12.2. Повышение степени внешней статической неопределимости

Усиление конструкций подведением дополнительных жестких опор – эффективный метод усиления, позволяющий многократно увеличить нагрузку на конструкции. Метод применяется, когда существует возможность уменьшения габаритов помещения. К жестким относятся опоры, осадка которых соизмерима с осадкой существующих опор (не более 10 % от прогиба усиливаемой конструкции) и которой можно пренебречь при расчете.

Дополнительные жесткие опоры выполняют в виде одиночных стоек с самостоятельными фундаментами, подкосов и подвесок с опиранием на существующие конструкции. Дополнительные жесткие опоры изготавливают из железобетона или металла.

При устройстве дополнительных жестких опор с опиранием на самостоятельные фундаменты (рис. 12.3) следует учитывать, что основание под подошвой существующих фундаментов уплотнено в результате длительной загрузки, поэтому для уменьшения осадки фундамента дополнительной опоры грунт под ним предварительно обжимают или устраивают под ним развитую песчано-щебеночную подушку, распределяющую давление на основание.

Рис. 12.3. Усиление конструкции дополнительной жесткой опорой с самостоятельным фундаментом: 1 – усиливаемая конструкция; 2 – стойка дополнительной опоры; 3 – фундамент опоры; 4 – песчано-щебеночная подушка; 5 – надрез

Дополнительные жесткие опоры в виде подкосов (рис. 12.4, а) и подвесок (рис. 12.4, б) передают нагрузку на существующие фундаменты, что позволяет избежать осадки, хотя в ряде случаев и требует их предварительного усиления. В случае передачи нагрузки от дополнительных подкосов на колонны для восприятия возникающего распора устраивают затяжки.

а

Рис. 12.4. Усиление дополнительными жесткими опорами в виде: а – подкосов; б – подвесок

Для включения дополнительных жестких опор в совместную работу производится обязательное подклинивание конструкций с помощью домкратов и клиньев. При усилении конструкций дополнительными жесткими опорами следует стремиться к максимальной разгрузке усиливаемой конструкции на момент усиления, так как перераспределяться по новой схеме будет только нагрузка, приложенная к конструкции после подведения опоры.

При невозможности эффективного разгружения усиливаемой конструкции выполняется предварительный подъем усиливаемой конструкции в месте установки дополнительной опоры.

Подъем производится силой

, (12.1)

где – реакция дополнительной опоры от полной нагрузки; – реакция дополнительной опоры от нагрузки, приложенной к конструкции после усиления.

Усилие подъема конструкции может также определяться исходя из величины прогиба усиливаемой конструкции.

При отсутствии верхней арматуры или малой площади ее сечения над дополнительной опорой, конструкция после образования трещин рассматривается как разрезная. В этом случае устраивается уширение опоры для усиливаемой конструкции на дополнительную опору, учитывающее возможное отклонение в развитии трещин, или формируется магистральное направление трещины путем надреза конструкции сверху по оси дополнительной опоры глубиной не менее 50 мм (см. рис. 12.3, поз. 5).

Дополнительные упругие опоры менее эффективны, однако позволяют в меньшей степени стеснить свободное пространство помещений. К упругим опорам относятся дополнительные опоры, осадка которых соизмерима с прогибом усиливаемой конструкции (более 10 % от прогиба). Дополнительные упругие опоры создают с помощью балок (железобетонных или металлических) (рис. 12.5, а, б), металлических ферм (рис. 12.5, в) или подвесок, расположенных со стороны верхней, нижней или боковых граней усиливаемой конструкции и опираемых на опорные части конструкции или самостоятельные опоры. Нагрузка от усиливаемой конструкции передается через расклинивающие прокладки, позволяющие включить дополнительные упругие опоры в совместную работу.

При устройстве дополнительных упругих опор также следует стремиться к максимальной разгрузке усиливаемой конструкции, так как по новой схеме будет перераспределяться только нагрузка, приложенная после усиления.

Для усиления изгибаемых большепролетных конструкций многопролетных зданий эффективно выполнять дополнительные упругие опоры в виде двухконсольных кронштейнов. Кронштейны выполняются с помощью прокатных профилей, опирающихся на оголовок колонн (рис. 12.6, а), или с помощью треугольных ферм (рис. 12.6, б). Кронштейны устанавливают попарно со стороны боковых граней усиливаемой конструкции, соединяют между собой опорными элементами и соединительными планками. Высоту опорной части кронштейнов принимают равной высоте опорных частей усиливаемых балок. Длина вылета консолей не превышает 1/4...1/6 пролета усиливаемой конструкции.

