Описание дефекта конструкции

Краткое описание здания

Разработчик сборно-монолитной «Чебоксарской» системы является компания ЗАО «РЕКОН».

Район строительства находится в РФ, г. Рязань, Московское шоссе.

- район строительства по СП 131.13330.2012 – II B;

- средняя годовая температура воздуха – + 4,3°С;

- абсолютный минимум – - 41°С;

- абсолютный максимум – + 38°С;

- средняя температура наиболее холодной пятидневки – - 30 °С;

- снеговой район по СП 20.13330.2011 – III, cнеговая нагрузка: 1,8 кПа;;

- ветровой район по СП 20.13330.2011 – I, ветровое давление W0 = 0,23 кПа.

Здание граничит:

- на юге с Московским шоссе;

- на севере с жилым комплексом «Облака»;

- на западе с детским дошкольным учреждением «Аленка»;

- на востоке с бассейном «Юность»;

Конструктивное решение здания: сборно-монолитное .

Описание серий на используемые сборные конструкции.

Таблица 1.

Конструкция	Серия	Описание
Колонна	Чебоксарская	Железобетонные колонны на 2,3 и более этажей с открытой арматурой на уровне перекрытий.
Ригель	Чебоксарская	Железобетонный ригель с «корытом» в торцевых частях.
Перекрытие	1.141.1-19с/85	Предварительно напряженные плиты перекрытий с круглыми пустотами длиной 6280, 5980, 5680, 5380, 5080 и 4780 мм, шириной 1790, 1490, 1190 и 990 мм.

В качестве перекрытия используются железобетонные плиты толщиной 220 мм. с круглыми пустотами диаметром 159 мм. (ПК).

Геометрические параметры здания:

Длина здания по осям А-Б: 33025 мм.

Ширина здания по осям 1с-10с :16900 мм.

Высота здания от отм. 0,000 : +71.930 м.

Высота этажа: 3 м.

Описание дефекта конструкции

Таблица 2.

Характеристики плиты перекрытия для расчета проектной несущей способности	Дефект (повреждение) плиты
Серия 1.141.1 Плита – ПК 30.12-8, ширина 1200 мм в/о БсВс/1с2с	Расчет фактической несущей способности плиты выполнить без учета предварительного напряжения. Геометрия плиты и материалы – проектные.

Выбор композитного материала для усиления

Внешнее армирование для усиления железобетонной круглопустотной плиты перекрытия ПК 30.12-8, шириной 1200 мм принято композиционными материалами на основе углеволокна (фиброармированными пластиками,ФАП).

Для усиления принято углеволокно Mbrace Fib СF 230/4900.530g/3 m

немецкой химической компании «Basf»

Физико-механические свойства углеродных волокон

Таблица 3.

Материал	Модуль упругости, Е, (МПа)	Прочность при растяжении, Rt (МПа)	Предельное удлинение, d (%)	Плотность, r, (кг/м3)
Углерод			1,2

Физико-механические свойства используемой смолы

Таблица 4.

Марка фирмы производителя		Ер	Rp	d	Еи	Ru	Тприм	Тэкс
мин	ГПа	МПа	%	ГПа	МПа	°с	°С
Tyfo® S Saturant Epoxy	180-360	3,18	72,4		3,12	123,4	+4 - +32	<82

.

Описание

MBrace Fiber - холсты на основе углеродных волокон с высоким модулем упругости для восстановления, сохранения и увеличения несущей способности строительных конструкций.

Область применения

Восстановление, сохранение и увеличение несущей способности строительных конструкций.

Применение холстов MBrace обеспечивает:

· уменьшение прогибов плит перекрытий, балок и стен;

· увеличение несущей способности колонн и балок;

· сейсмическую стойкость усиленных конструкций;

· уменьшение усталостных деформаций в конструкциях.

