УСТРОЙСТВО ДЛЯ УСИЛЕНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННОЙ КОЛОННЫ

Полезная модель относится к строительству, а именно к усилениям строительных конструкций, и может быть использована для усиления железобетонных колонн в процессе их эксплуатации, возведения, проектирования, преимущественно для эксплуатации в условиях повышенных продольных кратковременных динамических нагрузок, например для сейсмических районов.
Известна конструкция усиления железобетонной колонны по патенту РФ на изобретение №1219768. Устройство содержит приклеенную на каждую грань колонны стеклоткань шириной 300 мм эпоксидной композицией с добавлением кварцевого песка для приклейки уголков. Конструкция содержит также расположенные по граням колонны и установленные сверху покрытия металлические уголки, на внутреннею и внешнюю поверхности которых нанесена эпоксидная композиция. Поверх уголков приклеено покрытие из стеклоткани с полимерной композицией, выходящее за пределы уголков на ширину полки уголка и приклеенное на бетонную поверхность колонны. Усиливать колонну по предлагаемому решению можно как по всей высоте, так и на части высоты колонны, только в местах ее разрушения.
Однако данная конструкция не дает обжатия колонны по периметру, и повышает несущую способность только за счет сцепления клея с уголками и колонной, и не дает воспринимать нагрузки динамического характера.
Наиболее близким устройством, принятым за прототип, является конструкция узла усиления, выполненная по способу установки узла усиления по патенту РФ на изобретение №2282701. Устройство содержит накладную сборную из уголков и планок (пластин) стальную обойму, установленную на колонну. Каждая грань обоймы выполнена составной из планок. Обойма размещена на постели из бетона или раствора. Уголки размещены на углах колонны
и плотно прижаты к колонне через раствор. Уголки и планки приварены друг к другу. Данное устройство относится к строительству и может быть использовано для усиления преимущественно коробчатых колонных конструкций промышленных и гражданских зданий из разнородных материалов, как при ремонте и реконструкции колонн, так и при исправлении опорных частей колонны. При действии продольных кратковременных динамических нагрузок в колонне возникают волновые процессы, которые влияют на напряженно-деформированное состояние конструкции, в результате чего происходит хрупкое разрушение бетона взрывного характера. В данном устройстве усиления планки не прилегают плотно к бетону, поверхность обоймы имеют не сплошную, а составную (из планок) форму, что дает зону для выпора бетона при его разрушении под действием продольных кратковременных динамических нагрузок, возникающих в колоннах первых этажей, например при сейсмике. Повышение несущей способности известным устройством выполняется за счет уголков и планок, термически обработанных для создания преднапряжения, что делает исполнение более трудоемким и более опасным. Все это не дает необходимую надежность усиления колонн при действии продольных кратковременных динамических нагрузок.
Задача полезной модели состоит в том, чтобы повысить надежность устройства усиления строительных конструкций типа колонн из железобетона, преимущественно первого этажа с учетом действия продольных кратковременных динамических нагрузок, например при землетрясении, а также упростить технологический процесс установки устройства.
Технический результат заключается в повышении несущей способности и предотвращении разрушения колонны при действии на нее продольных кратковременных динамических нагрузок путем усиления опасных зон колонны.
