Вопросы технологии усиления строительных конструкций
Вопросы технологии усиления строительных конструкций
Продолжение. Начало в СиН №№ 23, 24, 30
1.6. Развитие способов усиления
К настоящему времени в отечественной и зарубежной практике накоплено множество различных способов и конструктивных приемов усиления, выбор которых обусловливается рядом конкретных условий. Обычно выделяют три наиболее важных фактора, влияющих на выбор проекта реконструкции:
1) минимальные сроки производства работ по усилению и, соответственно, минимальные сроки остановки действующего производства;
2) минимум трудозатрат при изготовлении и монтаже усиливающих конструкций;
3) надежность и долговечность усиленной конструкции.
Можно выделить два основных направления при производстве усиления конструкций: без разгрузки и с разгружением конструкции. В свою очередь, первое направление можно подразделить на два метода усиления: с изменением расчетной схемы и напряженного состояния конструкции и без изменения расчетной схемы и напряженного состояния конструкции.
При производстве работ по усилению с разгружением конструкции условно выделяют:
а) способы усиления при полном разгружении с последующим исключением конструкции из работы и ее заменой на новую (этот способ реконструкции скорее следует считать возведением нового строительного объекта либо его конструктивно независимого элемента);
б) способы усиления при частичном разгружении конструкции либо ее элемента.
Чтобы дать представление о многообразии различных способов и конструктивных приемов усиления, следует перечислить наиболее часто встречающиеся из них, условно разделив их на три группы.
Группа 1 — усиление без разгрузки конструкции с изменением расчетной схемы и напряженного состояния:
– усиление предварительно напряженными распорками, стойками, затяжками, обоймами;
– установка шарнирно-стержневых цепей, дополнительных жестких и упругих опор;
– установка предварительно напряженных хомутов;
– дополнительная горизонтальная или шпренгельная предварительно напряженная арматура (затяжка).
Группа 2 — усиление без разгрузки конструкции и без изменения расчетной схемы и напряженного состояния:
– железобетонная рубашка, обойма, одно- и двухстороннее наращивание;
– торкретирование и набрызгивание бетона (как правило, с добавлением арматуры);
– местное усиление накладными хомутами, дополнительной поперечной арматурой и пр.;
– усиление с использованием усиливающих элементов, присоединяемых к основной конструкции на клею либо с помощью высокопрочных болтовых стяжек.
Группа 3 — усиление с частичным разгружением конструкции:
– устройство дополнительных металлических и железобетонных балок;
– установка предварительно напряженных разгружающих ферм и кронштейнов;
– установка разгружающих систем металлических и железобетонных конструкций и др.
На рис. 1.17 приведена классификация, в основу которой положено деление способов усиления конструкции. На рис. 1.18 представлена развернутая, обобщающая различные приемы усиления, классификация, основанная на анализе работы конструкции с точки зрения ее напряженно-деформированного состояния, расчетной схемы и требуемого изменения несущей способности.
В 1930-е гг. наряду с железобетонными обоймами начали применять разгружающие конструкции, обеспечивающие удобство проведения работ в условиях действующего производства.
В 1933-35 гг. под руководством А.А. Гвоздева и А.П. Васильева в ЦНИИПС (Москва) были проведены экспериментальные исследования сцепления бетонов разных возрастов и разработана технология, обеспечивающая надежное сращивание старого бетона с новым. Надежность сцепления достигается за счет укладки нового бетона на очищенную шероховатую и увлажненную поверхность старого бетона с обязательным вибрированием. Толщина наращивания должна быть не менее 60 мм (при использовании торкретирования бетона толщина элемента усиления — не менее 30 мм). Эти исследования послужили началом широкого применения железобетонных обойменных конструкций. Обоймы устраиваются замкнутыми, охватывающими элемент со всех сторон. При усадке бетона обойма плотно обжимает усиливаемый элемент и увеличивает надежность связи нового и старого бетонов. В некоторых случаях хомуты усиливающих обойм заменяются спиральной обмоткой.
Было проведено исследование на базе предложенного метода усиления несущих железобетонных конструкций наращиванием с дополнительным продольным армированием и сварным соединением арматуры усиливаемой части сечения и элемента усиления (рис. 1.19). Наращивание сечений может быть односторонним или двухсторонним. При таком способе усиления отсутствует эффект обжатия усиливаемого сечения усиливающей конструкцией (как это происходит при усилении обоймой). Поэтому для обеспечения совместной работы "старой" и наращиваемой частей сечения осуществляют надежную связь существующей и новой арматуры путем приварки соединительных стержней, дополнительных хомутов и отгибов. Для прикрепления дополнительной рабочей арматуры в процессе работ по усилению удаляется защитный слой бетона, оголяется арматура усиливаемой конструкции.
