Усиление колонны металлической обоймой чертеж

Обновлено: 28.06.2024

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.

Таблица 1. Выбор способа усиления

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	Для значительного увеличения несущей способности
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 КОЛОНН СТАЛЬНЫМИ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫМИ ОБОЙМАМИ

Колонны обычно усиливают стальными обоймами (рис. 1, а) или железобетонными обоймами (рис. 1, б). Каменную кладку иногда усиливают также и армированными штукатурными обоймами.

Железобетонные колонны крайних рядов (у которых 4-стороннее нара-щивание не всегда возможно осуществить) вместо обойм усиливают рубашками, а колонны, работающие на внецентренное сжатие с большими эксцентриситетами, усиливают также односторонним или двусторонним наращиванием, подобно изгибаемым элементам.

Рис.1. Усиление колонн: а — металлическая обойма, б — железобетонная обойма.

Обоймы выполняют двойную функцию:

сдерживают поперечные деформации усиливаемого элемента, т. е. повышают его прочность на сжатие за счет объемного напряжения,
и воспринимают часть вертикальной нагрузки, т. е. частично разгружают усиливаемый элемент.

Примечание. Функцию сдерживания поперечных деформаций выполняют планки стальных обойм и поперечная арматура (хомуты) железобетонных обойм, функцию восприятия вертикальной нагрузки – соответственно вертикальные уголки и бетон с продольной (вертикальной) арматурой.

Степень объемного напряжения можно повысить, если в планках создать предварительное напряжение (натяжными гайками, электронагревом, попарным стягиванием). Предварительным напряжением можно также повысить и степень включения в работу вертикальных уголков стальных обойм.

Одним из самых простых способов такого преднапряжения является установка заранее перегнутых уголков с последующим их выпрямлением за счет горизонтального стягивания (рис. 2).

После выпрямления уголки превращаются в распорки и в них возникает сжимающее усилие , на величину которого происходит разгружение колонны.

Здесь 0,9 – коэффициент условий работы, учитывающий потери напряжений от обмятия, Аsc – суммарная площадь поперечного сечения уголков, i = tgα .

Приведенная формула справедлива, разумеется, только при наличии надежных упоров в торцах уголков с самого начала их стягивания. Подобным способом эффективно усиливать колонны, работающие как с малыми (а), так и с большими (б) эксцентриситетами.

При усилении колонн многоэтажных зданий следует помнить о том, что нижние реакции распорок на промежуточных этажах создают дополнительные нагрузки на нижележащие перекрытия, поэтому усиление нужно выполнять, начиная с самых нижних колонн.

Рис.2. Усиление колонны предварительно напряженной подпоркой.

При усилении стальными обоймами последние рассматривают как самостоятельные конструкции, в которых несущими элементами являются вертикальные уголки, а планки играют ту же роль, что и планки стальных решетчатых колонн.

Иными словами, положительным влиянием планок на поперечные деформации бетона усиливаемой колонны пренебрегают.

Наибольший эффект усиления достигается при использовании преднапряженных обойм-распорок, которые можно использовать без разгружения колонн. Проектируя их, следует, однако, помнить о том, чтобы усилие Nsp не продавило опорные поверхности перекрытий (покрытия) и не оторвало от колонны сами перекрытия (покрытие), и о том, что стадия монтажа (стягивания вертикальных уголков) является наиболее невыгодной в работе распорок, так как уголки еще не соединены планками и их гибкость велика.

При отсутствии преднапряжения стальные обоймы имеет смысл применять только при условии частичного или полного разгружения колонн (что далеко не всегда возможно осуществить) и при условии плотной подклинки зазоров между концами уголков и опорными поверхностями.

Тогда при действии дополнительной нагрузки уголки следует рассчитывать на основе равенства их продольных деформаций с деформациями железобетонной колонны (точнее всего – совмещая диаграммы сжатия стали и бетона данного класса).

Понятно, что чем меньше нагрузки снято с колонны, тем меньше напряжения в уголках обоймы, тем менее эффективно работает обойма .

При усилении железобетонными обоймами поперечное сечение, если пользоваться рекомендациями справочников (весьма спорными), можно рассчитывать как монолитное с соответствующими коэффициентами условий работы бетона и арматуры наращённой части и с поправками на разные классы бетона старой и новой частей сечения.

