Ремонт и усиление конструкций промышленного здания

Размещено на http://www.allbest.ru/

Контрольная работа

по предмету: Методы расчета поврежденных строительных конструкций

на тему: Ремонт и усиление конструкций промышленного здания



Конструкция кирпичный столб К3	Конструкция ж/б монолитная плита ребристая Пм-1	Конструкция сборная ж/б балка покрытия Б6
1) Каменный столб является опорой для балок покрытия Б6, здание (расчетная длина столба) 2) Кирпичный столб выполнен из кирпича пластического прессования М100 на растворе М75 и имеет размеры поперечного сечения =640х380 мм. 3) Расчетная продольная верхняя сила Nmax=350 кН, e0 = 0 - центральное сжатие.	1) Плита имеет номинальную толщину hпл=100 мм, кубиковая прочность R=17,5 МПа 2) Рабочая арматура гладкая d=10 мм 3) Повреждение верхней зоны плиты на глубину ?1=10 мм, ?2=11 мм 4) Повреждение арматуры верхней- 12 %, нижней - 7 % 5) Расчетная нагрузка, действующая на плиту q+v=10,2 кПа	1) Бетон тяжелый, кубиковая прочность R=37 МПа 2) Продольная нижняя рабочая арматура класса А400С, As=10,18мм2 (4Ш18А400С) 3) Продольная верхняя рабочая арматура класса А300С, As=1,57мм2 (2Ш10А300С), Rsc=365Мпа 4) Расчетная нагрузка, действующая на балку q=68 кH/м



• Содержание
• 1. Оценка технического состояния каменного столба К3 и разработка мероприятий по ремонту (усилению) конструкции
• 1.1 Определение технического состояния столба
• 1.2 Проектирование усиления столба К3
• 2. Оценка технического состояния плиты ребристого перекрытия Пм1 и разработка мероприятий по ремонту (усилению) конструкции
• 2.1 Определение технического состояния плиты перекрытия Пм1
• 2.2 Проектирование ремонта и усиления плиты
• 3. Оценка технического состояния балки покрытия Б6 и разработка мероприятий по ремонту (усилению) конструкции
• 3.1 Определение технического состояния балки
• 3.2 Проектирование ремонта и усиления балки
• Литература


1. Оценка технического состояния каменного столба К3 и разработка мероприятий по ремонту (усилению) конструкции

Исходные данные получены на основании натурного обследования:

- Каменный столб является опорой для балок покрытия Б6, находится на отметке 3,1 м.

Расчетная длина столба:

- Каменный столб выполнен из кирпича пластического прессования М100 на растворе М75 и имеет размеры поперечного сечения bЧh=640x380мм;

- Столб имеет дефекты изготовления (позиция 11, дефектной ведомости, черт.1), которые привели к образованию одиночных силовых трещин, пересекающих 2-3 ряда кладки;

- Расчетная продольная верхняя сила приложена с эксцентриситетом е₀=0.

1.1 Определение технического состояния столба

Определение технического состояния столба производится путем сопоставления явных дефектов и повреждений с квалификационными признаками технического состояния по табл. 6 [1] и на основании проверочных расчетов.

Согласно признакам табл. 6 [1], техническое состояние столба - III - непригодное к нормальной эксплуатации.

Для того, чтобы уточнить техническое состояние, выполняем проверочный расчет остаточной несущей способности конструкции.

Поскольку эксцентриситет продольного усилия е₀=0, расчет столба выполняем из условия прочности на центральное сжатие с учетом существующих силовых трещин:

где:

- коэффициент учитывающий существование силовых трещин (табл.4 [1], );

- коэффициент учитывающий влияние на несущую способность прогиба сжатого элемента (при h?300мм, );

- коэффициент продольного изгиба, опред. по табл. 18 [2] при соотношении

и зависит от гибкости и упругой характеристики б=1000 (табл.15 [2]);

R - расчетное сопротивление неповрежденной кладки, опред. по табл 2[2] и при применении кирпича М100 и раствора М75 равняется 1,7 МПа;

А - площадь сечения столба

Выводы:

1. Остаточная несущая способность столба меньше чем максимальное расчетное усилие: 284<350. Следовательно, состояние кирпичного столба III - аварийное.

2. В соответствии с требованиями нормативных документов, необходимо усилить конструкцию одним из 3-х возможных способов: металлической или железобетонной обоймой, или обоймой из раствора.

Принимаем наименее трудоемкий способ - металлическую обойму (без напряжения) с передачей нагрузки от балок Б6 непосредственно на уголки обоймы.



