Измерительные приборы для проведения статических испытаний конструкций

Измерение горизонтальных перемещений осуществляется с помощью теодолита, который устанавливается на расстоянии 20 - 40 м от сооружения (в зависимости от его высоты). В измеряемых точках сооружения закрепляют марки: полоски плотной бумаги или лейкопластыря с нанесенным перекрестием линий. Методом последовательного наведения теодолита на наблюдаемые марки на сооружении и марку, укрепленную на неподвижном основании, измеряют горизонтальные углы. Зная расстояние от марок до теодолита, вычисляют линейные перемещения наблюдаемых точек.

Для определения крена элементов сооружений применяют метод бокового нивелирования. С этой целью внутри сооружения или вне его устанавливают теодолит и постоянными знаками отмечают створ АА' (рис. 12.5). Затем на определенном расстоянии h к колоннам поочередно прикладывают нормально ориентированную рейку и берут отсчеты при двух положениях трубы а₁ и а₂.

Угол крена колонн определяется по формуле

3. Ремонт и усиление

3.1 Усиление железобетонных конструкций

Различается несколько принципиально отличных способов усиления железобетонных конструкций, классификация которых представлена на рис. 13.1. Повышение прочности конструкций в рассмотренных случаях обычно достигается двумя путями: во-первых, за счет передачи всей полезной нагрузки или ее части на конструкцию усиления; во-вторых, за счет увеличения несущей способности существующей конструкции. Оба пути, которые подробно будут рассмотрены ниже, в той или иной степени используются и при реконструкции зданий.

Применяется несколько способов усиления монолитных и сборных плит перекрытий. Рассмотрим некоторые из них.

Способ наращивания плиты перекрытия состоит в нанесении на ее поверхность 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 перекрытия очищается от инородных включений и промывается водой, после чего делается насечка зубилом на глубину 0,5 - 1 см. Если же бетон плиты был подвержен значительной коррозии или пропитан техническими маслами, то необходимо обеспечить шпоночное соединение между его новым и старым слоями. Для этого в перекрытии пробиваются сквозные отверстия размерами 8 Ч 8 см и шагом 50 - 80 см. В отверстия вставляются V-образные стержни шпоночного усиления диаметром 6 - 8 мм. Образуемые после бетонирования железобетонные шпонки воспринимают касательные усилия между новой и старой плитами при изгибе, обеспечивая их совместную работу. Возможны и другие способы шпоночного соединения плит. Эскиз усиления плит наращиванием представлен в табл. 13.1.

Расчет несущей способности усиленной плиты производится по формулам [38], где принимается во внимание изменившаяся полезная высота сечения и количество рабочей арматуры.

Рис. 13.1. Методы увеличения несущей способности железобетонных конструкций

Таблица 13.1

Способы усиления плит

Способ подращивания заключается в нанесении на потолочную поверхность плиты слоя бетона, армированного сеткой. Усиление, эскиз которого представлен в табл. 13.1, п. 4, производится в следующей последовательности: у опор на потолочной поверхности плиты обнажается рабочая арматура, к которой привариваются стальные пластины (коротыши).

Стержни усиления сначала одним концом привариваются к пластинам и нагреваются до требуемой температуры током высокой частоты, а затем - другим концом. После остывания стержни оказываются в напряженном состоянии.

Кроме рассмотренных случаев повышения прочности перекрытия слоем армированного бетона, возможно его усиление стальными балками и фермами, частично или полностью воспринимающими полезную нагрузку.

Усиление зоны стыка плит перекрытия с ригелем при малой площадке опирания показано на рис. 13.2. Принцип усиления основан на устройстве под аварийной плитой опорного столика, подвешиваемого на стальной пластине или тяжах, закрепленных в полках смежных плит. Для более надежного заанкеривания тяжей возможна также их приварка к монтажным петлям панели.

