Экспериментальные исследования железобетонной колонны, усиленной наращиванием сечения

УДК 624.12.45

Д.Г. КОПАНИЦА, докт. техн. наук, профессор,

С.Л. КАПАРУЛИН, канд. техн наук,

Е.В. ВАСИЛЬЕВА

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННОЙ КОЛОННЫ, УСИЛЕННОЙ НАРАЩИВАНИЕМ СЕЧЕНИЯ

Приводятся результаты экспериментальных исследований железобетонной колонны каркаса градирни при выполнении работ по усилению наращиванием сечения. Исследована прочность керна, высверленного из тела усиленной колонны. Проведены георадар-ные исследования, позволившие выявить промежуточный слой между старым и свежим бетоном. Получены соответствующие георадарные профили. Обсуждается расчетная схема усиленной колонны для численного расчета с использованием прикладного программного пакета SCAD.

Объектом исследований является железобетонная колонна каркаса градирни в процессе выполнения работ по усилению наращиванием сечения. Градирня ЗАО «Метанол» Томского нефтехимического комбината представляет собой каркасное сооружение с размерами в плане 12x24 м и высотой 17,3 м. Каркас выполнен из железобетонных колонн сплошного сечения 40x60 см и ригелей сечением 80x30 см. На ригелях верхнего яруса установлена сборномонолитная плита покрытия. На ней расположены два двигателя, вращающие лопасти вентиляторов диаметром 3 м. Действие динамических нагрузок и длительная эксплуатация в неблагоприятных условиях привели к деструктивным процессам в бетоне, особенно в конструкциях колонн первого яруса. В колоннах появились дефекты, свидетельствующие о невозможности дальнейшей эксплуатации сооружения (рис. 1, а).

Рис. 1. Колонна первого яруса каркаса:

а - до усиления; б - после устройства железобетонной обоймы

Для устранения выявленных разрушений было выполнено усиление колонн первого яруса путем наращивания сечения (рис. 1, б). После устройства железобетонных обойм и выдержки бетона в течение 28 суток из тела усиленных колонн были извлечены керны диаметром 130 мм, высверленные алмазной коронкой на глубину 450 мм, равной половине высоты сечения восстановленной колонны. Прочность колонны по сечению определялась измерением прочности бетона по длине керна. Измерения проведены ультразвуковым прибором «Бетон-22М» (заводской № 22 по ГОСТ 17624-87 и ГОСТ 18105-86). Внешний слой равен толщине обоймы 150 мм и имеет прочность 30,4 МПа. Прочность бетона старой колонны составила 13,6 МПа. При извлечении из тела колонны керн переломился по месту сопряжения старого и свежего бетона. Поверхность излома керна показана на рис. 2, а. Бугристый рельеф поверхности характеризуется включениями гравия в низкопрочную среду старого бетона. Измерениями выделен промежуточный слой, включающий в себя бугристую поверхность старого бетона с проникшим в нее цементным молочком. Оценка качества проведенных работ сопровождалась георадарными исследованиями, позволившими получить профили продольного сечения колонны на всю ее высоту. На рис. 2, б показан характерный георадарный профиль, на котором слева виден светлый тон старого бетона, а справа - черный цвет бетона обоймы. Между ними находится промежуточный слой, включающий в себя поверхность старого бетона, пропитанную цементным молочком.

Рис. 2. Поверхность сопряжения старого и свежего бетона после усиления колонны:

а - поверхность излома керна; б - георадарный профиль зоны сопряжения старого и свежего бетона

На георадарном профиле видно, что промежуточный слой обладает весьма сложной формой и сцепление старого слоя с новым происходит в основном за счет механического взаимодействия. Анализируя форму промежуточного слоя, можно выделить механические связи препятствующие отрыву конструкции обоймы и сдвигу ее в продольном направлении. Наложение сетки на площадь промежуточного слоя показало, что сдвигу препятствует 52 % свежего и 48 % старого бетона. Несущая способность промежуточного слоя на сдвиг получается выше, чем сопротивление старого бетона. Таким образом,

имитация связей между новым и старым бетоном на отрыв и сдвиг может быть принята в виде связей, прочность и деформации которых соответствуют прочности и деформациям бетона колонны до усиления. Интерпретация связей может быть проведена в виде стержневых элементов, расположенных между бетоном колонны и обоймы.

D.G.KOPANITSA, S.L.KAPARULIN, E.B.BASILEBA

EXPERIMENTAL RESEARCH OF REINFORCED-CONCRETE COLUMN STRENGHENED BY CROSSSECTION EXTENSION

The results of experimental research of reinforced-concrete columns of water-cooling tower when conducted the works on strengthening of cross section by extension are given. The strength of kernel drilled from the body of strengthened column was investigated. Georadar investigations helping to find out the intermediate layer between old and new concrete were carried out. The corresponding georadar profiles were obtained. The calculation scheme of strengthened column for numerical computation with the use of SCAD file program is discussed.