УСТРОЙСТВО ДЛЯ УСИЛЕНИЯ НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЙ
DEVICE FOR AMPLIFICATION OF BEARING STRUCTURES

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для усиления несущих конструкций колонн, простенков и кирпичных столбов.
Известно устройство для усиления железобетонной колонны, включающее преднапряженную металлическую обойму с напрягающим приспособлением, соединенным с колодками-пластинами, обрамляющими консольную часть колонны, напрягающее приспособление выполнено в виде верхнего подвижного и соединенного с верхней частью металлической обоймы нижнего неподвижного обрамлений колонны, соединенных между собой распорным приспособлением, при этом неподвижное обрамление шарнирно соединено с колодками-пластинами посредством подкосов, а подвижное обрамление шарнирно соединено с подкосами посредством тяг (Авторское свидетельство СССР №1399435, дата приоритета 15.10.1985, дата публикации 30.05.1988, авторы Буш И.Ф. и Гарагаш Б.А., RU).
Недостатком известного устройства является ограниченная область применения, что обусловлено использованием его для усиления колонн с капителью или с консольными частями, и высокая материалоемкость.
Известно устройство для усиления сжатых железобетонных элементов, преимущественно колонн эксплуатируемых зданий, содержащее пространственный арматурный каркас с предварительно напряженными посредством прижимного приспособления сжатыми арматурными элементами, при этом арматурный каркас образован П-образными полукаркасами, сжатые арматурные элементы которых выполнены из гибких стержней, а прижимное приспособление выполнено в виде шарнирно соединенных съемных щитов с направляющими для фиксации арматурных стержней (Авторское свидетельство СССР №1189975, дата приоритета 03.02.1984, дата публикации 07.11.1985, авторы Захаров В.Ф.и др., RU).
Недостатками известного устройства являются ограниченная область применения, преимущественно для колонн, и повышенные трудозатраты при усилении колонн, связанные с использованием шарнирно соединенных съемных щитов для прижатия арматурных элементов пространственного каркаса к колонне, а также с фиксацией арматурных полукаркасов с помощью сварки.
Известно также устройство, используемое в известном способе усиления колонн, содержащее установленную на колонну металлическую обойму из вертикальных уголковых элементов, связанных поперечными планками, обжатую в продольном направлении распорным устройством и жестко соединенную с опираемыми на колонну конструкциями, при этом в качестве распорного устройства использован натяжной винт с гайкой, установленный на приваренном к обойме столике и взаимодействующий при обжатии с упорным элементом, закрепленным в верхней части обоймы (Авторское свидетельство СССР №607932, дата приоритета 07.02.1977, дата публикации 25.05.1978, автор Гусельников В.В., RU).
Недостатками известного устройства являются: во-первых, ограниченная область использования, обусловленная применением только для колонн, которые имеют в верхней части горизонтальную опорную поверхность для упорных элементов обоймы; во-вторых, высокая трудоемкость, связанная с креплением и демонтажем распорного устройства; в-третьих, большая материалоемкость из-за того, что после создания предварительного напряжения в конструкции обоймы остается приваренный столик распорного устройства.
В качестве прототипа принято устройство для усиления несущих конструкций, включающее установленную на несущую конструкцию металлическую обойму, выполненную из вертикальных элементов, соединенных между собой поперечными планками, распорное устройство, выполненное с возможностью воздействия на металлическую обойму в ее продольном направлении, при этом металлическая обойма жестко соединена с упорными элементами, распорное устройство образовано сборной траверсой, навешанной на металлическую обойму, и, по меньшей мере, двумя гидравлическими домкратами, устанавливаемыми в нижней части устройства для усиления и взаимодействующими верхней частью с навешанной на металлическую обойму сборной траверсой, выполненной из двух симметрично расположенных опорных швеллеров, соединенных между собой болтовыми соединениями с возможностью упора в поперечные планки обоймы и опирания на упомянутые домкраты, устанавливаемые под швеллерами траверсы, при этом домкраты оперты через распределительные устройства на установленные на слое раствора нижние упорные элементы (Патент РФ №2442867 C1, дата приоритета 16.08.2010, дата публикации 20.02.2012, авторы: Енджиевский Л.В. и др., RU, прототип).
