СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ РАЗРУШАЮЩИХСЯ ПО СРЕДНЕМУ РЯДУ КОЛОНН ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ СИММЕТРИЧНЫХ КОНСОЛЕЙ
METHOD TO RECOVER BEARING CAPACITY OF PILLARS OF REINFORCED CONCRETE SYMMETRICAL CANTILEVERS THAT ARE DAMAGED IN MIDDLE ROW

Предлагаемое изобретение относится к технологичному способу восстановления работоспособности железобетонных конструкций каркаса промышленных и гражданских зданий.
Анализ известных технических решений позволил выявить следующее. Известно устройство обойм и наращивания поперечного сечения с двух или с одной стороны [1, с.255]. Дополнительную арматуру соединяют с помощью коротышей или хомутов. Поверхность увлажняют и покрывают торкрет бетоном. В этом случае необходим демонтаж подкрановых балок при производстве работ по восстановлению несущей способности разрушающихся консолей колонн.
Известно также техническое решение по усилению разрушающихся консолей железобетонных колонн, включающее установку системы тяжей и стального башмака сваренного из листов [2, с.55, рис.25, А]. Стальной башмак охватывает нижний угол железобетонной консоли и обжимает ее посредством тяжей, предварительно напрягаемых затягиванием гаек.
Примем известные устройства за аналоги.
Недостаток аналогов - необходимость разгрузки разрушающихся консолей колонн при производстве работ по усилению и, как следствие, остановка турбинного цеха на время ремонта. Не найдено способов производства работ по усилению и разгрузке консолей колонн без демонтажа балок. Известные способы усиления требуют остановки работы кранов и демонтажа смежных балок перед началом работ по усилению, а для набора новым железобетоном необходимой прочности требуется две-три недели.
Известен способ усиления, предложенный К.К.Неждановым и разработанный с аспирантами [3, патент России №2346878], позволяющий быстро и с достаточной гарантией обеспечить восстановление несущей способности разрушающихся железобетонных консолей колонн промышленных зданий. Этот способ является наиболее близким прототипом.
Известны также трубчатые овальные в сечении профили с отношением большего габарита к меньшему 3/1 [4, №2192381], [5, №2304479]. Эти овальные в сечении профили обладают естественной амортизирующей способностью.
Техническая задача изобретения - полная разгрузка консолей колонн, утративших свою работоспособность в результате коррозии бетона и арматуры, без остановки производственного процесса и обеспечение рихтовки подкрановых балок.
Техническая задача по реализации способа восстановления несущей способности разрушающихся симметричных железобетонных консолей по среднему ряду колонн, воспринимающих внецентренно приложенные опорные реакции смежных балок, являющихся подкрановыми, достигнута следующим образом.
Способ восстановления несущей способности заключается в том, что в плане в зазоре между двумя рядами параллельных подкрановых балок и верхней частью колонны укладывают центраторы из стальных колец и заполняют их мелкозернистым расширяющимся бетоном.
Укладывают на них низкомодульные подкладки, затем сверху монтируют пару трубчатых амортизаторов, выступающих за боковые грани колонны на 1/3…1/4 ее ширины.
Отличие в том, что несущую способность консолей восстанавливают сборной стальной обоймой, состоящей из четырех двутавровых профилей с отверстиями для тяжей.
Монтируют трубчатые амортизаторы, укладывают на амортизаторы опорные шайбы с отверстиями, подвешивают к опорным шайбам тяжи.
Удаляют защитный слой бетона с поврежденных консолей и колонны в зоне консолей, делая поверхность бетона шероховатой. Образуют в проектных точках отверстия в нижних поясах подкрановых балок для новых анкерных болтов.
Собирают на отметке пола на болтах стальную замкнутую обойму из пары главных двутавровых балок, ориентированных перпендикулярно подкрановым балкам и имеющим отверстия в полках и стенке, и пары соединительных балок, параллельных подкрановым балкам и также имеющим ответные отверстия.
Охватывают замкнутой обоймой колонну с четырех сторон, причем внутренние габариты обоймы более, чем внешние габариты сечения колонны на 1/8-1/10, на отметке консолей.