Этот результат достигается следующим образом. Заявляемое устройство усиления имеет общее с прототипом то, что содержит сборную стальную обойму, установленную в конечной части колонны, плотно прижатую к
телу колонны и выполненную из уголков, приваренных к стальным пластинам, уложенным на гранях колонны по ее периметру. Но в отличие от прототипа в заявляемом устройстве имеются еще одна сборная стальная обойма, выполненная на противоположном конце колонны, и тяжи. Каждая грань сборной стальной обоймы выполнена из одной сплошной пластины, высота которой от соответствующего конца колонны составляет 1/3 длины колонны, а ширина равна ширине колонны, при этом стальные пластины приклеены к телу колонны посредством эпоксидного клея, а их торцы сварены между собой. Кроме этого уголки установлены поперек колонны поверх стальных пластин, и противолежащие уголки стянуты попарно посредством тяжей, установленных в отверстиях, выполненных на выходящих за колонну концах этих уголков. Заявляемое устройство учитывает действие волновых процессов от продольных кратковременных динамических нагрузок, действующих в колоннах первого этажа, например при землетрясении. В ходе проведенных авторами экспериментов был впервые подмечен характер воздействия волновых процессов от продольных кратковременных динамических нагрузок, определены конкретные области разрушения колонны под действием этих волновых процессов и предложено устройство усиления колонны с учетом волновых воздействий от продольных кратковременных динамических нагрузок. Исследования напряженно-деформированного состояния колонн при действии продольных кратковременных динамических нагрузок проводились с использованием тензометрических датчиков (фиксируют деформации) и измерительной аппаратуры MIC-400. Характер и схемы разрушения образцов были идентичны между собой в каждом эксперименте. В ходе экспериментов было установлено, что разрушение колонны при продольных кратковременных динамических нагрузках происходит не в середине колонны, а на ее концах, то есть в опорных частях колонны. Причем экспериментами установлено, что за пределами 1/3 части от концов колонны разрушений не происходит. Как показали исследования в основном разрушения происходят на 1/4 часть колонны, на которой возникают максимальные напряжения. Схемы
разрушения образцов колонн при центральном и внецентренном (с малым эксцентриситетом) продольном кратковременном динамическом нагружении приведены на фиг.4, 5 соответственно. Данное устройство позволяет усилить зону на третью часть опорных участков от верха и низа длины колонны, в которой происходят максимальные напряжения, вызванные волновыми процессами, что дает повысить несущую способность колонны. Установлено, что усиление сплошными стальными пластинами верхней и нижней опорных частей колонны на расстоянии на 1/3 ее длинны от соответствующих концов колонны достаточно для обеспечения ее надежности. Применение сплошных пластин, тяжей и эпоксидного клея предотвращают разрушение и выпор бетона сжатой зоны защитного слоя арматуры, и потерю устойчивости арматуры между поперечными стержнями (хомутами) каркаса железобетонной колонны. Что также повышает несущую способность и надежность колонн.
Упрощение технологического процесса достигается за счет минимизации элементов усиления и упрощении изготовления конструкции усиления.
Полезная модель пояснено чертежами.
На фиг.1 изображена колонна, усиленная предложенным устройством (общий вид).
На фиг.2 - разрез по АА на фиг.1.
На фиг.3 показан узел А фиг.2.
На фиг.4 показано разрушение образца колонны при действии центральной кратковременной динамической нагрузки.
На фиг.5 показано разрушение образца колонны при действии внецентренной кратковременной динамической нагрузки.
Устройство содержит усиливаемую колонну 1, установленные металлические пластины 2 на грани колонны 1. Металлические уголки 3 приваренные поперек к пластинам 2. Тяжи 4, установленные в отверстия металлических уголков 3, и стянутые гайками 5. Полимерраствор 6 в нижней части верхней обоймы, и отверстия 7 с нарезкой в металлических пластинах 2.
Эпоксидный клей 8, находящийся между колонной 1 и металлическими пластинами 2.
Устройство промышленно применимо, поскольку его можно многократно реализовать с достижением указанного технического результата.
Устройство изготавливают следующим образом. Перед началом работ по усилению зон колонны 1, необходимо поверхность зачистить и избавить от пыли, грязи или различных масел и примесей. После зачистки поверхность тщательно промывается и высушивается. На усиливаемые зоны колонны 1 по периметру сечения плотно к поверхности устанавливаются стальные пластины 2, в качестве которых используются стальные листы толщиной 5 мм, на которых поперек приварены уголки 3, по краям которых имеются отверстия. В отверстия уголков 3 устанавливаются тяжи 4 на концах которых имеется резьба. На резьбу после установки в уголки 3 тяжей 4 на резьбу накручиваются гайки 5 с необходимым натяжением до плотного прилегания пластин к колонне. Нижнюю часть верхней обоймы герметизируют полимер-раствором 6, с целью устранения вытекания эпоксидного клея при нагнетании. После монтажа стальной обоймы и натяжения тяжей, стыки пластин торцов в углах колонны сваривают между собой по всей длине стыка. В нижней зоне обоймы выполняют отверстия с нарезкой 7 для нагнетания эпоксидного клея 8, с целью устранения образующегося зазора между обоймой и колонной. После застывания полимерраствора 6 в отверстия с нарезкой 7 вставляют шланги и с помощью насоса под давлением нагнетают в зазор между стальной обоймой и колонной эпоксидный клей 8 до уровня верха обойм. После нагнетания шланги необходимо удалить и отверстия заделать пробкой.