Усиление колонн

    Первые применяют для увеличения несущей способности внецентренно сжатых колонн с большими и малыми эксцентриситетами, вторые — для центрально и внецентренно сжатых колонн с двузначной эпюрой моментов.

 

    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.

 

 

 

 

Рис. 4 Усиление колонны предварительно напряженными двусторонними металлическими распорками:

 

а — в период монтажа  б — в напряженном состоянии;

1 — крепежный монтажный  болт

2 — натяжной монтажный  болт 

3 — усиливаемая колонна

4 — уголки распорок 

5 — упорные уголки 

6 — планка для натяжения  болтов в месте перегиба

7 — планки-упоры 

8 — соединительные планки

 

   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.

При увеличении нагрузки на консоли колонн их усиливают предварительно напряженными горизонтальными или  наклонными тяжами (рис. 5).

 

 

Рис. 5 Усиления консолей предварительно напряженными тяжами:

 

1 — усиливаемая консоль

2 — опорные элементы

3 — упоры из уголков

4 — предварительно напряженные  тяжи

5 — анкеры 

6 — упоры из швеллеров

 

    Предварительное напряжение создается завинчиванием гаек или взаимным стягиванием хомутов. Применяют также разгрузку консолей с помощью дополнительных металлических кронштейнов (рис. 6) или специальных опор в виде швеллеров (уголков), которые крепят к колонне с помощью предварительно напряженных тяжей (&豻sp = 40-50 МПа).

 

 

Рис. 6 Усиление опирания балок:

а — при короткой консоли  б — при длинной консоли;

1 — хомут вокруг колонны

2 — колонна

3 — тяжи 

4 — подклинка 

5 — подставка из отрезка  двутавра 

6 — подвесная балка  из швелле-рор

7 —гайка тяжей 

8 — упорный уголок 

9 — ригель 

10 — уголковая поперечная  подпорка 

11 — горизонтальные упоры  из уголков

12 — вертикальные крепежные  болты 

 

 

 

   Железобетонные сжатые элементы, усиленные обоймами, «рубашками» и наращиванием рассчитывают как монолитные. При этом учет влияния продольного изгиба на несущую способность рекомендуется осуществлять путем расчета конструкции по деформированной схеме.

 

  Изложенная ниже методика расчета правомочна в том случае, если элементы усиления плотно примыкают к опорным частям конструкций и обеспечена анкеровка арматуры в бетоне согласно требованиям СНиП.

 

   Как показывают результаты обследований, повреждения колонн от силовых воздействий достаточно редки, что объясняется значительной недогруженностью колонн промышленных зданий и наличием в них определенных резервов несущей способности. Поэтому во многих случаях при реконструкции производственных зданий не требуется усиливать или заменять колонны и для обеспечения их дальнейшей нормальной эксплуатации можно ограничиться лишь небольшими ремонтными работами по ликвидации отдельных повреждений.

 

2.4 Усиление колонн с  помощью увелечения сечения

  Усиление колонн способом увеличения сечения достаточно эффективно и может выполняться практически при любом повышении нагрузок. Однако большая протяженность вертикальных швов, необходимость устройства подмостей по всей высоте колонны повышают трудоемкость работ по усилению. Кроме того, при усилении колонн, заделанных в стене, приходится проводить разборку стенового ограждения.

 

    В результате приварки элементов усиления в колоннах возникает остаточный сварочный прогиб, приводящий к появлению дополнительного эксцентриситета приложения нагрузки. Направление остаточного прогиба противоположно направлению прогиба элемента непосредственно в процессе сварки, поэтому в тот или иной период времени сварочный прогиб для колонн, усиливаемых под нагрузкой, представляет собой догружающий фактор.

    Сварочный прогиб зависит от жесткости стержня и погонной энергии при наложении швов. Для снижения влияния сварочных прогибов рекомендуется после сборки элементов усиления осуществить вначале их точечную приварку и лишь затем приступить к наложению основных швов. Это обеспечивает совместную работу элементов усиления и основного стержня и способствует снижению сварочных деформаций. Применение шпоночных швов также приводит к значительному уменьшению прогибов и сокращает сроки выполнения сварочных работ.

   Усиление колонн способом изменения конструктивной схемы достаточно разнообразно. В высоких однопролетных зданиях с кровлей малой жесткости (волнистые листы с креплением на кляммерах) ужесточением связей по нижним поясам ферм (схема а) можно существенно увеличить эффект пространственной работы и уменьшить моменты от крановых нагрузок в нижнем сечении колонн до 50%. Особенно целесообразен этот прием в коротких зданиях при устройстве жестких торцов. В этом случае верхний конец колонн может считаться несменяемым, что приводит к уменьшению расчетной длины колонны в плоскости рамы.

   Значительно повышается эффект пространственной работы каркаса также при устройстве неразрезных подкрановых конструкций. При этом благодаря введению дополнительной упругой опоры на уровне тормозных конструкций расчетная длина колонны в плоскости рамы снижается на 15—20%. Расчетную длину колонн из плоскости рамы можно уменьшить постановкой дополнительных распорок.

 

2. 5 Усиление колонн с  помощью предварительно напряженные  оттяжки

  Для повышения поперечной жесткости каркаса и уменьшения расчетной длины колонн могут использоваться предварительно напряженные оттяжки. Однако такое усиление увеличивает в стойках продольные усилия в результате натяжения оттяжек, требует устройства сложных анкерных креплений и загромождает прилегающую к зданию территорию. Применение этого способа оправдано в исключительных случаях, когда другие методы усиления не могут быть использованы.