К этой оголенной арматуре с помощью хомутов и отгибов привариваются стержни дополнительной арматуры элемента усиления. Тщательные эксперименты доказали надежность данного метода усиления.
Исследовано сцепление бетонов разных возрастов при разных способах усиления:
а) связь по контакту поверхностей элемента усиления и усиливаемой части осуществляется только за счет приварки арматуры усиления;
б) с проведением дополнительных технологических мероприятий (насечка, очистка, вибрирование и т.п.).
Были проведены исследования возможности усиления железобетонных конструкций рубашками из торкретбетона с введением дополнительной арматуры.
В 1940-х гг. было предложено и испытано в лаборатории ЦНИИПС усиление железобетонных балок дополнительной прямой и наклонной арматурой. Начались работы по усилению железобетонных конструкций с изменением их конструктивной схемы и путем разгружения усиливаемых конструкций. В то же время В.В. Михайловым был предложен способ восстановления железобетонных конструкций, имеющих локальные разрушения и дефекты в виде трещин, раковин, выбоин и т. п. — омоноличиванием с применением расширяющегося цемента.
Были разработаны методы цементации, инъектирования раствора под давлением для "залечивания" трещин и иных повреждений железобетонных конструкций при восстановлении их прочности без увеличения первоначальной несущей способности.
Начиная с 1950-х гг. проводились работы в области применения предварительно напряженных конструкций и усиления изгибаемых элементов. Электротермический и термомеханический методы включения в работу предварительно напрягаемой арматуры нашли практическое применение.
С 1970-х гг. стали применяться различные оригинальные способы усиления — в частности, за счет эпоксидных клеев на основе полимеров. С помощью клеев возможна установка дополнительной арматуры на полимерном растворе (рис. 1.20 и 1.21), приклеивание листового металла, приклеивание стеклоткани, соединение отдельных элементов на клею.
Сергей ЛЕОНОВИЧ,
доктор техн. наук, профессор, зав. кафедрой "Технология строительного производства" БНТУ
Рис. 1.13.Усиление с изменением конструктивной схемы (дополнительной жесткой опорой — металлическим порталом); 1 — усиливаемая конструкция; 2 — подведенный металлический портал.
Рис. 1.14.Усиление с частичным разгружением конструкции (дополнительной жесткой опорой — сборными железобетонными подкосами); 1 — обойма; 2 — железобетонный подкос; 3 — оголовник; 4 — натяжная муфта; 5 — подкладка; 6 — усиливаемый ригель; 7 — затяжка; 8 — планки.
Рис. 1.15.Усиление частичным разгружением конструкции (дополнительной упругой опорой — балкой на кронштейнах): 1 — усиливаемая балка; 2 — усиливающая балка; 3 — подклинка; 4 — колонна; 5 — опорный кронштейн; 6 — металлическая обойма.
Рис. 1.16.Усиление предварительно напряженными элементами: а — усиление затяжкой; б — усиление предварительно напряженными шпренгелями: 1 — усиливаемая балка; 2 — затяжка; 3 — предварительно напряженный шпренгель.
Рис. 1.17.Классификация способов усиления железобетонных конструкций по виду материала усиления.
Рис. 1.18.Развернутая классификация усиления железобетонных и каменных конструкций.
Рис. 1.19.Усиление балки наращиванием: 1 — усиливаемая балка; 2 — железобетонное наращивание; 3 — продольная арматуру усиления; 4 — арматурные отгибы; 5 — оголенная арматура балки (участки с шагом 1,0 м).
Рис. 1.20.Усиление балки — установка дополнительной арматуры на полимеррастворе: 1 — усиливаемая балка; 2 — дополнительная арматура; 3 — пазы в бетоне, прорезанные фрезой; 4 — защитно-конструкционный полимерраствор.
Рис. 1.21.Усиление плиты перекрытия установкой дополнительной арматуры на полимеррастворе; 1 — усиливаемая плита; 2 — дополнительная арматура; 3 — пазы в бетоне, прорезанные фрезой; 4 — защитно-конструкционный полимерраствор.
