925

Рис. 5.20. Усиление железобетонных стропильных балок установкой шарнирно-стержневой цепи с подвесками

Для натяжения шарнирно-стержневых цепей применяют подвески из арматурной стали (4), имеющие шарнирное крепление к цепи с одной стороны и резьбу - с другой стороны. Снизу нижнего пояса балок прикрепляют упорные элементы из швеллера с отверстиями (5), в которые заводят подвески из арматурной стали (сечение 1 - 1). Создание предварительного напряжения в балках обеспечивается завинчиванием гаек. Натяжение затяжек осуществляется путем затягивания гаек натяжения специальными динамометрическими ключами.

Основными элементами горизонтальных предварительно напряженных затяжек для усиления стропильных балок являются металлические торцевые упоры и тяжи из круглой арматурной стали (рис. 5.21).

Опорный узел горизонтальной затяжки представляет собой сварную конструкцию из пластинчатой стали с ребрами жесткости, в которой имеются отверстия для пропуска тяжей из круглой стали (узел А). Узел в пролете балки (узел Б) состоит из горизонтальной пластины опорного хомута и двух вертикальных пластин, которые поддерживаются монтажными хомутами.

Натяжение горизонтальных тяжей осуществляют путем затягивания гаек, одновременно с двух противоположных сторон балок электрифицированными тарированными гайковертами либо электротермическим способом. В результате в бетоне балки создается напряжение сжатия, которое способствует закрытию имеющихся трещин в нижнем поясе и обеспечивает повышение несущей способности балки.

331

Рис. 5.21. Усиление нижнего пояса стропильной балки с помощью круглой предварительно напряженной затяжки:

А - опорный узел; Б - узел в пролете фермы: 1 – усиливаемая конструкция; 2 – горизонтальные тяжи; 3 – монтажная подвеска; 4 – торцовый опорный хомут; 5 – горизонтальная пластина опорного хомута; 6 – то же, вертикальные пластины

Усиление железобетонных стропильных балок с помощью предварительно напряженных шпренгельных затяжек из круглой стали обеспечивает сжатие верхнего пояса балки (рис. 5.22). Для установки затяжек на противоположных концах балок устраивают опорные базы из листового материала (3), к которым на сварке прикрепляют шпренгельные затяжки. Натяжение затяжек осуществляется путем затягивания гаек, являющихся частью натяжного устройства.

Рис. 5.22. Усиление железобетонных стропильных балок установкой предварительно напряженных шпренгельных затяжек:

1 - усиливаемая балка; 2 - шпренгельная затяжка; 3 - опорная база; 4 - натяжное устройство

При значительном увеличении нагрузки на балку ее усиливают предварительно напряженным шпренгелем из прокатного металла (рис.5 23).

Торцевые упоры из металлических пластин устанавливают на верхнем поясе балки, к которым на сварке прикрепляют наклонные тяжи из прокатного профиля. Соединение наклонного и горизонтального тяжей осуществляют на сварке.

332

.

Рис. 5.23. Усиление сборной железобетонной стропильной балки устройством жесткого предварительно напряженного шпренгеля:

1 – железобетонная балка; 2 – наклонный тяж; 3 – горизонтальный тяж шпренгеля; 4 – распорная планка; 5 – монтажная подвеска; 6 – соединительная планка; 7 - боковая пластинка; 8 – упорная пластина; 9 – сварной шов; 10 – стяжной болт; 11швеллер; 12фиксатор из круглой стали;

13 – элементы жесткости

Горизонтальные тяжи устанавливаются с двух сторон ниже нижнего пояса железобетонной балки и в пролете балки поддерживаются с помощью металлических подвесок. В центре железобетонной балки устанавливается распорная планка, снабженная элементами жесткости, которые предохраняют ее от местного смятия.

Напряжение в шпренгеле из прокатного металла создается путем стягивания смежных элементов горизонтального тяжа с помощью двух стяжных болтов (узел В).

Усиление верхнего пояса стропильных балок. Усиление верхнего поя-

са стропильных балок может осуществляться обоймами из швеллеров, односторонним наращиванием сверху или железобетонной рубашкой (рис.

5.24).

Усиление верхнего пояса балок путем наращивания обоймами из швеллеров (рис. 5.24, а) состоит в том, что к верхней части балки покрытия прикрепляют на болтах два швеллера, к которым с двух сторон приваривают уголки усиления полки швеллера. Снизу к швеллерам приваривают упоры из уголков, через которые в заранее пробитые в стенке балки отверстия пропускают болты. В подготовленную обойму заливается новый мелкозернистый бетон с уплотнением бетонной смеси.