Лебедками подтягивают в проектное положение обойму к паре трубчатых амортизаторов и подвешивают ее к амортизаторам тяжами, совмещают отверстия в полках подкрановых балок и обойме и прикрепляют обойму к подкрановым балкам анкерными болтами.
Отвинчивают старые анкерные болты подкрановых балок на проектную величину поддомкрачивания Δ, механизировано гайковертом гарантировано затягивают гайки на тяжах и восстанавливают проектное положение подкрановых балок.
Уплотняют снизу зазоры между обоймой и консолями колонны, например торкретированием, через патрубки обоймы нагнетают мелкозернистый расширяющийся бетон в круговую щель между обоймой и колонной.
Обжимают расширяющимся бетоном поврежденную часть колонны, этим напрягают обойму изнутри и превращают обойму и усиляемую колонну в единое целое, рихтуют подкрановые балки и эксплуатируют модернизированные подкрановые конструкции.
На фиг. 1-4 показано восстановление несущей способности разрушающихся железобетонных консолей.
Несущая способность разрушающихся железобетонных консолей 1 потеряна и она должна быть полностью восстановлена. Стальные смежные подкрановые балки 2 опираются на разрушающуюся консоль 1.
Опорные реакции смежных балок 2, являющихся подкрановыми, воздействуют на железобетонные консоли 1 внецентренно.
Способ восстановления несущей способности заключается в том, что в плане между смежными подкрановыми балками 2 и верхней частью колонны 3 укладывают стальное центрирующее кольцо 4 и заполняют его мелкозернистым расширяющимся бетоном.
Укладывают на него низкомодульную подкладку, затем сверху на нее монтируют трубчатые амортизаторы 5, выступающие за боковые грани колонны на 1/3…1/4 ее ширины.
Трубчатые амортизаторы 5 опирают через низкомодульную подкладку, например, из листовой резины или дубовую на центрирующее кольцо 4 вблизи центра тяжести колонны 3. На амортизатор 5 опирают фигурную шайбу 6 с отверстиями для тяжей 7.
Амортизаторы 5 выполнены, например, из овального профиля с отношением большего габарита сечения к меньшему габариту, равному трем. Трубчатые амортизаторы 5 устанавливают на минимальном расстоянии к верхней части колонны 3. На амортизаторы 5 устанавливают шайбы 6 с отверстиями для тяжей 7.
Трубчатые амортизаторы 5 соединяют друг с другом горизонтальными 8 тяжами и фиксируют их в проектном положении в плане.
Восстановление несущей способности консолей 1 осуществляют стальной обоймой 9, состоящей из пары главных прокатных балок и пары вспомогательных соединительных.
Лебедками подтягивают обойму 9 к паре трубчатых амортизаторов 5 в проектное положение и подвешивают ее к амортизаторам на вертикальных тяжах 7, проходящих сквозь верхние и нижние полки главных прокатных балок обоймы 9. Вертикальные тяжи 7 снабжены нижними рихтующими гайками 11.
Совмещают отверстия в полках подкрановых балок 2 и обойме 9 и прикрепляют обойму 9 к подкрановым 2 балкам анкерными болтами 10 с шайбами и гайками.
Механизировано гайковертом гарантировано затягивают гайки на вертикальных тяжах 7 и этим поддомкрачивают осевшие подкрановые 2 балки. Возвращают их в первоначальное проектное положение, исключают просадку опорных частей и поворот их сечения. Нагнетают мелкозернистый расширяющийся бетон в обойму.
Монтируют бетононасос и пульт управления, соединяют патрубки обоймы бетонопроводами с пультом управления и бетононасосом и, управляя с пульта, нагнетают мелкозернистый расширяющийся бетон в обойму способом «снизу вверх». При схватывании бетон расширяется, напрягает обойму изнутри, обжимает усиляемую консоль со всех сторон и объединяет обойму и усиляемые консоли колонны в единое целое.
Опорные реакции смежных подкрановых балок передают на обоймы модернизированных консолей колонны, а также передают их через тяжи на амортизаторы с минимальными эксцентриситетами. То есть несущая способность консолей 1 полностью восстановлена. Затягивают и контрят гайки на всех тяжах и эксплуатируют модернизированные подкрановые конструкции.
