Способ усиления железобетонной фермы
METHOD FOR REINFORCING A REINFORCED CONCRETE TRUSS

Изобретение относится к строительству, а именно к усилениям строительных конструкций, и может быть использовано для усиления железобетонных ферм, требующих восстановления несущей способности вследствие воздействия на них нерасчетных нагрузок в период эксплуатации зданий и сооружений.
В настоящее время известны различные технические решения, относящиеся к усилению ферм зданий и сооружений. Известен «Способ усиления пояса в узле трубчатой фермы» по патенту RU 2756260 С1 от 28.09.2021 г. Данный способ реализуется путем создания отверстия, в которое вставляют выступающую стальную втулку с последующей приваркой, затем через стальную втулку пропускают мешок из ткани. После ряда технологических операций указанный мешок заполняется бетонной смесью, которая при твердении обеспечивает повышение жесткости узла. Вместе с тем, данное решение не позволяет повысить несущую способность в середине пролета фермы и, исходя из этого, носит частный характер.
Известен «Способ усиления центрально сжатых стержней стальных уголковых ферм покрытия» по патенту на изобретение RU 2275483 С2 от 27.04.2006 г. Сущность указанного решения состоит в том, что после обычной наплавки соединительных швов по концам усиливаемых стержней и в нескольких промежуточных сечениях производится увеличение промежуточных швов на спаренных полках уголков основных стержней. Размеры этих швов предусматриваются таким образом, чтобы быть достаточными для создания сварочных прогибов, равных по величине смещениям центров тяжести сечений, появляющихся при примыкании дополнительных элементов. Данное решение ограничивается также исключительно решением вопроса усиления частных элементов конструкции.
Известен «Способ реконструкции и усиления приопорных частей железобетонных балок» по патенту на изобретение RU 2754840 С1 от 8.09.2021 г. Решение заключается в установке на опору с двух сторон железобетонной балки усиливающего механизма, состоящего из пары стержней, расположенных под острым углом другу к другу, и натяжного приспособления в виде муфты со штырем-упором. Данный способ позволяет частично разгрузить балку, однако не обеспечивает в полной мере уменьшение значения внутренних усилий, возникающих в середине пролета конструкции.
Наиболее близким аналогом, принятым в качестве прототипа заявляемого способа, является техническое решение по усилению с помощью известного «Устройства для усиления балки промежуточной жесткой опорой» по патенту на изобретение RU 2711375 С1 от 18.02.2019 г. Данное устройство включает в себя фундамент, комбинированную раздвижную трубчатую стойку с консольными выступами, домкраты и пакет стальных пластин. Стойка в указанном устройстве состоит из двух труб - внутренней опорной неподвижной и наружной съемной подвижной, причем, к торцам внутренней трубы приварены базовая и распределительная плиты, к боковой поверхности съемной трубы вверху и внизу приварены по две консоли П-образного сечения из листов толщиной 6…8 мм, расположенные симметрично относительно продольной оси трубы, при этом рабочая поверхность верхних консолей расположена на 50…80 мм выше торца съемной трубы, а поверхность нижних консолей находится в уровне торца этой трубы.
Недостатком усиления с помощью данного устройства является увеличение вероятности обрушения конструкции фермы в случае ее усиления с применением данного решения в случае дальнейшего снижения эксплуатационной пригодности фермы при различных нерасчетных воздействиях на сооружение. Отсутствие решений в указанном устройстве по использованию бетона является ограничением в достижении необходимого распорного усилия в середине пролета фермы.
Задача изобретения заключается в повышении надежности строительных конструкций, поврежденных при эксплуатации в ходе различных нерасчетных воздействий.
Технический результат заключается в повышении несущей способности и предотвращении разрушения железобетонной фермы после влияния динамических нагрузок путем устройства стойки для получения распорного усилия.
Указанный технический результат достигается следующий образом. Общими признаками прототипа и заявляемого способа является то, что усиление заключается в установке трубчатой стойки из двух труб.