При одностороннем наращивании (рис. 5.24, б) следует обнажить в верхней полке балки покрытия рабочую арматуру и приварить к ней через соединительные элементы дополнительную арматуру. Затем установить

333

временную опалубку в габаритах толщины балки и осуществить заливку нового мелкозернистого бетона.

Рис. 5.24. Усиление сборных балок покрытия наращиванием сверху:

а – обоймой из швеллеров; б – односторонним наращиванием сверху; в – железобетонной рубашкой; 1 – усиливаемая балка; 2 – плита перекрытия; 3 – швеллеры; 4 – уголки усиления; 5 – упоры для стяжных болтов; 6

– стяжные болты; 7 – соединительные элементы на сварке; 8 – арматура балки; 9 – дополнительная арматура

Для усиления верхнего пояса стропильной балки с помощью железобетонной рубашки (рис. 5.24, в), как и при одностороннем наращивании, в верхней полке обнажают рабочую арматуру, к которой через соединительные элементы приваривают дополнительную арматуру рубашки. Однако временную опалубку для заливки бетона устраивают не в габаритах толщины балки, а согласно расчетной толщины рубашки.

Укладку нового бетона производят с обязательным тщательным уплотнением бетонной смеси.

5.3.4. Усиление железобетонных многоэтажных рам промышленных зданий

Для усиления железобетонных рам многоэтажных промышленных зданий применяют установку железобетонных или металлических, подкосов, полураскосов, рам или стоек, приведенных в работе 35/ и на (рис.

5.25).

Подкосы (4) и рамы (9) устанавливают на всю высоту этажа здания на плиты перекрытия (рис. 5.25, а,б), а полураскосы (11) и стойки (13) - на специальные железобетонные обоймы (12) или анкерные устройства (14) для опоры стоек (рис. 5.25, в, г).

Передача нагрузки от ригелей на подкосы (4) осуществляется через стальные листы (6) и прокладки из стального листа на графитовой смазке

(7). После включения подкосов в работу к ним в верхней части на сварке крепится металлическая распорка (5). Распор осуществляется с помощью домкратов.

334

Рис. 5.25. Усиление ригелей железобетонных рам многоэтажных зданий установкой подкосов (а), рам (б), полураскосов (в) и стоек между ригелями перекрытий (г):

Железобетонные или металлические рамы (9) устанавливаются на стальные прокладки для предотвращения местного смятия в плитах перекрытия. Для включения рамы в работу в верхней части рамы устанавливают пластины-клинья (6) для передачи нагрузки от ригеля. В местах перегиба вертикальных и наклонных элементов рамы прикрепляют металлическую затяжку (10) для нейтрализации горизонтального распора.

В случае установки полураскосов (11) на железобетонные опорные обоймы (12) к ним в верхней части привариваются тяжи из арматурной стали с муфтами (6), с помощью которых в подкосах создается предварительное напряжение (рис.3.41, в). В верхней части полураскосы заканчиваются металлическими листами (7), на которые установлены прокладка из стального листа на графитовой смазке (8). Графитовая смазка обеспечивает скольжение листа подкоса по прокладке при натяжении горизонтального тяжа с помощью стяжной муфты (6).

Более простым способом усиления многоэтажных рам является установка в середине пролета металлических стоек (13), которые с помощью анкерных устройств (14) крепятся к ригелям рамы (рис. 5.25, г). Металлические стойки изготавливаются из труб или прокатных профилей (труба, двутавр, коробка из швеллера или уголка). Для пропуска тяжей анкерных устройств в междуэтажных плитах перекрытий пробивают отверстия (6), которые затем заделывают бетоном.

5.3.5. Усиление сборных железобетонных колонн сплошного сечения

Для усиления железобетонных колонн применяют железобетонные обоймы и рубашки, стальные обоймы и обоймы с косвенным армированием, технология устройства которых приведена в работе /35, и на рис. (рис. 5.26).

335

При устройстве железобетонной обоймы или рубашки (рис. 5.26, а) сначала готовят боковые поверхности усиливаемой колонны к бетонированию путем перфорирования или насечки. Затем устанавливают арматурный каркас и опалубку и производят бетонирование с уплотнением бетонной смеси. Возможен вариант нанесения бетонной смеси путем торкер-пушки с последующим заглаживанием нанесенного слоя бетона.