Передавать нагрузку на элемент усиления удобнее всего через горизонтальные (упорные) уголки, которые через тонкий выравнивающий слой раствора следует плотно прижать к опорным поверхностям соответствующих конструкций – балок, перемычек, фундаментов и т. п., а затем приварить к вертикальным уголкам (рис. 3).

Рис.3. Схема передачи нагрузки на усиляющий элемент.

Однако возможности передавать нагрузку на вертикальные уголки существенно ограничены, о чем всегда следует помнить:

Во-первых, при усилении промежуточных колонн многоэтажных зданий нагрузка от уголков будет передаваться на нижележащие перекрытия. Для такой передачи должна быть уверенность в том, что эти перекрытия в состоянии воспринять дополнительную нагрузку.
Во-вторых, чтобы передать хотя бы часть нагрузки, необходимо эту часть с перекрытия (покрытия) предварительно снять.

Наконец, в многоэтажных зданиях, чтобы загрузить уголки обоймы нижнего этажа, мало разгрузить перекрытия всех этажей, нужно еще усилить обоймами все выше расположенные колонны, уголки которых будут передавать по цепочке нагрузку на нижнюю обойму.

Если обоймы на выше расположенных колоннах не установить, то на уголки нижней колонны будет передаваться только та часть нагрузки, которая была временно снята с перекрытия одного нижнего этажа.

В силу перечисленных причин использовать в полной мере несущую способность вертикальных уголков без их предварительного напряжения удается крайне редко.
Если вертикальные уголки неплотно и неравномерно прижаты к поверхностям усиливаемого элемента, то последний имеет возможность беспрепятственно деформироваться в поперечном направлении до тех пор, пока не исчезнет зазор, – только тогда планки начнут вступать в работу.

При таком качестве исполнения (к сожалению, не редком) проку от усиления почти нет.

Поэтому при усилении стальными обоймами всегда необходимо предусматривать мероприятия, заставляющие планки немедленно включаться в работу .

Одним из них может быть прижатие уголков инвентарными струбцинами до начала приварки к ним планок, другим – предварительное напряжение планок электронагревом или натяжными гайками (в последнем случае планками являются круглые стержни с резьбой на одном конце).

При этом между поверхностями уголков и усиливаемой конструкции следует проложить выравнивающий слой раствора.

Данные требования особенно относятся к усилению каменных или бетонных простенков, образуемых в существующих стенах при устройстве в них новых проёмов.

При пробивке таких проемов перфораторами (отбойными молотками) образуются «рваные» края, зазоры между уголками и поверхностями простенков достигают нескольких сантиметров и стальная обойма, по существу, становится лишь декорацией.

На Заметку. Поэтому новые проемы в стенах следует не пробивать, а прорезать дисковой пилой .

Далее, при редком расположении планок разрушение усиливаемого элемента может произойти в промежутках между ними. Поэтому планки по высоте необходимо располагать с шагом не более 500 мм и не более наименьшего размера поперечного сечения усиливаемого элемента.

Рис.4. Схема стягивания поперечных планок стальной обоймы.

Наконец, с увеличением ширины простенков влияние планок, расположенных по коротким сторонам сечения, уменьшается. Поэтому, если ширина простенка превышает его толщину в два раза и более, то длинные планки необходимо стягивать попарно болтами, которые играют роль внутренних планок (рис. 4). Их пропускают через отверстия в кладке с шагом не более 0,75 м по высоте и не более двойной толщины простенка (но не более 1 м) по ширине.

Теоретическая часть. Усиление колонн стальной обоймой (рис

Усиление колонн стальной обоймой (рис. 5в), довольно простое в исполнении, незначительно увеличивает размер поперечного сечения и позволяет использовать колонну в эксплуатационном режиме сразу же после ее усиления Продольные элементы обоймы из уголковой стали устанавливаются на цементно-песчаном растворе и прижимаются к колонне с помощью струбцин, после чего к уголкам привариваются поперечные планки, устанавливаемые по длине колонны с шагом 400-600 мм.

В предварительно напряженных обоймах поперечные планки нагреваются до температуры 100 – 120°С, а затем уже привариваются к продольным элементам. При остывании планки укорачиваются и создают эффект преднапряжения.

Усиление колонн стальными распорками (рис. 5г) является достаточно эффективным средством увеличения их несущей способности, которая повышается пропорционально площади поперечного сечения распорок.

Распорки состоят из двух уголков (швеллеров), связанных между собой соединительными планками.

