УСТРОЙСТВО ДЛЯ УСИЛЕНИЯ НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЙ
DEVICE FOR BEARING STRUCTURES REINFORCEMENT

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для усиления несущих конструкций колонн, простенков и кирпичных столбов.
Известно устройство для усиления железобетонной колонны, содержащее установленную на колонну металлическую обойму, выполненную из вертикальных уголков, приваренных к металлическим пластинам, которые в свою очередь приварены к стержням рабочей продольной арматуры с помощью арматурных коротышей (Мальганов А.И., Плевков B.C., Полищук А.И. Восстановление и усиление ограждающих строительных конструкций зданий и сооружений. Атлас схем и чертежей. Томск. Томский межотраслевой ЦНТИ, 1990, 315 с. [схема приварки металлических уголков к рабочей арматуре колонны на листе 106]).
Недостатками известного устройства являются большие трудозатраты и высокая металлоемкость, а также снижение несущей способности колонны в момент производства работ из-за наличия следующих факторов: удаления защитного слоя арматуры; сильного разогрева при сварке продольных стержней рабочей арматуры; возможного уменьшения площади существующей продольной арматуры в местах приварки арматурных коротышей.
Известно также усиление колонн с помощью металлической обоймы, содержащей продольные уголки, соединенные между собой поперечными планками с возможностью обжатия, при этом для осуществления усиления продольные уголки устанавливают на колонну на растворе и временно прижимают к колонне струбцинами, а поперечные планки приваривают к продольным уголкам разогретыми до температуры 200-250°С (Мальганов А.И., Плевков B.C., Полищук А.И. Восстановление и усиление ограждающих строительных конструкций зданий и сооружений. Атлас схем и чертежей. Томск. Томский межотраслевой ЦНТИ, 1990, 315 с. [схема установки предварительно напряженных хомутов на листе 106])
Недостатками известного устройства являются: во-первых, низкая надежность из-за отсутствия возможности надежной фиксации контакта скругленной части внутренней поверхности вертикального уголка с угловой частью колонны, что может привести при обжатиях поперечными планками к нежелательным искривлениям и смещениям уголка по высоте в разных плоскостях; во-вторых, возможность локального перегрева бетона в местах разогрева поперечных планок; в-третьих, потребность в наличии дорогостоящего оборудования для осуществления контроля температуры при разогреве поперечных планок.
В качестве прототипа принято устройство, используемое в известном способе усиления железобетонных конструкций, при котором усиление осуществляют сборным железобетонным элементом, установленным на существующую поверхность усиливаемой конструкции и соединенным с ней для совместной работы посредством шпонок, образованных бетонированием отверстий, выполненных в сборном железобетонном элементе усиления и в усиливаемой конструкции (Патент РФ №2342506 С2, дата приоритета 10.11.2005, дата публикации 27.12.2008, авторы: Мурашкин Г.В. и др., RU, прототип).
Недостатками прототипа являются:
- во-первых, значительные габариты элемента усиления, что уменьшает полезный объем здания;
- во-вторых, низкая несущая способность материала элемента усиления - железобетона, при креплении его к усиливаемой конструкции в растянутой зоне;
- в-третьих, ограниченная область эффективного применения - для усиления изгибаемых конструкций;
- в-четвертых, значительная нагрузка от элемента усиления, что приводит к увеличению нагрузок на несущие элементы здания, а также на его основания и фундаменты.
Задачей изобретения является повышение эффективности устройства для усиления несущих конструкций путем уменьшения габаритных размеров усиленной конструкции, путем увеличения несущей способности усиливаемого элемента за счет возможности крепления к нему элементов усиления в растянутой и сжатой зонах, путем расширения области эффективного применения для усиления сжатых и внецентренно сжатых элементов, путем уменьшения нагрузок от элементов усиления за счет уменьшения веса элементов усиления.
Для решения поставленной задачи в устройстве для усиления несущих конструкций, включающем установленный на несущую конструкцию элемент усиления с отверстиями, связанный с усиливаемой несущей конструкцией для обеспечения совместной работы с помощью соединительных шпонок, расположенных в отверстиях элемента усиления, и в отверстиях, соосно выполненных в усиливаемой несущей конструкции, согласно изобретению, элемент усиления выполнен в виде металлической обоймы, охватывающей несущую конструкцию и состоящей из вертикальных элементов уголкового профиля, выполненных с перфорированными полками и соединенных между собой поперечными планками, причем отверстия в полках расположены рядами с одинаковым шагом и выполнены с возможностью образования соединительных шпонок заполнителем при бетонировании отверстий или при осуществлении обжатия перфорированных элементов металлической обоймы с помощью струбцин.