Продолжение следует
Продолжение. Начало в СиН №№ 23, 24, 30
1.6. Развитие способов усиления
К настоящему времени в отечественной и зарубежной практике накоплено множество различных способов и конструктивных приемов усиления, выбор которых обусловливается рядом конкретных условий. Обычно выделяют три наиболее важных фактора, влияющих на выбор проекта реконструкции:
1) минимальные сроки производства работ по усилению и, соответственно, минимальные сроки остановки действующего производства;
2) минимум трудозатрат при изготовлении и монтаже усиливающих конструкций;
3) надежность и долговечность усиленной конструкции.
Можно выделить два основных направления при производстве усиления конструкций: без разгрузки и с разгружением конструкции. В свою очередь, первое направление можно подразделить на два метода усиления: с изменением расчетной схемы и напряженного состояния конструкции и без изменения расчетной схемы и напряженного состояния конструкции.
При производстве работ по усилению с разгружением конструкции условно выделяют:
а) способы усиления при полном разгружении с последующим исключением конструкции из работы и ее заменой на новую (этот способ реконструкции скорее следует считать возведением нового строительного объекта либо его конструктивно независимого элемента);
б) способы усиления при частичном разгружении конструкции либо ее элемента.
Чтобы дать представление о многообразии различных способов и конструктивных приемов усиления, следует перечислить наиболее часто встречающиеся из них, условно разделив их на три группы.
Группа 1 — усиление без разгрузки конструкции с изменением расчетной схемы и напряженного состояния:
– усиление предварительно напряженными распорками, стойками, затяжками, обоймами;
– установка шарнирно-стержневых цепей, дополнительных жестких и упругих опор;
– установка предварительно напряженных хомутов;
– дополнительная горизонтальная или шпренгельная предварительно напряженная арматура (затяжка).
Группа 2 — усиление без разгрузки конструкции и без изменения расчетной схемы и напряженного состояния:
– железобетонная рубашка, обойма, одно- и двухстороннее наращивание;
– торкретирование и набрызгивание бетона (как правило, с добавлением арматуры);
– местное усиление накладными хомутами, дополнительной поперечной арматурой и пр.;
– усиление с использованием усиливающих элементов, присоединяемых к основной конструкции на клею либо с помощью высокопрочных болтовых стяжек.
Группа 3 — усиление с частичным разгружением конструкции:
– устройство дополнительных металлических и железобетонных балок;
– установка предварительно напряженных разгружающих ферм и кронштейнов;
– установка разгружающих систем металлических и железобетонных конструкций и др.
На рис. 1.17 приведена классификация, в основу которой положено деление способов усиления конструкции. На рис. 1.18 представлена развернутая, обобщающая различные приемы усиления, классификация, основанная на анализе работы конструкции с точки зрения ее напряженно-деформированного состояния, расчетной схемы и требуемого изменения несущей способности.
В 1930-е гг. наряду с железобетонными обоймами начали применять разгружающие конструкции, обеспечивающие удобство проведения работ в условиях действующего производства.
В 1933-35 гг. под руководством А.А. Гвоздева и А.П. Васильева в ЦНИИПС (Москва) были проведены экспериментальные исследования сцепления бетонов разных возрастов и разработана технология, обеспечивающая надежное сращивание старого бетона с новым. Надежность сцепления достигается за счет укладки нового бетона на очищенную шероховатую и увлажненную поверхность старого бетона с обязательным вибрированием. Толщина наращивания должна быть не менее 60 мм (при использовании торкретирования бетона толщина элемента усиления — не менее 30 мм). Эти исследования послужили началом широкого применения железобетонных обойменных конструкций. Обоймы устраиваются замкнутыми, охватывающими элемент со всех сторон. При усадке бетона обойма плотно обжимает усиливаемый элемент и увеличивает надежность связи нового и старого бетонов. В некоторых случаях хомуты усиливающих обойм заменяются спиральной обмоткой.
Было проведено исследование на базе предложенного метода усиления несущих железобетонных конструкций наращиванием с дополнительным продольным армированием и сварным соединением арматуры усиливаемой части сечения и элемента усиления (рис. 1.19). Наращивание сечений может быть односторонним или двухсторонним. При таком способе усиления отсутствует эффект обжатия усиливаемого сечения усиливающей конструкцией (как это происходит при усилении обоймой). Поэтому для обеспечения совместной работы "старой" и наращиваемой частей сечения осуществляют надежную связь существующей и новой арматуры путем приварки соединительных стержней, дополнительных хомутов и отгибов. Для прикрепления дополнительной рабочей арматуры в процессе работ по усилению удаляется защитный слой бетона, оголяется арматура усиливаемой конструкции.