Вверху и внизу каждой распорки крепятся опорные уголки, через которые усилие распора передается на консоли. Как видно из рис. 5г, распорки с перегибом устанавливаются в середине их высоты. Для создания предварительного напряжения сжатия распорки с помощью натяжных болтов выпрямляются, принимая вертикальное положение. При этом распорки надежно включаются в совместную работу с колонной, частично разгружая ее. Величина сжимающих напряжений в распорках в период их включения в работу достигает 60-80 мПа.

Усиление колонн предварительно напряженными распорками целесообразно при длине распорок не более 5 м, когда не требуется большого расхода металла для обеспечения их устойчивости.

Рисунок 5 – Способы усиления колонн: в – металлическая обойма; г – металлические распорки

Задача

Выбор метода усиления консоли колонны, как правило, зависит от ее формы и характера действующих усилий. Так, при больших изгибающих моментах эффективной оказывается горизонтальная затяжка (рис. 7а) из тяжей, натягиваемых гайками до напряжений 60-90 мПа. При больших значениях поперечной силы и сжимающих напряжений в наклонной сжатой полосе целесообразно усиление преднапряженной наклонной затяжкой (рис. 7, б) или металлическим столиком (рис. 7, в), приваренным к продольной арматуре колонны.

Площадь сечения ветвей горизонтальной затяжки определяется по формуле

где М₁, М –соответственно изгибающие моменты, воспринимаемые консолью после и до усиления; h₀₁ – полезная высота сечения консоли, усиленной затяжкой.

Площадь сечения ветвей наклонной затяжки можно определить из условия

Q £0,8 R_b b l_sup sin 2 q (1 + 5 am_w), в котором правая часть принимается не более 3,5 R_bt b h_o и не менее 2,5 R_bt b h_o.

В условии (6.1): l_sup – длина площадки опирания нагрузки вдоль вылета консоли;

q – угол наклона расчетной сжатой полосы к горизонтали ;

– коэффициент армирования хомутами, расположенными по высоте консоли; здесь s_w – расстояние между хомутами, измеренное по нормали к ним.

При расчете учитываются хомуты горизонтальные и наклонные под углом не более 45° к горизонтали. Напряжение сжатия в местах передачи нагрузки на консоль не должно превышать R_b_,_loc. Для коротких консолей, входящих в жесткий узел рамной конструкции с замоноличиванием стыка, значение l_sup в выражении (6.1) принимается равным вылету консоли l₁, если при этом выполняются условия М/Q ³ 0,3 м и l_sup/l₁ ³ 2/3 (где М и Q – соответственно момент, растягивающий верхнюю грань ригеля, и поперечная сила в нормальном сечении ригеля по краю консоли). В этом случае правая часть условия (6.1) принимается не более 5R_btbh_o.

Рисунок 7 – Усиление горизонтальной затяжкой (а), наклонной затяжкой (б), металлическим столиком (в).

Рисунок 8 – Расчетная схема для короткой консоли при действии поперечной силы

Одним из наиболее эффективных способов усиления железобетонных колонн является устройство железобетонных или металлических обойм. Усиление обоймами особенно рационально для колонн с небольшой гибкостью (λ ≤ 14). В изгибаемых элементах обоймы рекомендуются в исключительных случаях (например, при значительной коррозии арматуры), так как усиление по всему периметру изгибаемого элемента нерационально с конструктивной точки зрения и требует значительных трудозатрат при производстве работ.

Наиболее простым типом железобетонных обойм являются обоймы с обычной продольной и поперечной арматурой без связи арматуры обоймы с арматурой усиливаемой колонны (рис. 10.38). При таком способе усиления важно обеспечить совместную работу «старого» и «нового» бетона, что достигается тщательной очисткой поверхности бетона усиливаемой конструкции пескоструйным аппаратом, насечкой или обработкой металлическими щетками, а также промывкой под давлением непосредственно перед бетонированием. Для улучшения адгезии и защиты бетона и арматуры в агрессивных условиях эксплуатации рекомендуется применение полимербетонов.

Рис. 10.38. Усиление колонны железобетонной обоймой:

1 — усиливаемая колонна; 2 — обойма; 3 — продольная арматура обоймы; 4 — поперечная арматура обоймы; 5 — жесткая продольная обойма; 6 — опорные уголки

Толщина обоймы колонн определяется расчетом и конструктивными требованиями (диаметром продольной и поперечной арматуры, величиной защитного слоя и т.п.). Как правило, она не превышает 300 мм. Площадь рабочей продольной арматуры также определяют расчетом, ее диаметр принимают не менее 16 мм для стержней, работающих на сжатие, и 12 мм для стержней, работающих на растяжение. Поперечную арматуру диаметром не менее 6 мм для вязаных каркасов и 8 мм для сварных устанавливают с шагом 15 диаметров продольной арматуры и не более трехкратной толщины обоймы, но не более 200 мм. В местах концентрации напряжений шаг хомутов уменьшается.

