Практическое занятие 10 Расчеты усиления металлических конструкций.

Усиление изгибаемых элементов.

Рис. 10.4 Сечение балки

10.2 Расчёт усиления составной сварной балки по критерию краевой текучести

Требуется проверить несущую способность однопролётной составной сварной балки на новые нагрузки, увеличенные после реконструкции, и при необходимости запроектировать усиление.

Исходные данные. Пролёт балки 10 м, марка стали ВСт3пс6 (С245) R_y = 240 МПа, интенсивность расчётной нагрузки: постоянной g = 30 кН/м, временной нагрузки до и после реконструкции соответственно: p₁ = 65 кН/м и р₂ = 90 кН/м. Размеры сечения балки см. на рис. 10.4.

Определяем геометрические характеристики сечения:

1) момент инерции

2) момент сопротивления

3) статический момент полусечения относительно оси Х₀

4) площадь поперечного сечения

По условию работы балка относится к III группе по норме допустимых предельных пластических деформаций и поэтому может быть рассчитана по критерию КТ.

Максимальный изгибающий момент и перерезывающая сила на опоре:

; .

Проверка прочности в середине пролёта:

Необходимо балку усилить.

Проверка касательных напряжений на опоре выполняется:

Для возможности проведения сварочных работ при усилении требуется снизить уровень напряжений до [12].

Вычисляем уровень напряжений без снятия части временной нагрузки:

Рис. 10.5 Сечение балки после усиления

где .

Снижаем уровень напряжений при выполнении усиления до уровня напряжений , снимая часть временной нагрузки

, где

Усиление выполняется увеличением сечения по схеме на рис. 10.5.

Элементы усиления принимаем из листовой стали С245. Так как расчётное сопротивление в зависимости от толщины листа изменяется от 230 до 240 МПа, принимаем R_y = 230 МПа и вычисляем требуемый момент сопротивления

.

Требуемый момент инерции сечения балки

.

Требуемый момент инерции элементов усиления

Требуемая площадь листов усиления поясов (приближённо)

.

Из условия выполнения нижних сварных швов крепления листа к нижнему поясу балки принимаем ширину листа b = 320мм, тогда требуемая толщина листа усиления

Принимаем по сортаменту

Верхнюю полку усиливаем двумя полосами с площадью сечения

.

Для определения положения нового центра тяжести сечения вычисляем расстояние Δy между осями инерции Х₀ и Х₁ (рис. 53)

,

где S_0н и S_0в – статические моменты сечений усиления нижнего и верхнего поясов балки относительно оси Х₀. Момент инерции усиленного сечения

Максимальное напряжение

,

что меньше .

Для конструкций II и III групп . Проверка прочности выполняется.

Для определения длины элементов усиления вычисляем несущую способность балки до усиления

.

Уравнение изгибающих моментов приравниваем к несущему моменту и определяем расстояние от опоры до начала элемента усиления:

; ;

.

Элементы усиления для обеспечения их полного включения в работу следует завести за место теоретического обрыва на длину l₁, достаточную для восприятия усилия . На один сварной шов действует усилие Сварка выполняется электродами Э42А. Параметры сварки:

Расчёт выполняем по металлу шва. Для нижнего пояса при катете мм, м. Принимаем м.

Для верхнего пояса принимаем минимальный катет шва мм.

Расстояние от опоры до места обрыва листов м.

Длина элементов усиления равна м.

Практическое занятие 11

Расчеты усиления кирпичных и каменных конструкций.

Усиление кирпичной стены

11.1 Усиление кирпичного простенка

Существуют разные варианты усиления простенков, столбов и колонн здания. Чаще применяемые - это обоймы металлические, армоце­ментные и железобетонные. Проще всего выполнить обойму из уголков последующим оштукатуриванием по сетке. Для этого отбивают штукатурку, устанавливают вертикальные уголки по углам простенка и соединяют их горизонтальными полосами. При ширине простенка больше полутора его толщины (b>I,5h) длинные полосы стягивают через кладку тяжами арматуры d10AI. Затем зачеканивают все щели цементным раствором, обвязывают простенок сетками и штукатурят.

Рассмотрим методику расчета усиления простенка на примере. Пусть простенок имеет ширину В = 90 см и толщину h = 51 см (рис. 11.1) . Высота этажа 2,8 м. Кирпичная кладка из глиняного кирпича пластического прессования марки 75 на растворе М25 с упругой характеристикой кладки:

α = 1000 и расчетным сопротивлением R = 11 кг/см² СНиП «Каменные и армокаменные конструкции» [1]. На простенок передается расчетная нагрузка 476 кН с эксцентриситетом е_о = 5 см.

Рис. 11.1 Усиление кирпичного простенка: а - вид на простенок; б - сечение 1-1; 1 - кирпичный простенок; 2 - уголки металлической обоймы; 3 - полосы; 4­- тяж из арматуры; 5 - штукатурка по сетке.