Преимущества

· высокая прочность (в 5÷10 раз больше стали);

· влаго- и хемостойкость;

· высокая прочность на растяжение;

· препятствие развитию трещин;

· можно укладывать несколько слоёв.

Расчетная часть

Расчет круглопустотной плиты перекрытия 1.141.1

Рис.1. Плита ПК 30.12-8, ширина 1200 мм

4.1. Исходные данные:

· Толщина плиты перекрытия – 220 мм

· Длина плиты, l =2960 мм

· Ширина плиты, B = 1200 мм

Материал плиты перекрытия:

· Бетон М200 = В15

· R_b = 8,5МПа

Рабочая арматура:

· Арматура AIII ГОСТ 5781-81

· d = 16 мм.

· A_s = 2,010 см²

· R_s = 350 МПа

Конструктивная арматура:

· Арматура AI ГОСТ 5781-82

· R_sc = 240 МПа

· d = 6 мм.

^· A’_s =0,283

4.2. Сбор нагрузок[1, 2]

Таблица 5.

№ п/п	Наименование нагрузки	Нормативная нагрузка (gн), кН/м2	Коэфф. надежности по нагрузке γf	Расчетная нагрузка (gр), кН/м2
	Постоянная нагрузка:
	Плита перекрытия (220 мм)	2,7	1,1	2,97
	Цементно-песчаная стяжка ρ=1800 кг/м3	0,54	1,3	0,70
	Фанера (10 мм) ρ=800 кг/м3	0,08	1,3	0,104
	Ламинат (5 мм) ρ=600 кг/м3	0,03	1,2	0,036
	Итого:	3.35 кН/м2		3.81 кН/м2
	Полезная нагрузка
	Перегородки (ее принимают условно)	0,50	1,3	0,65
	Вес людей, мебели	1,5	1,3	1,95
	Итого:	2.0 кН/м2		2.60 кН/м2
	Итого:	5,35 кН/м2		6,412 кН/м2

Рис.2. Расчетная схема загружения плиты перекрытия

Номинальные нагрузки:

Постоянная:

(1)

Временная:

(2)

Длительная временная:

(3)

Полная:

(4)

Расчетные нагрузки:

Постоянная:

(5)

Временная:

(6)

Длительная временная:

(7)

Полная:

(8)

Рис.3.Эпюра моментов от полной расчетной нагрузки

Поперечная сила от полной расчётной нагрузки:

(11)

4.4. Определение фактической несущей способности конструкции с учетом дефекта[3, 4]

Расчет по прочности сечений изгибаемых элементов производят из условия

где М - изгибающий момент от внешней нагрузки:

M_ult - предельный изгибающий момент, который может быть воспринят

сечением элемента.

Рис.4. Фрагмент плиты ПК 27.12-8

Переходим от фактического сечения к расчетному двутавровому заменяя круглые пустоты квадратными

Ширина полки в растянутой зоне

Ширина полки в сжатой зоне

Расстояние от центра тяжести арматуры до грани

Рабочая высота сечения

Ширина ребера

Рис.5. Фактическое сечение для расчета

Рис.6. Расчетное сечение фрагмента плиты шириной 185 мм.

При

5/ 19 = 0,26

= 0,53

Условие

(12)

не соблюдается, значит граница сжатой зоны проходит в ребре двутавра, значение M_ult определяют по формуле

(13)

при этом высоту сжатой зоны бетона х определяют по формуле

(14)

0138S10-03623

0138S10-03623

0138S10-03623

Высота сжатой зоны:

Предельный изгибающий момент:

кНм

Рис.7. Расчетное сечение фрагмента плиты шириной 185 мм. с усилением

При

11/ 19 = 0,51

= 0,53

Условие

(19)

не соблюдается , значит граница сжатой зоны проходит в ребре двутавра , значение M_ult определяют по формуле

(20)

при этом высоту сжатой зоны бетона х определяют по формуле

(21)

0138S10-03623

0138S10-03623

0138S10-03623

Высота сжатой зоны:

