Панели перекрытий представляют собой комбинированную конструкцию, состоящую из плиты (полки) и балок (ребер), что отражается на способах усиления.

Способ наращивания сечения состоит в нанесении на поверхность плиты нового слоя армированного бетона, класс которого, как правило, назначается на одну ступень выше класса бетона плиты. Для обеспечения хорошего сцепления нового бетона со старым, поверхность промывается водой, после чего делается насечка зубилом на глубину 0,5-1см. Возможны и другие способы, обеспечивающие совместную работу слоев.

Практика показывает, что ребристые панели целесообразно усиливать наращиванием сечения полки и подваркой дополнительных рабочих стержней в продольных ребрах, а пустотные панели - наращиванием сечения верхней полки и дополнительной рабочей арматурой, размещаемой в пустотах с последующим их бетонированием.

2.1.1 Расчет усиления панели

Исходные данные: Проектная расчетная нагрузка на панель q₁ = 8,2 кН/м², расчетная нагрузка, которую должна воспринять панель после усиления q₂ =18,4 кН/м². Перед усилением панель разгружается не менее чем на 75% от проектной расчетной нагрузки. Основные параметры панели: номинальные размеры в плане 5.8 х 1,4 м; бетон тяжелый класса В15, ; рабочая арматура полки сетка 10Ш5BрI (А_s1 = 1,96см², R_s=410 МПа); рабочая арматура продольных ребер 2Ш16 А400(А_s=4,02 см², R_s =365МПа).

h_f=0.05м, h₀₁ = h_f - a = 0.05 - 0.02 = 0.03м

Геометрические размеры сечения панели представлены на рис.2.1.

Рис. 2.1. Поперечное сечение панели

Определяем нормативную нагрузку на полку панели:

Проверяем прочность сечения полки (Расчетная схема полки рис 2.2)

Рис 2.2 Расчетная схема и расчетное сечение полки.

Изгибающий момент в полке от нормативной нагрузки:

l₀₁=b-2·t_р=1490-2·85=1320мм

Находим относительную высоту сжатой зоны:

По таблице =0,870

Момент, воспринимаемой сечением полки:

По условие прочности полки от нормальной нагрузки:

M_f=2,097 кН*м ?M_1n =1,5 кН*м достаточно по условию прочности.

Определяем расчетную нагрузку на полку панели с учетом дополнительной нагрузки:

Изгибающий момент в полке от расчетной нагрузки:

Относительная высота сжатой зоны такая же:

По таблице =0,870

Момент, воспринимаемой сечением полки:

По условие прочность полки с дополнительной нагрузкой:

M_f=2,097 кН*м < M_1р =3,12 кН*м недостаточно.

2.2 Расчет усиления ж/б плиты

Усиливаем полку слоем бетона толщиной д=0,02м, армированного конструктивно сеткой . Класс бетона принимаем В15 . Рабочая высота сечения усиленной полки h₀₁'=0.05м.

Уточняем расчетную нагрузку на полку:

Расчетные параметры:

По таблице =0,91

Момент, воспринимаемый сечением полки после усиления:

Проверяем условие прочности полки после усиления нагрузкой:

M_f'=3,65 > M₁' =3,2 прочность достаточна.

Проверка прочности нормального сечения продольных ребер (расчетная схема на рис 2.3).

а) б)

Рис 2.3. Расчетная схема (а) и расчетное сечение (б) продольных ребер

Расчетная погонная нагрузка на ребра при собственном весе панели (до усиления)

Изгибающий момент:

Находим положение нейтральной оси из условия:

365·4,02<10,35*145*7

1467,3кН<10505кН

Условие выполняется, нейтральная ось проходит в полке.

Находим относительную высоту сжатой зоны:

По таблице н=0,980

Момент, воспринимаемый сечением ребер:

M_r<M: 3,84 кН*м <178,66 кН*м - прочность не достаточна.

Усиливаем ребра дополнительным армированием стержнями класса A-III.