Рис. 13.2. Усиление зоны стыка плит перекрытия с ригелем:

а - столик, подвешенный на стальной пластине; б - столик на стальных тяжах; в - столик на хомутах; 1 - опорный столик (уголок); 2 - стальная пластина; 3 - ригель; 4 - швеллер; 5 - монтажный уголок; 6 - монтажный болт; 7 - ребристая панель; 8 - бетонный пол; 9 - пластина; 10 - стальной тяж; 11 - пластина опорного столика; 12 - ребро жесткости

3.2 Усиление каменных конструкций

Оценку технического состояния стен производят по результатам натурного обследования и поверочных расчетов. При этом стараются учитывать все факторы, которые могут отрицательно повлиять на несущую способность и нормальную эксплуатацию стен. К таковым относятся трещины, местные разрушения кладки, отклонение от вертикали, выпучивание, прогибы, малая площадь опирания элементов перекрытия и перемычек, изменение эксцентриситетов приложения нагрузки. Кроме того, учитывают фактическую прочность составляющих кладки из кирпича и раствора, определяемую по результатам лабораторных испытаний образцов.

Элементы стен, имеющие повреждения или заведомо перегруженные, проверяют расчетом, используя формулы СНиП II-22-81, по двум группам предельных состояний, при этом основное внимание уделяют несущей способности.

Оценка несущей способности кирпичных стен всегда сопряжена со значительными трудностями, обусловленными различной степенью повреждений, а также неоднозначностью прочностных показателей камня и раствора, причем не только в различных частях здания, но и по толщине стены. Поэтому в практических расчетах обычно используют систему эмпирических коэффициентов, в той или иной степени учитывающих влияние отрицательных факторов.

Так, например, при расчете прочности кладки стены в зоне опирания балок на местное сжатие в расчетную формулу вводят понижающий коэффициент k₁, учитывающий характер и степень повреждения кладки (табл. 13.2).

Таблица 13.2

Величины коэффициента k₁ [2]

При расчете простенков и пилястр с вертикальными трещинами, образовавшимися в результате перегрузки, в расчет вводят коэффициент k₂, значения которого даны в табл. 13.3.

Таблица 13.3

Величины коэффициента k₂ [2]

Низкое качество неармированной каменной кладки, характеризуемое отсутствием требуемой перевязки рядов, наличием пустых (не заполненных раствором) вертикальных швов и др., учитывают коэффициентом k₃ (табл. 13.4).

Таблица 13.4

Величины коэффициента k₃ [2]

Величины прочих эмпирических коэффициентов, учитываемых при расчете кирпичных стен, можно найти в соответствующей литературе и нормативных документах [4, 34, 37, 40].

На основании поверочных расчетов устанавливают процент снижения несущей способности стен, после чего делают окончательный

вывод о необходимости и целесообразности их усиления. Ориентиром для этого могут служить следующие рекомендации:

· Усиление целесообразно, если снижение несущей способности стены составляет 15 - 50%.

· Усиление возможно, если снижение несущей способности стены составляет менее 15% (при наличии трещин) или более 50%, однако при этом требуется технико-экономическое обоснование.

При удовлетворительном состоянии каменной кладки нагрузку от элементов усиления на стену передают без вспомогательных балочек (табл. 13.5, п. 3).

После монтажа элементов усиления все пробитые в стене отверстия зачеканивают мелкозернистым бетоном класса В15 - В20, приготовленным на безусадочном цементе.

Обобщая рассмотренные выше методы восстановления эксплуатационных качеств простенков и перемычек, следует указать на индивидуальность подхода к усилению в каждом конкретном случае. При этом предпочтение следует отдавать такому методу, при котором эффект усиления достигается при минимальном расходе материалов и малой трудоемкости восстановительных работ.

Таблица 13.5

Усиление перемычек

3.3 Усиление стен в зоне местного сжатия

Местное сжатие (смятие) возникает в том случае, когда нагрузка от элементов перекрытия (балок, плит) передается только на часть сечения стены.

