10.9. Усиление подкрановых балок и безбалочных перекрытий
Усиление железобетонных подкрановых балок может осуществляться наращиванием или частичной заменой старого бетона на новый, металлическими элементами или комбинированным способом (железобетоном и металлом).
Наиболее простым способом усиления, рекомендуемом при незначительном повреждении полки тавровой или двутавровой балки, является устройство окаймляющих уголков на высокопрочных болтах. Верхняя полка при этом очищается от отслоившегося бетона, пыли и грязи, промывается и заливается пластичным бетоном на мелком щебне.
При значительном повреждении железобетонной полки ее усиливают металлической полкой с ребрами жесткости, причем полка усиления должна быть надежно притянута к балке, а пустоты между ней и верхней поверхностью железобетонной балки тщательно заполнены цементно-песчаным раствором (рис. 10.60, а).
Значительного повышения прочности полки можно добиться, применяя дисперсное армирование бетона в виде стальных фибр диаметром 0,2...0,5 мм в объеме 1,5 % от объема бетона (120 кг/м3).
Рис. 10.60. Усиление подкрановых балок: 1 — планки; 2 — усиливаемая балка; 3 — элемент усиления полки; 4 — болт с гайкой; 5 — колонна; 6 — хомут-обойма
Эффективным способом усиления подкрановых балок является устройство металлической обоймы (рис. 10.60,б), выносных опор, уменьшающих пролет балки (рис. 10.61), и металлических шпренгелей. Причем в зависимости от степени усиления эти способы могут применяться как раздельно, так и совместно.
Рис. 10.61. Усиление подкрановой балки шпренгелем (а) и выносными опорами (б): 1 — колонна; 2 — усиливаемая балка; 3 — усиление полки; 4 — шпренгель; 5 — выносная опора
При нарушении надежности крепления подкрановых балок к колонне рекомендуется приваривать балки к дополнительным закладным деталям, которые устанавливаются на колонне с помощью металлических хомутов на пружинных шайбах. Такое усиление требуется, если после выверки верх подкрановой балки значительно превысит уровень закладных деталей в колоннах.
Капители безбалочного перекрытия усиливают предварительно напряженным металлическим пространственным шпренгелем в виде двух замкнутых обвязок из уголков, одна из которых опирается на нижнюю железобетонную или металлическую обойму, вторая охватывает капитель по периметру в верхней зоне, а также путем устройства четырех подкосов (рис. 10.62).
Рис. 10.62. Усиление капителей безбалочного перекрытия:
1 — колонна; 2 — капитель; 3 — плита перекрытия; 4 — верхняя обвязка усиления: 5 — подкосы; 6 — нижняя обвязка усиления; 7 — обойма
Предварительное напряжение такой системы осуществляется путем нагрева верхней обвязки и приварки ее элементов к подкосам в нагретом состоянии. Расчет шпренгеля выполняется как пространственной статически определимой фермы на дополнительные нагрузки, которые действуют на капитель перекрытия.
10.10. Усиление хранилищ для сыпучих материалов
В зависимости от конструктивной формы железобетонных хранилищ их усиление осуществляют с внешней или внутренней стороны. С внешней стороны хранилища усиливают металлическими или железобетонными бандажами и обоймами (рис. 10.63), с внутренней — местными железобетонными обоймами, а также устройством металлической или железобетонной гильзы.
Внешние металлические бандажи устанавливают сверху вниз, их сечение и шаг должны обеспечить восприятие дополнительных нагрузок на стены хранилища. Возможна установка бандажей с зазором между стеной и без зазора.
Рис. 10.63. Усиление хранилищ преднапряженной обоймой:
1 — усиливаемое хранилище; 2 — предварительно напряженная обойма; 3 — прокатные профили; 4 — напрягаемая арматура
Без зазора выполняют бандажи из гибких стальных лент, обеспечивая их плотное прилегание к стенке. В месте стыковки бандажи снабжаются стяжными болтами, которыми обеспечивается предварительное напряжение бандажей и включение их в совместную работу с усиливаемой конструкцией.
Если внешняя поверхность стен хранилища имеет выступы, металлические бандажи располагают с соответствующим зазором, который затем плотно зачеканивается жестким цементно-песчаным раствором. Эффективным способом усиления стен хранилищ является устройство внешних железобетонных обойм с односторонним армированием. Обоймы могут устраиваться по всей высоте хранилища или на отдельных его участках. Возможно также устройство предварительно напряженных железобетонных обойм, которые выполняются в такой последовательности: по периметру стены с определенным шагом устанавливают швеллеры и двутавры с отверстиями, через которые пропускают прямые стержни с резьбой на концах; после натяжения арматуры производят обетонирование обоймы бетоном классов В15... В25 на мелком щебне.
