Совершенствование методов усиления железобетонных конструкций

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

"Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)"

Кафедра "Строительные материалы и специальные конструкции"

Курсовая работа по дисциплине:

"Современные проблемы и направления развития отрасли"

Тема: "Совершенствование методов усиления железобетонных конструкций"

Омск

2016



Содержание

Введение

1. Литературный обзор

1.1 Общие положения

1.2 Установление необходимости усиления железобетонных конструкций

1.3 Классификация методов усиления железобетонных конструкций

2. Характеристика материала

3. Методология исследования

Заключение

Список использованной литературы



Введение

В настоящее время железобетонные конструкции очень широко применяются в гражданском и промышленном строительстве. С течением времени возникает вопрос об ремонте и усилении железобетонных конструкций.

Усиление железобетонных конструкций достаточно сложная инженерная задача, при решении которой нередко используются как широко известные, так и не традиционные методы.

Необходимость усиления железобетонных конструкций в процессе эксплуатации возникает вследствие длительного действия эксплуатационных нагрузок и коррозионного износа, при ликвидации ошибок при проектировании, изготовлении и транспортировании, при усложнении или не предусмотренном проектом изменении условий эксплуатации, схемы действия и величины нагрузок, возникновения различных повреждений, а также при реконструкции и реновации предприятия.



1. Литературный обзор

Усиление железобетонных конструкций, здания и сооружения, построенные на основе железобетонных конструкций, со временем изнашиваются и требуют ремонта или укрепления. Чаще всего усиливают плиты перекрытий, фундаменты, колонны, ригели, балки. Подкрановые железобетонные балки и фермы обычно заменяют новыми. Перед усилением железобетона проводят ряд общих подготовительных операций.

1.1 Общие положения

1) Расчет усиливаемых конструкций следует производить для двух стадий работы:

а) до включения в работу усиления - на нагрузки, действующие на момент усиления, включающие нагрузку от элементов усиления;

б) после включения в работу элементов усиления - на полные эксплуатационные нагрузки.

2) Железобетонные конструкции до включения в работу усиления должны удовлетворять требованиям по несущей способности (предельные состояния первой группы).

3) Железобетонные конструкции после усиления должны удовлетворять требованиям по несущей способности и по эксплуатационной пригодности, долговечности (предельные состояния второй группы).

4) Методы усиления железобетонных конструкций должны удовлетворять требованиям технологичности и экономичности. При проектировании усиливаемых конструкций следует исходить из необходимости выполнения работ без или с кратковременной остановкой производства, с учетом агрессивности внешней среды, степени огнестойкости помещений.

5) При проектировании усиления железобетонных конструкций необходимо обеспечить включение в работу элементов усиления в совместную работу с усиливаемой конструкцией.

6) В тех случаях, когда усиление предусматривается производить после разгрузки усиливаемой конструкции, загружение следует производить после достижения бетоном усиления проектной прочности. [1]

1.2 Установление необходимости усиления железобетонных конструкций

Влияние внешней среды, неблагоприятных физико-геологических процессов, высокотемпературного нагрева при пожаре, нарушение нормальных условий эксплуатации, увеличение по сравнению с проектной нагрузок, а также недоработки на стадии проектирования и строительства вызывают переход конструкций зданий и сооружений в техническое состояние, отличное от проектного.

В новом состоянии конструкции могут не удовлетворять предъявляемым требованиям по несущей способности, жесткости или трещиностойкости и долговечности.

Фактическое техническое состояние конструкций зданий и сооружений устанавливается в результате их обследования, поверочных расчетов и натурного испытания.

Обследование конструкций - первый этап в установлении их действительного технического состояния.

В состав обследования железобетонных конструкций входят следующие работы: изучение имеющейся проектной документации (технический паспорт здания, рабочие чертежи существующих конструкций, материалы завода-изготовителя, исполнительной документации, материалы по эксплуатации и др.), общий (предварительный) осмотр и детальное (инструментальное) обследование.

При наличии проектной документации определяют: продолжительность эксплуатации; размеры и конструктивную схему здания; геометрические размеры и типы конструкций; номер и серию чертежей, по которым они разработаны; проектную расчетную схему конструкций; проектный класс (марку) бетона и армирование конструкций (вид, класс, способ анкеровки и расположение рабочей арматуры); конструктивные особенности узлов сопряжения элементов; вид и величину нагрузок; особенности технологического процесса и характеристики агрессивной среды; проектные инженерно-геологические и гидрогеологические условия площадки; в случае реконструкции - новые нагрузки, режимы эксплуатации и характеристики ожидаемой агрессивной среды.