Предельный изгибающий момент:

1,3 1,4

Запас несущей способности после усиления составил 1,4/1,3∙100% = 10%

Рис.8.Фактическое сечение без рабочей арматуры

Рис.9. Расчетное сечение без рабоей арматуры с усилением

При

11/ 19 = 0,51

= 0,53

Условие

(22)

не соблюдается , значит граница сжатой зоны проходит в ребре двутавра , значение M_ult определяют по формуле

(23)

при этом высоту сжатой зоны бетона х определяют по формуле

(24)

0138S10-03623

0138S10-03623

0138S10-03623

Высота сжатой зоны:

Предельный изгибающий момент:

1,3 1,4

Запас несущей способности после усиления составил 1,4/1,3∙100% = 10%

Спецификация основных материалов для усиления круглопустотной железобетонной плиты

Таблица 7.

Поз.	Обозначение	Наименование	Кол.	Примечание
	СТО 73645443-001-2010	Углепластиковая ткань Mbrace Fib СF 230/4900.530g L = 2810, B = 50, h = 0,255		шт.
	СТО 73645443-001-2010	Углепластиковая ткань Mbrace Fib СF 230/4900.530g L = 2810, B = 120, h = 0,255		шт.
	СТО 73645443-002-2010	Клеевой состав Tyfo S Saturant Epoxy	3,36	кг

Рис.10. Схема усиления круглопустотной железобетонной плиты в сечении с рабочей арматурой

Рис.11. Схема усиления круглопустотной железобетонной плиты в сечении без арматуры

Подготовка основания под наклейку

5.2. Под основанием подразумевается поверхность бетона, на которую производится наклейка усиливающего элемента - ламината или ткани.

Основание должно отвечать определенным геометрическим, механическим и физико-химическим критериям.

До наклеивания усиляющих элементов (лент, ткани, ламинатов) поверхность основания должна быть выровнена, а локальные геометрические дефекты устранены.

5.3. На поверхность основания мелом наносятся линии разметки в соответствии с принятой проектом схемой наклейки элементов усиления.

5.4. Поверхность бетона должна быть очищена от краски, масла, жирных пятен, цементной пленки.

Очистка поверхности осуществляется путем пескоструйной обработки или обработки металлическими щетками с последующей высоконапорной промывкой водой (под давлением не менее 100 атм.).

5.5. Для лучшего сцепления адгезива с бетоном, поверхность основания должна быть шероховатой. Это достигается обработкой поверхности бетона каменотесным долотом с последующей зачисткой металлической щеткой. Обработке должен подвергаться только поверхностный слой до обнажения на поверхности крупного заполнителя.

5.6. После очистки поверхность бетона обрабатывается грунтовочным составом с целью упрочнения основания и улучшения сцепления адгезива с бетонной поверхностью.

5.7. Неплоскостность поверхности должна быть меньше 5 мм на базе 2 м или 1 мм на базе 0,3 м. Мелкие дефекты (сколы, раковины, каверны) не должны быть глубже 5 мм и площадью не более 25 см². Такие дефекты должны быть устранены с помощью полимерцементных ремонтных смесей с быстрым набором прочности. Выравнивание значительных (более 25 см²) участков поверхности производится с использованием полимерцементных ремонтных составов с наполнителем в виде песка и мелкого щебня.

5.8. В случае разрушения (отслоения) защитного слоя бетона в результате коррозии арматуры следует удалить его, очистить обнаженную арматуру от продуктов коррозии, обработать ее преобразователем ржавчины и после этого восстановить защитный слой специальными ремонтными составами.

5.9. Трещины с раскрытием более 0,3 мм должны быть отремонтированы низковязкими эпоксидными или полиуретановыми составами, трещины с меньшим раскрытием могут быть затерты полимерцементным раствором.