При местном усилении обойму продлевают за пределы поврежденного участка на длину не менее пяти ее толщин и не менее длины анкеровки арматуры, а также не менее двух ширин большей грани колонны, но не менее 400 мм. При местном усилении для улучшения сцепления «нового» и «старого» бетона рекомендуется выполнять адгезионную обмазку из полимерных материалов.

Поперечная арматура железобетонной обоймы может быть выполнена в виде спиральной обмотки (рис. 10.39) из проволоки диаметром не менее 6 мм. При этом спирали в плане должны быть круглыми и охватывать всю рабочую продольную арматуру. Расстояние между ветвями спирали должно быть не менее 40 мм и не более 100 мм, оно не должно также превышать 0,2 диаметра сечения ядра обоймы, охваченного спиралью. Более эффективны (но и более трудоемки) железобетонные обоймы, в которых обеспечивается связь существующей и дополнительной арматуры. Такие обоймы рекомендуются при сильном повреждении существующей арматуры или защитного слоя бетона. В этом случае арматуру усиливаемой конструкции тщательно очищают до чистого металла, разрушенные хомуты восстанавливают путем пробивки в бетоне поперечных борозд, установки в них новых хомутов и соединения их с продольной арматурой.

Рис. 10.39. Усиление колонны обоймой со спиральной арматурой:

1 — усиливаемая колонна; 2— обойма; 3— спиральная арматура

Рис. 10.40. Усиление колонны металлическими обоймами:

1 — усиливаемая колонна; 2 — ветви обоймы; 3 — планки обоймы; 4 — опорный уголок

Дополнительную продольную арматуру приваривают у шествующей с помощью соединительных коротышей, которые во избежание пережогов выполняют из арматуры класса A-I диаметром 10. 16 мм и располагают на расстоянии друг от друга не менее 20 диаметров продольной арматуры в шахматном порядке.

При невозможности выполнения замкнутой обоймы, например при примыкании колонны к стене, рекомендуется устройство «рубашек» — незамкнутых с одной стороны обетонок. При этом способе усиления необходимо обеспечить надежную анкеровку поперечной арматуры по концам поперечного сечения «рубашек». В колоннах это осуществляется путем приварки хомутов к арматуре колонн.

При усилении «рубашками» локальных поврежденных участков, как и при усилении обоймами, их необходимо продлить на неповрежденные части конструкции на длину не менее 500 мм, а также не менее длины анкеровки продольной арматуры, не менее ширины грани элемента или его диаметра и не менее пяти толщин стенки «рубашки».

По конструктивным соображениям диаметр продольной и поперечной арматуры «рубашек» принимают не менее 8 мм, при вязаных каркасах минимальный диаметр хомутов - 6 мм.

При невозможности увеличения сечения колонн и сжатых сроках производства работ по усилению рекомендуются металлические обоймы из уголков, устанавливаемых по граням колонн, и соединительных планок между ними (рис. 10.40). Эффективность включения металлической обоймы в работу колонны зависит от плотности прилегания уголков к телу колонны и от предварительного напряжения поперечных планок.

Для плотного прилегания уголков поверхность бетона по граням колонн тщательно выравнивается скалыванием неровностей и зачеканкой цементным раствором. Предварительное напряжение соединительных планок осуществляется термическим способом. Для этого планки приваривают одной стороной к уголкам обоймы, затем разогревают газовой горелкой до 100. 120°С и в разогретом состоянии приваривают второй конец планок. Замыкание планок осуществляют симметрично от среднего по высоте колонны пояса. При остывании планок происходит обжатие поперечных сечений колонны, что существенно повышает ее несущую способность.

Эффективным средством усиления нагруженных колонн является устройство предварительно напряженных металлических распорок. Одно- или двусторонние распорки представляют собой металлические обоймы с предварительно напряженными стойками, расположенными с одной или двух сторон колонн (рис. 10.41). Первые применяют для увеличения несущей способности внецентренно сжатых колонн с большими и малыми эксцентриситетами, вторые — для центрально и внецентренно сжатых колонн с двузначной эпюрой моментов.

