СПОСОБ РАЗГРУЗКИ АВАРИЙНОЙ ЖЕЛЕЗОБЕТОННОЙ КОНСОЛИ, ИСЧЕРПАВШЕЙ СВОЮ НЕСУЩУЮ СПОСОБНОСТЬ, В РЕЗУЛЬТАТЕ КОРРОЗИИ БЕТОНА И АРМАТУРЫ
METHOD TO UNLOAD EMERGENCY REINFORCED CONCRETE CANTILEVER THAT EXHAUSTED ITS BEARING CAPACITY AS RESULT OF CONCRETE AND REINFORCEMENT CORROSION

Предлагаемое изобретение относится к восстановлению работоспособности железобетонных конструкций каркасов промышленных и гражданских зданий.
При обследовании турбинного цеха ТЭЦ-1 г.Пензы, эксплуатирующейся в течение 61 года, выявлены консоли колонн, исчерпавшие свою несущую способность.
В результате коррозии бетона в нем возникают трещины. Коррозия арматуры консолей ускоряется. Сталь, превращаясь в ржавчину, увеличивает свой объем на 84%. Вода при замерзании увеличивает свой объем всего на 9%. Однако замерзшая вода легко разрывает и раскалывает бетон и даже камень.
Ржавчина же действует в девять с лишним раз сильнее, чем замерзшая вода. Поэтому защитный слой арматуры раскалывается и обрушается. Сцепление арматуры с бетоном утрачивается. Консоли утрачивают работоспособность и не обеспечивают необходимой прочности при демонтаже и перемещении двумя мостовыми кранами в сцепке старой турбины массой 100 т и перемещении к месту монтажа новой турбины.
При действии расчетной нагрузки консоли могли обрушиться, и необходимо было их немедленно усилить! Остановить турбинный цех на время ремонта было невозможно. Усиление конструкций необходимо было выполнить без остановки выработки электроэнергии в турбинном цехе.
Известно техническое решение по усилению консолей колонн из железобетона при помощи предварительно напряженных тяжей, обжимающих консоль [1, с.55, рис.25 А]. Известно также устройство обойм и наращивания поперечного сечения с двух или с одной стороны. Дополнительную арматуру соединяют с помощью коротышей или хомутов. Поверхность увлажняют и покрывают торкрет бетоном. В этом случае необходима разгрузка консолей колонн при производстве работ [2, с.255]. Примем известные устройства за аналоги.
Недостаток аналогов - необходимость разгрузки аварийных консолей колонн при производстве работ. Не найдено способов производства работ по разгрузке аварийных консолей колонн без демонтажа балок.
Известные способы усиления требуют остановки работы кранов и демонтажа смежных балок перед началом работ по усилению. Разрушившийся бетон должен быть удален и заменен новым. А для набора новым железобетоном необходимой прочности требуется две-три недели.
Прототип по разгрузке аварийных консолей колонн, утративших свою несущую способность, примем устройство, разработанное Неждановым К.К. и др. заявку №2006112731.
Техническая задача изобретения - полная разгрузка аварийных консолей колонн, утративших свою несущую способность в результате коррозии бетона и арматуры, от опорных реакций подкрановых балок, приложенных со значительным эксцентриситетом, и полное восстановление работоспособности конструкций каркаса, без остановки производственного процесса, и обеспечение рихтовки подкрановых балок.
Техническая задача по реализации способа разгрузки аварийной железобетонной консоли, исчерпавшей свою несущую способность в результате коррозии бетона и арматуры, от изгибающего момента и опорных реакций смежных подкрановых балок, соединенных друг с другом, решена следующим образом.
Аварийную железобетонную консоль разгружают от опорных реакций подкрановых балок, передаваемых на консоль со значительным эксцентриситетом.
Разгрузку от активного изгибающего момента и поперечной силы выполняют симметричной парой балочных балансиров, контактирующих с боковыми гранями аварийной консоли, и возвращают отклонившиеся от проектного положения рельсовые пути, соединенные с подкрановыми балками в проектное положение.
Отличие в том, что в зазоре между подкрановыми балками и ближней к ним передней гранью верхней части колонны, вблизи центра тяжести нижней части колонны, локально укрепляют основание и опирают на него низкомодульную подкладку, например, из транспортерной ленты.
Монтируют главную траверсу, подвешивают к концам главной траверсы, выступающим за боковые грани колонны, на главных тягах, свисающих вдоль боковых граней аварийной консоли, пару балочных балансиров, охватывающих колонну с двух сторон и балансирующих на главных тягах.
Подводят и упирают короткие плечи этой пары балансиров снизу, под опоры смежных подкрановых балок, а длинные плечи этой пары упирают снизу в выступающие за боковые грани колонны концы упорных траверс через регулирующие гайки тяг.