Косвенное армирование (рис.5.26, б) применяют в тех случаях, когда квадратную колонну необходимо превратить в круглую. Для этого продольная арматура обоймы устанавливается по центру боковых поверхностей колонны, а поперечная косвенная арматура наматывается кольцами, создавая округлую поверхность. Для бетонирования применяется кольцевая опалубка.

Рис. 5.26. Усиление железобетонных колонн устройством железобетонной обоймы (а), железобетонной обоймы с косвенным армированием (б) и железобетонной рубашкой (в)

Усиление железобетонных колонн может осуществляться установкой приставных разгружающих стоек и устройством стальной обоймы (рис.

5.27).

Рис. 5.27. Усиление железобетонных колонн установкой приставных разгружающих стоек (а) и устройством стальной обоймы (б)

336

В качестве приставных разгружающих стоек (рис.5.27, а) обычно применяют прокатные швеллеры, которые устанавливают на опорные пластины и прикрепляют на сварке к стальным листам стяжного хомута (7). К стальным листам на сварке с шагом, установленным расчетом, приваривают упорные уголки с стяжными болтами (8). С противоположной стороны усиливаемой колонны с таким же шагом устанавливают уголки-шайбы с отверстиями (6), в которые вставляют стяжные болты (5). Натяжение болтов производят динамометрическими ключами.

Для устройства стальной обоймы (рис. 5.27, б) используют стальные листы толщиной 2-3 мм, которые устанавливают по сторонам усиливаемой колонны. Стальные листы (2) перед установкой очищают от окалины и ржавчины и обезжиривают ацетоном. По ребрам колонн устанавливают уголки (3), привариваемые к металлическим листам. В уголках прорезают отверстия через которые инъекцируют эпоксидный клей в зазор между боковой поверхностью колонны и стальными листами обоймы.

Усиление консолей железобетонных колонн. В железобетонных ко-

лоннах с консолями для опирания ригелей возникает необходимость усиления консолей, примеры которых приведены на рис. 5.28 и в работе /60/. Для этого обычно используют следующие способы их усиления:

-устройство железобетонной обоймы;

-устройство металлической обоймы;

-устройство предварительно напряженной металлической обоймы.

Рис. 5.28. Усиление консолей железобетонных колонн устройством железобетонной (а) и металлическими (б,в) обоймами:

для (а) 1 - усиливаемая консоль колонны; 2 - железобетонная обойма; 3 - поверхность консоли, подготовленная к бетонированию; 4 - продольная арматура обоймы; 5 - поперечная арматура обоймы; для (б) 1 - усиливаемая консоль колонны; 2 - элементы металлической обоймы; 3 - дополнительный металлический столик (при необходимости); для (в) 1 - усиливаемая консоль колонны; 2 - уголки обоймы; 3 - предварительно напряженные тяжи обоймы; 4 - коротыши из труб; 5 - шайбы и гайки для создания предварительного натяжения; 6 - штукатурка по сетке

337

Усиление консолей колонн может осуществляться предварительно напряженными наклонными или горизонтальными тяжами (рис. 5.29).

Рис. 5.29. Усиление консолей колонн предварительно напряженными наклонными (а) и горизонтальными (б) тяжами:

1- усиливаемая консоль; 2 - верхние опорные элементы; 3- нижние упоры из пластин; 4- предварительно напряженные тяжи; 5- гайки с шайбами; 6- упоры из швеллеров

Для устройства предварительно напряженных наклонных и горизонтальные тяжей используется арматурная сталь, которая пропускается через отверстия уголковых или швеллерных упоров и натягивается с помощью накручивания гаек динамометрическими ключами.

5.4. Способы усиления строительных металлоконструкций

Научно-исследовательскими и проектными институтами разработано множество разнообразных способов усиления строительных металлоконструкций и выпущено большое количество инструктивных и рекомендательных документов /12, 16, 18, 20, 34, 38, 44, 48, 60/, которые классифицируются на следующие группы:

-изменение статической схемы конструкций с рациональной технологией производства работ;

-увеличение площади сечения;

-местное усиление;

-усиление соединений.

Изменение статической схемы конструкций с рациональной технологией производства работ осуществляется путем подведения или установки дополнительных опор, подкосов или подвесок; постановки дополнительных связей и распределительных систем; превращения разрезных систем в неразрезные и наоборот; введения новых стержневых элементов и систем для рационального изменения статической схемы; введения шарниров и создания заданной жесткости; предварительного напряжения конструкций.