Недостатками прототипа являются: во-первых, низкая эффективность предварительного напряжения в связи с обжатием только части обоймы на участке между поперечными планками, служащими упорами сборной траверсы, и верхним окончанием обоймы; во-вторых, высокая материалоемкость, обусловленная необходимостью устройства достаточно массивных поперечных планок для упора сборной траверсы, а также сварных швов их крепления к стальным уголкам обоймы.
Задачей изобретения является повышение эффективности предварительного напряжения за счет осуществления обжатия стальной обоймы по всей ее длине, а также уменьшение материалоемкости стальной обоймы за счет применения облегченных поперечных планок, находящихся вблизи траверсы, из-за уменьшения действующих на них нагрузок и усовершенствования распорного устройства.
Для решения поставленной задачи в устройстве для усиления несущих конструкций, включающем установленную на несущую конструкцию металлическую обойму, выполненную из вертикальных элементов уголкового профиля, соединенных между собой поперечными планками, распорное устройство, выполненное с возможностью воздействия на металлическую обойму в ее продольном направлении, при этом металлическая обойма жестко соединена с упорными элементами, распорное устройство образовано сборной траверсой, взаимодействующей с металлической обоймой, и двумя гидравлическими домкратами, устанавливаемыми в нижней части устройства для усиления и взаимодействующими верхней частью со сборной траверсой, при этом домкраты оперты на установленные на слое раствора нижние упорные элементы, согласно изобретению сборная траверса выполнена из связанных между собой элементов, охватывающих нижнюю часть металлической обоймы с возможностью воздействия на нижние торцы вертикальных элементов обоймы для передачи усилия предварительного напряжения, при этом траверса содержит стянутые во взаимно перпендикулярных направлениях посредством стяжек стойки уголкового профиля, охватывающие вертикальные элементы обоймы, и два горизонтально расположенных со стороны установки домкратов опорных уголка, соединенных между собой болтовыми соединениями, причем одним концом каждый опорный уголок жестко соединен со стойкой, а вторым концом размещен под верхним опорным элементом траверсы, жестко закрепленным на конце смежной стойки с возможностью образования шарнирного узла опирания, в основании стоек на торцах жестко закреплены Г-образные опорные элементы траверсы, выполненные с возможностью взаимодействия с нижними торцами вертикальных элементов обоймы и передачи на них усилия предварительного напряжения.
Согласно изобретению между вертикальными элементами обоймы и стойками траверсы с Г-образными опорными элементами дополнительно введен слой упругого материала.
Согласно изобретению стойки траверсы выполнены с внутренним неокругленным углом.
Согласно изобретению поверхности Г-образных опорных элементов в основании стоек траверсы, контактирующие с нижними торцами вертикальных уголков обоймы усиления, обработаны с возможностью увеличения коэффициента трения.
На фиг. 1 схематично изображено устройство для усиления несущих конструкций, устанавливаемое в нижней части обоймы, общий вид; на фиг. 2 - то же, вид сбоку; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 5 -разрез В-В на фиг. 1; на фиг. 6 - разрез Г-Г на фиг. 1; на фиг. 7 - разрез Д-Д на фиг. 6; на фиг. 8 схематично изображен Г-образный опорный элемент траверсы; на фиг 9 изображено устройство для усиления несущих конструкций в изометрии; на фиг 10 изображена часть поэлементной схемы сборки траверсы.