Усиливаем простенок обоймой из 4-х уголков 50х50х5 мм с площадью сечения А^/_S=4×4,8=19,2см² и полосами 50х8 мм с площадью сечения А_S=5×0,8=4см². Полосы располагаем по высоте с шагом S=35см. Расчетное сопротивление металла полос R_SW=1500кг/см², а уголков в зависимости от схемы передачи нагрузки на уголки и с уголков на стену: без передачи 430 кг/см², с односторонней передачей 1300кг/см², с двусторонней передачей (уголки непосредственно воспринимают нагрузку и передают ее вниз) 1900кг/см²

Приведенные ниже формулы и значения коэффициентов взяты из СНиП «Каменные и армокаменные конструкции» [1].

Несущая способность простенка после усиления уголками определяется по формуле:

где φ и η – коэффициенты, зависящие от эксцентриситета е₀ и высоты сечения простенка h;

Здесь

Откуда

m_k=0,7, при наличии трещин в кладке. Если они отсутствуют, то m_k=1;

m_g=1 при h≥30см.

А - площадь сечения усиливаемой кладки,

А=b·h=90·51=4590см²

μ-процент армирования кладки поперечными полосами,

Несущая способность усиленного металлической обоймой простенка при R_SС=430кг/см² равна:

Как видно, несущая способность простенка после усиления выше, чем расчетная нагрузка.

Практическое занятие 12

Расчеты усиления кирпичных и каменных конструкций.

Усиление кирпичного простенка

11.2 Расчет усиления кирпичного простенка

По материалам обследования кирпичная кладка стен не соответствует требованиям действующих строительных норм по нормальному сцеплению, то есть необходимо усиление стен. Выполним расчет усиления простенка продольной стены 1-го этажа по оси В между осями 9 и 10.

Усиление рассматриваемого простенка рекомендуется выполнить с помощью устройства стальных обойм из уголков с последующим оштукатуриванием по специальной металлической сетке. Для этого отбивают штукатурку, устанавливают вертикальные уголки по углам простенка и соединяют их горизонтальными полосами. При ширине простенка больше полутора его толщины (b>1,5h) длинные полосы стягивают через кладку тяжами из арматуры диаметром 10 А-I. Затем зачеканивают все щели цементным раствором, обвязывают простенок сетками и штукатурят (см. рис. 11.2).

Здание подлежит реконструкции и нагрузки на здание с учетом реконструкции неизвестны, но при этом предполагается незначительное уменьшение нагрузок за счет перепланировки и использования более легких строительных материалов.

Рассмотрим методику расчета усиления простенка на примере. Пусть простенок имеет ширину В = 110 см и толщину h = 51 см (рис. 11.2) . Высота этажа H = 3,15 м. Кирпичная кладка из глиняного кирпича пластического прессования марки 75 на растворе М25 с упругой характеристикой кладки:

α = 1000 и расчетным сопротивлением R = 11 кг/см² [СНиП]. На простенок передается расчетная нагрузка 605 кН.

а) б)

Рис. 11.2 Конструктивное решение усиления кирпичного простенка: а) - вид на простенок; б) - сечение 1-1; 1 - простенок; 2) уголки из металлической обоймы; 3) - полосы; 4) - тяж из арматуры; 5) - штукатурка - по сетке.

Усиливаем простенок обоймой из 4-х уголков 50х50х5 с площадью сечения = 4ּ4,8 = 19,2 см² и полосами 50х8 с площадью сечения А_s = 5ּ0,8 = =4 см². Полосы располагаем по высоте с шагом S = 30 см. Расчетное сопротивление металла полос R_sw = 1500 кг/см², а уголков в зависимости от схемы передачи нагрузки на уголки и с уголков на стену: без передачи 430 кг/см², с односторонней передачей 1300 кг/см², с двухсторонней передачей (уголки непосредственно воспринимают нагрузку и передают ее вниз) 1900 кг/см².

Несущая способность простенка после усиления уголками определяется по формуле:

N≤φּ[m_g ּm_k ּR + 2,5μּR_sw /(1+2,5μ)100]ּА+R_scּ

φ = коэффициент продольного изгиба всего простенка и сжатой части проема, зависящее соответственно от гибкости λ₁;

λ₁ = H/h = 315/51 = 6,18; φ₁ = 0,98;

m_к = 0,7 при наличии трещин в кладке.

Если они отсутствуют, то m_к = 1;

m_g = 1 при h≥30 см.

А - площадь сечения усиливаемой кладки,

А = bּh = 110ּ51 = 5610 cм²;

μ - процент армирования кладки поперечными полосами.

μ = 2А_sּ(h+b)ּ100/hּbּs = 2ּ4ּ(110+51)ּ100/110ּ51ּ30 = 0,77%.

Несущая способность усиленного металлической обоймой простенка при R_sc = 430 кг/см² равна:

N=0,98ּ[1ּ1ּ11+2,5ּ0,77ּ1500/(1+2,5ּ0,77)ּ100]ּ5610+

+ 19,2 ּ430 = 123004,94 кг = 1230>605 кН.

Таким образом, несущая способность рассматриваемого после усиления выше, чем расчетная нагрузка.