1.2 Проектирование усиления столба К3

Учитывая то, что перегрузка столба кладки составляет

Принимаем уголки и планки обоймы минимального сечения.

Площадь вертикальных уголков:

Расчетное сопротивление уголков на сжатие, из условия, что они непосредственно воспринимают нагрузку от балок Б6, по таблице В.1 [3] .

Поперечную арматуру - планки принимаем 40х4 ( из условия максимально разрешенного шага S=350мм (S ? b).

Процент армирования поперечными планками по формуле В.6 [3]:

Расчетное сопротивление планок (поперечная арматура) согласно В.1 [3]

Несущая способность столба, усиленного ненапряженной металлической обоймой согласно п. В.1 [3]:



где:

- При центральном сжатии

- - коэффициент продольного изгиба

- - коэффициент условий работы кладки

Вывод:

Несущая способность кирпичного столба, усиленного металлической обоймой, удовлетворяет требования.



2. Оценка технического состояния плиты ребристого перекрытия Пм1 и разработка мероприятий по ремонту (усилению) конструкции

Исходные данные получены на основании натурного обследования:

- Плита имеет номинальную толщину , кубиковая прочность бетона плиты при обследовании не определялась, а была взята по проекту: R=17,5 МПа (М200), тогда условный класс бетона (п.6.14 [4]) B=0.8R=14 МПа;

- Рабочая арматура гладкая номинальным диаметром 10 мм, её прочность не определялась. Согласно требованиям п.6.21 [4], расчетное сопротивление такой арматуры . Согласно проекту, во всех пролетах и на опорах номинальная площадь арматуры (5Ш10А240С) конструкция здание технический ремонт

- В результате действия агрессивных компонентов технологических веществ бетон верхней зоны плиты поврежден на глубину , потеря площади сечения верхней арматуры составляет 12%. Бетон нижней зоны плиты поврежден на глубину , потеря площади сечения нижней арматуры составляет 7%;

- Расчетная нагрузка, которая действует на плиту q+v=10,2кПа.

2.1 Определение технического состояния плиты перекрытия Пм1

Определение технического состояния плиты проводится путем сопоставления явных дефектов и повреждений с квалификационными признаками технического состояния железобетонных конструкций по табл. 2 [1] и на основании проверенных расчетов.

Учитывая выводы обследования, опасности обвалов конструкций нет т.к. прогиб находится в рамках допустимого. Предварительное техническое состояние плиты III - непригодное к нормальной эксплуатации, но требуется дополнительное уточнение расчетом на прочность в зоне действия максимального момента.

Согласно расчетной схеме сечений плиты (рис. 1) характеристики следующие:

- фактическая рабочая высота сечения 1-1 составляет:

- фактическая рабочая высота сечения 2-2 составляет:

- фактическая площадь арматуры в сечении 1-1:

- фактическая площадь арматуры в сечении 2-2:

Для условного класса тяжелого бетона В14 расчетное сопротивление бетона R_b=8,1 МПа (табл.13 [5], интерполируя )

Высота сжатой зоны бетона в сечении 1-1 и 2-2:

Согласно требованиям п.3.15 [5] прочность нормальных сечений 1-1, 2-2, 3-3 плиты составляет:

Под действием нагрузки на 1м ширины плиты q+v=10,2кПа1м=10,2кН/м в сечениях 1-1, 2-2, 3-3 возникают соответствующие моменты:



Рис.1 Схема плиты к проверочному расчету: а - схема армирования; б - расчетная схема балочной плиты; 1 - рабочая арматура в 1-м пролете; 3 - рабочая арматура на первой вспомогательной опоре; 2, 4 - конструктивная арматура

Выводы:

1. В первом пролете (сечение 1-1) прочность плиты не обеспечена, так как:



2. Над первой вспомогательной опорой(сечение 2-2) прочность плиты обеспечена, так как:

3. В средних пролетах и на остальных опорах прочность плиты обеспечена:

4. Согласно требованиям [1] такая конструкция относится ко II категории технического состояния - удовлетворительное;

5. Согласно требованиям [1, 3, 6], необходимо восстановить утерянную прочность и долговечность конструкции.