Раскрой ленты или ламината

5.10. Раскрой ленты или ламината производится в соответствии с принятой проектом схемой наклейки и осуществляется на гладком столе (верстаке), покрытом полиэтиленовой пленкой. При использовании ленты стол должен быть снабжен приспособлением для разматывания ленты с бобины. Для резки ленты следует использовать ножницы или острый нож, для резки ламината - специальные отрезные диски.

5.11. Заготовки лент каждого размера нарезаются в требуемом количестве; ленты сматываются в рулон, снабжаются этикеткой с указанием номера, размера и количества заготовок и помещаются в мешок.

Приготовление адгезива

5.12. При приготовлении адгезива компоненты смешиваются в соотношении, рекомендованном инструкцией поставщика. Количество приготавливаемого адгезива в одной порции не должно превышать технологические возможности его использования в течение времени жизнеспособности..

5.13. Приготовление адгезива производится в чистой металлической, фарфоровой, стеклянной или полиэтиленовой емкости объемом не менее 3-х литров.

5.14. Дозирование компонентов А и Б осуществляется взвешиванием каждого компонента отдельно, также допускается объемное их дозирование.

5.15. В емкость для приготовления адгезива выливается дозированное количество компонентов. Компоненты тщательно перемешивают вручную деревянной или алюминиевой лопаткой, либо с помощью низкооборотной дрели с насадкой при оборотах до 500 в минуту (с целью ограничения аэрации смеси). Емкость с приготовленным адгезивом закрывают крышкой, снабжают этикеткой и передают к месту производства работ.

Наклейка лент

5.16. Первый слой адгезива наносят на основание из расчета 0,7¸1,0 кг/м² с помощью шпателя, кисти, валика с коротким ворсом.

Перед нанесением на бетонное основание слоя адгезива поверхность должна быть продута сжатым воздухом.

5.17. Ткань (лента) должна всегда укладываться на слой адгезива. Делается это тыльной стороной руки путем постепенного размещения ткани с одного края основания до другого. В процессе укладки необходимо следить, чтобы кромка полотнища была параллельна линии разметки на основании, либо кромке предыдущего полотнища. Лента может быть предварительно нарезана на отрезки проектной длины (заготовками), либо постепенно разматываться с бобины и обрезаться по месту в процессе наклейки.

Ткань (лента) должна укладываться без складок и без излишнего натяжения. После укладки осуществляется прикатка ткани (ленты), в процессе которой происходит ее пропитка. Пропитка осуществляется с помощью жесткого резинового валика или шпателя от центра к краям строго в продольном направлении (вдоль волокон). После пропитывания ткань должна быть слегка липкой на ощупь, но без явно видимого присутствия адгезива.

5.18. После укладки последнего слоя ленты на поверхность ленты наносится финишный слой адгезива из расчета 0,5 кг/м².

5.19. При наклейке на горизонтальные поверхности снизу (потолок) лента прижимается (фиксируется) с одного конца и затем постепенно разглаживается, и фиксируется по всей длине (Рис.7.). В зависимости от вязкости адгезива (определяемой в значительной мере температурой окружающей среды), наклейка ленты производится непосредственно вслед за нанесением адгезива, либо после некоторой выдержки, за время которой вязкость адгезива возрастает и обеспечивается фиксация ленты на потолочной поверхности (лента не отваливается после прикатки).

Время выдержки определяется экспериментально. Продолжительность выдержки перед наклейкой каждого последующего слоя определяется аналогичным образом. Прикатка (прижатие) ленты осуществляется от центра к краям с целью предотвращения образования складок. Как правило, наклейка лент на потолочную поверхность осуществляется как минимум двумя рабочими.

5.20. При длине усиливающих элементов более 3-х метров, в целях облегчения процесса укладки, ленту можно наклеивать отдельными полосами, которые необходимо стыковать между собой внахлест по длине. При этом длина нахлеста должна составлять не менее 100 мм. Наклейка внахлест может осуществляться как на влажный слой адгезива, так и на уже отвердевший. В последнем случае зона покрытия должна быть обработана наждачной бумагой и протерта смоченной ацетоном ветошью.