   Одним из способов усиления колонн является снижение в них продольных усилий, благодаря введению дополнительных стоек или подкосов. Для уменьшения продольных усилий от крановых нагрузок дополнительными стойками или подкосами подкрепляются подкрановые балки. Этот способ целесообразен при необходимости одновременного усиления подкрановых конструкций. Если балки опираются на консоли колонн, то для их разгрузки могут быть установлены подкрановые стойки, соединенные с основной колонной гибкими связями.

 

    В пролетах без мостовых кранов на дополнительные стойки могут быть переданы нагрузки от покрытия. Установка дополнительных стоек загромождает пространство цеха и требует устройства отдельных фундаментов. Кроме того, для включения элементов усиления в работу необходимо плотно подогнать их к вышележащим конструкциям подклиниванием или домкратами. Все это усложняет производство работ и повышает их трудоемкость. При значительном повышении крановых нагрузок целесообразно устройство отдельной крановой эстакады, воспринимающей все вертикальные нагрузки от кранов, при этом пролет мостовых кранов должен быть несколько уменьшен.

   Разгрузка колонн введением дополнительных стоек может быть рекомендована в случае, если колонны при эксплуатации получили существенные повреждения и их усиление методом увеличения сечения не может быть выполнено   (большой коррозионный износ, низкая свариваемость стали и т.д.). После разгрузки поврежденные колонны могут быть усилены бетоном. В некоторых случаях для усиления колонн может быть использован эффект предварительного напряжения. Такое усиление имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционными методами. Это: разгрузка элементов конструкций и снятие опасных напряжений; включение элементов усиления в работу конструкций непосредственно после их прикрепления; увеличение зоны упругой работы конструкций; снижение объема сварочных работ при монтаже элементов усиления; рациональное использование свойств материалов высокой прочности, применяемых для элементов усиления.

    К наиболее эффективным способам усиления колонн предварительно напрягаемыми элементами, относятся : увеличение сечений предварительно напрягаемыми распорками; введение в работу усиливаемых колонн предварительно напряженных элементов из труб и других жестких профилей; комбинированное усиление — разгрузка колонны вводимыми в ее работу предварительно напрягаемыми элементами с последующим ее усилением увеличением сечений.

  3.Ремонт колонн

 

3.1.  Основные материалы, применяемые при ремонте железобетонных конструкций.

     Выбор материалов, которые можно эффективно использовать  для качественного ремонта железобетонных  сооружений, довольно ограничен.  Наиболее часто применяются бетон  и раствор, изготовленные из  тех же цементов и заполнителей, что и подлежащая ремонту конструкция.  В случае разрушения бетона  при химическом воздействии может  возникнуть необходимость в применении  другого типа цемента или защитного  покрытия.

     Разрушение  части сооружения после ремонта  происходит, как правило, вследствие  полной или частичной потери  сцепления между старым и новым  бетоном. Прочность такого сцепления  непосредственно связана с качеством  подготовки бетонной поверхности  основной конструкции. За последнее  время много внимания было  уделено разработке вяжущих материалов.

     Подавляющее  большинство бетонных сооружений, требующих ремонта, имеет арматуру, и коррозия стали играет весьма  существенную роль в разупрочнении  этих сооружений. При коррозии  черных металлов продукты коррозии  занимают больший объем, чем  сам исходный металл. Образование  продуктов коррозии приводит  к расслоению части примыкающего  к арматуре бетона.

     Защитные свойства  бетона по отношению к стали  имеют большое значение для  долговечности арматуры и сооружения  в целом. Качественные бетон  и раствор на портландцементе  могут обеспечить постоянную  защиту стали благодаря щелочной  среде, создаваемой цементным  тестом. Существенное значение имеет  выбор материалов для замены  поврежденного и расслоившегося  бетона и восстановления прочного  защитного слоя.

3.2. Виды повреждений железобетонных конструкций

     Разрушения  и повреждения железобетонных  конструкции можно разделить  на  пять основных категорий.

1. Недостаточность  несущей  способности в связи  с ошибками  при проектировании  и строительстве,  а также из-за  ударных воздействий,  взрывов  или увеличения полезных  нагрузок  сверх значений, предусмотренных   в проекте.

2. Повреждения  от пожара, которые проявляются в снижении  прочности  сооружения  в целом,  а также значительных интенсивных  повреждениях отдельных   железобетонных     элементов (плит перекрытии, балок,  колонн и т. п.).

3. Снижение прочности   из-за низкого качества бетона, недостаточной толщины защитного  слоя или наличия хлоридов  в бетоне.

4. Химическое  воздействие  на бетон и арматуру.

5. Механическое  повреждение  сооружения или его  части,  связанное с условиями  эксплуатации, например истирание  плит перекрытий  в производственных  зданиях,  внутренних поверхностей  бункеров  для хранения крупнозернистых   материалов.

 3.4. Способы ремонта железобетонных конструкций

    Обычный ремонт трещин в бетоне

     Удовлетворительное  качество ремонта достигается  при соблюдении двух требований:

 а) обеспечения   максимально возможного сцепления   между старыми и новыми материалами;

 б) обеспечения   максимальной плотности нового  бетона или раствора и его   непроницаемости при соответствующем   составе

     На практике  для получения удовлетворительного  результата необходимо правильно  решать многочисленные, возникающие  в связи с ремонтом, задачи. К  этим задачам относятся:

1)   выбор   материалов  —  полимерраствора   или   цементного раствора;

2)  установление  объема  поврежденного бетона  и метода  его удаления, а также  выбор  способа очистки арматуры;

3)  определение  состава  смеси, а в случае  применения  цементного раствора  или бетона  — выбор заполнителей  и водо-цементного  отношения, а также добавок  типа латексных эмульсий;

4)  выбор метода  нанесения  раствора — ручного  или  при помощи сжатого воздуха;