СПОСОБ УСИЛЕНИЯ ОДНОПРОЛЕТНЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ БАЛОК И ПЕРЕКРЫТИЙ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ
METHOD OF STRENGTHENING OF SINGLE-BAY REINFORCED CONCRETE BEAMS AND BUILDING AND STRUCTURE BEAMS

Изобретение относится к области строительства, а именно к усилению и увеличению несущей способности конструкций однопролетных железобетонных балок и плит перекрытий, ранее возведенных, реконструируемых зданий и сооружений, находящихся в эксплуатации.
Известен способ усиления балок и плит, включающий приварку дополнительной арматуры с помощью соединительного элемента к существующей вскрытой рабочей арматуре нижней грани, или затяжкой по боковым граням, упираемой на опорные столики, прикрепленные на торцах конструкций /1/.
Известно, что для усиления необходимо производить вскрытие торцевых участков стен в местах опирания торцов балок или плит для установки опорных элементов с упорами для затяжек усиления, располагающихся по боковым граням усиливаемых конструкций. Укладка затяжек возможна при свободном доступе к боковым граням конструкций усиления /2/.
Наиболее близким к предлагаемому является способ усиления, включающий вскрытие рабочей арматуры на участках крепления дополнительной арматуры усиления, закрепление сваркой соединительного элемента с рабочей арматурой конструкции и после приварка концов арматуры усиления с соединительной арматурой усиления /3/.
Недостатками известных способов является то, что удаляется защитный слой бетона, производится вскрытие участка рабочей арматуры, и закрепление соединительного элемента с рабочей арматурой осуществляется с помощью сварки. Далее арматура усиления также закрепляется с соединительным элементом с помощью сварки. Сварной способ закрепления с рабочей арматурой, находящейся в напряженном состоянии, не рекомендуется. Усилия, возникающие в арматуре усиления, передаются конструкции через рабочую арматуру, находящуюся в напряженном состоянии.
Техническая задача заключается в разработке способа усиления конструкции, при котором упрощаются монтажные работы, сокращаются сварочные работы и снижаются материальные затраты.
Поставленная задача решается таким образом, что в способе усиления однопролетных железобетонных балок и плит перекрытий зданий и сооружений напрягаемой арматурой согласно изобретению напрягаемую арматуру размещают в пролетах каркаса здания на нижней грани конструкции в зоне растягивающих напряжений перекрытия и балок, при этом предварительно снизу и сверху перекрытия в опорной зоне устанавливают металлические пластины и стягивают их шпильками с усилием обжатия, меньше призменной прочности бетона конструкции, а усилие натяжения арматуры Р обеспечивается условием Р≤N⋅f, где N - усилие обжатия, f - коэффициент трения поверхности металлической пластины и бетона, после чего предварительно на нижних пластинах жестко крепят упоры и размещают в них концы напрягаемой арматуры, арматуру нагревают и фиксируют в упорах анкерными устройствами с последующей при охлаждении передачей усилия натяжения через пластины на конструкцию. При этом для увеличения усилия натяжения арматуры используют металлическую пластину с насечками на стороне, примыкающей к бетону конструкции, для увеличения усилия натяжения арматуры используют металлическую пластину с насечками на сторонах, примыкающих к бетону конструкции с коэффициентом трения металлической пластины и бетона 0,5-3,0.
Предлагаемый способ отличается от известного тем, что напрягаемую арматуру размещают в пролетах каркаса здания на нижней грани конструкции в зоне растягивающих напряжений перекрытия и балок, при этом предварительно снизу и сверху перекрытия в опорной зоне устанавливают металлические пластины и стягивают их шпильками с усилием обжатия меньше, призменной прочности бетона, а усилие натяжения арматуры Р обеспечивается условием Р≤N⋅f, где N - усилие обжатия, f - коэффициент трения поверхности пластины и бетона N, после чего на нижних пластинах жестко крепят упоры и размещают в них концы напрягаемой арматуры, арматуру нагревают и фиксируют в упорах анкерными устройствами с последующей при охлаждении передачей усилия натяжения через пластины на конструкцию. Для увеличения усилия натяжения арматуры используют металлическую пластину с насечками на сторонах, примыкающих к бетону конструкции с коэффициентом трения металлической пластины и бетона 0,5-3,0.
Для усиления конструкции арматура усиления однопролетных балок и плит перекрытий укладывается на анкерные пластины с упорами, предварительно закрепленными на участках зон усиления конструкций. Арматурные элементы усиления изготавливают из арматуры мерной длины, на концах которой выполнена винтовая резьба. Укладываются арматурные элементы на предварительно закрепленные шпильками анкерные пластины с упорами. Пластины располагаются сверху без упоров и снизу с упорами в опорных зонах конструкции впритык опорам.
Такое расположение пластин предоставляет возможность одновременно производить усиление конструкций в пролетах в зонах изгибающих моментов и на опорах в зонах перерезывающих усилий.
Верхние и нижние анкерные пластины закрепляют между собой и с конструкциями усиления с помощью шпилек, уложенных в просверленные отверстия в конструкциях.