Стыковка осуществляется всегда вдоль ленты, по направлению расположения волокон.

5.21. Стыковка многослойной конструкции усиления должна осуществляться в разбежку по длине (в разных сечениях).

Рис. 7. Схема наклейки на горизонтальную поверхность снизу (потолок)

5.22. Ленту не желательно разрезать в продольном направлении, поскольку она распускается на отдельные пряди. При необходимости резки в продольном направлении (вдоль волокон) лента по линии разрезки должна быть предварительно обработана клеем БФ, предотвращающим распускание волокон в поперечном направлении.

5.23. Производство работ по устройству усиливающих накладок в значительной мере зависит от температуры и относительной влажности окружающей среды, температуры поверхности бетона и его влажности, соотношения температуры поверхности бетона и точки росы. Операции по наклейке лент могут выполняться при температуре окружающей среды в диапазоне +5°С ¸ +45°С; при этом температура основания бетона должна быть не ниже 5°С и выше температуры точки росы на 3°С..Грунтовочные и адгезивные составы нельзя наносить на мокрую поверхность. Открытая влага должна быть удалена, поверхность бетона вытерта и продута сжатым воздухом. Допустимая влажность поверхности - не более 5%.

5.25. Полное отверждение адгезивных составов в естественных условиях происходит в течение нескольких суток и в значительной мере зависит от температуры окружающей среды. Как правило, время отверждения должно составлять не менее 24 часов при температуре выше 20° С и не менее 36 часов при температуре от 5°С до 20° С.

Контроль качества

При производстве работ по усилению железобетонных конструкций композитными материалами следует соблюдать требования настоящего Руководства.

Соблюдение правил настоящего Руководства обеспечивается входным, операционным и приемочным контролем.

Требования к входному, операционному и приемочному контролю углеродных лент, тканых полотен, ламинатов и компонентов для приготовления адгезива, а также методы испытаний элементов усиления могут устанавливаться и уточняться техническими условиями на системы усиления внешним армированием из композитных материалов.

П6.1. Входной контроль

П6.1.1. Входной контроль распространяется на все используемые при производстве работ материалы. До начала работ проверяется наличие сопроводительной документации, производится осмотр состояния упаковки и внешнего вида материалов, проверяется их вес.

П.6.1.2. Углеродные ленты, тканные полотна, ламинаты, компоненты для приготовления адгезива поставляются партиями. Партией считается количество материала одного назначения, изготовленное по одному технологическому режиму из сырья с однородными свойствами и оформленное одним документом о качестве.

П6.1.3. Документ о качестве должен содержать следующие данные:

- наименование предприятия-изготовителя;

- дата оформления документа о качестве;

- номер партии;

- наименование продукции;

- количество упаковочных мест;

- результаты испытаний;

- допустимый срок хранения;

- штамп и подпись отдела контроля качества предприятия-изготовителя.

П6.1.4. Перед приготовлением связующего проверяется наличие сопроводительной документации и качество упаковки компонентов.

П6.1.5. Фактически срок хранения материалов не должен превышать допустимый по паспорту.

П6.3. Приемочный контроль

П6.3.1. По завершении отверждения осуществляется визуальный контроль с целью выявления внешних дефектов (раковин, выступающей текстуры армирующего наполнителя).

П6.3.2. Контроль внутренних дефектов (не проклеенных мест, расслоений) осуществляется путем акустического зондирования, легкого простукивания поверхности накладки молотком, либо другим методом неразрушающего контроля.

П6.3.3. По результатам контроля производится оценка влияния расслоений на конструкционную целостность усиливающего элемента. При этом учитывается размер расслоений, их расположение и количество относительно общей площади усиляющего элемента.