Рис. 12.5. Усиление конструкций дополнительными упругими опорами в виде: а, б – балок, в – треугольной фермы

Рис. 12.6. Усиление конструкций дополнительными упругими опорами в виде двухконсольных кронштейнов: а – из прокатных профилей; б, в – из треугольных ферм: 1 – усиливаемая конструкция, 2 – стальная балка, 3 – ребра жесткости, 4 – соединительный стержень или пластина, 5 – опорный столик, 6 – соединительная накладка, 7 – уголок, 8 – опорный элемент, 9 – тяж, 10 – упор

Опорные элементы кронштейнов выполняют в виде седлообразных накладок, устанавливаемых сверху смежных усиливаемых балок (рис. 12.6, б) или в виде опорного листа толщиной 20...30 мм, вставляемого в зазор между сборными балками, и передающего нагрузку через распределительную накладку на оголовок колонны (рис. 12.6, в). При этом опорные элементы не должны быть жестко закреплены, а иметь возможность сдвига на уровне грани в обе стороны на 5...10 мм.

Включение кронштейнов в совместную работу производят расклиниванием с контролем прогиба или подвеской тарированного груза весом, равным величине опорной реакции (12.1), и укладкой в образовавшийся зазор фиксирующих прокладок.

Для опирания элементов дополнительных опор на существующие колонны на последних устраивают специальные опорные хомуты. Опорные хомуты могут быть как железобетонными, так и металлическими с последующим обетонированием или без него.

Железобетонные опорные хомуты (рис. 12.7, а) армируют, аналогично коротким консолям, наклонной или замкнутой горизонтальной арматурой. Перед устройством опорных хомутов бетонная поверхность колонны скалывается на толщину защитного слоя бетона. Поперечную арматуру приваривают к оголенной арматуре колонн.

Металлические опорные хомуты (рис. 12.7, б) выполняют из швеллеров, которые приваривают к оголенной арматуре колонн. Перед приваркой отрезки швеллеров устанавливают в проектное положение и соединяют между собой стяжными болтами. При наличии зазоров между швеллерами и оголенной арматурой устанавливают металлические прокладки.

Металлические опорные хомуты (рис. 12.7, в), состоящие из верхней опоры, привариваемой к оголенной арматуре колонны, тяжей и опорного столика, позволяют создавать предварительное напряжение дополнительных опор.

Усиление многопролетных шарнирно опертых конструкций может производиться установкой дополнительных связей над опорами в виде надопорной арматуры с целью обеспечения неразрезности усиливаемой конструкции. Дополнительная надопорная арматура может устанавливаться при наращивании в верхней зоне конструкций при бетонировании расширенных швов между плитами перекрытия или вскрытых пустот смежных многопустотных панелей (рис. 12.8).

а

б

Рис. 12.7. Опорные хомуты: а – железобетонный; б – стальной с обетонированием; в – стальной, 1 – колонна, 2 – ригель, 3 – бетон хомута, 4 – коническая шайба, 5 – поперечная арматура хомута, 6 – швеллер, 7 – оголенная арматура колонны, 8 – стяжной болт, 9 – сварной шов, 10 – тяж, 11 – опорный уголок, 12 – ребра жесткости, 13 – пластина, 14 – пластина с рифленой поверхностью

При проектировании усиления конструкций обеспечением их неразрезности дополнительная арматура должна заводиться за точку нулевых моментов объемлющей эпюры на длину не менее 15, где  – диаметр дополнительной надопорной арматуры.

Для уменьшения изгибающих моментов в колоннах многоэтажных многопролетных зданий от воздействия ветровой нагрузки устраивают дополнительные крестовые или портальные связи из прокатных профилей, которые закрепляют на колоннах с помощью окаймляющих стальных уголков.

а

б

Рис. 12.8. Усиление конструкций путем обеспечения их неразрезности: а – при бетонировании пустот многопустотных плит; б – при бетонировании расширенных швов между плитами; 1 – усиливаемые плиты, 2 – ригель, 3 – арматурный каркас, 4 – отверстия в плитах, 5 – бетон