Отдельные участки емкостей по высоте усиливаются железобетонными обоймами с однорядным армированием. В этом случае обеспечивается совместная работа усиливаемых стен и обоймы на всех стадиях работы конструкции.
Если устройство внешних обойм технологически неприемлемо, стены емкостей усиливают наращиванием с внутренней стороны с помощью торкретбетона. Перед нанесением торкретбетона внутри емкости устанавливают арматурный каркас, который крепится на сварке в отдельных точках к предварительно обнаженной арматуре усиливаемых стен. При таком способе дополнительную арматуру усиления и толщину внутренней бетонной гильзы принимают с таким расчетом, чтобы полностью воспринять нагрузку от сыпучего материала.
Внутренние железобетонные гильзы могут выполняться как по всей высоте емкости, так и на отдельных участках.
При частичном усилении стен применяют также металлические внутренние гильзы из листовой стали. Устойчивость такой гильзы обеспечивается путем крепления с помощью сквозных болтов к стенкам емкости как по периметру, так и по высоте.
В отдельных случаях рекомендуется усиление стен емкостей с изменением их статической схемы. В прямоугольных в плане емкостях устраивают внутренние железобетонные перегородки, которые уменьшают пролеты стен или снижают горизонтальные нагрузки от сыпучего материала. Аналогичных целей можно добиться устройством внутренних горизонтальных тяжей или плоских диафрагм на отдельных (наиболее нагруженных) участках по высоте стен емкостей. Чтобы не препятствовать выгрузке материала из емкости, диафрагмы не должны доходить до днища хранилища.
При сильном разрушении стен (цилиндрических) хранилищ рекомендуется усиление в виде замкнутого металлического листового экрана, подвешенного к стенам емкости. Между экраном и стенкой устраивают зазор 100... 150 мм, в результате внутренний экран воспринимает горизонтальные нагрузки, а усиливаемые стены — только вертикальную нагрузку от массы экрана и трения сыпучего материала. Если несущая способность стен недостаточна для воспринятая вертикальных нагрузок, экран закрепляют к вертикальному металлическому каркасу, расположенному между ним и стенкой.
Крепление металлических воронок к стенам цилиндрических емкостей для сыпучих материалов усиливается путем частичной разгрузки воронки и передачи нагрузки непосредственно на фундаменты.
Конструктивно усиление крепления воронки с железобетонными стенами силосов выполняется путем подведения под воронку кольцевой опорной металлической балки, которая опирается на наклонные металлические стойки, а также устройством кольцевой монолитной железобетонной балки, опирающейся на дополнительные железобетонные колонны и фундаменты.
Конструкции подсилосной части емкостей (колонны, балки и стыки их сопряжений) усиливают с помощью обойм, наращивания сечений, шпренгельными системами, а также другими способами, аналогичными усилению соответствующих конструкций промышленных и гражданских зданий.
Прямоугольные емкости, усиленные наращиванием, внутренними «гильзами» или наружными железобетонными «рубашками», рассчитывают в зависимости от эффективности мероприятий по обеспечению совместной работы «старого» и «нового» бетона. При отсутствии специальных мероприятий расчет на изгиб осуществляется при учете суммы жесткости «старого» и «нового» бетона, а при выполнении мероприятий по обеспечению совместной работы расчет ведется как для общего сечения.
Расчет прямоугольных или круглых емкостей, усиленных наращиванием, на вертикальные сжимающие нагрузки осуществляется как для цельного сечения при условии обеспечения длины зоны передачи сдвига с усиливаемой конструкции на элементы усиления, и наоборот.
При усилении прямоугольных в плане емкостей тяжами, диафрагмами или перегородками их учитывают как несмещаемые опоры. При этом горизонтальную нагрузку на стены емкостей от сыпучего материала определяют в соответствии с нормативными требованиями и с учетом фактического (после усиления) гидравлического радиуса сечения емкости. Вертикальную нагрузку сверху и снизу диафрагм определяют согласно соотношению геометрических размеров емкостей (силосных или бункерных).
При усилении емкостей экранами, подвешенными с зазором к стене, стены работают только на вертикальную нагрузку. Если экраны опираются на отдельные колонны, существующие стены полностью разгружаются от полезной нагрузки, а колонны передают вертикальную нагрузку на обвязочную балку или плиту подсилосного этажа.
При усилении круглых в плане силосов обоймами или бандажами последние рассчитывают только на ту часть полезной нагрузки, которая не воспринимается существующей конструкцией. Аналогичным образом выполняют расчет усиления стен силосов внутренними гильзами или наружными «рубашками». Усилие на конструкцию усиления определяют по формуле
F2 = F — F1 (10.78)
где F — полная расчетная нагрузка; F1 — часть нагрузки, воспринимаемая существующей конструкцией.