В результате изучения технической производственной и эксплуатационной документации, опроса работников службы эксплуатации зданий и сооружений, работающих в здании людей, собираются данные: об имеющих место за период эксплуатации аварийных состояниях конструкций и деформации оснований, вызвавших их причинах; зонах конструкций с повышенной вибрацией; о выполненных ранее усилениях конструкций. [2]

1.3 Классификация методов усиления железобетонных конструкций

Усиление конструкций достаточное дорогое и трудоемкое мероприятие. В ряде случаев дальнейшую надежную эксплуатацию возможно обеспечить без усиления путем изменений условий их работы: уменьшением постоянных и временных нагрузок (например, заменой тяжелых утеплителей, перекрытий, кровельных настилов); уменьшением грузоподъемности кранов, если это возможно по условиям эксплуатации, или ограничением их сближения; уменьшением вибрации путем применения эффективной виброизоляции и т.д.

При невозможности обеспечения надежной работы конструкции изменением условий ее эксплуатации для восстановления проектных эксплуатационных свойств, а также для их повышения по сравнению с проектными, выполняется усиление конструкции.

В зависимости от цели расчет усиления конструкций производится по условию прочности, по деформациям или по трещиностойкости.

При проектировании усиления железобетонных конструкций выбор способа производится после стадии поверочных расчетов, которыми устанавливается вероятная схема разрушения конструкции. В общем случае разрушение изгибаемых, внецентренно (центрально) сжатых и растянутых элементов происходит: по растянутой зоне, по сжатой зоне, в зоне среза от действия поперечных сил, по пространственному сечению от действия крутящего момента, местного смятия, отрыва и продавливания. Усилению подлежит наиболее слабая зона конструкции.

Известные методы усиления железобетонных конструкций для облегчения выбора в конкретных условиях наиболее эффективного, условно классифицированы, исходя из предполагаемой схемы разрушения конструкции, подлежащей усилению. Классификация методов усиления приведена на рисунке 1.

Усиление растянутой зоны конструкций производится увеличением площади поперечного сечения рабочей арматуры: путем установки дополнительной арматуры с соединением через коротыши с рабочей арматурой конструкций и последующим обетонированием; путем приклеивания листовой арматуры или стержневой арматуры в подготовленных пазах в растянутой зоне конструкций.

Усиление сжатой зоны железобетонных конструкций производится увеличением их поперечного сечения, установкой дополнительной сжатой арматуры, ограничением поперечных деформаций: путем устройства наращивания, обойм, рубашек.

Усиление железобетонных конструкций на восприятие поперечных сил производится увеличением размеров поперечного сечения конструкций, площади поперечной арматуры в зоне среза: путем устройства наращиваний, обойм, рубашек с обеспечением сцепления с бетоном конструкций; установкой поперечных планок, стержней и т.п.

Усиление конструкций на восприятие крутящего момента выполняется наращиванием поперечного сечения, увеличением площади продольной, вертикальной и горизонтальной поперечной арматуры, устройством обойм, стальных гильз, установкой замкнутой поперечной арматуры и т.д.

Усиление конструкций при местном сжатии и продавливании производится уширением площади опирания, наращиванием.

В случае разрушения железобетонных конструкций по двум и более зонам, а также при невозможности достижения требуемой степени повышения несущей способности путем усиления только одной зоны, применяется комбинированное усиление таких конструкций.

Отдельной группой выделены методы усиления, изменяющие первоначальную статическую и расчетную схему конструкций: изменение места передачи нагрузки на конструкцию; введение дополнительных связей; устройство затяжек, распорок, шпренгелей, шарнирно-стержневых цепей. Эти способы позволяют эффективно повысить несущую способность железобетонных конструкций, но, как правило, уменьшают габариты помещений.

При усилении следует стремиться к максимальной разгрузке усиливаемых конструкций. Если усиление железобетонных конструкций с целью повышения их несущей способности, жесткости и трещиностойкости производят под нагрузкой, все вышеперечисленные группы методов усиления эффективно выполнить с предварительным напряжением (дополнительные опоры подклинивают, затяжки предварительно растягивают, распорки - сжимают).

Для сильно поврежденных конструкций (при разрушении 50% сечения или 50% площади рабочей арматуры) часто целесообразна их замена новыми. Замена железобетонных конструкций может осуществляться: путем разборки заменяемых конструкций с последующим возведением новых; путем возведения новых с временным использованием в качестве опалубки и последующей разборкой заменяемых конструкций или путем возведения новых конструкций без разборки существующих с выполнением мероприятий, предотвращающих их обрушение. При этом конструкция усиления рассчитывается на полную действующую нагрузку.[5]

При выборе метода усиления конструкции в конкретных условиях необходимо учитывать приемлемость того или иного способа с точки зрения нагрузок и технического состояния усиливаемой конструкции, агрессивной среды, пожаро- и взрывоопасности среды, возможности достижения необходимой степени увеличения несущей способности, технологичности и экономичности, возможности выполнения усиления без остановки производства, выполнения работ по усилению в минимальные сроки, уменьшения габаритов помещения, эстетичности и т.д.

