Лекція №10. Посилення конструкцій обоймами. Посилення конструкцій залізобетонною сорочкою. Посилення конструкцій нарощуванням
Одним з поширених способів посилення стержневих елементів є обойми. Характерною особливістю обойм є обхват посилюючого елемента, з всіх чотирьох сторін. Посилення згинаючих елементів (ригелів, балок і т.п.) обоймами рекомендується тільки в тих випадках, якщо по яких-небудь причинах, наприклад, значна корозія арматури, не можна застосувати спосіб одностороннього нарощування, оскільки посилення згинаючих елементів, по всьому периметру січення, крім труднощів, пов'язаних з провадженням робіт, нераціональне з конструктивної точки зору.
Мінімальна товщина залізобетонних обойм згинаючих елементів, приймається в залежності від захисного шару у відповідності з СНиП II-21-75 і діаметра арматури (поздовжньої і поперечної). Максимальна - зазвичай не перевищує 100 мм.Площа поздовжньої арматури визначається розрахунком. Перед бетонуванням обойм поверхню бетону елементів, що посилюються необхідно піддати насічці і промити струменем води для забезпечення зчеплення старого бетону з новим.
У випадках, коли елемент, що згинається, входить до складу монолітного ребристого перекриття, при посиленні його обоймою в плиті перекриття необхідно пробивати отвори для пропуску хомутів і подачі бетонної суміші при бетонуванні (рис.10.1, 10.10, 10.12, 10.13,10.15 – 10.17). При посиленні перекриття в цілому при виконанні обойм для балок одночасно проводиться набетонування плити зверху.
Найбільш широке застосування обойм рекомендується для посилення колон, оскільки в цьому випадку досягається найбільша ефективність цього конструктивного рішення (рис.10.2 – 10.6, 10.9, 10.11, 10.14). Для посилення колони використовується декілька типів обойм, які відрізняються між собою конструктивними особливостями, матеріалами, провадженням робіт і ефективністю посилення.
Рис. 10.1. Посилення монолітної балки залізобетонною обоймою: 1- посилювана балка; 2- обойма; 3- плита; 4- отвори в плиті для пропуску хомутів і подачі бетону; 5- монтажна арматура обойми; 6- похилі стержні обойми; 7- робоча арматура обойми; 8- хомути обойми.
Одним з типів залізобетонних обойм - є обойми із звичайною поздовжньою і поперечною арматурою без зв'язку арматури обойми з арматурою колони, що посилюється. Перед бетонуванням обойми необхідно обов'язково зробити підготовку поверхні конструкції, що посилюється (виконувати насічку бетону і промити його струменем води). Товщина обойми колони залежить від міри посилення і звичайно не перевищує 300мм. Площа поздовжньої арматури обойми визначається розрахунком, але її діаметр повинен бути не менше за 16мм для стиснутих і 12мм для розтягнутих зон. Поперечна арматура приймається діаметром не менше за 6 мм і встановлюється з кроком 15 діаметрів поздовжньої, але не більш трикратної товщини обойми і не більше за 200 мм. У місцях можливої концентрації напружень крок хомутів повинен бути зменшений вдвічі. При влаштуванні місцевої обойми на пошкодженій ділянці вона повинна виходити за її межі не менше за 5 товщин обойми, не менше за ширину більшої грані колони і не менше за 400 мм.
Рис. 10.2. Посилення колони залізобетонною обоймою: 1-посилювана колона; 2-обойма; 3-поздовжня арматури; 4-поперечна арматура.
Залізобетонні обойми колон можуть бути виконані з поперечною арматурою у вигляді спіральної обмотки з дротяної арматури. При конструюванні обойм слід дотримуватися наступних умов:
а) спіралі в плані повинні бути круглими;
б) відстані між витками спіралі в осях повинні бути не менше за 40мм, не більше за 1/5 діаметри січення ядра обойми, охопленого спіраллю, і не більше за 100 мм;
в) спіраль повинна охоплювати всю робочу поздовжню арматуру. Залізобетонні обойми зі спіральною обмоткою володіють підвищеною несучою здатністю при центральному стиску.
Крім залізобетонних обойм для посилення колон, можуть бути рекомендовані металеві обойми з прокатної і листової сталі. Складовими частинами металевих обойм є стійки кутникового профілю, з'єднувальні планки і опорні підкладки з листової сталі. При влаштуванні металевих обойм обов'язковою умовою є щільне примикання металевих стійок до граней колони що посилюється і їх вертикальність. Для досягнення цієї умови рекомендується поверхню бетону в місці примикання стійок вирівнювати сколюванням нерівностей і зачеканюванням цементним розчином.