В свою очередь середины этих траверс упирают снизу в неподвижные упоры из уголков, приваренные к обнаженной рабочей арматуре колонны с тыльной ее стороны.
Механизировано затягивают пневматическим гайковертом регулирующие гайки на горизонтальных тягах, соединяющих шейку рельса со стальной рамкой, охватывающей верхнюю часть колонны, и перемещают рельс, соединенный с подкрановой балкой, в поперечном направлении к грани верхней части колонны или от нее и возвращают первоначальное проектное положение рельсовых путей в поперечном направлении.
Механизировано затягивают пневматическим гайковертом гайки на главных вертикальных тягах, принудительно перемешают пару балансиров вверх и разгружают аварийную консоль от опорных реакций подкрановых балок. Вращают гайки на регулировочных тягах и, упираясь в упорную траверсу, перемещают подкрановые балки вверх или вниз и окончательно выверяют проектное положение рельсовых путей по вертикали. Контрят гайки, испытывают узел расчетной нагрузкой, перемещаемой двумя кранами в сцепке, и эксплуатируют конструкции.
На фиг.1 показан способ разгрузки аварийной железобетонной консоли, исчерпавшей свою несущую способность парой балочных балансиров; на фиг.2 - вид А-А.
Способ разгрузки аварийной железобетонной консоли, исчерпавшей свою несущую способность в результате коррозии бетона и арматуры, от изгибающего момента и опорных реакций смежных подкрановых балок, реализуют следующим образом.
Разгрузку аварийной железобетонной консоли 1 от активного изгибающего момента и поперечной силы выполняют симметричной парой балочных балансиров 2, контактирующих с боковыми гранями аварийной консоли 1.
Подводят и упирают короткие 3 плечи пары балансиров 2 снизу, под опоры смежных подкрановых балок 4.
Закрепляют эту пару балансиров 2, охватывающих колонну с двух сторон, к концам ранее смонтированной главной траверсы 5, выступающей за боковые грани колонны, главными тягами 6, свисающих вдоль боковых граней аварийной консоли 1.
Отклонившиеся от проектного положения рельсовые пути 7, соединенные с подкрановыми балками 4, также возвращают в проектное положение. Через шейку 8 рельса 7 механизировано затягивая пневматическим гайковертом регулирующие гайки 9 на горизонтальных тягах 10, которые соединяют рельс 7 со стальной рамкой 11, охватывающей верхнюю часть колонны с помощью горизонтальной тяги 12 и перемещают рельс 7, соединенный с подкрановой балкой 4. Рельс 7 перемещают в поперечном направлении к грани верхней части колонны или от нее и возвращают первоначальное проектное положение рельсовых путей 7 в поперечном направлении.
С тыльной стороны колонны обнажают рабочую арматуру 13, к которой приваривают неподвижные упоры 14 из уголков.
В свою очередь середины траверс 15, соединенные вертикальными тягами 16, упирают снизу в упоры из уголков 14.
На тягах 16 имеются упорные гайки 17, регулирующие уклон балансиров 2. Длинные плечи пары балансиров 18 упирают снизу в выступающие за боковые грани колонны концы упорных траверс 15, через регулирующие гайки 17 вертикальных тяг 16.
На тягах 16 имеются упорные гайки 19, регулирующие уклон балансиров 2.
Перед монтажом главной траверсы 5 в зазоре между подкрановыми балками 4 и ближней к ним передней гранью верхней части колонны, вблизи центра тяжести нижней части колонны снимают верхний кородирующий слой, локально укрепляют основание 20 и опирают на него низкомодульную подкладку 21, например из транспортерной ленты.
Механизировано затягивают пневматическим гайковертом гайки 22 на главных вертикальных тягах, принудительно перемешают пару балансиров 2 вверх и разгружают аварийную консоль 1 от опорных реакций подкрановых балок 4. Вращают гайки на регулирующих тягах и, упираясь в упорную траверсу, перемещают подкрановые балки вверх или вниз и окончательно выверяют проектное положение рельсовых путей по вертикали. Контрят гайки, испытывают узел расчетной нагрузкой, перемещаемой двумя кранами в сцепке, и эксплуатируют конструкции. Разгрузку осуществляют парой балочных балансиров, охватывающих аварийную консоль с двух сторон.
Каждый балочный балансир содержит короткий рычаг и длинный рычаг (см. фиг.1). Короткие рычаги являются новыми опорами для смежных подкрановых балок, а длинные рычаги предназначены для точного поддомкрачивания подкрановых балок.
Балочные балансиры выполнены из прокатных профилей и подвешены симметрично на главных тягах к траверсе, которые опирают через низкомодульную подкладку, например, из листовой резины на колонну, близко к ее центру тяжести.