К этой оголенной арматуре с помощью хомутов и отгибов привариваются стержни дополнительной арматуры элемента усиления. Тщательные эксперименты доказали надежность данного метода усиления.
Исследовано сцепление бетонов разных возрастов при разных способах усиления:
а) связь по контакту поверхностей элемента усиления и усиливаемой части осуществляется только за счет приварки арматуры усиления;
б) с проведением дополнительных технологических мероприятий (насечка, очистка, вибрирование и т.п.).
Были проведены исследования возможности усиления железобетонных конструкций рубашками из торкретбетона с введением дополнительной арматуры.
В 1940-х гг. было предложено и испытано в лаборатории ЦНИИПС усиление железобетонных балок дополнительной прямой и наклонной арматурой. Начались работы по усилению железобетонных конструкций с изменением их конструктивной схемы и путем разгружения усиливаемых конструкций. В то же время В.В. Михайловым был предложен способ восстановления железобетонных конструкций, имеющих локальные разрушения и дефекты в виде трещин, раковин, выбоин и т. п. — омоноличиванием с применением расширяющегося цемента.
Были разработаны методы цементации, инъектирования раствора под давлением для "залечивания" трещин и иных повреждений железобетонных конструкций при восстановлении их прочности без увеличения первоначальной несущей способности.
Начиная с 1950-х гг. проводились работы в области применения предварительно напряженных конструкций и усиления изгибаемых элементов. Электротермический и термомеханический методы включения в работу предварительно напрягаемой арматуры нашли практическое применение.
С 1970-х гг. стали применяться различные оригинальные способы усиления — в частности, за счет эпоксидных клеев на основе полимеров. С помощью клеев возможна установка дополнительной арматуры на полимерном растворе (рис. 1.20 и 1.21), приклеивание листового металла, приклеивание стеклоткани, соединение отдельных элементов на клею.
Сергей ЛЕОНОВИЧ,
доктор техн. наук, профессор, зав. кафедрой "Технология строительного производства" БНТУ
Рис. 1.13.Усиление с изменением конструктивной схемы (дополнительной жесткой опорой — металлическим порталом); 1 — усиливаемая конструкция; 2 — подведенный металлический портал.
Рис. 1.14.Усиление с частичным разгружением конструкции (дополнительной жесткой опорой — сборными железобетонными подкосами); 1 — обойма; 2 — железобетонный подкос; 3 — оголовник; 4 — натяжная муфта; 5 — подкладка; 6 — усиливаемый ригель; 7 — затяжка; 8 — планки.
Рис. 1.15.Усиление частичным разгружением конструкции (дополнительной упругой опорой — балкой на кронштейнах): 1 — усиливаемая балка; 2 — усиливающая балка; 3 — подклинка; 4 — колонна; 5 — опорный кронштейн; 6 — металлическая обойма.
Рис. 1.16.Усиление предварительно напряженными элементами: а — усиление затяжкой; б — усиление предварительно напряженными шпренгелями: 1 — усиливаемая балка; 2 — затяжка; 3 — предварительно напряженный шпренгель.
Рис. 1.17.Классификация способов усиления железобетонных конструкций по виду материала усиления.
Рис. 1.18.Развернутая классификация усиления железобетонных и каменных конструкций.
Рис. 1.19.Усиление балки наращиванием: 1 — усиливаемая балка; 2 — железобетонное наращивание; 3 — продольная арматуру усиления; 4 — арматурные отгибы; 5 — оголенная арматура балки (участки с шагом 1,0 м).
Рис. 1.20.Усиление балки — установка дополнительной арматуры на полимеррастворе: 1 — усиливаемая балка; 2 — дополнительная арматура; 3 — пазы в бетоне, прорезанные фрезой; 4 — защитно-конструкционный полимерраствор.
Рис. 1.21.Усиление плиты перекрытия установкой дополнительной арматуры на полимеррастворе; 1 — усиливаемая плита; 2 — дополнительная арматура; 3 — пазы в бетоне, прорезанные фрезой; 4 — защитно-конструкционный полимерраствор.
Продолжение следует
Строительство и недвижимость. Статья была опубликована в номере 31 за 2004 год в рубрике уголок эксперта