Цель работы: Изучить совершенствование методов усиления железобетонных конструкций

Задачи исследования:

• 1. Изучить метод усиления железобетонных конструкций железобетонными обоймами.
• 2. Освоить усиление железобетонных конструкций металлическими обоймами.
• 3.Узнать, как усиляют железобетонные конструкции наращиванием.
• 2. Характеристика материала

Обследование конструкций - первый этап в установлении их действительного технического состояния.

В состав обследования железобетонных конструкций входят следующие работы: общий (предварительный) осмотр и детальное (инструментальное) обследование.

Общий (предварительный) осмотр

В процессе предварительного осмотра устанавливаются: аварийные конструкции; конструкции, имеющие существенные дефекты и повреждения; конструкции с нарушением нормальных условий эксплуатации. В процессе предварительного осмотра при необходимости ориентировочно определяют прочность поверхностных слоев бетона на участках, где, согласно схеме работы конструкции, прочность бетона имеет наибольшее значение, методами пластической деформации (с помощью эталонных молотков Н.П.Кашкарова, И.А. Физделя), упругого отскока, экспертными методами, а также выборочно глубину нейтрализации бетона. Следует стремиться наносить удары по растворному участку бетона. При этом прочность бетона уточняется по результатам осмотра сколов бетона. Если скол произошел по контакту крупного заполнителя и растворной части, прочность бетона следует уменьшить на 5 - 10 МПа.

В результате предварительного осмотра намечаются участки для детального обследования.

К признакам, характеризующим аварийность железобетонных конструкций относятся: отслоение защитного слоя и продольные трещины вдоль рабочей арматуры в зоне ее анкеровки с явными признаками коррозии арматуры; пропитка нефтепродуктами в зоне анкеровки рабочей арматуры, снижающая ее сцепление с бетоном; уменьшение в результате коррозии поперечного сечения рабочей арматуры в растянутой зоне на 50%; разрывы отдельных стержней рабочей продольной и поперечной арматуры; в зоне среза наклонные трещины, пересекающие растянутую и сжатую зоны; в пролете конструкции нормальные трещины с разветвленными концами; выпучивание сжатой арматуры с признаками разрушения бетона сжатой зоны; деформации закладных деталей с расстройством стыков; уменьшенная против требований норм площадь опирания сборных конструкций; значительные (более 1/50 пролета) прогибы изгибаемых элементов при наличии трещин в растянутой зоне с раскрытием более 0,5 мм.

При выявлении в процессе предварительного осмотра конструкций, находящихся в аварийном состоянии, необходимо выполнить первоочередные мероприятия по обеспечению безопасности (предотвратить доступ людей в зону возможного обрушения, разгрузить аварийные конструкции, установить временные страховочные крепления и т.п.).

При предварительном осмотре фиксируются дефекты и повреждения, снижающие несущую способность, жесткость и долговечность железобетонных конструкций: степень и площадь повреждений защитных покрытий; изменение цвета бетона, высолы и масляные пятна на поверхности; снижение прочности бетона сжатой зоны до 30%; наличие раковин и отколов в бетоне, оголение арматуры; нарушение сцепления арматуры с бетоном (по глухому стуку при простукивании, при наличии отслоения звук дребезжащий); отход анкеров от пластин закладных деталей из-за коррозии стали в сварных швах и смещение закладных деталей; заметные на глаз прогибы конструкций; трещины раскрытием свыше 0.5 мм и признаки разрушения сжатых элементов; непроектное выполнение узлов сопряжения; смещение конструкций в узлах и стыках и т.п.

Наличие коррозии стальной арматуры устанавливается визуально путем непосредственного осмотра оголенной арматуры, а также косвенно по появлению продольных трещин в защитном слое бетона или выступов продуктов коррозии стали на поверхности бетона.

При выполнении предварительного осмотра устанавливаются зоны с нарушением нормальных условий эксплуатации конструкций: увлажнение, попеременное замораживание-оттаивание в водонасыщенном состоянии, проливы технологических растворов и нефтепродуктов, вблизи и над источниками теплоизлучения, вибрация и ударные нагрузки и т.п.

Внешними признаками нарушения нормальных условий эксплуатации являются: изменение цвета бетона; на поверхности конструкций высолы, мокрые и масляные пятна, ржавчина, шелушение и растрескивание бетона; трещины вдоль арматуры, отслоение защитного слоя, коррозия арматуры и др.

По результатам предварительного осмотра с учетом выявленных дефектов и повреждений на момент обследования конструкция относится к одной из четырех категорий состояния:

I - конструкция удовлетворяет предъявляемым требованием по несущей способности, жесткости и трещиностойкости. Долговечность конструкции, по сравнению с проектной, не снижена.

