Усиление металлических конструкций

Содержание

 

1. Причины, вызывающие необходимость усиления металлических конструкций. 2
2. Оценка состояния металлических конструкций.3
3. Восстановление и усиление стальных конструкций5
4. Список литературы20

 

 

 

1. Причины, вызывающие необходимость усиления металлических конструкций.

Реконструкция промышленных предприятий  и их техническое  перевооружение, как правило, связаны  с увеличением эксплуатационных нагрузок на существующие конструкции  зданий и сооружений. Обновление или  модернизация оборудования, осуществляемые в ряде отраслей через каждые 8-10 лет, приводят зачастую к значительному  увеличению технологических нагрузок. Замена физически или морально устаревших ограждающих конструкций также  иногда вызывает возрастание постоянных нагрузок. Увеличение нагрузок  приводит к необходимости повышения несущей способности конструкции и является основной причиной их общего усиления.

В ряде случаев необходимость  местного (реже общего) усиления металлических  конструкций диктуется ошибками или дефектами, возникшими на стадии их проектирования, изготовления или  монтажа.

К характерным дефектам конструкций, возникшим на стадии их изготовления, относятся использование элементов из стали пониженной по сравнению с проектом марки или меньшего сечения и начальные погнутия стержней. Начальные искривления являются следствием неправильно организованной технологии сборки, сварки и правки сварных и прокатных профилей.

Накопление повреждений  и погнутий происходит  в процессе погрузочно-разгрузочных работ, при транспортировке или монтаже конструкций. возрастают как число деформированных стержней, так и стрелки их прогибов.  В ряде случаев перегрузка конструкций и необходимость их усиления возникают вследствие утяжеления ограждающих конструкций, стяжек, утеплителя и т.п. по сравнению с проектом.

Следующей причиной, вызывающей необходимость усиления металлических  конструкций является их физический износ в результате длительной интенсивной или неправильной эксплуатации. В первую очередь износ связан  с поражением металла коррозией, резко снижающей несущую способность элементов, узлов или конструкций в целом. Особенно большие объемы работ по усилению корродированных стальных конструкций характерны для предприятий химической промышленности.

 

2. Оценка состояния металлических конструкций.

Оценка состояния поврежденных стальных конструкций производится на основании визуального, визуально-инструментального  обследования, а в необходимых  случаях испытанием  конструкций, проведением проверочных расчетов и испытанием на прочность образцов металла обследуемых конструкций.

При визуальном обследовании определяются:

• общий характер повреждений для предварительного определения возможности и способов восстановления и усиления стальных конструкций;
• наличие разрывов элементов по всему сечению;
• наличие искривлений элементов по всей длине;
• наличие местных механических дефектов (вмятин, искривлений, трещин или надрывов,  пробоин);
• пригодность сварных, болтовых и заклепочных соединений к дальнейшей эксплуатации.

При визуально-инструментальном  обследовании с использованием геодезических  инструментов и специальных приборов определяют  следующие дефекты взаимного расположения конструкций и элементов конструкций:

• отклонения отметок опорных узлов ферм и ригелей;
• отклонения расстояний между осями ферм по верхнему поясу;
• отклонения расстояний между прогонами;
• отклонения опорной поверхности колонн по высоте и оси колонн по вертикали;
• стрелы прогиба колонн и ригелей;
• разности отметок крановых рельсов, нижних поясов подвесных путей;
• смещения осей кранового рельса с оси подкрановой балки и от прямой;
• выпучивание стенок сплошных балок.

Отклонения от вертикали  замеряют отвесами или теодолитами; разности отметок – нивелированием.

Оценку состояния поврежденных стальных конструкций и, соответственно, выбор мероприятий по их восстановлению следует производить исходя из характера  и размеров повреждений элементов.

Небольшие вмятины второстепенных и не сильно загруженных элементов, местные искривления, не снижающие  несущей способности конструкции, свидетельствуют о слабой степени повреждения; ремонт в таких случаях можно не делать.

Повреждения, снижающие несущую способность конструкций, но не сопровождающиеся потерей несущей способности основных элементов (разрыв второстепенных элементов по всему сечению или их искривление на большой длине, местные искривления основных элементов и т.д.), свидетельствуют о средней степени повреждения и необходимости ремонта конструкций по месту. Последний выполняется без демонтажа, в необходимых случаях с подведением дополнительных стоек, распорок, упоров и т.д.

