поперечных связей, пропускаемых через кладку и располагаемых по длине стены на расстояниях не более  | |
| 936 × 731 пикс. Открыть в новом окне | |
Площадь сечения столба = 1000; коэффициент продольного изгиба по п. [4.2, табл. 18] 0,3 для столба из неармированной кладки определяем по формуле [13]
Читайте также: