Усиление железобетонных и стальных колонн. Усиление жб колонн металлической обоймой

Усиление железобетонных и стальных колонн

Усиление железобетонных колонн.Усиление железобетонных колонн может быть выполнено с помощью железобетонной или металлической обоймы, а также двусторонних металлических распорок (рис.61).

Рис.61. Способы усиления железобетонных колонн: а – железобетонной

обоймой с обычной арматурой; б - металлическим каркасом; в - двусторонними металлическими распорками

1 – усиливаемая колонна; 2 –обойма железобетонная; 3- продольная арматура обоймы; 4- поперечная арматура обоймы; 5- жесткая продольная обойма металлического каркаса; 6-металлические ветви обоймы; 7-планки обоймы; 8-опорный уголок; 9-крепежный монтажный болт; 10 - натяжной монтажный болт; 11- уголки распорок; 12- планка для натяжения болтов в месте перегиба

Толщина железобетонной обоймы (рис.61, а) определяется расчетом в зависимости от диаметров усиливаемой арматуры и величины защитного слоя. Обычно она составляет 200-300 мм. Шаг поперечной арматуры при диаметре 6-8 мм принимают не более 200 мм. Для улучшения адгезии и защиты бетона и арматуры в агрессивных условиях эксплуатации рекомендуется использовать полимербетон. Класс бетона принимают на марку выше, чем класс бетона старого бетона.

Металлическая обойма (рис.61, а) состоит из 4-х стоек углового профиля, соединительных планок и опорных подкладок. В местах установки подкладок арматуру колонны обнажают и приваривают к подкладкам и стойкам обоймы. Для обеспечения плотного прилегания поперечных планок к поверхности усиливаемой колонны в планках создают предварительное напряжение с помощью их нагрева газовой горелкой до температуры 100-120 оС, как это было рассмотрено при усилении кирпичных колонн.

Усиление железобетонных колонн с помощью предварительно напряженных распорок (рис.61, в) осуществляют путем установки с двух сторон колонны двух пар сваренных с планками уголков-стоек, которым придан расчетный выгиб. Затем стяжными болтами стягивают уголки-стойки, приводя их в вертикальное положение. При этом в стойках создается напряженное состояние сжатия, которое передается через опорные планки на плиты перекрытия, разгружая усиливаемую колонну. Плотное прилегание предварительно напряженных распорок к телу колонны, а также их совместную работу обеспечивают приваркой к ним металлических планок с противоположных сторон колонны. Шаг планок принимают равным минимальному размеру сечения колонны.

Усиление консолей железобетонных колонн. В железобетонных колоннах с консолями для опирания ригелей возникает необходимость усиления консолей. Для этого обычно используют способ их усиления предварительно напряженными горизонтальными или наклонными тяжами (рис.62).

Рис.62. Усиление консолей колонн предварительно напряженными тяжами

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

Усиление сборных железобетонных балок и прогонов.К наиболее часто применяемым способам усиления сборных железобетонных балок и прогонов относятся:

- изменение схемы работы конструкции;

- увеличение сечения с помощью устройства железобетонной обоймы;

- установка стальных хомутов или решетчатых стальных каркасов;

- установка стальных напряженных затяжек;

Усиление сборных балок и прогонов с помощью изменения схемы работы конструкции производят путем превращения шарнирного крепления балок и прогонов в жесткое, что способствует уменьшению величины изгибающего момента (рис.63).

Рис.63. Усиление сборных железобетонных балок и прогонов путем изменения шарнирной заделки на жесткую

Наиболее эффективным способом усиления сборных балок и прогонов является установка стальных напряженных затяжек следующими способами:

- по обеим сторонам усиливаемой конструкции;

- под нижней гранью конструкции;

- сверху и снизу конструкции;

Варианты усиления железобетонных балок и прогонов с помощью установки стальных напряженных затяжек приведены на рис.64.

Затяжки закрепляются анкерами на опорах и затем производится их натяжение с помощью натяжных гаек (рис.64, а), натяжных муфт (рис.64, б) и натяжных болтов (рис.64, в). Затяжки обычно устанавливаются попарно на 5-10 см ниже низа или выше верха усиливаемого элемента. Зазор между усиливаемым элементом и затяжкой устраивают с помощью металлических упоров, которые устанавливают на расстоянии около 1 м от опор.

Рис.64. Усиление сборных железобетонных балок и прогонов

установкой стальных напряженных затяжек

а) - по сторонам усиливаемой конструкции; б) – под нижней гранью конструкции;

в) – сверху и снизу конструкции; 1 – усиливаемый элемент; 2 – стальная затяжка

С помощью напрягаемых затяжек изменяется статическая схема работы усиливаемой конструкции, благодаря чему, возрастает ее несущая способность.