2.2 Проектирование ремонта и усиления плиты

Проверяем прочность плиты в крайнем пролете (сечение 1-1), когда толщину бетона плиты восстановили до проектного значения h_пл=100 мм без увеличения площади арматуры. Тогда

;

Фактическая площадь арматуры в сечении 1-1 составляет:

Если проектная прочность бетона Cerezit CD22 R=40 Мпа, то класс бетона будет B=0.8R=32 МПа;

Для тяжелого класса бетона В32 расчетное сопротивление бетона R_b=15,7МПа (табл.13 [5], интерполируя )

Высота сжатой зоны бетона в сечении 1-1:

Прочность нормального сечения 1-1 плиты крайнего пролета нарощено бетоном до h_пл=100 мм и без увеличения площади арматуры составляет

Выводы:

После того как восстановили толщину бетона плиты до проектного значения h_пл=100 мм без увеличения площади арматуры, мы получили в первом пролете (сечение 1-1), в средних пролетах и на остальных опорах и над первой вспомогательной опорой (сечение 2-2) прочность плиты, которая удовлетворяет условиям прочности

Согласно [3], восстановление прочности нормального сечения плиты путем наращивания сечения бетона и арматуры является наиболее экономически выгодным способом. Однако для реализации этого способа усиления необходимо предварительно предвидеть технологические меры для обеспечения совместной работы новых и старых материалов.

Согласно рекомендациям [3, 7], поверхность старого бетона, который имеет коррозионные повреждения и пятна минеральных масел необходимо подготовить следующим образом:

- Механическим путем (при помощи электроперфоратора, металлической щетки, и т.д.) необходимо удалить грязь, остатки пола, продукты коррозии арматуры, бетон с пониженной прочностью или очень загрязненный маслами;

- Растворами основ и поверхностно-активных веществ нейтрализировать следы кислот, солей и минеральных масел (т.е. обновить показатель бетона pH>11.0);

- Финишную очистку провести струей водяного пара при помощи установки;

- На поверхность подготовленного бетона нанести глубокопроникающую гурнтовку типа Церезит СТ-17.

Для восстановления сечения плиты используют мелкозернистый бетон, который должен удовлетворять такие дополнительные характеристики качества:

- ускоренные темпы твердения и возрастающая прочность;

- отсутствие усадки;

- повышенная адгезия к существующему бетону и арматуре;

- повышенные защитные свойства к арматуре и металлу закладных деталей;

- повешенная подвижность и токситропная способность [2]

Этим требованиям соответствуют такие системные материалы фирмы «Хенкель Баутехник»: «Церезит CD22» и «Церезит CD23».

Церезит CD22 - ремонтная крупнозернистая смесь из цемента, кварцевого песка и полимерных добавок, которые обеспечивают такие эксплуатационные характеристики: адгезия раствора к бетонному основанию сверх 2 МПа, прочность на сжатие через две сутки не менее 5МПа (через7 суток 6,5МПа), деформационные усадки не более 0.012мм. К сухой смеси Церезит CD22 (масса упаковки 25кг) доливают 3,5л воды с температурой +15єС - +20єС. Жизнеспособность раствора - 45минут, а температура окружающей среды от -5єС до +30єС. Раствор наносят на подготовительную поверхность тонким слоем при помощи шпателя. Растраты ремонтного материала составляет 1,6кг/м² на 1мм толщины слоя.

Церезит CD23 - мелкозернистая (частицы наполнителя размером до 1мм) ремонтная смесь. CD23 - предназначена для устройства адгезионного слоя между «старым» и «новым» бетоном, восстановлению мелких повреждений поверхностного слоя толщиной до 10мм. В сравнении с Церезит CD22 - адгезионные характеристики с бетонным основанием лучше (не менее 2,4МПа через 2 сутки), прочность на растяжение при изгибе не менее 5МПа через 2 сутки и 6,9МПа - через 7 суток. К 25 кг сухой смеси CD23 добавляют 3,2-3,5л воды и используют в течении 45мин. Наносят CD23 тонким слоем жесткой щеткой. Основной ремонтный слой из Церезита CD22 наносят на влажный (незатвердевший) адгезионный слой.

По конструктивным требованиям [2, 14] верхнюю и нижнюю зоны плиты дополнительно армируем 4-я стержнями Ш6А240С (с шагом - 300мм). Эту арматуру крепят двумя способами: 1 - «прихваткой» дуговым свариванием к конструктивной арматуре в зонах, где она не нужна по расчету и при помощи вяжущего провода - в средней части пролета; 2 - пластинками металла, который пристреливается дюбелями Ш3 при помощи монтажного пистолета.



