Способы увеличения несущей способности

Ремонт элементов каркасов зданий

(2), с.83-100, 130-135

138-140

УСИЛЕНИЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Выбор того или иного метода усиления строительных конст­рукций зависит от технического задания на реконструкцию зда­ния или сооружения, которое включает изменение объемно-пла­нировочных решений, нагрузок и условий эксплуатации.

Причины усиления железобетонных конструкций

1. Увеличение нагрузок на них в результате замены либо усиления вышераспо­ложенных конструкций (перестройка помещений, надстройка зданий)
2. Модернизация технологического оборудования в реконстру­ируемом здании, изменение технологических процессов.
3. Эксплуата­ционный износ (потеря несущей способности)
4. Конструктивные дефекты и возникшие в результате неправильной эксплуатации конструкций
5. Случайные повреждения (при демонтаже и монтаже)

Способы увеличения несущей способности

1. Без изменения их напряженного состояния или конструктивной схемы Железобетонные, металлические обоймы, железобетонные рубашки, наращивание

2. С изменением напряженного состояния или конструктивной схемы конструкций

(Преднапряженные распорки;металлические балки, опираемые на сваи-консоли; стойки; подкосы;

горизонтальные шпренгельные и комбинированные затяжки)

Одним из наиболее эффективных способов усиления железо­бетонных колонн является устройство железобетонных и метал­лических обойм. В изгибаемых элементах обоймы применяют при значительной коррозии арматуры.

Железобетонная обойма состоит из арматуры и тонкого слоя бетона, охватывающего усиливаемый элемент с четырех сторон (балки, ригели, колонны).

Наиболее простым типом являются железобетонные обоймы с обычной продольной и поперечной арматурой без связи арматуры обоймы с арматурой усиливаемой колонны.

При этом 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 повышения адгезии и защиты бетона и арматуры в агрессивных условиях экс­плуатации рекомендуется применение полимербетонов.

Толщина обоймы колонн определяется расчетом и конструк­тивными требованиями (диаметром продольной и поперечной арматуры, величиной защитного слой и т.п.). Как правило, она не превышает 300 мм. Площадь рабочей продольной арматуры так­же определяют расчетом.

При местном усилении обойму продлевают за пределы повреж­денного участка на длину не менее длины анкеровки арматуры, а также не менее двойной ширины большей грани колонны, но не менее 400 мм.

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 из проволоки диаметром не менее 6 мм.

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.

Дополнительную продольную арматуру приваривают к сущест­вующей 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 сущест­вующей арматуре.

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 пяти­кратной толщины стенки «рубашки».

Металлическая обойма . Эффективность включения металлической обоймы в работу колонны зависит от плотности прилегания уголков к телу колон­ны и предварительного напряжения поперечных планок.

Рис. 2. 39. Усиление колонны металлической обоймой: 1 —перекрытие; 2 — усиливаемая колонна;

Обойма; 4 — уголки-стойки; 5 — поперечные планки; 6 — опорные планки

1. Для плотного прилегания уголков поверхность бетона по граням ко­лонн тщательно выравнивается скалыванием неровностей и за­пеканкой цементным раствором.
2. 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.
3. Замыкание планок осуществляютсимметрично от среднего по высоте колон­ны пояса.
4. При остывании планок происходит обжатие попереч­ных сечений колонны, что приводит к повышению несущей спо­собности.

Металлическая обойма состоит их стоек углового профиля, соединительных планок, опорных подкладок (рис. 2.39).

Металлические рас­порки.

Одно- или двусторонние распорки представляют собой ме­таллические обоймы с предварительно напряженными стойками, расположенными с одной или двух сторон колонн. Первые при­меняют для увеличения несущей способности внецентренно сжа­тых колонн с большими и малыми эксцентриситетами, вторые — для центрально и внецентренно сжатых колонн.

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 и имеют площадь попе­речного сечения, равную сечению распорок. 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 нижней зонах 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.

Наращивание — увеличение сечения усиливаемых конструк­ций сверху, снизу и с боков слоем монолитного железобетона (бал­ка, ригель, колонна, стены, плита перекрытия).

Усиление колонн обетонированием (рис. 2.40) выполняется в последовательности:

- расчетом определяют количество и диаметр рабочей армату­ры и хомутов или спиральной арматуры. Новую арматуру связы­вают со старой;

- устанавливают опалубку и производят бетонирование. Для лучшего сцепления старого и вновь укладываемого бетона поверх­ность колонны тщательно очищают, выполняют насечку и про­
мывают водой под напором.