Отличительными признаками заявляемого способа являются:
1. дополнительное использование стальных пластин толщиной 10 миллиметров, анкеров, металлической заглушки, металлической втулки, шарового крана, бетоновода и подача бетонной смеси;
2. заблаговременное определение середины пролета фермы, положения верхних и нижних стальных пластин;
3. совмещение оси, проходящей через перекрестие диагоналей пластин, с вертикальной осью, проходящей через нижний пояс фермы в середине пролета;
4. крепление анкерами к основанию сооружения на уровне чистого пола двух предварительно сваренных по контуру стальных пластин толщиной 10 миллиметров;
5. заблаговременное выполнение в верхней пластине на перекрестии диагоналей отверстия диаметром на 2 миллиметра больше диаметра внешней трубы;
6. крепление анкерами к нижней грани нижнего пояса фермы двух предварительно сваренных по контуру стальных пластин толщиной 10 миллиметров;
7. заблаговременное выполнение в нижней пластине на перекрестии диагоналей отверстия диаметром на 2 миллиметра больше диаметра металлической заглушки;
8. устройство внешней трубы с предварительно нарезанной в верхней части внутренней резьбой в выполненное отверстие в верхней стальной пластине, прикрепленной к основанию сооружения;
9. устройство отверстия в верхней части внутренней трубы от верхнего среза на расстоянии, превышающем длину металлической заглушки на 30 миллиметров, с последующей приваркой металлической втулки с шаровым краном на конце;
10. устройство металлической заглушки в верхнюю часть внутренней трубы на глубину, равную двум третям длины металлической заглушки;
11. устройство внутренней трубы в верхнюю часть внешней трубы для достижения соосности с отверстиями в стальных пластинах основания сооружения и нижней грани нижнего пояса фермы;
12. регулировка соединения внешней и внутренней труб и металлической заглушки до обеспечения неподвижности труб;
13. монтаж бетоновода к шаровому крану в верхней части внутренней металлической трубы с последующей подачей бетонной смеси до полного заполнения внутреннего объема труб;
14. вывинчивание металлической заглушки с продолжением подачи бетонной смеси до достижения требуемого распорного усилия в трубах;
15. перекрытие шарового крана с последующим прекращением подачи бетонной смеси и демонтажом бетоновода;
16. отпил металлической втулки от верхней части внутренней трубы после достижения бетоном проектной прочности;
17. выполнение шага резьбы внутренней и внешней труб и металлической заглушки одинаковым;
18. наличие внутренней резьбы в верхней части внешней трубы, наличие внешней резьбы в нижней части и внутренней резьбы в верхней части внутренней трубы, наличие внешней резьбы по всей длине металлической заглушки;
19. нанесение резьбы на внешней и внутренней трубах и металлической заглушке для обеспечения распора между основанием сооружения на уровне чистого пола и нижней гранью нижнего пояса фермы.
Совместное применение в заявляемом способе указанных отличительных признаков позволяет получить положительный эффект, который заключается в том, что предотвращается разрушение железобетонной фермы за счет повышения несущей способности после различных нерасчетных воздействий путем снижения абсолютного значения изгибающего момента в середине пролета фермы.
Изобретение пояснено чертежами.
На фигуре 1 представлена технологическая схема усиления железобетонной фермы заявленным способом. На фигуре 2 представлена схема разреза по уровню металлической заглушки с видом на нижнюю грань нижнего пояса фермы (вид сверху). На фигуре 3 представлена схема подачи бетонной смеси от бетоновода через шаровой кран и металлическую втулку к внешней трубе распорной стойки.
На фигурах 1, 2 и 3 используются следующие обозначения арабскими цифрами и латинскими буквами:
1 - верхняя стальная пластина, прикрепленная к основанию сооружения;
2 - нижняя стальная пластина, прикрепленная к основанию сооружения;
3а - анкер;
3b - проектное положение анкера после ввинчивания в основание сооружения через стальные пластины;
4 - гайка;
5 - отверстие в верхней стальной пластине, прикрепленной к основанию сооружения;
6 - внутренняя труба;
7 - внешняя труба;
8 - металлическая втулка;
9 - шаровой кран;
10 - металлическая заглушка;
11а - анкер;
11b - проектное положение анкера после ввинчивания в поверхность нижней грани нижнего пояса фермы;
12 - гайка;
13 - отверстие в нижней стальной пластине, прикрепленной к нижней грани нижнего пояса фермы;
14 - верхняя стальная пластина, прикрепленная прикрепленной к нижней грани нижнего пояса фермы;
15 - нижняя стальная пластина, прикрепленная прикрепленной к нижней грани нижнего пояса фермы;
16 - бетоновод;
17 - железобетонная ферма;
18 - разрез фигуры.
Поскольку усиление железобетонной фермы возможно осуществить неоднократно предложенным способом, данный способ является промышленно применимым.