Согласно изобретению, отверстия в полках вертикальных элементов выполнены или круглыми, или овальными, или прямоугольными, или квадратными, или конической формы.
Согласно изобретению, в полках вертикальных элементов выполнены не сквозные круглые или конусообразные отверстия.
Согласно изобретению, отверстия в одной полке вертикальных элементов смещены на половину шага по отношению к отверстиям в смежной полке.
Согласно изобретению, отверстия в каждой полке вертикальных элементов выполнены двумя рядами.
Согласно изобретению, отверстия крайнего ряда в каждой полке вертикальных элементов выполнены большей величины по отношению к отверстиям промежуточного ряда.
Согласно изобретению, отверстия одного ряда в каждой полке вертикальных элементов смещены на половину шага по отношению к отверстиям другого ряда.
Согласно изобретению, поперечные планки металлической обоймы снабжены отверстиями под шпонки и соединены встык с полками вертикальных элементов уголкового профиля.
Согласно изобретению, контактирующие поверхности вертикальных элементов уголкового профиля металлической обоймы и усиливаемой конструкции выполнены с возможностью увеличения коэффициента трения.
Согласно изобретению, между вертикальными элементами уголкового профиля металлической обоймы и усиливаемой конструкцией расположен слой упругого материала.
Согласно изобретению, соединительные шпонки образованы мелкозернистой бетонной смесью, нанесенной на внутренние поверхности перфорированных элементов металлической обоймы с возможностью заполнения образующих шпонки упомянутых отверстий при осуществлении обжатия перфорированных элементов металлической обоймы с помощью струбцин.
Согласно изобретению, соединительные шпонки образованы безусадочной мелкозернистой бетонной смесью.
Согласно изобретению, соединительные шпонки образованы самонапрягаемым мелкозернистым бетоном.
Согласно изобретению, соединительные шпонки образованы мелкозернистым фибробетоном.
На фиг. 1 схематично изображено устройство для усиления несущих конструкций, общий вид; на фиг. 2 - то же в варианте, когда поперечные планки приварены встык к вертикальным элементам уголкового профиля; на фиг. 3 схематично изображено устройство для усиления несущих конструкций в варианте с отверстиями прямоугольной формы, общий вид; на фиг. 4 схематично изображен вертикальный элемент уголкового профиля с двумя рядами сквозных отверстий в каждой полке, выполненных разных размеров и расположенных в одном уровне; на фиг. 5 - сечение А-А на фиг. 4; на фиг. 6 схематично изображен вертикальный элемент уголкового профиля с двумя рядами сквозных отверстий в каждой полке, выполненных разных размеров и расположенных в разных уровнях; на фиг. 7 - сечение Б-Б на фиг. 6; на фиг. 8 схематично изображено устройство для усиления несущих конструкций, общий вид, вариант присоединения поперечных планок к вертикальным элементам внахлест, а также, когда отверстия в одной полке смещены на половину шага по отношению к отверстиям в смежной полке; на фиг. 9 - то же, вариант присоединения поперечных планок к вертикальным элементам встык, а также, когда отверстия в одной полке смещены на половину шага по отношению к отверстиям в смежной полке; на фиг. 10 - сечение В-В на фиг. 8; на фиг. 11 - сечение Г-Г на фиг. 8; на фиг. 12 - сечение Д-Д на фиг. 9; на фиг. 13 - сечение E-Ε на фиг. 9.
