Лазовский_Ч2_УМК_Проектирование реконструкции

101

Рис. 8.1. Классификация методов усиления железобетонных конструкций

Усиление растянутой зоны конструкций производится увеличени- ем площади поперечного сечения рабочей арматуры путем установки до- полнительной арматуры с обеспечением ее совместной работы с усили- ваемыми конструкциями.

Усиление сжатой зоны железобетонных конструкций производится увеличением поперечного сечения путем устройства наращивания, обойм, рубашек, установкой дополнительной сжатой арматуры, ограничением по- перечных деформаций.

Усиление железобетонных конструкций в зоне среза на восприятие поперечных сил производится увеличением размеров поперечного сечения конструкций, установкой дополнительной поперечной арматуры в зоне среза с обеспечением совместной работы с усиливаемыми конструкциями.

Усиление конструкций на восприятие крутящего момента выпол- няется увеличением поперечного сечения элемента, его армирования, а также устройством стальных обойм, гильз и т. д.

Усиление конструкций при местном сжатии и продавливании

производится уширением площади опирания.

В случае невозможности достижения требуемой степени повышения прочности путем усиления только одной зоны, а также при возможном разрушении железобетонных конструкций по двум и более зонам, приме- няется комбинированное усиление (двух и более зон) конструкций.

Отдельной группой выделены методы усиления, изменяющие пер-

воначальную расчетную схему конструкций: изменение места передачи нагрузки на конструкцию; повышение степени внешней статической не- определимости введением дополнительных связей; повышение степени внутренней статической неопределимости устройством затяжек, распо-

рок, шпренгелей, шарнирно-стержневых цепей. Эти методы позволяют эффективно повысить прочность железобетонных конструкций, но, как правило, уменьшают габариты помещений.

При усилении для эффективного включения в совместную работу дополнительных элементов следует стремиться к максимальной разгрузке конструкций. Если усиление железобетонных конструкций с целью повы- шения их прочности, жесткости и трещиностойкости производят под на- грузкой, все вышеперечисленные группы методов усиления эффективно выполнять с предварительным напряжением дополнительных элементов или связей (дополнительную арматуру и затяжки предварительно растяги- вают, распорки сжимают, дополнительные опоры подклинивают).

Сильно поврежденные конструкции (при разрушении более 50 % сечения сжатой зоны или 50 % площади рабочей арматуры) в большинст-

102

ве случаев целесообразно заменять новыми. Замена железобетонных конструкций может осуществляться: разборкой заменяемых конструкций с последующим возведением новых; возведением новых с временным ис- пользованием в качестве опалубки и последующей разборкой заменяемых конструкций или возведением новых конструкций без разборки сущест- вующих с выполнением мероприятий, предотвращающих их обрушение. При этом заменяющая конструкция рассчитывается на полную дейст- вующую нагрузку.

При выборе метода усиления конструкции в конкретных условиях необходимо учитывать приемлемость того или иного метода с точки зре- ния технического состояния усиливаемой конструкции, агрессивности, пожаро- и взрывоопасности среды, возможности достижения необходимой степени увеличения прочности, выполнения усиления без остановки про- изводства, в минимальные сроки, с минимальным уменьшением габаритов помещения, технологичности и экономичности, эстетичности и др.

8.2. Усиление растянутой зоны железобетонных конструкций

Усиление растянутой зоны производится увеличением площади попе- речного сечения рабочей арматуры усиливаемой конструкции путем уста- новки дополнительной арматуры в этой зоне с обеспечением ее совмест- ной работы с конструкцией. Дополнительная арматура размещается в по- перечном сечении усиленного элемента симметрично.

Совместная работа дополнительной арматуры с усиливаемой конст- рукцией обеспечивается:

−приваркой к существующей арматуре;

−приклеиванием к бетону растянутой зоны.

8.2.1.Обеспечение совместной работы дополнительной армату- ры приваркой к существующей арматуре

Приварка дополнительной растянутой арматуры к существующей арматуре усиливаемой конструкции в зависимости от состояния и толщи- ны защитного слоя, а также возможности увеличения размеров поперечно- го сечения производится: непосредственно нахлесточным соединением с отбивкой защитного слоя по длине дополнительной арматуры (рис. 8.2, а); с помощью коротышей диаметром, превышающим толщину защитного слоя (рис. 8.2, б, в); с помощью скоб (рис. 8.2, г). После приварки в проект- ном положении дополнительная арматура обетонируется.