Сильная степень повреждения  сопровождается полной потерей несущей  способности конструкции при  эксплуатационных нагрузках:

• разрушением узлов и соединений, разрывом по всему сечению или искривлением на большой длине основных элементов. при этом необходим ремонт конструкций, как правило, с демонтажем или установкой временных креплений и опор.

Разрушение отдельных  конструкций и частей здания следует  классифицировать как полное, нуждающееся  в замене соответствующих конструкций.

3. Восстановление и усиление стальных конструкций

Для конструкций, подвергшихся аварии и пожару, ремонтно-восстановительные  работы, как правило, разделяют на два этапа:

• подъем и общее выправление конструкций;
• собственно ремонт и усиление элементов.

Работы  по  каждому  из  указанных  этапов  можно  осуществлять без  разгрузки,  с  разгрузкой,  с  частичным  или  полным  демонтажем. Рекомендуется  производить  восстановление  и  ремонт  по  возможности  без  разгрузки  и  демонтажа  конструкций.  К  разгрузке  следует прибегать  лишь  в  случаях  возникновения  больших  дополнительных напряжений  вследствие  исключения  поврежденных  элементов,  при отсутствии  подъемного  оборудования  достаточной  грузоподъемности и  т.  д.  К  частичному  или  полному  демонтажу  следует  прибегать  в случаях  тяжелых  повреждений,  когда  элемент  проще  снять,  чем устраивать  сложные  приспособления  для  его  ремонта  на  месте.

Восстановление  конструкций  без  демонтажа  следует  предусматривать  с  разгрузкой  от  временных  нагрузок  и  приведением  в  проектное  положение  при  помощи  домкратов,  талей,  стоек,  распорок и  т.  д.  (рис.  1).

 Рис.1. Пример выправления фахверка без его демонтажа и разборки кирпичного здания

Следует  различать  следующие  способы  усиления  стальных конструкций:

• постановку  дополнительных  ребер,  диафрагм  и  распорок;
• увеличение  сечения  элементов;
• усиление  соединений  элементов;
• подведение  новых  конструкций  и  изменение  конструктивной схемы;
• увеличение  пространственной  жесткости.

При  восстановлении  конструкций  применяют,  как  правило,  сочетание  нескольких  способов  усиления.

При  выборе  способа  усиления  следует  проанализировать  все возможные  способы  и  из  нескольких  вариантов  принять  наиболее экономичный.  Кроме стоимости строительных  работ при усилении  необходимо  учитывать и потери  от  остановки производства.

Постановку  дополнительных  поперечных  и  продольных  ребер  жесткости  производят  в  случае  недостаточной  местной  устойчивости стенок  балок.  Перед  приваркой  ребер  жесткости  к  существующим балкам  последние  следует  частично  разгрузить  при  помощи  временных  промежуточных  опор  с  целью  уменьшения  поперечной  силы  в ослабленных  местах  стенки  балки.

Жесткость  составных  колонн  увеличивают  постановкой  дополнительных  диафрагм. Для  увеличения  жесткости  нижнего  сжатого  пояса  ригелей  рам в  углах  примыкания  ригеля  к  стойкам  устраивают  подкосы  (распорки),  при  этом  обязателен  учет  изменения  статической  схемы  рамы при  ее  расчете.

Способ  подведения  новых  конструкций  и  введения  новых  дополнительных  элементов  для  усиления  отдельных  конструкции  рекомендуется  применять  тогда,  когда  непосредственное  усиление  конструкций  не  представляется  возможным,  например,  подведение  дополнительных  балок  для  усиления  перекрытия,  подведение  новых  подстропильных  ферм  вместо  удаленных  колонн,  введение  новых  дополнительных  элементов  решетки  для  усиления  стропильных,  крановых, мостовых  ферм  и  решетчатых  подкрановых  балок.

Способ  изменения  конструктивной  схемы  рекомендуется  применять  во  всех  случаях  усиления:  неотложно-аварийном,  временном, постоянном  и  перспективном,  особенно  при  усилениях  под  нагрузкой.