Рис.10.3. Посилення колони залізобетонною обоймою з спіральною арматурою: 1- колона, що посилюється; 2- обойма; 3-спіральна арматура.
Ефективність посилення залежить від примикання по торцях металевих стійок. Включення металевих обойм в спільну роботу може здійснюватися за допомогою спеціального пристосування.
Рис. 10.4 .Посилення колони металевою обоймою: 1-колона, що посилюється; 2- стійки кутники; 3- з'єднувальні планки; 4- прокладки; 5- зачеканити цементним розчином.
Ефективність посилення металевою обоймою значно зростає, якщо пояси навколо колони, утворені з'єднувальними планками, виконати попередньо-напруженими. Введення в напружений стан металевих поясів рекомендується здійснювати таким чином: з'єднувальні планки кожного з поясів встановлюють на одному рівні і приварюють однією стороною до стійок; потім приступають до замикання середнього по висотіколони пояса, для чого нагрівають з'єднувальні планки двох протилежних граней до температури 100°С і приварюють до стійок в нагрітому стані; аналогічно поступають з планками суміжних граней. Таким самим чином замикають інші пояси обойми. По мірі охолодження нагрітих з'єднувальних планок колона, що посилюється зазнає обтиснення металевими поясами.
Рис.10.5. Посилення колони металевою обоймою
Рис.10.6. Конструкція металевих розпинок для посилення колон і цегляних простінків
Рис.10.7. Посилення цегляного муру металевою обоймою
При влаштуванні обойм даного типу в приміщеннях з агресивним середовищем металеві елементи необхідно захищати від корозії фарбуванням відповідними складами. Металеві обойми рекомендується застосовувати у випадках, коли не можна зменшувати габарити виробничих приміщень і потрібно зробити посилення колон в найкоротші терміни. Ефективність посилення залежить від щільного примикання обойми до колони, що посилюється і по торцях, внаслідок чого на його забезпечення необхідно звертати особливу увагу.
Рис.10.8. Посилення цегляного муру металевою обоймою
Конструктивне рішення, відоме як сорочка являє собою незамкнуту з одного боку обетонку. Сорочки рекомендується застосовувати в тих же випадках, що і обойми, коли по яких-небудь причинах не є можливим охопити елемент, що посилюється з всіх чотирьом сторін, наприклад, колона, що примикає однією стороною до стіни.
Сорочки частіше за все використовуються при посиленні монолітних балок ребристих перекрить.
Армування сорочок складається з поздовжньої і поперечної арматури, частина якої є робочою і ставиться по розрахунку, а частина -конструктивно.
Рис. 10.9. Пристосування для включення в роботу металевої обойми колони:
1-колона, що посилюється; 2- обойма, 3-столик; 4- металевий гвинт; 5- гайка; 6-упорний елемент; 7- ригель, 8-динамометр; 9- прокладка.
Особливу увагу. слід приділити анкеруванню поперечної арматури по кінцях поперечного січення сорочок. При посиленні колон хомути слід приварювати до арматури посилюючої колони, а у випадку яких-небудь ускладнень в виконані цієї умови сорочка колони повинна розраховуватися на сприйняття всього навантаження. При посиленні монолітних балок ребристих перекриттів хомути виводяться через плиту і заанкеровуються за допомогою поздовжніх арматурних стержнів.
При посиленні згинаючих елементів, рекомендується застосовувати бетони більш пластичної консистенції, ніж при посиленні колон.
Якщо сорочки влаштовуються тільки на пошкоджених ділянках посилюючих елементів, то їхнеобхідно розповсюджувати на непошкоджені ділянки не менше за довжину анкерування поздовжньої арматури сорочки, не менш п'яти товщин стінок сорочки, не менше за ширину грані або діаметр посилюючого елемента, і не менше за 500мм. При армуванні сорочок рекомендується не застосовувати арматури діаметром менше за 8мм для поздовжніх стержнів і 6 мм - для хомутів.
Рис.10.10. Посилення монолітної балки залізобетонною сорочкою: 1-балка, що посилюється; 2- сорочка; 3- робоча арматура сорочки; 4- монтажна арматура рубанки: 5- хомути; 6- насічка.