103

а

в

б

г

Рис. 8.2. Усиление растянутой зоны конструкций приваркой дополнительной арматуры:

а– нахлесточным соединением; б – посредством коротышей со стороны растянутой зоны;

в– посредством коротышей со стороны бокового защитного слоя; г – с помощью скоб

Приварка дополнительной арматуры к существующей предваритель- но напряженной арматуре, а также не заведенной за грань опоры на тре- буемую длину ненапряженной арматуре усиливаемой конструкции, не до- пускается.

Защитный слой бетона в местах приварки дополнительной арматуры, коротышей или скоб отбивается не менее чем на половину диаметра суще- ствующей арматуры. Существующая арматура в местах сварки должна быть очищена от ржавчины, пыли и других загрязнений до чистого металла.

В качестве дополнительной рабочей арматуры применяют стержне- вую арматуру периодического профиля или гладкую, а также прокатные профили.

Коротыши и участки соединения скоб из стержневой арматуры при- нимают длиной 50...200 мм и располагают по длине конструкции «враз- бежку» с расстоянием между ними вдоль стержней не менее 20 , где – больший диаметр свариваемых стержней.

104

С целью уменьшения концентрации напряжений, охрупчивания ме- талла и ослабления сечения при выполнении сварных швов не допускается наличие ожогов и подплавлений от дуговой сварки на поверхности рабочих стержней. Ожоги должны зачищаться абразивным кругом вдоль стержня. При усилении конструкции под нагрузкой приварку дополнительной арма- туры осуществляют за два прохода симметрично в направлении от концов конструкции к середине. Приварку дополнительной арматуры к сущест- вующей арматуре усиливаемой конструкции, разгружаемой во время вы- полнения работ по усилению, допускается выполнять за один проход.

Приварка дополнительной арматуры к существующей арматуре уси- ливаемой конструкции без предварительного ее разгружения не допуска- ется, если напряжения в рабочей арматуре наиболее неблагоприятного се- чения конструкции превышают 85 % ее предела текучести. Напряжения в арматуре усиливаемой конструкции определяют при фактически дейст- вующих нагрузках, фактической прочности бетона и арматуры, площади поперечного сечения арматуры за вычетом сечения свариваемого стержня усиливаемой конструкции.

При усилении конструкции без разгрузки дополнительную арматуру целесообразно предварительно напрягать термическим, механическим или комбинированным термомеханическим способами. При термическом спо- собе дополнительный стержень предварительно приваривают одним кон- цом к существующей арматуре, затем нагревают стержень и приваривают его второй конец. При электротермическом способе для нагревания по стержню пропускают ток от сварочного трансформатора. Величина пред- варительного напряжения контролируется по удлинению стержня или температуре его нагрева. Необходимое удлинение дополнительного стержня определяется по формуле

l =	σ pl	,	(8.1)
	Es
где σ p – требуемое предварительное напряжение, l –			длина стержня меж-

ду внутренними концами сварных швов;			Es –		модуль упругости арматуры.
Необходимую температуру нагрева дополнительной арматуры опре-
деляют по формуле
t =		σ p		+ t ,	(8.2)
	p	αEs

где α = 0,0012 – коэффициент температурного расширения для арматур- ной стали; t – температура окружающей среды в момент натяжения арма- туры. Температура нагрева не должна превышать 400°С.

105

При механическом способе предварительного напряжения к допол- нительному стержню, приваренному одним концом к существующей арма- туре, с противоположного конца приваривают натяжное устройство в виде болта с гайкой, а к существующей арматуре приваривают упор в виде от- резка трубы с внутренним диаметром несколько большим диаметра болта. После закрепления концов дополнительная арматура приваривается к су- ществующей по длине. После натяжения дополнительной арматуры на- тяжное устройство отрезают и используют повторно. Для создания пред- варительного натяжения возможно использование стяжной муфты, вклю- ченной в напрягаемый стержень.

Для облегчения натяжения механическим способом дополнительные стержни одновременно нагревают (термомеханический способ). Величина предварительного напряжения контролируется по удлинению стержня.