При малой площади опирания конструкции или при отсутствии распределительных устройств сжимающие напряжения часто превышают величину расчетного сопротивления кладки на смятие, в результате чего происходит ее разрушение. Причиной резкого увеличения сжимающих напряжений может явиться большая подвижка элементов перекрытий, вызванная значительными деформациями здания от просадки грунта основания или в результате оползня.

Характерными признаками разрушения при смятии являются короткие трещины и раздробление отдельных камней в зоне передачи нагрузки.

Усиление кладки при смятии, как правило, осуществляется в результате:

- увеличения площади опирания конструкции с помощью металлических или железобетонных стоек, усилие от которых передается на стену вне зоны разрушения;

- передачи нагрузки от конструкции на стойку, врезанную в стену или пилястру и опирающуюся на фундамент;

- увеличения площади опирания конструкций на стену посредством стального пояса, закрепленного в зоне разрушения кладки;

- устройства под концом балки (фермы) распределительной железобетонной подушки.

Некоторые конструктивные решения, используемые при усилении (разгрузке) стены в зоне местного смятия, представлены в табл. 13.6.

При устройстве распределительной подушки стену разгружают, подводя временную опору под балку. Затем разрушенную часть кладки высотой 2 - 3 ряда удаляют, на ее месте устанавливают железобетонную подушку, армированную пространственным каркасом или сетками. Временные опоры убирают при достижении бетоном требуемой прочности.

Для предотвращения внезапного обрушения элементов перекрытия в результате больших прогрессирующих деформациях здания бывает целесообразно отказаться от превентивного усиления зоны смятия и использовать страховочное заанкеривание элементов непосредственно в несущих стенах. Это оправдано в том случае, когда отсутствуют признаки смятия кладки, но не исключена возможность

их скорого появления. Способы заанкеривания конструкций в зоне местного смятия кладки представлены в табл. 13.7.

Таблица 13.6

Усиление (разгрузка) стены в зоне местного смятия

Таблица 13.7

Заанкеривание конструкций в зоне местного смятия

Заанкеривание осуществляют посредством анкерных тяжей, пропущенных через стену и приваренных к продольной арматуре конструкции или стальной распределительной пластине. Работы по заанкериванию балок обычно включают: пробивку в стене отверстий, установку анкерующих устройств и включение их в работу, замоноличивание отверстия в стене жестким раствором. Разгрузка балок в этом случае не производится.

Процесс заанкеривания пустотных плит, как правило, более трудоемкий и выполняется в следующем порядке:

- просверливают отверстия в стене;

- разгружают плиту;

- разбивают верхнюю полку над пустотами и вставляют анкерующие устройства;

- заполняют пустоты бетоном;

- монтируют остальные элементы усиления, натягивая их с помощью гаек (после набора бетоном проектной прочности);

- заделывают отверстия в стене жестким раствором.

Последовательность работ по заанкериванию ребристой плиты в основном состоит из аналогичных операций за исключением тех, которые связаны с усилением пустот.

Следует отметить, что способы усиления стен в зоне смятия не ограничиваются выше приведенными и могут быть существенно расширены применительно к конкретным условиям (опирание перемычек, балконных плит и пр.).

4. Усиление стен в зоне локальных трещин

Трещины в стенах разделяют на локальные и магистральные. Подобное деление условно, однако существуют некоторые ориентиры, уточняющие эти понятия. Так, к локальным обычно относят трещины, имеющие небольшую протяженность и ширину раскрытия. Они обычно появляются в зонах местной перегрузки стен в углах, у мест сопряжения продольных стен с поперечными, в перегородках и т.п.

Усиливают стены с локальными трещинами с помощью стальных накладок, воспринимающих растягивающие напряжения в кладке (табл. 13.8).

Так, при появлении трещин в углах здания усиление производят накладками из швеллера, уголка или полосовой стали. Накладки размещают на внутренней и наружной поверхностях стены и соединяют с помощью болтов, проходящих через заранее просверленные отверстия. Длину накладок назначают в пределах 1,5 - 3 м в зависимости от вида и степени разрушения.