Допускаются расслоения площадью каждое менее 10 см², суммарная площадь расслоений должна быть менее 3% общей площади накладки.

Расслоения площадью более 10 см² должны быть отремонтированы путем вырезания дефектных участков и установки заплатки с таким же количеством слоев.

П6.3.4. Результаты входного, операционного и приемочного контроля заносятся в сопроводительную документацию производства работ.

Библиографический список

1. СП 20.13330.2011 Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*.

2. Насонов, С.Б. Руководство по проектированию и расчету строительных конструкций. В помощь проектировщику / С.Б. Насонов. – М.: Издательство АСВ, 2013. – 816 с.

3. СП 63.13330.2012 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 52-01-2003.

4. Добромыслов, А.Н. Дефекты в конструкциях при строительстве / А.Н. Добромыслов. – М.: Издательство АСВ, 2009. – 192 с.

5. СП 164.1325800.2014 Усиление железобетонных конструкций композитными материалами. Правила проектирования.

6. Руководство по усилению железобетонных конструкций композитными материалами.

7. Шилин, А.А. Усиление железобетонных конструкций композиционными материалами / А.А. Шилин, В.А. Пшеничный, Д.В. Картузов. – М.: ОАО «Издательство «Стройиздат», 2004. – 144 с.

8. СТП УГТУ-УПИ 5-1-2003. Текстовые и графические учебные документы по архитектурно-строительной тематике. Общие требования.

9. ГОСТ Р 21.1101-2013. Система проектной документации для строительства. Основные требования к проектной и рабочей документации.

10. ГОСТ 21.501-2011 Система проектной документации для строительства. Правила выполнения рабочей документации архитектурных и конструктивных решений.

Краткое описание здания

Разработчик сборно-монолитной «Чебоксарской» системы является компания ЗАО «РЕКОН».

Район строительства находится в РФ, г. Рязань, Московское шоссе.

- район строительства по СП 131.13330.2012 – II B;

- средняя годовая температура воздуха – + 4,3°С;

- абсолютный минимум – - 41°С;

- абсолютный максимум – + 38°С;

- средняя температура наиболее холодной пятидневки – - 30 °С;

- снеговой район по СП 20.13330.2011 – III, cнеговая нагрузка: 1,8 кПа;;

- ветровой район по СП 20.13330.2011 – I, ветровое давление W0 = 0,23 кПа.

Здание граничит:

- на юге с Московским шоссе;

- на севере с жилым комплексом «Облака»;

- на западе с детским дошкольным учреждением «Аленка»;

- на востоке с бассейном «Юность»;

Конструктивное решение здания: сборно-монолитное .

Описание серий на используемые сборные конструкции.

Таблица 1.

Конструкция	Серия	Описание
Колонна	Чебоксарская	Железобетонные колонны на 2,3 и более этажей с открытой арматурой на уровне перекрытий.
Ригель	Чебоксарская	Железобетонный ригель с «корытом» в торцевых частях.
Перекрытие	1.141.1-19с/85	Предварительно напряженные плиты перекрытий с круглыми пустотами длиной 6280, 5980, 5680, 5380, 5080 и 4780 мм, шириной 1790, 1490, 1190 и 990 мм.

В качестве перекрытия используются железобетонные плиты толщиной 220 мм. с круглыми пустотами диаметром 159 мм. (ПК).

Геометрические параметры здания:

Длина здания по осям А-Б: 33025 мм.

Ширина здания по осям 1с-10с :16900 мм.

Высота здания от отм. 0,000 : +71.930 м.

Высота этажа: 3 м.

Описание дефекта конструкции

Таблица 2.

Характеристики плиты перекрытия для расчета проектной несущей способности	Дефект (повреждение) плиты
Серия 1.141.1 Плита – ПК 30.12-8, ширина 1200 мм в/о БсВс/1с2с	Расчет фактической несущей способности плиты выполнить без учета предварительного напряжения. Геометрия плиты и материалы – проектные.