УСТРОЙСТВО ДЛЯ УСИЛЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Полезная модель относится к области строительства и предназначена для усиления несущих бетонных и железобетонных колонн, а также кирпичных простенков и столбов.
Известен ряд устройств усиления колонн путем обжатия их в поперечном направлении. Общим в конструкции устройств усиления является наличие металлических прокатных уголков, установленных вдоль продольных кромок колонн прямоугольного сечения. Уголки стягиваются между собой при помощи вспомогательных устройств и фиксируются поперечными планками. Имеются различные технические решения обжатия колонн. Так в усилении в патенте №2282701 описан способ установки узла усиления в виде накладной сборной из уголков и планок стальной обоймы. Обойма используется для усиления строительной конструкции типа колонны и устанавливается на постели из бетона или раствора. Внутреннюю поверхность уголков предварительно грунтуют установочным раствором, затем на грунтовку наносят покровный раствор постели, помещают уголки на обработанные этим раствором поверхности колонны, производят их обжим домкратом до полного прилегания внутренних поверхностей уголков через раствор к колонне, затем в зазорах между боковыми торцами уголков размещают пластины из негорючего материала, на них накладывают планки обоймы, после чего осуществляют в два этапа приварку планок к уголкам, на первом этапе приваривают две пары сторон планок в холодном состоянии, расположенных по одной из диагоналей колонны, затем планки разогревают до температуры 400-450°C и на втором этапе приваривают две другие пары сторон планок, расположенных по другой диагонали колонны.
Однако известное устройство имеет несколько недостатков: значительная трудоемкость при производстве обжатия, необходимость в дополнительном оборудовании - домкратах и горелок. Для защиты колонны от нагрева требуется большой расход огнезащитного материала. В построечных условиях не возможно проконтролировать температуру нагрева планок и, следовательно, не возможно проконтролировать величину обжатия.
Наиболее близким способом, принятым за прототип, является способ с помощью металлической обоймы, содержащей продольные уголки, соединенные между собой поперечными планками с возможностью обжатия, при этом для осуществления усиления продольные уголки устанавливают на колонну на растворе и временно прижимают к колонне струбцинами, а поперечные планки приваривают к продольным уголкам разогретыми до температуры 200-250°C (Мальганов А.И., Плевков B.C., Полищук А.И. Восстановление и усиление ограждающих строительных конструкций зданий и сооружений. Атлас схем и чертежей. Томск. Томский межотраслевой ЦНТИ, 1990, 315 с.).
Недостатками данного устройства являются: значительная трудо- и энергоемкость при производстве работ, усилия от сокращения длины разогретых пластин часто недостаточно для качественного обжатия колонн, по результатам усиления нет возможности контролировать величину обжатия, во время нагрева пластин колонна подвергается термическому воздействию, что негативно влияет на свойства материала.
Задачей полезной модели является повышение эффективности усиления путем вовлечения его в трехосное напряженное состояние. Внесение конструктивной возможности контроля усиления обжатием за счет возможности натяжения обоймы на различных стадиях усиления.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство для усиления несущих конструкций, представляющее собой металлическую обойму, состоящую из стальных продольных уголков, установленных в кромках усиливаемого сжимаемого элемента несущей конструкции прямоугольного сечения, отличающееся тем, что в качестве поперечных связей используются шпильки круглого сечения, позволяющие выполнять обжатие колонны необходимой контролируемой величины и приваренные одним концом к уголку с определенным шагом, а вторым концом притянуты к соседнему уголку аналогичной конструкции через специальные упоры.
В отличие от прототипа и аналогов вместо планок из листа используется шпилька одним концом приваренная к перу уголка и имеющая резьбу на втором конце для выполнения затяжки обоймы.
Данное конструктивное отличие от известных устройств усиления позволяет выполнять контролируемое обжатие необходимой величины. Величина обжатия обоймы регулируется затяжкой шпилек динамометрическим ключом. Благодаря резьбовой конструкции натяжения в отличие от аналогов и прототипа имеется возможность повторной подтяжки обоймы без изменения ее конструкции. Возможность дополнительной подтяжки позволяет выбрать дополнительный зазор, возникший после твердения раствора и его усадки, а также позволяет обжимать усиливаемую конструкцию поэтапно с неограниченным количеством ступеней нагрузки. Технология установки обоймы не требует нагрева элементов и использования сварочных работ на строительной площадке, что ускоряет процесс усиления и уменьшает трудозатраты по усилению конструкций, а также исключает негативные факторы термического воздействия на элементы колонны и устройства усиления.
Предлагаемый способ конструкции усиления поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена конструкция усиления колонны. Устройство усиления представляет собой прокатные металлические уголки 1, установленные в продольных углах колонны прямоугольного сечения 2 через слой выравнивающего раствора. Уголки 1 стягиваются шпильками 3. На фиг. 3 отображено крепление металлических шпилек 3 к уголкам 1. Каждая шпилька 3 с одного конца приварена к уголку 1, с другого конца натягивается затяжкой гаек на упор 4. На фиг. 2 представлена сборочная единица конструкции усиления, поставляемая на строительную площадку. В цеху возможно выполнения заготовок, представляющих собой одиночный уголок 1 мерной длины. К одному перу уголка 1 с наружной стороны приварены упоры 4, к противоположному перу уголка приварены шпильки 3. На свободном конце шпилек 3 предварительно нарезается резьба.
Принцип работы устройства описан ниже. Затяжку шпилек выполняют в два этапа. Во время первой затяжки шпилек обойма притягивается к свежему раствору, нанесенному на продольные кромки усиливаемой колонны. После затвердевания раствора выполняется затяжка шпилек до проектного усилия, затяжка производится равномерно по всей длине обоймы, а усилие контролируется динамометрическим ключом. По окончании всех работ по натяжке конструкции возможно выполнение окраски противопожарными составами или оштукатуривание металлической конструкции усиления.
Колонна, испытывающая объемное напряженное состояние при обжатии обоймой, имеет большую несущую способность на воздействие вертикальной осевой нагрузки в отличие от аналогичной колонны, не подверженной обжатию. Данный технический результат объясняется тем, что истинной характеристикой прочности являются эквивалентные напряжения в теле колонны, которые, в свою очередь, при возникновении поперечного сжатия снижают свое значение. Эквивалентные напряжения, согласно теории Друккера-Прагера определяются по формуле:
Э
σ - эквивалентное напряжение при растяжении.
Среднее напряжение:
Интенсивность напряжений:
Rt, Rc - предельные напряжения растяжения и сжатия;
Использование поперечных планок в виде металлических шпилек 2 позволяет обжимать колонну с достаточной для получения эффекта усилия. Использование динамометрического ключа при закручивании гаек позволяет контролировать величину обжатия, а следовательно, и эффект от усиления. Данная конструкция обоймы не требует дополнительных энергозатратных работ по нагреву планок, а также дополнительных материалов для защиты элементов колонны от термического воздействия; при усилении колонн не требуется сварочных работ. Совокупность этих факторов дает положительный экономический эффект и снижает трудозатраты на строительной площадке.