Характерные признаки: на поверхности бетона отсутствуют дефекты и повреждения, свидетельствующие о снижении несущей способности, или имеются отдельные раковины, поры, выбоины, волосные трещины. Антикоррозионная защита конструкций и закладных деталей не нарушена. При вскрытии поверхность арматуры не имеет признаков коррозии. Глубина нейтрализации бетона защитного слоя не превышает половины его толщины. Прочность бетона не ниже проектной. Прогиб и ширина раскрытия трещин не превышает предельно допустимые значения.

II - конструкция удовлетворяет предъявляемым к ней требованиям по несущей способности, жесткости. Долговечность конструкции снижена.

Характерные признаки: изменен цвет бетона вследствие пересушивания, шелушение граней вследствие замораживания-оттаивания в водонасыщенном состоянии, на поверхности бетона мокрые или маслянистые пятна, высолы, небольшие сколы, оголение арматуры, на участках с недостаточной толщиной защитного слоя следы коррозии рабочей и распределительной арматуры. При вскрытии поверхность арматуры имеет коррозию в виде отдельных точек и пятен, язв и пластинок ржавчины нет. Уменьшение площади поперечного сечения вследствие коррозии не превышает 5%. Антикоррозионная защита конструкций и закладных деталей нарушена. Глубина нейтрализации бетона защитного слоя не превышает его толщины. Прочность бетона не ниже проектной. Прогиб не превышает предельно допустимого значения.

III - конструкция не удовлетворяет предъявляемым к ней требованиям по несущей способности, трещиностойкости или жесткости.

Характерные признаки: имеются повреждения, свидетельствующие о снижении несущей способности, но на момент обследования не угрожающие безопасности работающих, продольные трещины вдоль рабочей арматуры в пролете, пластинчатая ржавчина на арматуре и закладных деталях, потеря площади сечения рабочей арматуры вследствие коррозии превышает 5%, трещины в сжатой зоне и в зоне среза. Прочность бетона ниже проектной на 20% и более. Нарушение крепления поперечной арматуры к продольной. Пропитка бетона нефтепродуктами в пролете. Уменьшение площади опирания конструкции по сравнению с проектной. Прогиб конструкций превышает предельно допустимое значение более, чем на 30%.

IV - конструкция не удовлетворяет предъявляемым к ней требованиям по несущей способности. Существует угроза безопасности работающих.

Детальное (инструментальное) обследование

Детальное обследование выполняется с целью уточнения исходных данных, необходимых для выполнения поверочных расчетов и оценки технического состояния конструкции. Если оценку состояния конструкций можно выполнить исходя из проектных данных и по результатам предварительного осмотра, то детальное обследование такой конструкции может не производиться.

При детальном обследовании конструкций определяется прочность бетона, вид и прочностные свойства арматуры, геометрические размеры, армирование и толщина защитного слоя, глубина нейтрализации бетона защитного слоя, ширина раскрытия трещин в бетоне, прогиб конструкции, степень коррозии арматуры, закладных деталей и сварных швов узловых соединений, фактические нагрузки и эксплуатационные воздействия, уточняются расчетные схемы, дефекты и повреждения.

В процессе детального обследования конструкций отбираются образцы бетона и арматуры для проведения физико-механических и физико-химических исследований в лабораторных условиях. Места отбора проб определяются в наименее напряженных зонах, чтобы несущая способность конструкции была обеспечена с учетом ослабления, или должно быть предусмотрено усиление в процессе отбора образцов приваркой к арматуре равнопрочных накладок и обетонированием.

Прочность бетона может определяться как неразрушающими, так и разрушающими методами: испытанием выбуренных или выпиленных образцов (ГОСТ 10180), ультразвуковым методом (ГОСТ 17624), методом отрыва со скалыванием, методом скалывания ребра конструкции, методом отрыва, методом пластической деформации и упругого отскока (ГОСТ 22690).

Для уменьшения влияния недостатков каждого из методов на конечный результат рекомендуется сочетать методы отрыва со скалыванием, скалывания ребра, испытание кернов с методами упругого отскока, пластической деформации, а также приборы различного принципа действия, например - механические и акустические.

При определении прочности бетона ультразвуковым методом, методом пластической деформации или упругого отскока требуется обязательная привязка градуировочных зависимостей параллельным испытанием отобранных образцов или методами местных разрушений для конкретных групп или участков конструкций.

Фактическая прочность в зависимости от состояния бетона для группы однотипных конструкций, одной конструкции или отдельной ее зоны определяется из среднего значения (ускоренная оценка) или при достаточном количестве испытаний из среднего значения и коэффициента вариации прочности (статистическая оценка) конкретных испытаний бетона.

Объем испытания следует принимать:

- при оценке прочности одной конструкции или отдельной зоны конструкции не менее 3-х участков в расчетных сечениях или в зоне с пониженной прочностью конструкции;

- при оценке средней прочности группы однотипных конструкций не менее 9-ти участков в расчетных сечениях конструкций;

- при оценке средней прочности и коэффициента вариации прочности бетона группы однотипных конструкций не менее 30-ти участков, если в качестве единичного значения принимается прочность бетона участка или 9 участков (по 3 участка на конструкцию), если в качестве единичного значения принимается средняя прочность бетона конструкции или ее зоны.