Увеличение площади сечения для усиления несущей способности металлоконструкций производят присоединением к существующему элементу на сварке или высокопрочных болтах дополнительного элемента, увеличивающего площадь первого.

338

К местному усилению прибегают в том случае, когда требуется исправить местные дефекты (искривления, прогибы, трещины и т.п.). Этот вид усиления осуществляется путем установки дополнительных элементов, перекрывающих местные дефекты (накладки, фасонки и т.п.); установки дополнительных скреплений элементов (прокладки между спаренными элементами, планки и решетки между ветвями двухполостных элементов и т.п.); установки дополнительных ребер жесткости; герметизации полостей клепанных и болтовых стыков и т.п.

Усиление соединений элементов металлоконструкций выполняют за счет увеличения катета и длины сварных швов, а также постановки дополнительных болтов или замены заклепок болтами для болтовых и заклепочных соединений.

5.4.1.Усиление металлических колонн одноэтажных

имногоэтажных промышленных зданий

Усиление металлических колонн может осуществляться путем: уменьшения расчетной длины; введением затяжек и оттяжек; устройства переносных преднапряженных устройств; установки предварительно напряженных распорок; обетонирования колонн; увеличением сечения колонн.

Схему усиления колонн выбирают с учетом конкретных условий, состояния усиливаемых конструкций, причин, вызвавших необходимость усиления, а также экономических соображений.

Для группы колонн целесообразно использовать способ установки дополнительных связей или с помощью жестких предварительно напряженных раскосов и распорок, так как при этом помимо усиления происходит повышение их устойчивости (рис. 5.30, а-б).

Для высоких колонн большой гибкости необходимо вводить предварительно напряженные оттяжки (рис.5.30, г) или шпренгельные затяжки

(рис.5.30, д, е).

Возможен вариант превращения шарнирных баз колонн в жесткие путем усиления башмака колонны дополнительным армированием с последующим обетонированием этой конструкции. При этом рекомендуется вво-

339

дить хомуты для обеспечения монолитного соединения башмака с фундаментом. Для восприятия значительной нагрузки на колонну одновременно с усилением башмака колонны необходимо увеличить размер опорной плиты

иустановить дополнительные ребра на сварке.

Внастоящее время для усиления колонн многоэтажных промышлен-

ных зданий наиболее часто применяют следующие предварительно напряженные элементы: телескопический и инвентарный шпренгели и жесткие распорки с поддомкрачиванием, приведенные в работе /82/ и на рис.5.31.

Рис. 5.31. Усиление металлических колонн с помощью индивидуальных предварительно напряженных шпренгелей:

а - телескопической опорой; б - жесткими распорками; в - индивидуальным шпренгелем: 1- усиливаемая колонна; 2- элемент усиления из трубы; 3- напрягаемая внутренняя труба; 4- тяж для стягивания стоек усиления; 5- распорные усиливающие стержни;; 6- элемент усиления; 7- шпренгельная тяга; 8- винтовое устройство

Телескопические предварительно напряженные трубы (рис.5.31, а) рекомендуется использовать для усиления под полной эксплуатационной нагрузкой как центрально, так и внецентренно сжатых колонн. При усилении центрально сжатых колонн опоры из телескопических труб необходимо устанавливать симметрично, а при внецентренно сжатых – в сторону эксцентриситета. Усиливаемый элемент изготавливают из двух телескопически соединенных труб, оба нижних торца которых приваривают к башмаку. Затем наружную трубу удлиняют нагреванием и приваривают ее верхний конец к оголовку внутренней трубы. При остывании наружная труба сжимает внутреннюю, в результате чего создается предварительно напряженный элемент усиления. Его устанавливают в проектное положение, расклинивают и соединяют с усиливаемой колонной хомутами. Затем наружную трубу разрезают по окружности для освобождения внутренней трубы от сжатия наружной и передачи части нагрузки с усиливаемой колонны на внутреннюю трубу. После чего разрез наружной трубы заваривают, образуя опору из двух совместно работающих телескопических труб.

Усиление колонн с помощью жестких распорок (рис.5.31, б), изготовленных из прокатных профилей, осуществляют в следующей последовательности. Жесткие распорки устанавливают симметрично с обеих сторон колонны на опорные уголки, временно раскрепляют, а затем с помощью домкрата и винтового устройства обеспечивают им вертикальное положе-

340