9.2. Усиление балок

Для усиления балок используются разнообразные методы, при назначении которых учитываются статическая схема, вид напряжен­ного состояния, степень разрушения и прочие специфические усло­вия эксплуатации.

Важным обстоятельством при окончательном выборе метода уси­ления является характер трещин, образующихся на боковой поверх­ности балок. Так, например, балки с чрезмерно раскрытыми нор­мальными (вертикальными) трещинами усиливаются в пролете путем подведения упругих и жестких опор или подваркой дополни­тельной арматуры, а балки с наклонными трещинами - стальной обоймой или кронштейнами.

Усиление балок с нормальными трещинами

Усиление балок промежуточной упругой опорой в качестве ко­торой обычно используется балка (ферма), опирающаяся на само­стоятельные опоры, широко применяется при усилении перекрытий производственных зданий, воспринимающих большие технологи­ческие нагрузки. Конструкция усиления представлена в табл.3.2.

Усиление производится в следующей последовательности:

• устраиваются поры под конструкцию усиления в виде отдельных стоек или консолей, привариваемых к стальной обвязке колонн;

• разгружается перекрытие в зоне усиления;

• монтируется конструкция усиления (балка или ферма);

• включается конструкция усиления в работу путем забивки стальных клиньев в распор с ригелем.

Наиболее простым в техническом исполнении является усиление балок подведении промежуточной жесткой опоры в виде стойки или подкосов. Однако следует учитывать, что промежуточная опора изменяет расчетную схему балки, в результате чего возникает надопорный отрицательный момент, на который проверяется существующее армирование балки.

Промежуточные опоры можно выполнять на самостоятельном фундаменте или с использованием уже существующих. Важным требованием к устройству отдельного фундамента является предварительное уплотнение грунта и его основания с целью избежания просадки. Уплотнение производиться гидродомкратоми таким образом, чтобы давление на грунт было не менее давления под подошвой фундамента. В табл. 3.2 , п. 3 и 4 приведены конструкции жестких опор, широко применяемые в практике усиления

Работы по усилению ригеля выполняются в следующей последовательности:

• уплотнение грунта и устройство фундамента;

• разгрузка перекрытия в зоне усиления балки;

• установка опорной конструкции на фундамент;

• включение промежуточной опоры в работу путем подклинивания или поддомкрачивания

Усиление балок с наклонными трещинами

Наклонные трещины в балках образуются по разным причинам: от проскальзывания рабочей продольной арматуры в зоне заанкеривания, слабого армирования поперечными стержнями, низкой марки бетона, недостаточных размеров поперечного сечения балки, пере­грузки. В зависимости от причины образования трещин принимают­ся и способы усиления балок: предварительно напряженные хомуты (табл.3,6, п.1 и 2); разгружающие кронштейны (табл.3.6, п.З), ко­торые могут применяться как отдельно, так и в сочетании с затяж­ками и промежуточными опорами.

Усиление предварительно напряженными хомутами производит­ся в следующей последовательности:

• заготавливаются детали усиления;

• разгружается перекрытие в зоне усиления балки;

• монтируется конструкция усиления;

• натягиваются последовательно с помощью гаек хомуты (поз.1) и привариваются к уголкам (поз.4). Натяжение хомутов струбцина­ми (поэ.2, табл.3.6) производится после приварки хомутов;

• наносится на все металлические детали конструкции усиления антикоррозийное покрытие.

Способы усиления

-усиление хомутами:

1- стержни (хомуты);

2- двутавр №10..14;

3-пластина b=40...60, δ=4..6;

4- уголок 50…100

-усиление хомутами

1- стержни (хомуты);

2- струбцина ;

3- пластина b=40...60, δ=4..6;

4- уголок 50…100.

-усиление двухконсольной балкой (крон штейном):

1- балка усиления;

2- поперечная балка;

3- связующий стержень

:Усиление колонн

Для усиления ствола железобетонной колонны существует большой арсенал методов, среди которых наибольшее распространение получили следующие: железобетонные обоймы: одностороннее и двухстороннее наращивание сечения; металлические обоймы ненапряженные и с предварительным напряжением хомутов; предвари­тельно напряженные металлические распорки.

Усиление железобетонной обоймой (рис.3.8, а) считается наибо­лее простым и надежным способом увеличения несущей способности колонны.

Обойма состоит из продольной арматуры, замкнутых хомутов, бетонного слоя, охватывающего сечение колонны.

Перед усилением поверхность колонны подготавливается сле­дующим образом: удаляется штукатурный слой; зубилом делается насечка в бетоне на глубине 3-6 мм; промывается за час до бетонирования поверхность старого бетона чистой водой.

Железобетонная обойма обычно имеет толщину 6-12 см. Сечение и количество продольной арматуры определяется расчетом при условии обеспечения совместной работы обоймы с колонной. По­перечная арматура принимается диаметром не менее 6 мм и устанавливается с шагом 5, удовлетворяющим требованиям:

15d≥S≥38; S≤200 мм,

где вдиаметр продольной арматуры; 6- толщина обоймы.

Усиление колонн односторонним наращиванием сечения (рис.3.8,б) обычно применяется во внецентренно сжатых колоннах для уменьшения начального эксцентриситета приложения внешней нагрузки и увеличения прочности колонн. Важным условием надеж­ности усиления является обеспечение совместной работы нового бе­тона со старым. Для этого предусматриваются те же мероприятия, что и при усилении железобетонными обоймами, и, кроме того, но­вая продольная арматура соединяется на сварке со старой с по­мощью стальных коротышей Ø10-30 мм, устанавливаемых с шагом 500-800 мм. В связи с большой трудоемкостью усиления односто­роннее наращивание применяется редко.

Усиление колонн стальной обоймой (рис.3.8,в), 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^вС, а затем уже привариваются к продольным элементам. При остывании планки укорачиваются и создают эффект преднапряжения.

Усиление колонн стальными распорками (рис.3.8,г) 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.3.8,г, 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 по данным 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.

а) б)

Рис.3.8. Способы усиления колонн:а - железобетонная обойма; б - одностороннее наращивание;

в - металлическая обойма; г - металлические распорки

Выбор метода усиления консоли колонны, как правило, зависит от ее формы и характера действующих усилий. Так, при больших изгибающих моментах эффективной оказывается горизонтальная затяжка (табл.3.7, п.1) 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 (табл.3.7, п.2) или металлическим столиком (табл.3.7, п.З), приваренным к продоль­ной арматуре колонны.

Площадь сечения ветвей горизонтальной затяжки определяется по формуле

A_s13=1,25(М₁-М)/R_sn*h₀₁*0.9,

где М₁, М - соответственно изгибающие моменты, воспринимаемые консолью после и до усиления;

h₀₁ -полезная высота сечения консоли, усиленной затяжкой.