Наличие, количество и расположение арматуры, толщина защитного слоя в железобетонных конструкциях определяется магнитным методом (ГОСТ 22904) с помощью прибора типа ИЗС, радиографическим методом (ГОСТ 17625) с применением малогабаритных бетатронов ПМБ-6 и МИБ-4 или путем вскрытия.

Глубина нейтрализации бетона защитного слоя определяется путем скалывания бетона защитного слоя в заданном месте, смачивания свежеобразованной поверхности скола 0,1%-ным спиртовым раствором фенолфталеина или тимолфталеина и измерением толщины бесцветного участка.

Ширина раскрытия трещин на уровне центра тяжести растянутой арматуры определяется не менее, чем в трех местах по длине конструкции, включая место максимального раскрытия, с помощью переносных отсчетных микроскопов, измерительных луп.

Геометрические размеры, прогибы конструкции, отклонения от проектного положения определяются с использованием измерительного инструмента (нивелиры, теодолиты, прогибомеры, рулетки, шаблоны, штангенциркули).

Площадь поперечного сечения арматуры конструкции определяется с учетом фактического уменьшения в результате коррозии. Степень коррозии арматуры характеризуется глубиной и площадью поражений. По характеру коррозия может быть сплошной, язвенной, питтинговой (скрытой), пятнами, тонким налетом, слоистой.

Арматура из высокопрочной проволоки в расчетах не учитывается при наличии язвенной или питтинговой коррозии, а также, если коррозия вызвана хлоридами.

Оценка состояния открытых закладных деталей выполняется визуально: определяется вид стыка и его параметры, фактическая длина и толщина сварного шва, их соответствие проекту.

Прочность бетона и арматуры конструкций, подвергшихся воздействия пожара определяется испытанием образцов бетонам (ГОСТ 10180) и арматуры (ГОСТ 12004), отобранных непосредственно из конструкций. Прочность бетона поверхностного слоя можно определять методами отрыва со скалыванием, скалывания ребра конструкции, отрыва, пластической деформации и упругого отскока (ГОСТ 22690).

За максимальную температуру нагрева бетона принимается максимальная температура нагрева поверхности железобетонной конструкции.

За максимальную температуру нагрева арматуры принимается температура в центре ее сечения.

Значение максимальной температуры нагрева бетона можно определять косвенно по цвету бетона и некоторым физико-механическим эффектам в соответствии с таблицей Г.1 приложения Г.

Значение максимальной температуры нагрева арматуры можно также определять по температуре нагрева бетона у поверхности арматуры со стороны воздействия высокой температуры на конструкцию.

Нагрузки от технологического оборудования определяются по имеющимся документам или взвешиванием с учетом фактической схемы их размещения и опирания на конструкции. Нагрузка от собственного веса конструкций однородного участка пола, покрытия и т.п. площадью до 3000 кв. метров устанавливается измерением их поперечного сечения в не менее 5 местах и взвешивания с точностью до 1 г не менее 5 отобранных проб, после чего вычисляется значение нагрузки на единицу площади. На каждые следующие 1000 кв. метров площади производится дополнительное вскрытие. Для кровель с насыпным утеплителем дополнительно следует определять толщину утеплителя в ендовах и вблизи конька.

Уточнение нагрузок от веса снега и давления ветра следует производить, если есть основания предполагать, что причины выявленных при обследовании повреждений является увеличение этой нагрузки. В этом случае величина нормативной снеговой и ветровой нагрузки уточняется на основании данных статистической обработки результатов наблюдений ближайших к объекту метеостанций или для снеговой нагрузки, если обследование производится в зимнее время, путем взвешивания с точностью до 0,01 кг снега, собранного с 1 кв. метра площади покрытия. Если площадь покрытия не превышает 3000 кв. метров принимается не менее 5 мест. На каждые следующие 1000 кв. метров площади устанавливается дополнительное место взвешивания.

Нормативные нагрузки, передаваемые кранами, транспортными средствами, определяются по данным паспортов на соответствующее оборудование, при отсутствии паспортов - путем взвешивания с точностью до 0,1 кг. При этом допускается учитывать фактическое размещение зон обслуживания кранов и транспортных средств.

При обследовании конструкций зданий и сооружений с источниками пылевыделения устанавливаются плотность, толщина и скорость накопления пыли на характерных участках покрытия или перекрытия. Если площадь участка покрытия или перекрытия не превышает 200 кв. метров плотность определяется по результатам взвешивания не менее 5 отобранных проб массой от 100 до 250 г. На каждые следующие 100 кв. метров площади участка устанавливается дополнительная проба. Толщина слоя пыли замеряется с помощью линейки с точностью до 1 мм при том же объеме измерений. Для определения скорости накопления пыли через некоторое время проводится повторный замер толщины ее слоя.