Технологическая последовательность восстановления несущей способности разрушающейся консоли:
- Собирают на болтах на отметке пола стальную замкнутую обойму 4 из пары главных прокатных балок, ориентированных перпендикулярно подкрановым балкам и имеющими отверстия в полках и стенке, и пары соединительных балок, параллельных подкрановым балкам и также имеющим ответные отверстия.
- Удаляют защитный слой бетона с поврежденных консолей 1 и колонны в зоне консоли.
- Сверлят отверстия в элементах обоймы под вертикальные тяжи и крепежные болты, а также приваривают патрубки для нагнетания бетона.
- Собирают замкнутую обойму, охватывая колонну с четырех сторон.
- Лебедками подтягивают обойму до проектной отметки, скользя по стержню колонны.
- Подвешивают обойму 9 на тяжах 8.
- Совмещают отверстия в полках подкрановых 2 балок и главных балках замкнутой обоймы 9 и прикрепляют обойму 9 к подкрановым 2 балкам анкерными болтами.
- Механизировано гайковертом гарантировано затягивают гайки на тяжах 7 и восстанавливают проектное положение подкрановых 2 балок.
- Уплотняют снаружи зазоры между обоймой 9 и колонной 3 торкретированием.
- После схватывания торкретбетона нагнетают через патрубки мелкозернистый расширяющийся бетон в круговую щель между обоймой 9 и колонной 3.
- Восстанавливают проектное положение подкрановых конструкций и фиксируют проектное положение.
- Эксплуатируют модернизированные консоли колонн и отрихтованные подкрановые конструкции.
max
max
На фиг.1 показана схема восстановления несущей способности разрушающейся консоли. Опорная реакция D от двух сближенных кранов передавалась на разрушающуюся консоль 1 с эксцентриситетом е и вызывала изгибающий момент: М=De.
max
max
Монтируют обойму 9 и включают ее в работу. Опорную реакцию D и изгибающий момент М воспринимают обоймой 9 и парой амортизаторов 5, через тяжи 7 передают D на колонну с минимальным эксцентриситетом.
Таким образом, несущая способность поврежденных консолей 1 полностью восстановлена.
Способ восстановления несущей способности разрушающихся железобетонных консолей колонн реализован на ТЭЦ-1 г.Пензы.
Обследование турбинного цеха ТЭЦ-1 г.Пензы позволило выявить опасные повреждения коррозией железобетонных консолей колонн, предназначенных для внецентренного опирания разрезных подкрановых балок.
При подъеме двумя мостовыми кранами турбины массой 100 т при перемещении ее к месту монтажа от подкрановых балок внецентренно передается значительная сосредоточенная сила. Поврежденные коррозией железобетонные консоли колонн не обеспечивали необходимой прочности, могли обрушиться при действии опорных реакций балок и требовали немедленного усиления. Остановить турбинный цех на время ремонта было невозможно. Необходимо было выполнить усиление конструкций без остановки турбинного цеха.
Расчет обоймы произведем на усилия, возникающие в ней при одновременной работе двух сближенных кранов, транспортирующих турбину массой 100 т на одной траверсе.
Обойма должны воспринимать максимальную опорную реакцию от смежных балок, опирающихся на разрушающуюся консоль колонны. Два сближенных крана грузоподъемностью по 50 т поместим на смежных балках неблагоприятным образом. Расчетное воздействие каждого колеса равно Р=2674,1 гН.
max
max
i
i
max
Максимальную опорную реакцию D определим по линии влияния: D=ΣPу; D=3·2674,1(2,18+4)/6=8263 гН.
Аварийное состояние консоли устраним полным восстановлением несущей способности разрушающейся консоли обоймой.
bun
bh
bun
Обойма подвешена к амортизаторам на тяжах из высокопрочной стали (ГОСТ 4543-71*). Тяжи, сталь 40Х "Селект" [СНиП II-23-81, с.72, табл.61*] с наименьшим временным сопротивлением R=1100 МПа. Расчетное сопротивление после термической обработки [1, с.6, рис.3] R=0,7R=770 МПа.