Устройство для усиления несущих конструкций содержит установленную на несущую конструкцию, например колонну 1, металлическую обойму 2, выполненную из вертикальных элементов уголкового профиля 3, соединенных между собой поперечными планками 4 (фиг. 1). Для создания предварительного напряжения в металлической обойме по всей ее высоте устройство для усиления несущих конструкций содержит устанавливаемое в нижней части распорное устройство, выполненное с возможностью воздействия на металлическую обойму снизу в ее продольном направлении. Распорное устройство образовано сборной траверсой 5, взаимодействующей с металлической обоймой 2, и двумя гидравлическими домкратами 6, взаимодействующими верхней частью со сборной траверсой 5, выполненной из связанных между собой элементов, охватывающих нижнюю часть металлической обоймы 2 с возможностью воздействия на нижние торцы вертикальных элементов 3 обоймы для передачи усилия предварительного напряжения. При этом траверса 5 содержит стянутые во взаимно перпендикулярных направлениях стойки 7 уголкового профиля, охватывающие вертикальные элементы 3 обоймы, и два горизонтально расположенных со стороны установки домкратов 6 опорных уголка 8, соединенных между собой болтовыми соединениями с использованием стяжных шпилек 9, обеспечивающих плотное прилегание стоек 7 траверсы к обойме со стороны установки домкратов 6. Каждый горизонтальный опорный уголок 8 при этом одним концом жестко соединен со стойкой 7, а вторым концом размещен под верхним опорным элементом 10 траверсы, выполненным в виде уголка с ребром и жестко закрепленным на конце смежной стойки с возможностью образования шарнирного узла опирания, повышающего надежность сборной траверсы при передаче с нее усилия предварительного напряжения на обойму. Для обеспечения плотного прилегания стоек 7 траверсы со сторон, не предусматривающих установку домкратов 6, упомянутый второй конец опорного уголка 8 снабжен жестко закрепленной на его вертикальной полке пластиной 11 со стяжной шпилькой 12, а на смежной стойке жестко закреплена взаимодействующая со стяжной шпилькой 12 пластина 13 с ответным овальным отверстием 14, в которое заводится шпилька 12 и закрепляется гайкой. В основании стоек 7 на торцах жестко закреплены Г-образные опорные элементы 15 траверсы с возможностью взаимодействия с нижними торцами вертикальных элементов 3 обоймы и передачи на них усилия предварительного напряжения (фиг. 7). При этом на фиг. 8 схематично показаны пунктирные линии контакта Г-образных опорных элементов 15 со стойками 7 траверсы. Кроме того, стойки 7 траверсы со стороны расположения домкратов 6 выполнены со скосами 16 в нижних частях для обеспечения приварки к обойме 2 нижних упорных элементов 17, предназначенных для опирания домкратов 6 и устанавливаемых перед обжатием на слое цементно-песчаного раствора.
Для создания более эффективного процесса предварительного напряжения металлической обоймы по всей ее высоте и увеличения долговечности траверсы рекомендуется использование стоек 7 траверсы с внутренним неокругленным углом, а также увеличение коэффициента трения между торцевым окончанием вертикальных элементов 3 обоймы и Г-образными опорными элементами 15 в основании стоек 7 траверсы. При этом для увеличения коэффициента трения рекомендуется выполнение торцевых окончаний вертикальных уголковых элементов 3 стальной обоймы с ровной поверхностью, а поверхности Г-образных опорных элементов 15 в основании стоек траверсы, контактирующие с нижними торцами вертикальных элементов 3 обоймы усиления, рекомендуется подвергать, например, пескоструйной обработке. Кроме того, для увеличение коэффициента трения могут быть использованы упругие элементы, например резиновые подкладки (условно не показано).
После выполнения монтажа устройства осуществляют обжатие металлической обоймы 2 гидравлическими домкратами 6, подключенными к одной насосной станции и обеспечивающими одинаковое силовое воздействие распора, передаваемое через сборную траверсу 5 металлической обойме 2. При достижении расчетных усилий металлическую обойму 2 жестко соединяют сваркой с упорными элементами 17, после чего распорное устройство демонтируют для повторного применения, а металлическая обойма включается в работу.
Технический результат, достигаемый предложенным устройством для усиления несущих конструкций, заключается в повышении эффективности предварительного напряжения за счет осуществления обжатия стальной обоймы по всей ее длине, а также в уменьшении материалоемкости стальной обоймы за счет применения облегченных поперечных планок, находящихся вблизи траверсы, из-за уменьшения действующих на них нагрузок в связи с усовершенствованием распорного устройства, обеспечивающего передачу усилий непосредственно на вертикальные элементы обоймы через нижние торцевые окончания.