Детальное обследование конструкции может не производиться, если дефекты отсутствуют, прогиб и ширина раскрытия трещин не превышают допустимые, размеры сечения и армирование отвечают проектным, прочность бетона и арматуры не ниже проектных. В этом случае поверочные расчеты допускается выполнять по результатам предварительного осмотра и проектным данным.

Натурные испытания пробной нагрузкой при обследовании производятся для конструкций, расчетно-теоретические основы которых разработаны не достаточно, а также в случаях особо ответственных конструкций. Схема нагружения и величина нагрузки согласовываются с проектной организацией. Величина испытательной нагрузки, как правило, принимается в пределах расчетной. Нагрузка прикладывается этапами не более 20% с выдержкой на каждом этапе 15 мин.

При испытании определяется прогиб и ширина раскрытия трещин, которые сопоставляются с нормируемыми значениями и полученными из расчета. В случаях, когда фактическая схема близка к расчетной принимаются критерии, регламентируемые ГОСТ 8829.

Во время проведения испытаний необходимо принимать меры, обеспечивающие безопасность работ: при испытании под конструкцией не должны находиться люди, место испытаний должно быть огорожено, доступ посторонних лиц запрещен. При необходимости установить страховочные приспособления, предотвращающие обрушение испытываемых конструкций.

Выполнение требований жесткости и трещиностойкости при соответствии фактического армирования и прочности бетона конструкции проектным требованиям свидетельствует о том, что удовлетворяются и требования прочности. [4]



3. Методология исследования

Усиление железобетонных конструкций железобетонными и металлическими обоймами и наращиванием

Одним из наиболее эффективных способов усиления железобетонных колонн является устройство железобетонных и металлических обойм. В изгибаемых элементах обоймы применяют при значительной коррозии арматуры.

Железобетонная обойма состоит из арматуры и тонкого слоя бетона, охватывающего усиливаемый элемент с четырех сторон (балки, ригели, колонны).

Наиболее простым типом являются железобетонные обоймы с обычной продольной и поперечной арматурой без связи арматуры обоймы с арматурой усиливаемой колонны. При этом способе усиления важно обеспечить совместную работу "старого" и "нового" бетона, что достигается тщательной очисткой поверхности бетона усиливаемой конструкции пескоструйным аппаратом, насечкой или обработкой металлическими щетками, а также промывкой под давлением непосредственно перед бетонированием. Для повышения адгезии и защиты бетона и арматуры в агрессивных условиях эксплуатации рекомендуется применение полимербетонов.

Толщина обоймы колонн определяется расчетом и конструктивными требованиями (диаметром продольной и поперечной арматуры, величиной защитного слоя и т.п.). Как правило, она не превышает 300 мм. Площадь рабочей продольной арматуры также определяют расчетом.

При местном усилении обойму продлевают за пределы поврежденного участка на длину не менее длины анкеровки арматуры, а также не менее двойной ширины большей грани колонны, но не менее 400 мм. Для улучшения сцепления "нового" и "старого" бетона рекомендуется выполнять адгезионную обмазку из полимерных материалов.

Поперечная арматура железобетонной обоймы может быть выполнена в виде спиральной обмотки из проволоки диаметром не менее 6 мм. Более эффективны (но и более трудоемки) железобетонные обоймы, в которых обеспечивается связь существующей и дополнительной арматуры. Такие обоймы рекомендуются при сильном повреждении существующей арматуры или защитного слоя бетона. В этом случае арматуру усиливаемой конструкции тщательно очищают до чистого металла, разрушенные хомуты восстанавливают путем пробивки в бетоне поперечных борозд, установки в них новых хомутов и соединения их с продольной арматурой.

Дополнительную продольную арматуру приваривают к существующей с помощью соединительных коротышей, которые во избежание пережогов выполняют из арматуры класса A-I диаметром 10--16 мм и располагают на расстоянии друг от друга не менее 20 диаметров продольной арматуры в шахматном порядке.

При невозможности замкнутой обоймы, например при примыкании колонны к стене, рекомендуется устройство "рубашек" -- незамкнутых с одной стороны обетонок. При этом способе усиления необходимо обеспечить надежную анкеровку поперечной арматуры по концам поперечного сечения "рубашек". В колоннах это осуществляется путем приварки хомутов к существующей арматуре.

При усилении "рубашками" локальных поврежденных участков, как и при усилении обоймами, их необходимо продлить на неповрежденные части конструкции на длину не менее 500 мм, а также не менее длины анкеровки продольной арматуры, не менее ширины грани элемента или его диаметра и не менее пятикратной толщины стенки "рубашки".