Предварительно напряженные односторонние распорки состоят из двух уголков, соединенных между собой металлическими планками. В верхней и нижней зонах распорок приваривают специальные планки толщиной не менее 15 мм, которые передают нагрузку на упорные уголки иимеют площадь поперечного сечения, равную сечению распорок.

Рис. 10.41. Усиление колонны предварительно напряженными двусторонними металлическими распорками:

а — в период монтажа; б — в напряженном состоянии; 1 — крепежный монтажный болт; 2 — натяжной монтажный болт; 3 — усиливаемая колонна; 4 — уголки распорок; 5 — упорные уголки; 6 — планка для натяжения болтов в месте перегиба; 7 — планки-упоры; 8 — соединительные планки

Планки устанавливают таким образом, чтобы они выступали за торцы уголков распорок на 100. 120 мм, и снабжают двумя отверстиями для стяжных болтов.

Упорные уголки должны быть установлены таким образом, чтобы их внутренние грани совпадали с наружной гранью колонн. Для этого защитный слой бетона в верхней и нижнейзонах колонны скалывают и устанавливают упорные уголки на цементном растворе строго горизонтально.

До установки распорок в проектное положение в боковых полках уголков в середине их высоты выполняется вырез и осуществляется их незначительный перегиб.

Ослабление поперечного сечения уголков в месте выреза компенсируется приваркой дополнительных планок, в которых предусмотрены отверстия для стяжных болтов.

Предварительное напряжение распорок создается путем придания им вертикального положения за счет закручивания гаек натяжных болтов. При этом необходимо обеспечить плотное прилегание уголков к телу колонны, а также их совместную работу, объединив распорки с помощью приварки к ним металлических планок. Шаг планок принимают равным минимальному размеру сечения колонны. После приварки планок стяжные монтажные болты снимают, а ослабленные сечения распорок усиливают дополнительными металлическими накладками.

Для эффективного включения распорок в работу достаточно создать в них предварительное напряжение порядка 40. 70 МПа, что обеспечивается за счет расчетного удлинения при выпрямлении уголков.

При увеличении нагрузки на консоли колонн их усиливают предварительно напряженными горизонтальными или наклонными тяжами (рис. 10.42).

Рис. 10.42. Усиления консолей предварительно напряженными тяжами:

1 — усиливаемая консоль; 2 — опорные элементы; 3 — упоры из уголков; 4 — предварительно напряженные тяжи;5 — анкеры; 6 — упоры из швеллеров

Предварительное напряжение создается завинчиванием гаек или взаимным стягиванием хомутов. Применяют также разгрузку консолей с помощью дополнительных металлических кронштейнов (рис. 10.43) или специальных опор в виде швеллеров (уголков), которые крепят к колонне с помощью предварительно напряженных тяжей (σ_sp = 40. 50 МПа).

10.43. Усиление опирания балок: а — при короткой консоли; б — при длинной консоли; 1 — хомут вокруг колонны; 2 — колонна; 3 — тяжи; 4 — подклинка; 5 — подставка из отрезка двутавра; 6 — подвесная балка из швелле-рор; 7 —гайка тяжей; 8 — упорный уголок; 9 — ригель; 10 — уголковая поперечная подпорка; 11 — горизонтальные упоры из уголков; 12 — вертикальные крепежные болты

Железобетонные сжатые элементы, усиленные обоймами, «рубашками» и наращиванием рассчитывают как монолитные. При этом учет влияния продольного изгиба на несущую способность рекомендуется осуществлять путем расчета конструкции по деформированной схеме.

Допускается также производить расчет по недеформированной схеме, в этом случае при гибкости l₀ / i > 14 влияние прогиба на прочность учитывается путем умножения на коэффициент η по СНиП 2.03.01—84.

Расчетные характеристики бетона и арматуры принимаются с учетом коэффициентов условия работы бетона и арматуры γ_bi и γ_si по СНиП 2.03.01—84 и дополнительных коэффициентов условия работы γ_bzi и γ_szi, учитывающих специфические условия работы усиленных элементов.

Изложенная ниже методика расчета правомочна в том случае, если элементы усиления плотно примыкают к опорным частям конструкций и обеспечена анкеровка арматуры в бетоне согласно требованиям СНиП 2.03.01—84.