Рабочая высота сечения после усиления:

Находим положение нейтральной оси из условия:

176,16<10,35·10³·1,45·0,07·(0,29-0,5·0,07)

176,16<267,8 - условие выполняется, нейтральная ось проходит в полке.

Находим коэффициенты:

По таблице н=0,925.

Требуемая площадь сечения рабочей арматуры:

Усиление выполняется подваркой к рабочей арматуре двух стержней.

Требуемая площадь стержней усиления:

где m₁=0.75 - коэффициент, учитывающий возможные повреждение арматуры при сварке;

m=0.9 - коэффициент учитывающий степень разгрузки конструкции перед усилением (75%).

Принимаем 2Ш36A-III, A_sy,f=20,36 см².

Уточняем расчетные параметры сечения усиленных ребер.

Рабочая высота:

Высота сжатой зоны:

Момент, воспринимаемый усиленным сечением:

Проверяем условие М_ry>M

210,75>176,16 - Условие выполняется, прочность продольных ребер достаточна.

2.3 Усиление ж/б балок перекрытия

Усиление балок промежуточной упругой опорой, в качестве которой обычно используется балка (ферма), опирающаяся на самостоятельные опоры, применяется при усилении перекрытий производственных зданий, воспринимающих большие технологические нагрузки.

Усиление производится в следующей последовательности:

- устраиваются опоры под конструкцию усиления в виде отдельных стоек или консолей, привариваемых к стальной обвязке колонн;

- разгружается перекрытие в зоне усиления;

- монтируется конструкция усиления (балка или ферма);

- включается конструкция усиления в работу путем забивки стальных клиньев в распор с ригелем.

2.4 Расчет усиления балки

Требуется усилить ригель междуэтажного перекрытия упругой промежуточной опорой в связи с увеличением полезной нагрузки.

Исходные данные: существующая нагрузка на ригель q₁ = 8,2 кН/м²; нагрузка, которую должен воспринимать ригель после реконструкций q₂=18,4 кН/м²; конструкция ригеля: бетон класса В15; ; Е_ь =27,5·10³ МПа; рабочая арматура 4Ш16 A400; R_s= 365 МПа; Е_s = 2 · 10⁵ МПа; А_s = 8,04 см².

Рис. 2.5. Расчетная схема ригеля: а - действующие нагрузки; б - эпюра моментов от нагрузки q₁; в - эпюра моментов от нагрузки q₂; г - эпюра моментов от реакции упругой опоры Р_y; д - расчетное сечение ригеля.

Определим изгибающий момент.

Нагрузка плиты на квадратный метр .

Нормативная нагрузка на ригель до усиления:

Определим изгибающий момент:

Вычисляем характеристики сечения:

a₀=0,219

Рассчитываем несущую способность нормального сечения ригеля:

M_r=106,04 кН*м<M₂=871,2 кН*м

Следовательно, возникает избыточный момент в сечении, который должен восприниматься конструкцией усиления.

M_y= M₂ - M_r= 871, 2 -106, 04=765, 16 кН*м

При передаче избыточной нагрузки с ригеля на конструкцию усиления определим по формуле упругую реакцию:

кН/м

Для определения жесткости сечения ригеля В предварительно вычисляем коэффициент приведения n и момент инерции I_p:

Жесткость сечения ригеля без учета трещин в растянутой зоне находим по формуле:

Суммарный погиб ригеля:

При усилении ригеля стальной балкой ее требуемую жесткость определим по формуле:

Требуемый момент инерции балки усиления находим по формуле:

По сортаменту прокатной стали балкой усиления может, служит двутавр №60 (I_х=76806см⁴).

2.6 Усиление ж/б колонн

Для усиления ствола ж/б колонны существует большой арсенал методов, среди которых наибольшее распространение получило - усиление ж/б обоймой. Считается наиболее простым и надежным способом увеличения несущей способности колонны.