Эффективность включения металлической обоймы в работу колонны зависит от плотности прилегания уголков к телу колонны и предварительного напряжения поперечных планок. Для плотного прилегания уголков поверхность бетона по граням колонн тщательно выравнивается скалыванием неровностей и зачеканкой цементным раствором. Предварительное напряжение соединительных планок осуществляется термическим способом. Для этого планки приваривают одной стороной к уголкам обоймы, затем разогревают газовой горелкой до 100--120°С и в разогретом состоянии приваривают второй конец планок. Замыкание планок осуществляют симметрично от среднего по высоте колонны пояса. При остывании планок происходит обжатие поперечных сечений колонны, что приводит к повышению несущей способности. [3]

Металлическая обойма состоит их стоек углового профиля, соединительных планок, опорных подкладок (рис. 2).

1 -- перекрытие; 2 -- усиливаемая колонна; 3 -- обойма;

4 -- угол к и-стойки; 5 -- поперечные планки; 6 -- опорные планки

Рис. 2. Усиление колонны металлической обоймой

Эффективным средством усиления наружных колонн является устройство предварительно напряженных металлических распорок. Одно или двусторонние распорки представляют собой металлические обоймы с предварительно напряженными стойками, расположенными с одной или двух сторон колонн. Первые применяют для увеличения несущей способности внецентренно сжатых колонн с большими и малыми эксцентриситетами, вторые -- для центрально и внецентренно сжатых колонн.

Предварительно напряженные односторонние распорки состоят из двух уголков, соединенных между собой металлическими планками. В верхней и нижней зонах распорок приваривают специальные планки толщиной не менее 15 мм, которые передают нагрузку на упорные уголки и имеют площадь поперечного сечения, равную сечению распорок. Планки устанавливают таким образом, чтобы они выступали за торцы уголков распорок на 100-120 мм, и снабжают двумя отверстиями для стяжных болтов. Упорные уголки должны быть установлены таким образом, чтобы их внутренние грани совпадали с наружной гранью колонн. Для этого защитный слой бетона в верхней и нижней зонах колонны скалывают и устанавливают упорные уголки на цементном растворе строго горизонтально. До установки распорок в проектное положение в боковых полках уголков в середине их высоты выполняется вырез и осуществляется их незначительный перегиб. Ослабление поперечного сечения уголков в месте выреза компенсируется приваркой дополнительных планок, в которых предусмотрены отверстия для стяжных болтов.

Предварительное напряжение распорок создается путем придания им вертикального положения за счет закручивания гаек натяжных болтов. При этом необходимо обеспечить плотное прилегание уголков к телу колонны, а также их совместную работу, объединив распорки с помощью приварки к ним металлических планок. Шаг планок принимают равным минимальному размеру сечения колонны. После приварки планок стяжные монтажные болты снимают, а ослабленные сечения распорок усиливают дополнительными металлическими накладками.

Для эффективного включения распорок в работу достаточно создать в них предварительное напряжение порядка 40-70 МПа, что обеспечивается за счет расчетного удлинения при выпрямлении уголков.

Наращивание -- увеличение сечения усиливаемых конструкций сверху, снизу и с боков слоем монолитного железобетона (балка, ригель, колонна, стены, плита перекрытия).

Усиление колонн обетонированием (рис. 3) выполняется в последовательности:

1 -- существующая колонна; 2 -- железобетонная "рубашка"

Рис. 3. Усиление колонны обетонированием

- расчетом определяют количество и диаметр рабочей арматуры и хомутов или спиральной арматуры. Новую арматуру связывают со старой;

- устанавливают опалубку и производят бетонирование. Для лучшего сцепления старого и вновь укладываемого бетона поверхность колонны тщательно очищают, выполняют насечку и промывают водой под напором. Минимальная толщина "рубашки" должна быть достаточной для размещения арматуры и защитного слоя (50 мм), а при торкретировании -- 30 мм.

При усилении железобетонных конструкций выполняют ряд технологических процессов: подготовку поверхности усиливаемой конструкции, установку арматуры и опалубки, укладку и уплотнение бетонной смеси, уход за бетоном в период достижения необходимой прочности и разборку опалубки. Подготовка поверхности усиливаемой конструкции производится для обеспечения надежного сцепления с ней бетона слоя усиления. При этом выполняются следующие операции: снятие поверхности защитного слоя и удаление отслоений бетона; очистка арматуры от поверхностной коррозии; обдувка сжатым воздухом и увлажнение поверхности. Снятие защитного слоя бетона и удаление его отслоений выполняется при помощи механизированного инструмента (молотков фуговальных электрических ИЭ-4207 и ИЭ-4210, рубильных молотков ИП-4119, ЭП-1027, ЭП-1056 и др.).