Посилення нарощуванням полягає в тому, що конструкція, яка посилюється збільшується по висоті або ширині (знизу, з боків або зверху посилюючого елемента,). Характерною особливістю цього способу є сприйняття дотичних напружень, діючих в площині контакту старого бетону з новим, спеціальною додатковою арматурою, що приварюється до арматури посилюючої конструкції, що заздалегідь оголюється сколюванням захисного шару в місцях зварки (рис.10.10 – 10.13, 10.15, 10.17)). Це конструктивне рішення застосовується для посилення будь-яких залізобетонних конструкцій, як монолітних, так і збірних. Використання арматурних стержнів діаметром менше, ніж 10мм при посиленні нарощуванням не рекомендується.
Рис10.11. Посилення колони залізобетонною сорочкою: 1-колона, що посилюється, 2-сорочка; 3- робоча арматура сорочки; 4-хомути; 5-огороджуюча стіна; 6-зварювання внахлест арматури колони.
В ряді випадків для збільшення несучої здатності посилюючих елементів, нарощуванням досить лише збільшити кількість основної поздовжньої арматури, для чого рекомендується сколоти захисний шар (не менш, ніж на 0,5 діаметра арматури) і за допомогою паралельної зварки через коротиші з арматури діаметром від 10 до 40 мм і довжиною від 50 до 200 мм з'єднати додаткову арматуру з існуючою.
Рис.10.12. Посилення збірних балок покриття: 1 – посилювана балка; 2 – плита покриття; 3 - швелери; 4 – кутники посилення вирізу полички швелера; 5 – упори для стяжних болтів;6 – стяжні болти; 7 – з’єднувальні елементи на зварці; 8 – арматура балки; 9 – додаткова арматура.
Рис. 10.13. Посилення збірних і монолітних балок: 1 – посилювана балка; 2 – плита; 3 – арматура балки; 4 – арматура посилення; 5 – бетон посилення
Рис.10.14. Посилення колони одностороннім нарощуванням: 1-колона, що посилюється; 2- одностороннє нарощування, 3-арматура колони 4-додаткова робоча арматура, 5-з’єднувальні стержні на зварці.
Рис.10.15. Посилення балки одностороннім нарощуванням: 1-балка, що посилюється; 2- нарощування за допомогою коротишів; 3-нарощування за допомогою з'єднувальних елементів; 4-арматура балки, що посилюється; 5-додаткова робоча арматура; 6-коротиші; 7- з'єднувальні елементи на зварці.
Врозтягнутих зонах елементів, що посилюються коротиші розміщуються на відстанях через 200-1000 мм; в стиснутих зонах- на відстанях не більшеза500 мма не більше 20dпоздовжньої арматури посилення. Після проведення зварювальних робіт замість сколеного захисного шару наноситься новий у вигляді цементної штукатурки. В тих випадках січення элемеата, що посилюється збільшується, в межах від 20 до 80 мм.
В випадку значного нарощування січення рекомендується застосовувати спеціально приварені з’єднувальні елементи, вертикальні і похилі. Після проведення зварювальних робіт проводиться підготовка поверхні і бетонування січення що нарощується, які принципово не відрізняється від подібних робіт при влаштуванні обойм і сорочок.
Посилення нарощуванням не рекомендується при значній корозії поздовжньої арматури елементів, що посилюються і в тих виробничих приміщеннях, де по яких-небудь причинах заборонено виконувати зварювальні роботи.
При розривах арматурних стержнів в елементах, що згинаються рекомендується відновлювати їх зваркою заздалегідь напружених накладок (див. рис. 30б), Заздалегідь потрібно підперти конструкцію, що посилюється тимчасовими підпорами, сколоти захисний шар на необхідній довжині, приварити стержні посилення (накладки) одним кінцем, нагріти пропущенням струму, наприклад, від зварювального трансформатора, приварити другий кінець в нагрітому стані, відновити порушений захисний шар пластичним бетоном на дрібному заповнювачі.
Допускається приварка додаткової арматури з сталі класу A-I, П, Ш до існуючої арматури тих же класів. При арматурі з високовуглеводних сталей класів А-IУ і вище, а також з высокодротових канатів і пасм зварювання не допускається.
Рис.10.16. Посилення ребер збірних плит: 1- посилювана плита; 2-посилення в шві; 3- хомути; 4- прокладки з кутників; 5-арматура ребра плити; 6- додаткова арматура; 7- коротиші.
Рис. 10.17. Посилення збірних балок покриття: 1 - посилювана балка; 2,3- арматура балки; 4- додаткова арматура; 5-кладта з арматурних стержнів; 6 -з’єднувальні стержні; 7- додаткові хомути; 8- обетонка.