Минимальная толщина «рубашки»должна быть достаточной для размещения арматуры и защитного слоя (50 мм), а при торкретировании — 30 мм.

При усилении железобетонных конструкций выполняют ряд технологических процессов:

1. подготовку поверхности усилива­емой конструкции, установку арматуры и опалубки,

2. укладку

Рис. 2.40. Усиление колонны обетонированием:

1 — существующая колонна; 2 — железобетонная «рубашка»

и уплотнение бетонной смеси,

3. уход за бетоном в период дости­жения необходимой прочности

4. разборку опалубки.

Подго­товка поверхности усиливаемой конструкции производится для обеспечения надежного сцепления с ней бетона слоя усиления. При этом выполняются следующие операции:

· снятие поверх­ности защитного слоя и удаление отслоений бетона;

· очистка арматуры от поверхностной коррозии;

· обдувка сжатым возду­хом

· увлажнение поверхности.

Снятие защитного слоя бето­на и удаление его отслоений выполняется при помощи меха­низированного инструмента (молотков фуговальных электри­ческих ИЭ-4207 и ИЭ-4210, рубильных молотков ИП-4119, ЭП-1027, ЭП-1056 и др. ).

Очистку арматуры от ржавчины рекомендуется выполнять

1. способом гидроабразивной обработки, используя при этом обо­рудование для торкретирования, а в качестве рабочей смеси — кварцевый песок или песчано-гравийную смесь влажностью до 6%. При гидроабразивной обработке соблюдают соотношение давления сжатого воздуха (на ресивере компрессора) и подава­емой к соплу воды 4 : 0,5.

2. Для очистки арматуры от ржавчины при усилении конструкций в стесненных условиях эффективно применять малогабаритный пескоструйный аппарат с вакуумным пистолетом, работающим по принципу эжектора.

3. При неболь­ших объемах работ для очистки арматуры от ржавчины исполь­зуют пневматические ручные угловые металлические щетки ИП-2104 (масса щеток 4 кг, давление сжатого воздуха в пневмосистеме 0,6 МПа).

Укладку бетонной смеси при усилении бетонных конструкций наиболее целесообразно выполнять с применением установок для пневмонабрызга бетона: при толщине слоя усиления до 80 мм — торкретированием с использованием цемент-пушки; при толщи­не слоя усиления массивных конструкций до 250 мм и его общей поверхности не менее 10—15 м² — набрызг-бетоном с использо­ванием бетон-шприц-машин.

Особенностью этих установок явля­ется подача по шлангам с помощью сжатого воздуха сухой бетон­ной смеси, которая на выходе из концевого сопла смешивается с водой. Бетонная смесь выбрасывается из сопла со скоростью 50—70 м/с и образует на поверхности плотный слой. Машины вы­полняют одновременно четыре процесса: транспортируют бетон­ную смесь к месту укладки, перемешивают ее с водой, произво­дят набрызг и уплотнение. При применении указанных устано­вок полностью исключаются опалубочные работы, существенно сокращаются трудозатраты и сроки производства работ, что особенно важно при реконструкции. Набрызг-бетон имеет повышен­ную прочность и сцепление, а также обеспечивает повышенные защитные функции и улучшает эксплуатационные качества кон­струкций по сравнению с обычным бетоном.

Для торкретирования конструкций в стесненных условиях эф­фективно применение цемент-пушки СБ-117, для нанесения набрызг-бетона — установок СБ-67 и СБ-68. Толщина наносимого слоя набрызг-бетона за один раз составляет 50-70 мм, расстояние между соплом и бетонируемой поверхностью 1-1,2 м. Для выпол­нения набрызг-бетонных работ бетон-шприц-машины и цемент-пушки комплектуются передвижным компрессором с рабочим дав­лением 0,9 и 0,6 МПа (для СБ-117), цистерной для воды, передвиж­ными подмостями или автогидроподъемниками для работы на высоте. Сухие бетонные смеси поставляются централизованно: при объемах работ до 2,5 м³ — в мешках, при больших объемах работ —в специализированных контейнерах.

При увеличении нагрузки на консоли колонн их усиливают горизонтальными или наклонными тяжами (рис. 2.41).

Предварительное напряжение создается завинчиванием гаек или взаимным стягиванием хомутов. Применяют также разгрузку консолей с помощью дополнительных металлических кронштей­нов или специальных опор в виде швеллеров (уголков), кото­рые крепят к колонне с помощью предварительно напряжен-

ных тяжей.

Рис. 2.41. Усиление консолей тяжами: