Гос ЖБК / ЖБК 8.1

В.8.1 Усиление каменной кладки различными обоймами; основы расчета каенных конструкций, усиленных обоймами.

Одним из наиболее эффективных методов повышения несущей способности существующей каменной кладки является включение ее в обойму. В этом случае кладка работает в условиях всестороннего сжатия, что значительно увеличивает ее сопротивляемость воздействию продольной силы.Применяются три основных вида обойм: стальные, железобетонные и армированные растворные.Основными факторами, влияющими на эффективность обойм, яв­ляются: процент поперечного армирования обоймы (хомутами), класс бетона или марка штукатурного раствора и состояние кладки, а также схема передачи усилия на конструкцию.С увеличением процента армирования хомутами прирост прочности кладки растет непропорционально, а по затухающей кривой.Опытами установлено, что кирпичные столбы и простенки, имеющие трещины, а затем усиленные обоймами, полностью восстанавливают свою несущую способность. Стальная обойма состоит из вертикальных уголков, устанавливаемых на растворе по углам усиливаемого элемента, и хомутов из полосовой стали или круглых стержней, приваренных к уголкам. Расстояние между хомутами должно быть не более меньшего размера сечения и не свыше 50 см (рис.10, а). Стальная обойма должна быть защищена от коррозии слоем цементного раствора толщиной 25...30 мм. Для надежного сцепления раствора стальные уголки закрываются металлической сеткой.Железобетонная обойма выполняется из бетона классов В12,5...В15 с армированием вертикальными стержнями и сварными хомутами. Расстояние между хомутами должно быть не свыше 15 см. Толщина обоймы назначается по расчету и принимается от 6 до 10 см (рис. 10, б).Обойма из раствора армируется аналогично железобетонной, но вместо бетона арматура покрывается слоем цементного раствора марки 50... 100 (рис. 10, в).С увеличением размеров сечения (ширины) элементов при соотно­шении их сторон от 1:1 до 1:2,5 эффективность обойм несколько снижается, однако это снижение незначительно и практически его можно не учитывать.Когда соотношение сторон сечения элемента превышает указанную выше величину, т.е. рассматриваются широкие простенки, стены и т.п., необходима установка других видов обойм.

Влияние обоймы на кладку в основном выражается в препятствии поперечной арматуры или планок поперечному расширению кладки.Обоймы применяются при усилении кладки, подвергнутой осевому сжатию или внецентренному сжатию при эксцентрицитетах, не выходящих из ядра сечения (определяя размер последнего в предположении треугольной эпюры напряжений); при больших эксцентрицитетах влияние обоймы не учитывается.Несущая способность сечения определяется по эмпирическим формулам и зависит от количества поперечной арматуры и состояния кладки к моменту усиления, при этом учитывается способ приложения нагрузки, наличие продольной арматуры и т. д.

Определение расчетной несущей способности кирпичной кладки, усиленной обоймой при осевом сжатии, осуществляется с учетом следующих значений:mк = l - для кладки без повреждений и тк = 0,7 - для кладки с трещинами;mб - коэффициент использования бетона, mб = 0,35 при отсутствии непосредственной передачи продольной силы на обойму и mб = 1 - при непосредственной передаче нагрузки на обойму по обеим опорным поверхностям;F, Fa и F6 - площади сечения кладки, продольной арматуры и бетона обоймы, заключенного между поперечными хомутами и кладкой (без учета защитного слоя);φ - коэффициент продольного изгиба (принимается как для обычной неусиленной кладки);р - процент армирования хомутами или поперечными планками, при отношении сторон не более 2,5 определяется по формуле

p = (2Fх(a+b)/abs)100, (1)

где Fx - площадь сечения одного хомута или поперечной планки;

а и b - стороны сечения, усиливаемого обоймой;

s - расстояние между хомутами или планками;

R и Rб - расчетные сопротивления кладки и бетона сжатию;

Rа - расчетное сопротивление продольной арматуры в обойме:

а) при отсутствии непосредственной .передачи продольной силы на обойму (и при m = 1) для стали Ст. 0 Rа = 340 кг/см2, для стали Ст. 3 Rа = 420 кг/см2;

б) при непосредственной передаче продольной силы на обойму по обеим опорным поверхностям, как для продольной арматуры;

R`a - расчетное сопротивление поперечной арматуры, как для сетчатой арматуры.