3. Оценка технического состояния балки покрытия Б6 и разработка мероприятий по ремонту (усилению) конструкции

Исходные данные получены на основании натурного обследования:

1) Балка покрытия Б6 изготовлена по чертежам серии 1.038-1-1;

2) Бетон тяжелый, кубиковая прочность определена по результатам неразрушительного контроля, и составляет (М420), тогда условный класс бетона (п.6.14 [4]) В=0.8R=29.6МПа;

3) Продольная нижняя рабочая арматура класса А400С, (4Ш18A400C) ;

4) Продольная верхняя рабочая арматура класса А400С, (2Ш10A400C) ;

5) Прочность арматуры не проверялась, а бралась по проекту ;

6) Расчетная нагрузка, действующая на балку q=58kH/м;

7) В результате протекания крыши, балка длительное время замачивалась атмосферной влагой; при влажности газовая среда (с нормальным содержанием СО₂) является слабоагрессивным по отношению к бетону, арматуре и металлу;

8) Зафиксированные дефекты и повреждения для балки:

- Карбонизация бетона защитного слоя нижней арматуры балки покрытия на участке площадью до 0,3м². Отслоение бетона на глубину до 17мм;

- Коррозия нижней продольной арматуры балки с потерей площади сечения до 39%;

- Карбонизация бетона защитного слоя поперечной арматуры балки на участке площадью до 1,5м². Отслоение бетона на глубину до 10мм;

- Коррозия поперечной арматуры на глубину до 0,1мм;

- сплошная поверхностная коррозия металла закладных деталей конструкции на глубину до 0,2мм.

- прогиб балки покрытия в пределах допустимого;

- одиночная нормальная трещина в растянутой зоне балки длиной до 120мм и шириной раскрытия 0,2мм;

- одиночная наклонная трещина в балке длиной до 200мм и шириной раскрытия 0,1мм.

3.1 Определение технического состояния балки

Определение технического состояния балки проводится путем сопоставления явных дефектов и повреждений с квалификационными признаками технического состояния железобетонных конструкций по таблице 2 [1] и на основании проверенных расчетов.

Учитывая выводы обследования и признаки табл. 2 [1], опасности обрушения конструкции нет, т.е. состояние конструкции III - непригодное к нормальной эксплуатации, или II - удовлетворительное. При этом изгиб балки f=16мм<[f]=l/200=30мм.

Для уточнения технического состояния выполняем проверочный расчет. (В данной работе выполняем расчет только на прочность нормального сечения балки, наиболее нагруженного или там, где наибольшие повреждения).

Характеристики сечения балки:

(интерполируя, при для В=29.6Мпа.



Фактическая площадь растянутой арматуры, поврежденной коррозией на 39%;

Высота сжатой зоны бетона:

Рис. 2. К выполнению проверочного расчета несущей способности железобетонной балки покрытия Б5:

а - схема размещения дефектов балки покрытия Б5; б - расчетная схема балки покрытия Б5; 1, 2, 3, 4, 7, 8, - дефекты балки покрытия Б5



Вследствие того, что , согласно с п. 3.15 [5], остаточная прочность нормального сечения балки:

Этой прочности соответствует расчетное равномерно распределенная нагрузка на балку:

Где

Выводы:

1) По результатам проверочных расчетов, учитывая явные повреждения, установлено, что на момент обследования прочность балки по нормальному сечению не обеспечена и фактическая нагрузка равна:

2) По квалификационным признакам [1], такая конструкция относится к IV категории технического состояния, т.е. аварийной;

3) Согласно требованиям [1, 2] необходимо повысить долговечность балки и восстановить её потерянную прочность, для чего применяют такие меры:

- восстановление (увеличение) прочности нормального сечения балки путем наращивания сечения, изменения расчетной схемы или изменения напряженного состояния;

- восстановление рабочего сечения балки (без изменения её размеров);

- восстановление антикоррозионной защиты отдельных участков металлических элементов.

3.2 Проектирование ремонта и усиления балки

Беря во внимание особенность конструкции балки, условия её эксплуатации и рекомендации [2], усиление выполняем при помощи устройства затяжки с двух веток арматуры, которые при натяжении создают разгрузочный момент и превращают балку во внецентренно сжатый элемент.

Вследствие того, что прочность нормального сечения балки не обеспечена, берем стержни затяжки по конструктивным требованиям из арматуры класса А400С Ш40 мм (.