Величина предварительного напряжения дополнительной арматуры принимается в пределах

0, 4 f0.2k ,ad ≤ σ p ≤ 0,9 f0.2k ,ad .

(8.3)

Максимальная величина предварительного напряжения для прово- лочной арматуры не должна превышать 0,7 f0.2k ,ad .

С целью уменьшения прогиба и повышения трещиностойкости уси- ливаемой конструкции величину предварительного напряжения дополни- тельной арматуры принимают максимальной.

Потери предварительного напряжения в дополнительной арматуре определяются по [8], как для конструкций с натяжением арматуры на бетон.

8.2.2. Обеспечение совместной работы дополнительной армату- ры приклеиванием к бетону растянутой зоны

При обеспечении совместной работы дополнительной арматуры и усиливаемой конструкции приклеиванием с помощью полимеррастворов (рис. 8.3) дополнительную листовую и профильную арматуру размещают на поверхности, а стержневую – в специально подготовленных пазах или в слое полимерраствора. Кроме того, дополнительная рабочая арматура мо- жет быть размещена в сборных железобетонных элементах усиления, при- клеиваемых к растянутой зоне конструкции. В случае воздействия агрес- сивных сред, учитывая высокие защитные свойства полимеррастворов, це- лесообразно одновременно выполнять покрытия на поверхности усили- ваемой конструкции. Стальные листы защищают огнезащитными и анти- коррозионными составами. Дополнительную арматуру в растянутой зоне устанавливают по всей длине конструкции или на расчетную длину в соот- ветствии с эпюрой внутренних усилий.

106

Рис. 8.3. Усиление растянутой зоны конструкции приклеиванием дополнительной арматуры: 1 – усиливаемая конструкция; 2 – шурф; 3 – анкер; 4 – листовая арматура; 5 – полимерраствор; 6 – уголок; 7 – швеллер; 8 – паз; 9 – стержневая арматура;

10 – обмазка из полимерраствора; 11 – сборный железобетонный элемент; 12 – стеклоткань; 13 – тонкий лист с выштамповками; 14 – анкерная пластина

Для повышения эффективности анкеровки дополнительной листовой арматуры применяют анкерные связи в виде отрезков стержневой арматуры периодического профиля, приваренных к листу и заанкеренных в предвари- тельно высверленных в бетоне отверстиях, заполненных полимерраствором, или стальных листов, соединенных сваркой с дополнительной листовой ар- матурой и приклеенных по боковым граням усиливаемой конструкции.

При усилении растянутой зоны приклеиванием дополнительной ар- матуры целесообразна максимальная разгрузка усиливаемой конструкции или предварительное напряжение дополнительной арматуры.

В качестве дополнительной рабочей арматуры, приклеиваемой в рас- тянутой зоне усиливаемой конструкции, применяют стержневую арматуру, арматурные канаты, листовой прокат толщиной 3...20 мм, прокатные про-

107

фили в виде швеллеров, уголков, а также неметаллическую арматуру на основе стеклянных, базальтовых, углеродных и других волокон.

Работы по усилению растянутой зоны конструкций приклеиванием дополнительной арматуры или сборных железобетонных элементов с до- полнительной арматурой производят в следующей последовательности. Подготавливают склеиваемые поверхности элементов усиления и усили- ваемой конструкции. Стальные листы с внутренней стороны очищают от ржавчины, окалины и обезжириваются ацетоном. Склеиваемые бетонные поверхности усиливаемой конструкции и сборного железобетонного эле- мента не должны иметь выступов, сколов ребер, жировых пятен, загрязне- ний и пыли. Поверхности, ранее подвергавшиеся воздействию агрессив- ных сред, промывают чистой водой и сушат. Если агрессивные среды были кислыми, то после промывки поверхности нейтрализуют щелочными со- ставами и вновь промывают и сушат. При большом объеме работ поверх- ности подвергают пескоструйной очистке и обеспыливанию с помощью волосяных щеток и обдувкой сжатым, очищенным от масла и влаги, возду- хом. Трещины инъецируют. Пазы для размещения стержневой арматуры нарезают с применением алмазного и твердосплавного механизированного инструмента. Затем элементы усиления устанавливают в проектное поло- жение и фиксируют с помощью временных креплений (подпорок, хомутов, фиксаторов и т. п.).