Устройство для усиления несущих конструкций содержит установленный на усиливаемую несущую конструкцию, например колонну 1, элемент усиления, связанный с усиливаемой конструкцией для обеспечения совместной работы. Элемент усиления выполнен в виде металлической обоймы 2, охватывающей несущую конструкцию и состоящей из вертикальных элементов уголкового профиля 3, соединенных между собой поперечными планками 4 (фиг. 1). Для обеспечения совместной работы усиливаемой конструкции и металлической обоймы в полках вертикальных элементов уголкового профиля 3, а также в колонне 1 соосно выполнены отверстия 5, образующие при заполнении, например, мелкозернистой бетонной смесью соединительные шпонки 6. Отверстия 5, выполняемые в ряд (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3), образуют перфорированные полки вертикальных элементов уголкового профиля 3. При этом отверстия 5 могут быть выполнены круглой или иной формы, а также сквозными и не сквозными, в частности, в виде:
- овальных, квадратных, прямоугольных, конусообразных сквозных вырезов (условно не показано);
- круглых или конусообразных не сквозных вырезов (условно не показано);
- двух (или более) круглых сквозных одинаковых вырезов в каждой полке вертикального элемента, находящихся в одном сечении (условно не показано);
- двух (или более) круглых сквозных вырезов разного диаметра в каждой полке вертикального элемента, находящихся в одном сечении (фиг. 4, фиг. 5);
- двух (или более) круглых сквозных вырезов разного диаметра в каждой полке вертикального элемента, находящихся в разных сечениях (фиг. 6, фиг. 7), при этом отверстия малых диаметров смещены по отношению к отверстиям больших диаметров, являющихся крайними, на половину шага.
Для обеспечения более надежного контакта металлической обоймы и усиливаемой конструкции возможны также следующие конструктивные особенности и приемы.
Отверстия 5 в смежных гранях рекомендуется выполнять со смещением на половину шага (фиг. 8, фиг. 9 и фиг. 10-13).
Поперечные планки 4 металлической обоймы могут быть снабжены отверстиями под шпонки и при этом соединены встык с полками вертикальных элементов уголкового профиля 3 (фиг. 2, фиг. 9).
Контактирующие поверхности вертикальных элементов уголкового профиля металлической обоймы и усиливаемой колонны могут быть выполнены с возможностью увеличения коэффициента трения. При этом поверхности колонны 1 для обеспечения шероховатости могут быть снабжены насечками, а внутренние поверхности вертикальных элементов 3 могут быть подвергнуты, например, пескоструйной обработке.
Между вертикальными элементами уголкового профиля металлической обоймы и усиливаемой конструкцией может быть расположен слой упругого материала.
Для образования соединительных шпонок 6 могут быть использованы разные приемы и материалы. Шпонки 6 могут быть образованы мелкозернистой бетонной смесью, безусадочной мелкозернистой бетонной смесью, самонапрягаемым мелкозернистым бетоном или мелкозернистым фибробетоном. При этом одним из возможных приемов для образования шпонок может быть нанесение мелкозернистой бетонной смеси на внутренние поверхности перфорированных вертикальных элементов металлической обоймы, устанавливаемых в проектное положение с последующим прижатием их к колонне с помощью струбцин, сопровождающимся выжиманием излишек бетонной смеси с заполнением всех отверстий перфорированных элементов. Данный прием выполнен в конструкции на фиг. 8 и отражен на фиг. 10 и фиг. 11.
Уменьшение габаритных размеров усиленной конструкции обеспечивается возможностью обжатия вертикальных элементов обоймы струбцинами до полного прилегания внутренних полок к телу колонны с полным выжиманием бетонной смеси, при этом углы 7 колонны предварительно должны быть притуплены для контакта с внутренним закруглением полок (фиг. 10-13).
Как вариант, возможно также выполнение шпонок известным приемом, основанным на бетонировании отверстий, совместно выполненных в элементе усиления (металлической обойме) и в усиливаемом элементе (колонне). Данный прием может быть выполнен, например, в конструкции, изображенной на фиг. 9, и отражен на фиг. 12 и фиг. 13.
Технический результат, достигаемый предложенным устройством для усиления несущих конструкций, заключается в уменьшении габаритных размеров усиленной конструкции, в увеличении ее несущей способности, в расширении области эффективного применения для усиления сжатых и внецентренно сжатых элементов и в уменьшении нагрузок от элементов усиления.
При этом преимущества заявляемого устройства для усиления несущих конструкций, обеспечивающие указанный технический результат, обусловлены использованием в качестве элемента усиления металлической обоймы, охватывающей усиливаемую конструкцию, как в растянутой, так и в сжатой зонах с возможностью совместной работы за счет соединительных шпонок.