При натяжении веток затяжки возникают предварительные напряжения, величина которых

Для получения такого напряжения, стержни посередине длины балки (на расстоянии с = 2330 мм от фокусирующей распорки), необходимо стянуть на величину а. При помощи графика, приведенного на рис. 24 [4], устанавливаем, что величина напряжений соответствует наклону ветки затяжки i=0.052.

Величина перемещений середины затяжки .

Потери напряжений при устройстве усиления в результате их релаксации, обход бетона и анкерных приборов берем из расчета - 50 МПа.

Тогда .

При таких условиях разгрузочный момент, который возникает при устройстве затяжек, равен:



Где: d - расстояние от растянутой грани до оси стержня

y₀ - расстояние от растянутой грани к центру веса сечения

- статический момент приведенного сечения;

- площадь приведенного сечения;

Этот момент может увеличить несущую способность балки при условии прочности нормального сечения к величине:

Т.е. несущая способность балки выросла на:

Окончательный вывод о величине максимальной нагрузки слаживается после соответствующих расчетов из условия прочности наклонного сечения, трещиностойкости и деформативности балки.

Таким образом, после выполнения усиления прочности балки по нормальному сечению обеспечена, а фактическая нагрузка составляет:



Для восстановления рабочего сечения балки используют мелкозернистый бетон, который должен иметь дополнительные характеристики качества:

- ускоренные темпы твердения при увеличении прочности;

- отсутствие усадки;

- повышенная адгезия к существующему бетону и арматуре;

- повышенные защитные свойства к арматуре и металлу закладных деталей;

- повешенная подвижность и токситропная способность [2]

Этим требованиям соответствуют такие системные материалы фирмы «Хенкель Баутехник»: Церезит CD22 и церезит CD23.

Церезит CD22 - ремонтная крупнозернистая смесь из цемента, кварцевого песка и полимерных добавок, которые обеспечивают такие эксплуатационные характеристики: адгезия раствора к бетонному основанию сверх 2 МПа, прочность на сжатие через две сутки не менее 5МПа (через7 суток 6,5МПа), деформационные усадки не более 0.012мм. К сухой смеси Церезит CD22 (масса упаковки 25кг) доливают 3,5л воды с температурой +15єС - +20єС. Жизнеспособность раствора - 45минут, а температура окружающей среды от -5єС до +30єС. Раствор наносят на подготовительную поверхность тонким слоем при помощи шпателя. Растраты ремонтного материала составляет 1,6кг/м² на 1мм толщины слоя.

Церезит CD23 - мелкозернистая (частицы наполнителя размером до 1мм) ремонтная смесь. CD23 - предназначена для устройства адгезионного слоя между «старым» и «новым» бетоном, восстановлению мелких повреждений поверхностного слоя толщиной до 10мм. В сравнении с Церезит CD22 - адгезионные характеристики с бетонным основанием лучше (не менее 2,4МПа через 2 сутки), прочность на растяжение при изгибе не менее 5МПа через 2 сутки и 6,9МПа - через 7 суток. К 25 кг сухой смеси CD23 добавляют 3,2-3,5л воды и используют в течении 45мин. Наносят CD23 тонким слоем жесткой щеткой. Основной ремонтный слой из Церезита CD22 наносят на влажный (незатвердевший) адгезионный слой.

Защита металлических элементов от действия среднеагрессивной газовой среды выполняем согласно табл. 29 [5] лакокрасочным покрытием марки Па-4(110).

Согласно приложению 15 [6] используем перхлорвиниловые эмали II - группы (к примеру: ХВ-16, ХВ-113), которые наносим 4 раза (по грунтовке ГФ-021, ПФ-020) общей толщиной покрытия в 110мкм.



Литература

1. Нормативні документи з питань обстежень паспортизації безпечної та надійної експлуатації виробничих будівель і споруд / Держкомітет будівництва, архітектури та Держкомітет охоронпраці України. - Київ, 1997. -145с.

2. СНиП II-22-81*. Каменные и армокаменные конструкции. М., 1984 -40с.

3. ДБН В. 3.1-1-2002. Ремонт і підсилення несучих і огороджувальних будівельних конструкцій і основ промислових будинків та споруд / Держбуд України. Київ - 2003.

4. СНиП 2.03.01-84* «Бетонные и железобетонные конструкции»

5. Пособие по проектированию бетонных и железобетонных конструкций без предварительного напряжения арматуры (к СНиП 2.03.01-84) НИИЖБ госстроя СССР. -М., 1989. 192с.

6. СНиП 2.03.11-85 «Защита строительных конструкций от коррозии» -М., 1986. -48с.

Размещено на Allbest.ru

...