При внецентренном сжатии кладки каменных конструкций (и ограничении эксцентрицитета указанными ранее пределами) и формулы вносятся следующие изменения:

1) φ умножается на коэффициент

η = 1/ (1+2 (e0/a)); (2)

2) ∆R умножается на коэффициент

ξ = 1- 4 (e0/a) (3)

е0 - эксцентрицитет продольной силы;

а - высота сечения (в направлении изгиба)

Расчет каменных конструкций, усиленных обоймами.

Расчет несущей способности конструкций из кирпичной кладки, усиленной обоймами, при центральном и внецентренном сжатии при эксцентриситетах, не выходящих за пределы ядра сечения е0 не более 0,17 размера стороны, производится по формулам:

при стальной обойме:

Nu= ψφ[(mgmkR+ηmμRsw)А+RscA's]

при железобетонной обойме:

Nu= ψφ[(mgmkR+ηmμRsw)А+mbRbАь+RscA's]

при армированной растворной обойме:

Nu= ψφ(mgmkR+ηmμRsw)А

В формулах:

ψ - коэффициент условий работы обоймы с кладкой:

ψ=1-2е0/h

R – расчетное сопротивление кладки (Таблица 1);

φ — коэффициент продольного изгиба (значение a принимается как для не усиленной кладки по Таблице 2 при определении φ по Таблице 3);

mg — коэффициент, учитывающий влияние длительного воздействия нагрузки, (mg=1 при размерах сечения не менее 30 см);

mk - коэффициент условий работы кладки (mk = 1 для кладки без повреждений и mk = 0,7 — для кладки с трещинами);

η - коэффициент условий работы хомутов:

η =1-4е0/h.

Rsw - расчетное сопротивление поперечной арматуры обоймы (Таблица 4);

mμ - коэффициент эффективности хомутов, зависит от вида обоймы и процента армирования:

mμ=0,025μ/(1+2,5μ) – для стальных обойм;

mμ=0,03μ/(1+μ) – для железобетонных обойм;

mμ=0,028μ/(1+2μ) – для растворных обойм;

μ — процент армирования хомутами и поперечными планками, должен быть не менее 0,1%:

μ=200 Asw(h+b)/hbs

где h u b — размеры сторон усиливаемого элемента,

Asw – площадь сечения одного хомута (Таблица 5) или планки,

s — расстояние между осями поперечных связей при стальных обоймах (s не более h и b, и не более 50 см) или между хомутами при железобетонных и растворных обоймах (s не более 15 см).

А - площадь сечения усиливаемой кладки;Rsc - расчетное сопротивление уголков или продольной сжатой арматуры зависит от схемы передачи нагрузки на обойму (Таблица 4);

A's - площадь сечения уголков (Таблица 6) или продольной сжатой арматуры (Таблица 5)

mb — коэффициент условий работы бетона (mb = 1 - при передаче нагрузки на обойму и наличии опоры снизу обоймы, mb = 0,7 — при передаче нагрузки на обойму и отсутствии опоры снизу обоймы и mb = 0,35 — без непосредственной передачи нагрузки на обойму);

Аь - площадь сечения бетона обоймы, заключенная между хомутами и кладкой (без учета защитного слоя);

Rb - расчетные сопротивления бетона.

Основными факторами, влияющими на эффективность обойм, являются: процент поперечного армирования обоймы (хомутами), состояние кладки, а также схема передачи усилия на конструкцию. С увеличением процента армирования хомутами прирост прочности кладки растет непропорционально, а по затухающей кривой.

Для стальных обойм зависимость mμ=0,025μ/(1+2,5μ) от μ:

μ,, % 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3

mμ 0 0,00555 0,007140,007890,008330,008620,00882

Рекомендуется принимать μ до 1-1,5%.