Арматурные элементы усиления укладывают на анкерные пластины, концы их вводятся в упоры, и на концы устанавливают гайки или цанговые зажимы.
Для предварительного напряжения арматурные элементы нагревают до определенной температуры, арматура получает удлинение. В таком состоянии с помощью завинчивания гаек на концах или анкеровки цанговых зажимов арматура фиксируется на упорах. Арматура, остывая, напрягается, и напряжение передается через анкерные пластины на конструкцию усиления.
сд
Усилия, возникающие от напряжения арматуры, воспринимает анкерная пластина. Монолитность (неподвижность) анкерной пластины обеспечивается величиной усилия обжатия пластины, которая рассчитывается формулой N⋅f≥Р=Р,
где
- N - усилие сжатия анкерной плиты;
- f - коэффициент трения между поверхностями металлической пластины и бетона конструкции;
- Р - усилие натяжения арматуры;
сд
- Р - усилие сдвига, возникающее на пластине от натяжения арматуры.
b
Величина N ограничивается условием N≤R,
где
b
- R - призменная прочность бетона.
сд
Таким образом, величина усилия натяжения арматуры усиления обеспечивается условием: Р=Р≤N⋅f. Способ закрепления анкерной пластины обеспечивает надежное крепление анкерной пластины с конструкцией усиления.
Усилие, возникающее от напряжения арматуры, через анкерные пластины передается на конструкцию усиления. Участок в пролете между анкерными пластинами переходит в напряженное состояние сжатия. Усилие сдвига, возникающее в анкерной пластине от натяжения арматуры, компенсируется усилием обжатия пластины с бетоном и воспринимается непосредственно конструкцией усиления.
При этом шпильки, обжимающие пластины и обеспечивающие анкеровку пластин с конструкцией, одновременно являются усилением опорных участков конструкции от перерезывающих (продавливающих) усилий на опорах.
Технический результат - сокращение количества элементов конструкции усиления и простота их изготовления, уменьшение трудоемкости производства монтажных работ, в процессе которых возникает в арматуре усиления напряжение, которое через анкерные пластины передается усиливаемой конструкции. При этом до увеличения эксплуатационных нагрузок конструкция предварительно напрягается, и арматура усиления воспринимает нагрузки в зоне изгибающих моментов, а анкерные пластины со шпильками воспринимают напряжения, возникающие от перерезывающих (продавливающих) усилий в опорных зонах, тем самым увеличивая несущую способность конструкции в целом.
Способ поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена схема конструкции усиления; фиг. 2 - вид по А фиг. 1; фиг. 3 - узел А фиг. 1, фиг. 4 - вид по Б фиг. 3.
Конструкция однопролетной плиты 1 опирается на стены или колонны 2. Конструкция усиления состоит из арматуры усиления 6 и опорного элемента (узел Б), состоящего из опорных плит 3, упоров 4, шпилек 5 и гаек 7.
Способ осуществляют следующим образом.
На опорных участках балки или плиты 1, опирающихся на стены или колонны 2, просверливают отверстия и устанавливают опорные плиты 3 с упорами 4, которые с помощью шпилек 5 затягивают и закрепляют на усиливаемых конструкциях. Арматура усиления 6 вставляется в упоры 4 и нагревается до удлинения и фиксируется на упорах 4 с обоих концов гайками 7. Арматура 6, остывая, напрягается. Усилие от напряжения арматуры через опорные плиты 3 передается конструкциям усиления 1 и регулируется температурой нагрева арматуры. При этом арматура усиления 6 воспринимает нагрузки усиливаемой конструкции 1.
Пример расчета удлинения и температуры нагрева для арматуры класса А500С
S
S
S
S
S
2
2
4
4
2
-6
-6
Максимальное значение усилия натяжения Р арматуры класса А500С для диаметра Ф20 при расчетном сопротивлении R=4600 кгс/см равен Р=R⋅A=4600⋅3,14=14130 кгс, где A=3,14 см площадь сечения арматуры. Для расчетной длины арматуры L=6 м=600 см, чтобы получить усилие натяжения Р=14130 кгс, удлинение Δ составит Δ=Р⋅L/Е⋅A=14130⋅600/200⋅10⋅3,14=1,35 см=13,5 мм, где Е=200⋅10 кгс/см модуль упругости арматуры. Температура нагрева арматуры Т для получения удлинения Δ=1,35 см будет Т=Δ/α⋅L=1,35/11,3⋅10⋅600=199,1°С, где α=11,3⋅10 коэффициент линейного (теплового) расширения металла. Принимаем предельную температуру нагрева арматуры класса А500С - 200°С.
Источники информации
1. Федоров В.В. Реконструкция и реставрация зданий. М.: СИ.
2. А.Л. Шагин и др. Реконструкция зданий и сооружений Учеб. пособие. М.: Высш. шк., 1991, 352 с.
3. Рекомендации по проектированию усиления железобетонных конструкций зданий и сооружений реконструируемых предприятий. Надземные конструкции и сооружения. Москва, Стройиздат, 1992 /прототип/.