Пару балансиров для разгрузки аварийных консолей монтируют следующим образом, а именно:
- между гранью верхней части каждой колонны и подкрановыми балками, опирающимися на нее, укладывают низкомодульную подкладку, из листовой резины;
- сверху на листовую резину укладывают без эксцентриситета двухконсольную главную траверсу 5;
- балочные балансиры 2 подвешивают за балочные монтажные фиксаторы к двум смежным балкам, а затем тягами 6 к траверсе 5.
Последовательность разгрузки аварийной консоли 1 осуществляют следующим образом:
- сначала затягивают гайки на тягах 6 и подтягивают пару балочных балансиров 2 вдоль колонны вверх до проектной отметки и создают новые опоры осевшим смежным балкам 4;
- затягивают гайки на регулирующих тягах 6 центральных рычагов, ориентированным вниз, поворачивают пару балочных балансиров 2 около центра нижней части колонны "0" до выведения новых опор в горизонтальное положение и подъема балок 4 до проектной отметки и контрят гайки;
max
- поддомкрачивают новыми опорами смежные балки 4 вверх до проектной отметки, воспринимают новыми опорами вертикальную опорную реакцию от смежных балок D и парой балочных балансиров передают ее с новых опор на консоли и через тяги и главной траверсой передают ее на колонну, без эксцентриситета;
max
- разгружают упомянутую консоль от опорной реакции D и изгибающего момента М и заканчивают монтажные работы.
max
max
На фиг.1 показана схема разгрузки аварийной консоли. До монтажа пары балочных балансиров 2 опорная реакция D от двух сближенных кранов передавалась на разрушающуюся консоль 1 с эксцентриситетом е и вызывала изгибающий момент: М=De.
max
max
Монтируют пару балочных балансиров 2 и включают их в работу. Опорную реакцию D и изгибающий момент М воспринимают новыми опорами пары балочных балансиров 2, и через тяги 6 передают D на колонну без эксцентриситета.
Момент же М раскладывают парой балочных балансиров 2 на пару сил F, действующих с плечом d.
max
Величина силы F равна F=De/d. Сила F внизу действует справа налево, растягивает тяги 6 и прижимает регулирующей балкой 2 к поверхности колонны под ее аварийной консолью 1. Сила же F вверху действует слева направо на колонну через тяги 6, фиксатор и силы трения.
max
Таким образом, для смежных балок созданы новые опоры, а поврежденная консоль 1 полностью разгружена как от внешних силовых воздействий: вертикального D, так и изгибающего момента М.
Консоль каждого балочного балансира подвешена к траверсе на тягах и соединена с фиксирующим уголком, взаимодействующим с гранью колонны снаружи слева.
Нижние концы центральных рычагов пары балочных балансиров соединены регулирующими тягами с регулирующей балкой, взаимодействующей с гранью колонны под ее аварийной консолью.
Сопоставление разработанного способа с аналогом показывает следующие существенные отличия, а именно:
max
max
- под смежные балки подводят новые опоры и разгружают разрушающуюся коррозией бетона и арматуры железобетонную консоль внешних силовых воздействий: опорной реакции D и изгибающего момента М, возникшего от внецентренного воздействия D;
max
- балочными балансирами, объединенными в пару с системой тяг, двухконсольное главной траверсой, фиксатором и консольной балкой создают новые опоры для смежных балок, передают опорную реакцию D вблизи центра тяжести сечения нижней части колонны и разгружают разрушающуюся консоль от силовых воздействий;
- балочные балансиры легко изготовить заранее и затем смонтировать;
- двухконсольная главная траверса выступает за грани консоли колонны на 1/3…1/4 ее ширины, укладывают без эксцентриситета;
- пара балочных балансиров обеспечивает легкую рихтовку подкрановых путей как по вертикали, так и по горизонтали;
- высотную отметку новых опор смежных балок регулируют, затягивая гайки на вертикальных тягах;
- новыми опорами поддомкрачивают смежные балки до проектной отметки, затягивая гайки на регулирующих тягах центральных рычагов пары балочных балансиров;
- тяги, соединяющие пару балочных балансиров с фиксатором слева, исключают сползание их с консоли.
Экономический эффект достигнут из-за следующего:
max
- созданы новые опоры для смежных балок и поврежденная консоль полностью разгружена от вертикального воздействия D и изгибающего момента М без остановки турбинного цеха и исключено обрушение аварийной консоли;
- обеспечена рихтовка подкрановых балок, перемещением новых опор, посредством балочных балансиров.
Разработанный способ внедрен в турбинном цехе ТЭЦ-1 г.Пензы.
Источники информации
1. Кудзис А.П. Железобетонные и каменные конструкции. В 2-х частях. Часть 2. Конструкции промышленных и гражданских зданий и сооружений. Москва, Высшая школа, 1989, с.255.
2. Рекомендации по оценке состояния и усилению строительных конструкций промышленных зданий и сооружений. Москва, Стройиздат, 1989, с.55.