Усиление металлических конструкций

При недостаточной несушей способности отдельных элементов конструкций производят их усиление (табл. 1).

Таблица 1 Классификация методов усиления металлических конструкций

Введение дополнительных ненапрягаемых элементов	Увеличение поперечного сечения усиливаемого элемента
	Введение дополнительных стержней в решетчатых конструкциях: шпренгельных элементов связей, раскосов, стоек
Введение предварительно напряженных гибких элементов	Введение затяжек в балочных конструкциях
	Постановка оттяжек и гибких связей
	Надстройка висячих и вантовых систем
Введение предварительно напряженных жестких элементов	Установка диагональных раскосов
	Установка телескопических труб
	Усиление косыми стойками
	Установка шпренгелей
Подведение дополнительных разгружающих конструкций	Подведение колонн
	Подведение балочных конструкций
Усиление стыковых соеди­нений конструкций и их элементов	Усиление сварных швов увеличением их длины
	Усиление сварных швов увеличением их толщины
	Постановка дополнительных болтов

Усиление сжатых стоек, балок, ферм, соединений

Сжатые стальные стержни усиливают, применяя предварительно напряженные телескопические трубы и элементы из других жестких профилей (рис. 19.)

Рис. 19. Усиление предварительно напряженной стойкой:

1 — предварительно напряженная стойка; 2 — сварной шов;

3 — накладки.

Сущность способа: разгружающая предварительно напряженная стойка состоит из двух труб требуемого диаметра, причем внутренняя труба сжата, а наружная растянута. Достигается это следующим способом: наружную трубу устанавливают в горизонтальное положение, с одного конца трубы приваривают фланец с центральным отверстием диаметром 30-40 мм, с другого торца на расстоянии 2 и 3 м строго по оси наружной трубы устанавливают внутреннюю трубу чуть меньшего диаметра, чтобы она могла с небольшим зазором входить в наружную.

Затем газовыми горелками производят нагрев наружной трубы до расчетного удлинения, вводят в нее внутреннюю трубу и обваривают по всему периметру свободного торца. Сокращаясь при остывании, наружная труба обжимает внутреннюю. В таком виде предварительно напряженный элемент устанавливают рядом с усиливаемой стойкой и плотно подклинивают под усиливаемую конструкцию.

Наружную трубу разрезают двумя газовыми горелками в нижней части по окружности, освобождая усилие предварительногонапряжения во внутренней трубе. Удлиняясь, она разгружает рядом стоящую стойку. Затем наружная труба заваривается и воспринимает часть добавочной нагрузки на стойку (колонну) после усиления. Усиление стальных стоек ненапряженными элементами осуществляют увеличением их сечения и уменьшением их свободной длины (нагрузка на стойку не должна превышать 50—60% от расчетной). Присоединение элементов выполняется сваркой. Схемы усиления стоек ненапряженными элементами показаны на рис. 20.

Рис. 20. Схемы усиления стоек ненапряженными элементами.

УСИЛЕНИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ БАЛОК

Осуществляют увеличением сечения (выполняют их разгрузку не менее чем на 60% или устанавливают временные дополнительные опоры).

При проектировании усиления металлических балок необходимо придерживаться следующих технологических правил:

- объем сварки должен быть минимальным;

- сварные швы следует располагать в доступных местах;

- необходимо по возможности избегать потолочной сварки;

- в начале производится усиление нижнего пояса, а затем верхнего.

Наиболее простой способ усиления с помощью симметричных накладкок показан на рис. 21.

Рис. 21. Схемы усиления балок симметричными накладками

При этом способе возникает необходимость в большом объеме потолочной сварки. При большой ширине нижней накладки можно избежать потолочных швов, однако ширина ее не должна превышать 50δ, в противном случае возникает значительная концентрация напряжений по кромкам балки.

Проверку прочности и устойчивости усиленной балки производят, как для цельного сечения.

Для повышения местной устойчивости локальных участков стенки балки устанавливают на этих участках короткие ребра жесткости, окаймляя их продольными ребрами.

Эффективным способом усиления сплошных балок являются натяжные устройства, которые обеспечивают стабильную величину предварительного напряжения, не зависящую от податливости анкеров и вытяжки затяжек. Такие способы позволяют регулировать усилие предварительного напряжения в нижнем поясе балки.

При завышении нагрузки на балку приваривают на стенке двутавра (если можно — на полке) плоские металлические накладки, балки очищают от коррозии, наносят защитное покрытие, как показано на рис. 22.

Рис. 22. Усиление балок плоскими накладками

Если применена балка нерасчетного сечения, то её усиливают обетонированием, как показано на рис. 23.

Рис. 23. Усиление балки обетонированием

К существующей балке приваривается арматура (продольные стержни и хомуты), устанавливается опалубка и укладывается бетон. После снятия опалубки наносится слой раствора торкретированием.

Если нарушена заделка балок на опорах (в стенах), их усиливают постановкой шпренгелей, как показано на рис. 24.

Рис. 24. Усиление балки шпренгелем

К нижней полке балки приваривают тяж из арматурной стали, по середине длины вставляют и закрепляют распорку, создающую предварительное напряжение в тяже — шпренгеле. Конструкцию очищают от продуктов коррозии и наносят защитное покрытие.

Стенки балок усиливают короткими ребрами жесткости, сплошные балки усиливают, натяжными устройствами регулируют усиление предварительного напряжения в нижнем поясе балки.

Усиление ферм осуществляют подведением новых конструкций, введением дополнительных элементов решетки, изменением конструкции и увеличением сечений отдельных элементов (выбор зависит от причин, вызвавших усиление). Усиления верхнего пояса ферм можно добиться за счет включения в его работу железобетонных плит покрытия.

Погнутость стержней решетки исправляют увеличением сечения решетки, или устанавливают предварительно напряженные элементы, увеличивают несущую способность — установкой третьего пояса (шпренгельной системы) в пределах высоты фермы или путем его закрепления в нижних опорных узлах, а также надстройкой висячих (вантовых) систем.

Усиление соединений сварных швов выполняют увеличением их длины. Наращивание швов производят электродами Э-42, Э-42А диаметром не менее 4 мм при силе тока 220 А со скоростью, при которой за один проход размер катета не превышает 8 мм.

Усиление заклепочных соединений осуществляют высокопрочными болтами с предварительным напряжением.