Обойма состоит из продольной арматуры, замкнутых хомутов, бетонного слоя, охватывающего сечение колонны.

Перед усилением поверхность колонны подготавливается следующим образом: удаляется штукатурный слой; зубилом делается насечка в бетоне на глубине 3-6 мм; промывается за час до бетонирования поверхность старого бетона чистой водой.

Ж/б обойма обычно имеет толщину 6-12 см. Сечение и количество продольной арматуры определяется расчетом при условии обеспечения совместной работы обоймы с колонной. Поперечная арматура принимается диаметром не менее 6 мм и устанавливается с шагом S, удовлетворяющим требованиям

15d ? S? 3д; S ? 200мм

Существует несколько способов усиления балок, среди которых наращивание сечения, устройство шпренгелей и затяжек, изменение конструктивной схемы, подведение жестких и упругих опор.

Наращивание сечения может быть симметричным и несимметричным.

Рис 3.1.Симметричное наращивание сечения балок.

Усиление балки наращиванием производится в следующей последовательности:

- к усиливаемой балке с помощью струбцин или прихватыванием сваркой прикрепляется лист усиления;

- в середине балки устанавливается раздвижная стойка, выверяется ее вертикальность по отвесу, а затем с помощью клина закрепляется враспор с балкой;

- устанавливаются домкраты 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;

- сбрасывается давление в домкратах, и производятся сварочные работы по усилению вначале нижнего пояса балки, а затем - стенки и верхнего пояса;

- после завершения работ по усилению балка вновь поддомкрачивается, выбивается клин, демонтируется стойка и домкраты.

3.1.1 Расчет усиления стальной балки

Исходные данные: существующая расчетная нагрузка на балку q₁ = 18 кН/м; расчетная нагрузка, которую должна воспринимать балка после реконструкции q₂ = 28,2 кН/м; параметры балки до усиления: I24; b_f = 11,5см; h=24см; J_xc = 3460см⁴; W_xc = 289cм³; y_c = 12 см. Расчетная длина балки l=5.8 м; масса 1 п.м. - 27,3 кг/м. Элемент усиления - стальная полоса толщиной t_д = 4см. Балка и полоса усиления из стали марки ВСт3сп; R_y = 210МПа (21 кН/см²); Е= 2,06*10⁵ МПа.

Рис 3.1.1.Расчетная схема и сечение балки.

Решение

Определяем полную расчетную нагрузку с учетом собственного веса балки:

- до усиления

- после усиления

Находим изгибающие моменты:

Определяем избыточный момент, который должно воспринять сечение балки:

Находим геометрические характеристики усиленной балки:

Принимаем .

Ввиду незначительной разницы принятой ширины полосы геометрические харктеристики сечения усиленной балки не уточняем.

Определяем прогиб усиленной балки:

Жесткость усиленной балки не достаточная.

Принятое сечение балки не удовлетворяет условиям прочности и жесткости, поэтому по сортаменту (приложение 12) принимаем двутавр № 33, имеющий следующие характеристики: b_f = 14см; h=33см; J_xc = 9840см⁴; W_xc = 597cм³; y_c = 16,5 см. Расчетная длина балки l=5.8 м; масса 1 п.м. - 42,2 кг/м. Элемент усиления - стальная полоса толщиной t_д = 4см. Балка и полоса усиления из стали марки ВСт3сп; R_y = 210МПа (21 кН/см²); Е= 2,06*10⁵ МПа.

Решение

Определяем полную расчетную нагрузку с учетом собственного веса балки:

- до усиления

- после усиления

Находим изгибающие моменты:

Определяем избыточный момент, который должно воспринять сечение балки:

Находим геометрические характеристики усиленной балки:

Принимаем .

Ввиду незначительной разницы принятой ширины полосы геометрические харктеристики сечения усиленной балки не уточняем.

Определяем прогиб усиленной балки:1,12

Жесткость усиленной балки достаточная.

3.2 Усиление стальных колонн