Полимерраствор для замоноличивания стержневой арматуры в пазах и антикоррозионного покрытия поверхности наносят вручную, методом заливки или распыления. Полимерраствор в пазах между листовой армату- рой или железобетонным сборным элементом вводят инъецированием че- рез штуцер, ввинчиваемый в отверстие элемента усиления. При этом зазо- ры по периметру шва предварительно герметизируют полимерраствором того же состава с добавлением наполнителя.

При применении дополнительной арматуры в виде швеллеров перед установкой швеллера в проектное положение необходимое количество по- лимерраствора укладывают на внутреннюю поверхность профиля. Затем швеллер поднимают в проектное положение и притягивают к конструкции с помощью временных монтажных хомутов. Излишки полимерраствора выдавливаются в зазоры между боковыми гранями усиливаемой конструк- ции и полками профиля.

При усилении сборных многопустотных панелей перекрытия для размещения дополнительной арматуры используются пустоты. Дополни- тельная арматура может быть в виде отдельных стержней с фиксаторами

108

для обеспечения защитного слоя или каркасов. Дополнительную арматуру устанавливают в пустоты через отверстия, пробитые со стороны верхней или нижней граней плиты, а пустоты с помощью бетононасосов заполняют бетоном (рис. 8.4).

Рис. 8.4. Усиление многопустотных панелей перекрытия установкой дополнительной арматуры: 1 – плита; 2 – сварной каркас; 3 – бетон

С целью уменьшения расхода материалов при усилении многопустот- ных панелей дополнительная арматура может устанавливаться не по всей длине панели, а пустоты заполняться не на весь объем. Для этого по концам зоны усиления со стороны верхней или нижней грани плиты выполняют щели, на арматуру устанавливают фиксаторы, вводят арматуру в пустоты в средней зоне панели, устанавливают временные ограничительные пласти- ны, через щели с помощью патрубков пустоты между ограничительными пластинами заполняют полимерраствором, после твердения которого, огра- ничительные пластины извлекают, а щели заделывают (рис. 8.5).

а

б

Рис. 8.5. Усиление растянутой зоны многопустотных панелей установкой дополнительной арматуры: а – при устройстве щелей сверху плиты; б – при устройстве щелей снизу плиты, 1 – усиливаемая плита, 2 – щель, 3 – дополнительная арматура, 4 – фиксатор, 5 – ограничительная пластина, 6 – патрубок, 7 – полимерраствор

109

Толщина слоя полимерраствора определяется из условия прочности контактного шва и должна быть не менее 3 , где – диаметр дополни- тельной арматуры.

В приопорных зонах усиливаемых сборных многопустотных панелей выполняют щели, устанавливают временные ограничительные пластины в виде круга диаметром, равным диаметру пустоты, с прорезью для армату- ры. Затем монтируют арматурный стержень и бетонируют приопорные зо- ны пустот. После набора бетоном прочности арматуру напрягают натяж- ными болтами, которые монтируют через отверстия со стороны нижней грани. При этом устанавливают опалубку под отверстиями со стороны нижней грани. Затем оставшееся пространство пустот заполняют бетонной смесью, после выдержки которой снимают опалубку и обрезают высту- пающие концы натяжных болтов (рис. 8.6).

а

а

бб

Рис. 8.6. Усиление сборных многопустотных плит предварительно напряженной арматурой: а – плиты в момент предварительного напряжения арматуры; б – усиленная плита, 1 – усиливаемая плита, 2 – дополнительная арматура, 3 – временная ограничительная пластина, 4 – бетон, 5 – натяжной болт, 6 – опалубка

Дополнительная арматура для усиления растянутой зоны сборных панелей может устанавливаться в расширенный шов между плитами с по- следующим бетонированием. При этом должна обеспечиваться совместная работа дополнительной арматуры с усиливаемыми панелями путем уст- ройства насечки, шпонок на боковых гранях смежных плит, а также при- менением полимеррастворов с высокими адгезионными свойствами.

Сборные железобетонные элементы усиления (обычные и предвари- тельно напряженные) должны быть запроектированы на нагрузки, дейст- вующие в период изготовления, транспортирования и монтажа в соответст-

110