Очистку арматуры от ржавчины рекомендуется выполнять способом гидроабразивной обработки, используя при этом оборудование для торкретирования, а в качестве рабочей смеси -- кварцевый песок или песчано-гравийную смесь влажностью до 6%. При гидроабразивной обработке соблюдают соотношение давления сжатого воздуха (на ресивере компрессора) и подаваемой к соплу воды 4 : 0,5. Для очистки арматуры от ржавчины при усилении конструкций в стесненных условиях эффективно применять малогабаритный пескоструйный аппарат с вакуумным пистолетом, работающим по принципу эжектора. При небольших объемах работ для очистки арматуры от ржавчины используют пневматические ручные угловые металлические щетки ИП-2104 (масса щеток 4 кг, давление сжатого воздуха в пневмосистеме 0,6 МПа).

Укладку бетонной смеси при усилении бетонных конструкций наиболее целесообразно выполнять с применением установок для пневмонабрызга бетона: при толщине слоя усиления до 80 мм -- торкретированием с использованием цемент-пушки; при толщине слоя усиления массивных конструкций до 250 мм и его общей поверхности не менее 10--15 м² -- набрызгбетоном с использованием бетон-шприц-машин. Особенностью этих установок является подача по шлангам с помощью сжатого воздуха сухой бетонной смеси, которая на выходе из концевого сопла смешивается с водой. Бетонная смесь выбрасывается из сопла со скоростью 50--70 м/с и образует на поверхности плотный слой. Машины выполняют одновременно четыре процесса: транспортируют бетонную смесь к месту укладки, перемешивают се с водой, производят набрызг и уплотнение. При применении указанных установок полностью исключаются опалубочные работы, существенно сокращаются трудозатраты и сроки производства работ, что особенно важно при реконструкции. Набрызг-бетон имеет повышенную прочность и сцепление, а также обеспечивает повышенные защитные функции и улучшает эксплуатационные качества конструкций по сравнению с обычным бетоном.

Для торкретирования конструкций в стесненных условиях эффективно применение цемент-пушки СБ-117, для нанесения набрызг-бетона -- установок СБ-67 и СБ-68. Толщина наносимого слоя набрызг-бетона за один раз составляет 50- 70 мм, расстояние между соплом и бетонируемой поверхностью 1 - 1,2 м. Для выполнения набрызг-бетонных работ бетон-шприц_машины и цемент_пушки комплектуются передвижным компрессором с рабочим давлением 0,9 и 0,6 МПа (для СБ-117), цистерной для воды, передвижными подмостями или автогидроподъемниками для работы на высоте. Сухие бетонные смеси поставляются централизованно: при объемах работ до 2,5 м³--в мешках, при больших объемах работ -- в специализированных контейнерах.

При увеличении нагрузки на консоли колонн их усиливают горизонтальными или наклонными тяжами (рис. 4).

1 - усиливаемая консоль; 2 -- опорные элементы; 3 -- упоры из уголков; 4 -- тяжи; 5 -- анкеры; 6 -- упоры из швеллеров

Рис. 4. Усиление консолей тяжами

Предварительное напряжение создается завинчиванием гаек или взаимным стягиванием хомутов. Применяют также разгрузку консолей с помощью дополнительных металлических кронштейнов или специальных опор в виде швеллеров (уголков), которые крепят к колонне с помощью предварительно_напряженных тяжей.



Заключение

Усиление конструкций -- это главная составляющая любого строительного процесса, связанного с повышением общей прочности любого сооружения. строительный наращивание металлический обойма

В процессе эксплуатации зданий и сооружений периодически возникает необходимость проведения ремонтов. Это объясняется наличием различных воздействий на строительные конструкции -- непроектных нагрузок, аварий, перепланировок, воздействием агрессивных химических сред. Кроме того, к проведению ремонтов могут вынуждать допущенные при проектировании либо проведении строительных работ ошибки. В свете вышесказанного становится востребованным усиление строительных конструкций для продления их срока эксплуатации.

В данной курсовой работе мы рассмотрели несколько способов усиления: усиление железобетонных конструкций железобетонными обоймами, усиление железобетонных конструкций металлическими обоймами, усиление железобетонных конструкций наращиванием.



Список использованной литературы

1. СП 164.1325800.2014 Усиление железобетонных конструкций композитными материалами.

2. Онуфриев Н.М. Усиление железобетонных конструкций промышленных зданий и сооружений, 2008.

3. Теряник В.В. Некоторые результаты исследования усиления внецентренно сжатых железобетонных элементов обоймами. - Известия вузов. Сер. Строительство, 2008.

4. Теряник В.В., Юрьев К.П. Влияние дефектов на несущую способность внецентренно сжатых железобетонных колонн // Развитие Вуза через развитие науки: Сборник докладов 3 межвузовской научно-практической конференции. - Тольятти: ВТИ, 2005.

5. Шилин А.А., Пшеничный В.А., Картузов Д.В. Внешнее армирование железобетонных конструкций композиционными материалами. М., 2007.

6. Габрусенко В.В. Аварии, дефекты и усиление железобетонных и каменных конструкций, 2007.

Размещено на Allbest.ru

...