КОНСТРУКЦИЯ УСИЛЕНИЯ СЖАТО-ИЗОГНУТОГО МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ЭЛЕМЕНТА И СПОСОБ ЕЕ МОНТАЖА
STRUCTURE TO STRENGTHEN COMPRESSED-BENT METAL ELEMENT AND METHOD OF ITS ASSEMBLY

Изобретение относится к области строительства и касается устройства и способа усиления сжато-изогнутых металлических элементов, находящихся в составе здания или сооружения в процессе их эксплуатации.
Известно устройство и способ усиления сжато-изогнутых стержней с использованием дополнительных стальных элементов, привариваемых к усиливаемому элементу (Валь В.Н. и др. «Усиление стальных каркасов одноэтажных производственных зданий при их реконструкции». - М.: Стройиздат, 1987, стр.160-162, рис.6.14) (1).
Недостатком устройства и способа усиления известного решения (1) является невозможность использования сварки при высоком уровне напряжений в усиливаемом элементе. Для выполнения сварки стержень должен быть предварительно разгружен, что существенно увеличивает трудоемкость усиления.
Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению является устройство усиления металлического элемента, включающее усиливаемый элемент с искривленной осью, расположенный внутри составной, симметричной обоймы, заполненной связующим материалом (SU 1054531, 15.11.1983) (2).
Из этого же источника информации (2) известен способ усиления металлического элемента, включающий установку обоймы вокруг усиливаемого элемента и заполнение ее связующим материалом.
Технический результат изобретения - повышение устойчивости высоконагруженных металлических элементов без их предварительной разгрузки.
Данный технический результат достигается за счет того, что конструкция усиления сжато-изогнутого металлического элемента, включающая усиливаемый элемент с искривленной осью, расположенный внутри составной обоймы, заполненной связующим материалом, снабжена фиксирующими элементами, обойма выполнена несъемной, с сечением, симметричным относительно главных центральных осей, с внутренним размером, превышающим размер сечения усиливаемого элемента в направлении наибольшего искривления на удвоенное максимальное значение стрелки искривления, а ось обоймы совпадает с осью, проходящей через центры тяжести опорных сечений усиливаемого элемента, при этом фиксирующие элементы установлены в торцевых зонах обоймы и проходят через нее с прикреплением противоположных концов на внешней поверхности обоймы.
Составные части обоймы могут быть выполнены из листовых, гнутых или криволинейных элементов.
Кроме того, технический результат достигается за счет того, что в способе усиления сжато-изогнутого металлического элемента, включающего установку обоймы вокруг усиливаемого элемента и заполнение ее связующим материалом, перед установкой обоймы производят измерение максимального значения стрелки искривления усиливаемого элемента, затем устанавливают обойму, изготовленную с внутренним размером, превышающим размер сечения усиливаемого элемента в направлении наибольшего искривления на удвоенное максимальное значение стрелки искривления, через заранее выполненные в обойме отверстия пропускают фиксирующие элементы, закрепляют их на внешней поверхности обоймы, обеспечивая совмещение оси обоймы с центрами тяжести опорных сечений усиливаемого элемента.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена конструкция усиления сжато-изогнутого металлического элемента; на фиг.2 - сечения 1-1 и 2-2 на фиг.1; на фиг.3 - сечение 3-3 на фиг.1; на фиг.4 - вариант устройства обоймы из криволинейных элементов; на фиг.5 - вариант устройства обоймы из гнутых элементов; на фиг.6 - вариант устройства обоймы из листовых элементов.
Усиливаемый металлический элемент (1) с искривленной осью, являющийся частью строительной конструкции (2), располагается внутри составной, симметричной обоймы (3), заполненной связующим материалом (4). Части обоймы соединены в стыках (5). Обойма выполнена несъемной, с сечением, симметричным относительно главных центральных осей, с внутренним размером d, превышающим размер усиливаемого элемента h в направлении его наибольшего искривления на удвоенное максимальное значение стрелки искривления f, т.е.
d≥h+2f.
Ось обоймы (6) совпадает с осью, проходящей через центры тяжести опорных сечений усиливаемого элемента (7). Фиксирующие элементы (8) установлены в торцевых зонах обоймы и проходят через нее с прикреплением противоположных концов на внешней поверхности обоймы.
Составные части обоймы могут быть выполнены из листовых (9), гнутых (10) или криволинейных (11) элементов.
Способ усиления сжато-изогнутого металлического элемента осуществляется следующим образом. Перед выполнением усиления производят измерение максимального значения стрелки искривления f усиливаемого элемента (1). Изготовляют обойму (3) так, чтобы ее внутренний размер d превышал размер усиливаемого элемента h в направлении его наибольшего искривления на удвоенное максимальное значение стрелки искривления. Далее выполняют установку обоймы (3), для чего скрепляют части обоймы в стыках (5) и обеспечивают совмещение оси обоймы (6) с осью, проходящей через центры тяжести опорных сечений усиливаемого элемента (7) с помощью фиксирующих элементов (8). После этого заполняют обойму связующим материалом (4).
Примером реализации изобретения может служить усиление стальных колонн каркаса здания многоэтажной этажерки. Необходимость усиления связана с тем, что фундаменты здания получили значительные неравномерные осадки, а в колоннах каркаса возникли дополнительные изгибающие моменты и продольные силы. При высоком уровне напряжений приварка к колоннам усиливающих элементов без предварительной разгрузки колонн невозможна. Чтобы исключить предварительную разгрузку, усиление колонн осуществляется следующим образом. Производят определение направления искривления и измеряют максимальное значение стрелки искривления f усиливаемого элемента (1). Изготовляют обойму (3) так, чтобы ее внутренний размер d превышал размер сечения усиливаемого элемента h в направлении наибольшего искривления на удвоенное максимальное значение стрелки искривления. Превышение размера обоймы размера сечения усиливаемого элемента на удвоенное значение стрелки искривления позволяет разместить обойму центрально относительно первоначальной оси усиливаемого элемента и уменьшить влияние изгибающих моментов. Далее выполняют установку обоймы (3), для чего скрепляют части обоймы в стыках (5). Через заранее выполненные в обойме отверстия пропускают фиксирующие элементы (8), закрепляя их на внешней поверхности обоймы. Установка фиксирующих элементов (8) обеспечивает упрощение совмещения оси обоймы (6) с центрами тяжести опорных сечений усиливаемого элемента (7). Стыки (5), а также нижний торец обоймы герметизируют так, чтобы предотвратить вытекание связующего материала (4) при заполнении обоймы. Обойма заполняется связующим материалом снизу вверх или сверху вниз. В качестве связующего материала могут быть использованы: бетонные смеси, асфальтовые смеси, полимеррастворы, вспенивающиеся материалы и т.д. Для придания связующему материалу особых свойств (безусадочность, самоуплотняемость, напрягаемость, водонепроницаемость и т.д.) при его приготовлении могут использоваться специальные добавки.
Предложенное изобретение может быть широко использовано, когда применение сварки при усилении конструкций невозможно из-за высокого уровня напряжений в усиливаемом элементе, значительных коррозионных повреждениях или плохой свариваемости усиливаемого элемента.