Таблица 13.8

Усиление стен в зоне локальных трещин

Усиление зоны сопряжения продольной и поперечной стен при отрыве последней осуществляют болтами и накладками. Болты располагают по высоте стены с интервалом 0,8 - 1,5 м. Усилие сжатия от болтов передают на наружную стену через продольные накладки, а на внутреннюю - через анкерные балочки, закладываемые в отверстия, пробитые в стене и заделанные мелкозернистым бетоном. Для увеличения жесткости сопряжения продольные накладки соединяют при сварке поперечными элементами: швеллерами или уголками. Шаг поперечных элементов принимают таким же, как и стяжных болтов.

Из-за сложности расчетной схемы стены с локальной трещиной конструкцию усиления обычно не рассчитывают, а выбирают в соответствии с рекомендациями, основанными на практическом опыте. Проектное решение считается удовлетворительным, если принятые размеры усиливающих элементов примерно равнопрочны и возможность дальнейшего роста трещин исключается.

5. Усиление стен и остова здания при магистральных трещинах и значительных деформациях

Магистральные трещины характерны тем, что распространяются на всю высоту стены, разделяя ее на отдельные части. Причиной образования таких трещин обычно является неравномерная осадка фундаментов или большие температурные деформации здания. С образованием магистральных трещин коробка здания как бы разделяется на отдельные блоки, деформируемые самостоятельно при силовых и температурных воздействиях. Если трещины образуются в углах здания, то возможна потеря устойчивости или отрыв торцевой стены.

Традиционным способом усиления стен при потере устойчивости является устройство кирпичных или железобетонных контрфорсов, которые устанавливают на всю высоту стены или часть ее. Под контрфорсы устраивают отдельные фундаменты, проверяемые расчетом на прочность, скольжение и опрокидывание.

При значительных деформациях здания и наличии магистральных трещин для усиления стен применяют металлические напряженные пояса, устанавливаемые на уровне междуэтажных перекрытий. Способы усиления стен при магистральных трещинах представлены в табл. 13.9.

Практика показывает, что металлическим поясом (бандажом) можно усиливать как отдельные стены, так и коробку здания в целом.

В первом случае пояс состоит из стальных тяжей круглого профиля, располагаемых на внутренней и наружной поверхностях стены, и опорных балок швеллерного или коробчатого типов. Натяжение пояса производят гайками в торце стены. клинометр уровень микродеформация прогибомер

Во втором случае пояс состоит из тяжей и уголков, однако тяжи преимущественно располагают на наружной поверхности стен. Натяжение пояса осуществляют с помощью стальных муфт с правой и левой резьбой, размещаемых в средней части тяжей. Усилие натяжения пояса в обоих случаях контролируют по показаниям динамометрического ключа, а при отсутствии его - по внешним признакам. При нормальном натяжении тяжи не провисают и при легком ударе молотка издают звук высокого тона.

Нужно отметить, что в процессе эксплуатации усилие в поясах непостоянно и изменяется при колебаниях температуры внешней среды. Для стабилизации усилий натяжения пояса разработаны стабилизирующие устройства, конструкция и методика расчета которых рассмотрены в [6, гл.3].

Для сохранения облика фасадов, если это позволяет толщина стен, элементы пояса укладывают в заблаговременно устроенные штрабы сечением 70 Ч 80 мм, которые после монтажа и натяжения пояса заделывают кирпичом и оштукатуривают.

Расчет сечения поясов, как показывает опыт, - достаточно сложная инженерная задача, правильное решение которой зависит от целого ряда параметров, среди которых геологические характеристики грунта основания, вид магистральной трещины, прочностные характеристики каменной кладки и пр. В практических расчетах усилие, по которому устанавливают площадь поперечного сечения тяжей, обычно определяют по приближенной формуле