Расчет сжатых элементов с двойной арматурой

при прямоугольной форме сечения

ограничивающей сжатую зону и проходящей через центр тяжести сечения растянутого стержня, наиболее удаленного от указанной прямой, а при отсутствии растянутой зоны — через центр тяжести наименее сжатого стержня; A_s_,_red и А'_s_,_red определяют по формулам (10.4)

Рис. 10.44. Схема усилий и эпюра напряжений в сечении, нормальном к продольной оси внецентренно сжатого элемента, усиленного двусторонним наращиванием, при расчете его на прочность (ξ < ξ_R)

при ξ > ξ_r расчет прочности осуществляют также по формуле (10.46), а высоту сжатой зоны находят по формуле

Для элементов из бетона класса В30 и ниже с не-напрягаемой арматурой классов A-I, A-II, A-III

Для конструкций из бетона класса выше ВЗО, а также для элементов с арматурой класса выше A-III (напряженной и ненапряженной) величину х определяют из выражения

где

ω = α — βR_b. Значения коэффициентов α, β, а также величины σ_sc_,_u и σ_spi определяют по СНиП 2.03.01—84.

При σ_s > βR_s напряжение в арматуре определяют по формуле

Если найденное по (10.52) σ_si превышает R_si без учета коэффициента γ_s₆. в формуле (10.48) следует подставить значение σ_s, равное R_si. Значения ξ_ebi и ξ_i определяют по СНиП 2.03.01—84.

Площадь дополнительной растянутой арматуры при ξ < ξ_R определяют по формуле (10.11), где

Площадь дополнительной арматуры усиления при ξ > ξ_R также определяют по формуле (10.14), где

При усилении железобетонных конструкций обоймой с косвенным армированием их расчет производят по СНиП 2.03.01—84 с учетом коэффициентов условия работы по табл. 10.4.

Пример расчета внецентренно сжатого сечения. Дано; размеры сечения усиленного элемента b = 0,6 м; h = 0,8 м; бетон усиливаемого элемента класса В15 (R_b — 8,5 МПа); высота наращивания Х₂ = 0,1 м; бетон усиления класса В20 (R_b_,_ad = 11,5 МПа); h_o = 0,66 м; h_0,_ad = 0,76 м; а = а' = 0,04 м; арматура усиливаемого элемента вида А-II R_s = R_sc = 280 МПа (4Ø18, A_s = A'_s = 1018 мм 2 ); арматура усиливающего элемента вида A-III R_s_,_ad = R_sc_,_ad = 365 MПа; A_s_,_ad = 1256 мм 2 (4Ø20), A'_s_,_ad = 942 мм 2 (3Ø20).

Внецентренная нагрузка на элемент N = 1000 кН; е = 0,8 м (см. рис. 10.44).

Усиление железобетонного элемента осуществлялось при первоначальном загружении усиливаемого элемента, превышающем 65 % от разрушающей нагрузки, следовательно, коэффициент условий работы усиленной конструкции γ_br₁ = γ_sr₁ = 0,8.

Таким образом, несущая способность усиленного элемента достаточна.

Особенности расчета колонн, усиленных

Совместная работа железобетонного элемента и металлической обоймы учитывается при условии упора ветвей обоймы в перекрытия и в случае их приварки к опорным закладным деталям. Расчет металлической обоймы выполняют как самостоятельной системы по СНиП Н-23—81, при этом гибкость продольных элементов принимают с учетом их упора в усиливаемый железобетонный элемент в местах расположения поперечных планок.

При отсутствии контакта между железобетонным элементом и металлической обоймой расчет последней осуществляют как стальной колонны в соответствии со СНиП 11-23—81.

Предварительно напряженные распорки (см. рис. 10.41) разгружают существующую колонну на величину созданного в них усилия сжатия. Расчет предварительно напряженных распорок осуществляется также по СНиП П-23—81, при этом гибкость ветвей определяется по расчетной длине от места перегиба до упора в бетон. Если в момент усиления на колонну действует полная нагрузка, усилие в распорке равно σ_spА_с_d, где А_cb — площадь поперечного сечения распорок. После передачи усилия обжатия распорки рассчитывают по полному поперечному сечению, так как ослабленные места усиливаются накладками.

В центрально сжатых колоннах распорки рассматривают как дополнительную арматуру со своим расчетным сопротивлением.

Во внецентренно сжатых колоннах устанавливать распорки в растянутой зоне не рекомендуется, а при установке их по конструктивным соображениям они не учитываются в расчетах.

Читайте также: