2321

При невозможности разгрузки балка поддомкрачивается с помощью специальной раздвижной стойки, состоящей из двух труб разного диаметра, с малым зазором входящих одна в другую.

Рис. 2.19. Способы усиления балок наращиванием сечения: а – симметричное наращивание сечения; б – несимметричное наращивание сечения

Усиление балки наращиванием (рис.2.20) производится в следующей последовательности:

–к усиливаемой балке с помощью струбцин или "прихватыванием" сваркой прикрепляется лист усиления I;

–в середине балки устанавливается раздвижная стойка 2, выверяется её вертикальность по отвесу, а затем с помощью клина 3 закрепляется враспор

сбалкой;

–устанавливаются домкраты 4 и подключаются к общей насосной станции;

–поддомкрачиванием создается обратный выгиб балки;

–в зазор, образовавшийся между торцом внутренней трубы и балкой, вставляется новый клин, фиксирующий выгиб;

–сбрасываетсядавлениевдомкратах, ипроизводятсясварочныеработы по усилению вначале нижнего пояса балки, а затем – стенки и верхнего пояса;

–после завершения работ по усилению балка вновь поддомкрачивается, выбивается клин, демонтируются стойка и домкраты.

Следует отметить, что использование раздвижной стойки целесообразно при малой высоте помещения, когда не требуется проведения специальных мероприятий, обеспечивающих ее устойчивость.

Усиление шпренгелем достаточно эффективно, так как позволяет существенно увеличить несущую способность балки без её демонтажа. Это обусловлено тем, что шпренгель изменяет статическую схему работы

111

балки, превращая ее из однопролетной в многопролетную на упругоподатливых или, при соответствующем натяжении шпренгеля, жестких опорах.

Рис. 2.20. Усиление балки с предварительным выгибом:

1 – лист усиления; 2 – раздвижная стойка; 3 – клин; 4 – домкраты; 5 – усиливаемая балка

Конструкция шпренгеля показана на рис.2.21,а, расчетная схема – на рис.2.21,б.

Включение шпренгеля в работу может производиться двумя способами: натяжением шпренгельной цепи и предварительным выгибом усиливаемой балки.

Натяжение шпренгельной цепи осуществляется термическим, термомеханическим и механическим способами. При механическом и термомеханическом способах используются натягивающие муфты, включенные в горизонтальный участок цепи.

Предварительный выгиб усиливаемой балки делается с помощью раздвижной стойки или домкратами. Однако в этом случае домкраты устанавливаются непосредственно на горизонтальный участок шпренгеля, в узлах.

Местные повреждения балок в виде вмятин, пробоин и трещин устраняются приваркой накладок, ширина которых назначается из условия

b t PRy ,

где b – ширина накладки;

P – усилие в поврежденной части сечения; t – толщина поврежденной части сечения; Ry – расчетное сопротивления стали.

112

Рис. 2.21. Усиление балки шпренгелем:

а – конструкция усиления; б – расчетная схема усиленной балки

Балки, имеющие погнутости стенок, усиливаются приваркой ребер жесткости, расстояние между которыми принимается не более половины высоты балки.

Для элементов усиления по возможности применяется та же сталь, из которой изготовлена восстанавливаемая конструкция.

Расчет усиленных балок может производиться двумя методами в зависимости от статической схемы, вида усиления и характера временной нагрузки, а именно:

–по предельному состоянию в упругой стадии и с учетом пластической работы металла;

–по допускаемому напряжению в упругой стадии работы металла. Следует отметить, что расчет по предельному состоянию дает более

экономичные решения, так как учитывается перераспределение и выравнивание напряжений в балке и элементах усиления. Он широко применяется

113

при расчете балок, усиленных наращиванием сечения или подведением дополнительных опор, а также в других случаях, когда целесообразен учет пластической работы металла.

Последовательность расчета по предельному состоянию балки, усиленной наращиванием сечения, приводится на блок-схеме 1.

Расчет по допускаемому напряжению целесообразно производить для балок, испытывающих воздействие динамической нагрузки, а также при оценке прочности элементов усиления, воспринимающих статическую нагрузку, приложенную после усиления балки.

Блоксхема 1

Расчет разрезной балки, усиленной симметричным наращиванием сечения полок

нет

нет

Условные обозначения:

Ixc ,Wxc ,Yc – геометрические характеристики старого сечения;

Ixn ,Wxn ,Yn – то же усиленного (полного) сечения; tд,bд – то же усиливающих элементов;

114

Mс, M y – изгибающие моменты, действующие на балку соответственно

до и после усиления;

f ,m – усредненный коэффициент надежности по нагрузке.

Пример 2.14. Требуется усилить стальную балку перекрытия симметричным наращиванием сечения полок в связи с увеличением полезной нагрузки.

Исходные данные: существующая расчетная нагрузка на балку q1 17,6 кН/м; расчетная нагрузка, которую должна воспринимать балка

после реконструкции q2 27,6 кН/м; параметры балки до усиления: I №30;

bf 13,5 см; h =30 см; Ixc 7080 см4 ; Wxc 472 см3 ; yc 15 см. Расчетная длинабалкиl=6 м; маccа1 п.м– 36,5 кг. Элементусиления– стальнаяполоса

Расчетная схема балки представлена на рис.2.22.

Рис. 2.22. Расчетная схема балки

Решение

Определяем полную расчетную нагрузку с учетом собственного веса балки:

Определяем избыточный момент, который должно воспринять сечение балки:

Мд Мy M c 126 81 45 кН м.

Находим геометрические характеристики усиленной балки:

Wxn M y 12600 600 см3 ; Ry c 21 1

Ixn Wxn (Yc tд) 600 (15 1) 9600 см4 ;

Принимаем bд1 5,3 см; bд2 50 tд .

Ввиду незначительной разницы принятой ширины полосы bд1 и требуемой по расчету bд , геометрические характеристики сечения

усиленной балки не уточняем. Определяем прогиб усиленной балки:

Жесткость усиленной балки достаточная.

Усиление стальных колонн

Увеличение несущей способности стальных колонн достигается различными методами, наиболее известными из которых являются: наращивание сечения колонн стальным профилем; устройство предварительно напряженных шпренгелей; установка обычных и предварительно напряженных раздвижных стоек; омоноличивание бетоном и т.д.

Выбор способа усиления в основном зависит от вида сжатия, характера действующей нагрузки и конструктивной схемы колонны. Наиболее часто применяется способ наращивания сечения простой в исполнении и эффективный с позиции увеличения прочности.

116

Усиление центрально-сжатых колонн производится, как правило, |симметричным наращиванием сечения. При этом стремятся к максимальному увеличению радиуса инерции сечения и одновременно к минимальному смещению центра тяжести усиленного сечения относительно линии действия сжимающего усилия.

Усиление внецентренно сжатых колонн может осуществляться как симметричным, так и несимметричным наращиванием сечения. Несимметричное наращивание применяется в тех случаях, когда изгибающие моменты разных знаков различаются по величине, причем усиливающий элемент располагается таким образом, чтобы уменьшить эксцентриситет приложения внешней нагрузки относительно центра тяжести сечения колонны.

Следует отметить, что необходимым условием при наращивании сечения является предварительная разгрузка колонны не менее чем на 40% полной величины.

Для уменьшения сварочных напряжений и деформаций элементы усиления вначале привариваются к колонне точечной сваркой и лишь после этого накладываются основные швы – сплошные или прерывистые. При этом шаг прерывистых швов на сжатой грани не должен превышать 40 радиусов инерции поперечного сечения колонны, а при усилении растянутой грани – 80 радиусов инерции.

Практика показывает, что при усилении колонн в условиях действующего производства не всегда удается их разгрузить на требуемую величину. В этом случае используются другие методы усиления, заметное место среди которых занимают шпренгели (рис.2.23,в) и напрягаемые распорки, ранее рассмотренные при усилении железобетонных колонн.

Иногда колонны усиливают с помощью предварительно напряженной телескопической стойки (рис.2.23,г). Преимуществом данного метода является то обстоятельство, что элемент усиления заблаговременно подвергается предварительному сжатию, в результате чего отпадает необходимость использования силового оборудования для включения стойкивработу. Элементусиления(стойки) состоитиздвухтелескопически соединенных труб, причем внутренняя труба с небольшим зазором входит в наружную. Нагревом наружной трубы с последующей ее сваркой с внутренней создаются предварительные напряжения, в наружной трубе – растягивающие, а во внутренней – сжимающие. После установки в проектное положение наружная труба разрезается по окружности, в результате чего внутренняя труба освобождается от связи, удлиняется, включаясь в работу, и разгружает усиливаемую колонну.

117

Рис. 2.23. Способы усиления стальных колонн:

а – симметричным наращиванием сечения; б – несимметричным наращиванием сечения; в – предварительно напряженным шпренгелем; г – предварительно напряженной телескопической стойкой; д – омоноличиванием бетоном

118

Усиление колонн омоноличиванием бетоном (рис.5.43,д) начали в последнее время широко применять в связи с резким удорожанием стали.

Следует напомнить, что расход металла в железобетонном элементе усиления на 60-80% меньше, чем в стальном. Однако, чтобы усиление было эффективным, необходимо обеспечить совместную работу стальной колонны с бетонной обоймой.

С этой целью колонна с помощью пескоструйного аппарата очищается откраски, масляныхпятениржавчины. Приневозможноститщательной, до металлического блеска, очистки поверхности к колонне привариваются стержни длиной 80...100 мм, диаметром 6-8 мм с интервалом 200-250 мм. Для надежного заанкеривания в бетоне концы стержней загибаются. Чтобы предотвратить растрескивание бетона от усадочных напряжений и усилить эффект обоймы, бетон армируется пространственным арматурным каркасом.

Местныеповрежденияколонн, неоказывающиесущественноговлияния нанесущуюспособность, устраняютсятемижеметодами, чтоиприремонте балок.

Важное место при оценке надежности и эффективности усиления, отводится поверочным расчетам, среди которых – расчет на прочность и устойчивость.

Расчет усиленных колонн производится преимущественно по предельному состоянию с учетом упругой и пластической работы металла.

При расчете по упругой стадии предполагается, что усиливающие элементы воспринимают нагрузку, приложенную только после усиления колонны.

Расчет по пластической стадии основывается на двух предпосылках: а) величина критической силы практически не зависит от уровня

напряжений в сечении колонны до её усиления; б) в предельном состоянии критические напряжения в сечениях

колонны и усиливающих элементов выравниваются.

Примерная последовательность расчета усиленных колонн при центральном и внецентренном сжатиях приводится на блок-схеме 2.

Пример 2.15. Требуется усилить центрально-сжатую колонну симметричным наращиванием сечения.

Исходные данные: существующая расчетная нагрузка на колонну Nc 290 кН; расчетная нагрузка, которую должна воспринимать колонна

после усиления, N y 624 кН.

Параметры колонны до усиления: I № 24; Аc 34,8 см2 ; Ix 3460 см4 ; ix 9,97 см; Iy 198 см4; iy 2,37 см.

119

Колонна и элементы усиления из стали марки С245 (ГОСТ 27772–88); Ry 240 МПа (24 кН/см2); расчетныедлиныколонны lox 4,6 м; loy 2,8 м.

Решение

Определяем гибкости колонны:

где φ – коэффициент продольного изгиба, принятый по наибольшей гиб-

кости Y [30, табл.72], φ=0,43.

В качестве элементов усиления используем листовой прокат сечением hд tд 26 0,5 (см). Элементы усиления располагаем параллельно оси

Y –Y (рис.2.24).

Рис. 2.24. Расчетные параметры усиленной колонны: а – расчетная схема; б – расчетное сечение

120