Тяжи передают опорные реакции (8708,2 гН) на амортизаторы, а они передают опорную реакцию вблизи центра тяжести нижней части сечения колонны с минимальным эксцентриситетом (см. фиг.1). Требуемая площадь поперечного сечения тяжей (сталь 40Х "Селект")
2
Примем тяжи из четырех шпилек М24 [СНиП II-23-81] с площадью поперечного сечения по нарезке 3,52·4=14,08 > 11,3 см. То есть по два тяжа для подвешивания каждого из балансиров. Проверка прочности тяжей на растяжение
Прочность тяжей на растяжение обеспечена с запасом.
Расчет амортизатора, выполненного из трубчатого профиля, на изгиб.
Примем сечение каждого амортизатора из овального профиля.
Нагрузка на единицу его длины
Тогда изгибающий момент
Требуемый момент сопротивления трубы центрирующего амортизатора
2
4
X
X
Принимаем трубу ⌀219·14 мм, А=90,16 см, i=7,27, J=4765 см.
x
3
Фактический момент сопротивления W=435 см.
Проверка прочности трубчатого амортизатора
Прочность трубчатого амортизатора обеспечена. Сопоставление разработанного способа с прототипом показывает следующие существенные отличия, а именно:
1. Несущая способность разрушающейся коррозией бетона и арматуры консоль полностью восстановлена.
2. Овальные в сечении амортизаторы гасят динамику воздействий колес кранов, что повышает выносливость узла крепления и подкрановых балок.
3. Обеспечено восстановление проектного положения подкрановых балок в процессе эксплуатации.
4. Изготовление овального амортизатора упрощено.
5. Овальный амортизатор четко фиксируют на стальном центрирующем кольце, установленном между смежными подкрановыми балками и верхней частью колонны.
6. Овальный амортизатор передает опорную реакцию от смежных балок с минимальным эксцентриситетом вблизи центра тяжести сечения нижней части колонны и разгружает разрушающуюся консоль от опорной реакции и изгибающего момента.
7. Рихтовка подкрановых путей как по вертикали, так и по горизонтали механизирована затяжкой гаек на тяжах гайковертом.
8. Затяжка гаек гайковертом на вертикальных тяжах обеспечивает точную выверку высотных отметок смежных подкрановых балок и закрепленных на них соосно рельсов.
9. Повторное поддомкрачивание подкрановых балок легко осуществляется.
Экономический эффект достигнут из-за следующего:
- Конструкция стальной обоймы объединена в эффективную разгружающую систему с овальным амортизатором с помощью тяжей.
- Стальная обойма полностью восстановила несущую способность консолей колонны без остановки турбинного цеха. Исключено обрушение разрушающихся консолей.
- Обеспечена рихтовка подкрановых балок как по вертикали, так и по горизонтали. Рихтовка рельсовых путей механизирована.
Способ разработан для ТЭЦ-1 г.Пензы. Этим способом будут восстановлены поврежденные консоли турбинного отделения в 2011 г.
Источники информации
1. Кудзис А.П. Железобетонные и каменные конструкции. В 2-х частях. Часть 2. Конструкции промышленных и гражданских зданий и сооружений. - М.: «Высшая школа», 1989 - 264 с.
2. Рекомендации по оценке состояния и усилению строительных конструкций промышленных зданий и сооружений. - М.: Стройиздат, 1989.
3. Нежданов К.К., Нежданов А.К., Бороздин А.Ю. Патент России №2346878. Опубл. 20.02.2009. Бюл. №5. Прототип.
4. Нежданов К.К., Нежданов А.К., Туманов В.А., Карев М.А. Рельсобалочная конструкция. Патент России №2192381. М., Кл. В66С 6/00, 7/08. Бюл №.31. Зарег. 10.11.2002. Овал.
5. Нежданов К.К., Туманов В.А., Рубликов С.Г., Нежданов А.К. Способ повышения несущей способности цилиндрической трубы на изгиб. Патент России №2304479. Бюл. №23. Опубл. 20.08.2007. Овал.
Обозначение позиций
1 - разрушающиеся железобетонные консоли;
2 - смежные подкрановые балки;
3 - верхняя часть колонны;
4 - стальное центрирующее кольцо;
5 - трубчатые амортизаторы;
6 - фигурная шайба;
7 - тяжи;
8 - горизонтальные тяжи;
9 - стальная обойма;
10 - новые анкерные болты;
11 - рихтующие гайки.