Следует  различать  приемы  усиления:

• без  превращения  в  новые  конструктивные  формы  (например,  увеличением  жесткости  какой-либо  одной  колонны  в  поперечной  схеме пролетного  сооружения  цеха  можно  достичь  необходимого  перераспределения  усилий  во  всей  конструктивной  схеме);
• с  частичным  превращением  в  новые  конструктивные  формы  (например,  установка  затяжки  в  раме  и  защемление  концов  стоек  превращают  двухшарнирную  раму  в такую же  конструкцию,  но  с защемленными  опорами и затяжкой);
• с  полным  превращением  в  новые  конструктивные  формы  (подведение  шпренгеля  к  однопролетному  ригелю).

Для  увеличения  пространственной  жесткости  здания  или  сооружения  рекомендуется  использовать  следующие  приемы:

• постановку  дополнительных  или  перестановку  существующих связей;
• увеличение  жесткости  горизонтальных  связевых  дисков  покрытия или  перекрытия;
• использование  диафрагм  жесткости;
• включение  в  пространственную  работу  каркаса  таких  элементов, как  антресольные  площадки,  тормозные  конструкции  подкрановых  балок,  несущие конструкции под технологическое  оборудование  и  т. п.

Для  усиления  конструкций  рекомендуется  использовать  следующие  приемы  их  предварительного  напряжения:

• применение  предварительно  напряженных  тяжей,  затяжек  и  оттяжек;
• предварительное  напряжение  регулируемыми  распорками;
• регулировку  опор  путем  их  принудительного  смещения;
• устройство  шпренгелей;
• электротермический  способ;
• предварительный  выгиб  и  последующую  сварку  профилей  балок.

Соединение  элементов  стальных  конструкций  следует  предусматривать,  как  правило,  с  помощью  сварки  с  учетом  мероприятий по  подготовке  восстанавливаемых  конструкций  к  сварочным  работам (зачистка,  выравнивание  краев  разрыва,  засверливание  трещин  или узких  длинных  отверстий  и  т.  д.).

Не  исключается  применение  болтовых  соединений.

Для  элементов  усиления  следует  применять  сталь  того  же класса,  что  и  сталь  восстанавливаемой  конструкции.  Тип  электродов выбирается  в  соответствии  с  классом  стали  элемента  усиления.

Балки и прогоны.

Ремонт  (усиление)  балок  и  прогонов  следует  выполнять  при наличии  в  них  следующих  повреждений:

• общие  искривления  в  плоскости  большего  или  меньшего  моментов  инерции;
• скручивание;
• погнутости,  трещины,  пробоины;  надрывы  в  стенке.

Повреждения  могут  быть  частичными  и  комбинированными.

При  разработке  проектов  усиления  изгибаемых  элементов  следует  учитывать  следующие  требования:

• предусматривать  максимальную  разгрузку  балок  перед  усилением  от  временной  нагрузки  и  части  постоянных  нагрузок;
• ограничивать  объем  работ  по  усилению  участками,  в  которыхусиление  требуется по  расчету;
• предусматривать  такое  усиление,  при  котором  минимальные  сечения  дополнительных  деталей  позволят  максимально  увеличить  геометрические  характеристики  усиливаемых  сечений,  т.  е.  принимать расположение  усиливающих  деталей  на  возможно  большем  расстоянии  от  нейтральной  оси;
• предусматривать  минимальный  объем  сварки  в  потолочном  положении;
• производить  усиление  в  следующей  последовательности:  нижний пояс,  стенка,  верхний  пояс — во  избежание  сварочных  деформаций, увеличивающих  прогиб  (седловидность  балки)  до  недопустимых  величин.
• При  выборе  варианта  усиления  способом  увеличения  сечения  (рис.  2)  следует  учитывать  следующие  особенности:
• рис.  2,  А  — усиление  наиболее  простое,  но  отличается  большим объемом  потолочной  сварки  при  производстве  работ  без  демонтажа балок;
• рис.  2,  Б  —  ограничено  максимальной  шириной  нижней  накладки  В₁≤30 δ₁  из  условия обеспечения местной устойчивости  полки;
• рис.  2,  В,  Д,  Ж,  И,  О —  при  необходимости  размещать  усиливающие  детали  внутри  поясов;  однако  при  этом  возникают  трудоемкие  срезки  верхушек  ребер  и  подгонка  надставок  ребер  к  верхнему поясу  балок;
• рис.  2,  Е,  К  — при наличии круглых прутков и труб;
• рис.  2,  Л,  М,  Н  — при  увеличении  высоты  балок  за  счет  создания  дополнительного  нижнего  пояса,  если  это  допустимо  по  технологическим  габаритам.