Применение способа усиления железобетонной фермы после техногенных воздействий осуществляется следующим образом. Для создания распорной конструкции в середине пролета железобетонной фермы используются трубчатая стойка из двух труб (6 и 7), а также стальные пластины (1, 2, 14 и 15) толщиной 10 миллиметров, анкеры (3а и 11а), металлическая заглушка (10), металлическая втулка (8), шаровой кран (9) и бетоновод (16). При этом внешняя труба (7) имеет внутреннюю резьбу в верхней части, внутренняя труба (6) имеет внешнюю резьбу в нижней части и внутреннюю резьбу в верхней части, а металлическая заглушка (10) имеет внешнюю резьбу по всей длине; резьба на внешней и внутренней трубах (7 и 6) и металлической заглушке (10) наносится так, чтобы обеспечить распор между основанием сооружения на уровне чистого пола и нижней гранью нижнего пояса фермы (17), а шаг резьбы внутренней и внешней труб (6 и 7) и металлической заглушки (10) выполняется одинаковым.
На первом этапе для установки трубчатой стойки определяется середина пролета железобетонной фермы (17); принимается решение о положении верхних и нижних стальных пластин (1, 2, 14 и 15), причем ось, проходящая через перекрестие диагоналей пластин (1, 2, 14 и 15), совмещается с вертикальной осью, проходящей через нижний пояс фермы (17) в середине пролета.
На следующем этапе осуществляется крепление анкерами (3а) к основанию сооружения на уровне чистого пола двух предварительно сваренных по контуру стальных пластин (1, 2) толщиной 10 миллиметров. При этом в верхней пластине (1) заблаговременно на перекрестии диагоналей выполняется отверстие (5) диаметром на 2 миллиметра больше диаметра внешней трубы (7) для обеспечения беспрепятственного прохождения внешней трубы (7) в полученный проем. Далее, реализуется крепление анкерами (11а) к нижней грани нижнего пояса фермы (17) двух предварительно сваренных по контуру стальных пластин (14, 15) толщиной 10 миллиметров. При этом, в нижней пластине (15) заблаговременно на перекрестии диагоналей выполняется отверстие (13) диаметром на 2 миллиметра больше диаметра металлической заглушки (10). После выполнения указанных работ осуществляется устройство внешней трубы (7) с предварительно нарезанной в верхней части внутренней резьбой в выполненное отверстие (5) в верхней стальной пластине, прикрепленной к основанию сооружения (1). Затем осуществляется устройство отверстия в верхней части внутренней трубы (6) от верхнего среза на расстоянии, превышающем длину металлической заглушки (10) на 30 миллиметров. К указанному отверстию приваривается металлическая втулка (8) с шаровым краном (9) на конце. Далее металлическая заглушка (10) ввинчивается в верхнюю часть внутренней трубы (6) на глубину, равную двум третям длины металлической заглушки (10). Данное действие выполняется для обеспечения возможности изменения высоты формируемой трубчатой стойки путем вращения металлической заглушки (10). Следующим этапом осуществляется устройство внутренней трубы (6) в верхнюю часть внешней трубы (7) с целью достижения соосности с отверстиями в стальных пластинах основания сооружения и нижней грани нижнего пояса фермы (1, 2, 14 и 15). После указанных операций соединение внешней и внутренней труб (6 и 7) и соединение внутренней трубы (6) и металлической заглушки (10) регулируется с целью обеспечения неподвижности труб, замкнутых между стальными пластинами (1,2, 14 и 15) основания сооружения и нижней грани нижнего пояса фермы (17). После получения распорной конструкции бетоновод (16) монтируется к шаровому крану (9) крану в верхней части внутренней трубы (6). Затем осуществляется подача бетонной смеси под давлением через бетоновод (16) до полного заполнения внутреннего объема труб (6 и 7). При появлении затруднения в подачи бетонной смеси осуществляется плавное вывинчивание металлической заглушки (10) с одновременной подачей бетонной смеси на меньшей скорости с целью получения необходимого распорного усилия в трубах (6 и 7) образовавшейся конструкции. При невозможности дальнейшей подачи бетонной смеси под давлением через металлическую втулку (8) шаровой кран (9) перекрывается, подача бетонной смеси прекращается, а бетоновод демонтируется (16).
После достижения бетоном проектной прочности (28 суток) металлическая втулка (8), находящаяся на внутренней трубе (6), отпиливается.
Использованные источники
1. Патент на изобретение RU 2756260 С1 от 28.09.2021 г. «Способ усиления пояса в узле трубчатой фермы».
2. Патент на изобретение RU 2275483 С2 от 27.04.2006 г. «Способ усиления центрально сжатых стержней стальных уголковых ферм покрытия».
3. Патент на изобретение RU 2754840 С1 от 8.09.2021 г. «Способ реконструкции и усиления приопорных частей железобетонных балок».
4. Патент на изобретение RU 2711375 С1 от 18.02.2019 г. «Устройство для усиления балки промежуточной жесткой опорой». - прототип.