15. Причины образования трещин в зданиях

· Конструктивные трещины

· Технологические трещины

Для полноты картины мы условно разделим все деформации на техногенные и естественные.

Техногенные — имеют признак вмешательства инородных тел — от попадания снарядов, падения кранов или опор ЛЭП, деревьев или тарана движущимся средством. Сюда же в нашей условной классификации можно отнести стихийные бедствия. Разрушения и деформации в этом случае несут комбинированный хаотичный характер, подлежащий не исследованию причин, а констатации факта и оценке масштаба повреждений. Наличие отдельных трещин в этом случае — редкость, в основном их появление обусловлено другими повреждениями.

Естественные, в том числе антропогенные (с участием человека). Это деформации вследствие движения грунтов; температурных колебаний и эрозии; динамических нагрузок; неправильного проектирования, возведения и эксплуатации, перегрузки конструкции. В общем, всего, что сопровождает здание на протяжении всей его «жизни».

Первое и главное, что стоит знать о трещинах: это неисправимый дефект. Склеить высохший материал и остановить тем самым распространение невозможно, если речь идёт о материале каменных стен — кирпич, бетон и др. Однако можно принять комплекс мер, которые вернут достойный внешний вид стенам и потолку или вовсе остановить ход разрушительной деформации при помощи специальных средств.

Конструктивные трещины

Конструктивные трещины — деформации при воздействии избыточных нагрузок на элементы конструкции. Проще говоря — трещины в материале стен, потолка, фундаментов, возникающие от перегрузок или подвижности основания.

Они появляются в результате воздействия на материал фундамента, стен и перекрытий нагрузок, превышающих несущую способность элемента в конструкции. Часто причина деформации лежит не в самом материале, а в элементе, который опирается на конструкцию (с трещиной) или опоре этой конструкции (чаще всего фундамент). Рассмотрим популярные причины появления этих неприятных явлений. Этот список мы разделим на естественные и антропогенные (с участием человека) причины.

Естественные трещины появляются в материалах и конструкциях, созданных с соблюдением технологии, без нарушений правил эксплуатации в силу следующих причин:

Износ материала. Всё имеет свой срок службы. Для полнотелого красного кирпича — 100–300 лет, бетон — 80–150 лет, природный камень — 100–300 лет и более.
Эрозия, выветривание. Материалы, которые находятся в контакте с природной средой, атмосферой, подвержены постепенному разрушению.
Воздействие органики грунта и грунтовых вод. Этому фактору подвержены подземные части здания. Также опасны подмыв грунтовыми водами подушки фундамента и циклическое промерзание грунта.
Температурно-влажностные колебания. Самый вредоносный фактор. Обычно действует в комбинации с эрозией на незащищённых участках нагруженных конструкций. Многократные циклы заморозки-оттаивания элемента пагубно воздействуют на связующий материал — ослабевает сцепка между камнем и раствором. Срок службы зданий на Крайнем Севере на 30% меньше (по проекту), чем в Средней полосе. Самые надёжные в этом плане — монолитные конструкции, не имеющие швов.

Деформации элементов здания, возникающие из-за ошибок человека при проектировании, возведении и эксплуатации здания (конструкции)*:

Исследование грунта и подготовительные работы. Пренебрежение изучением осадки грунта приводит к выбору несоответствующего варианта подготовки основания и конструкции фундамента. Чаще всего из желания сэкономить деньги, время, материалы и привычки полагаться «на авось».

Примечание. Основной аргумент в таких случаях — примеры нескольких существующих домов, которые стоят уже долгое время без всяких расчётов. Обратный аргумент — десятки соседних домов, построенных в пределах 20 лет и уже имеющих заметные снаружи деформации стен и фундамента.
Неверный расчёт нагрузок на основание. В частном строительстве далеко не всегда рассчитывают массу всех элементов и вычисляют удельную нагрузку на основание. Чаще всего это делается «на глаз» или по опыту. Такой вариант вполне допустим лишь в случае, когда фундамент делается с существенным запасом прочности (имеет внушительные размеры).
Земляные работы рядом со зданием. Рытьё котлована вблизи — плохая идея для любого фундамента.
Взаимодействие двух или более близко расположенных фундаментов. Несколько зданий (имеющих фундамент), стоящих ближе 5 метров друг от друга, создают неестественное, избыточное напряжение грунта.
Нарушение технологии применения материалов при строительстве и ремонте. Может проявляться на всех стадиях эксплуатации. Некачественно приготовленный раствор (с изменёнными пропорциями или органическими примесями), проведение работ в зимнее время без прогрева, пересушка (растворов), отсутствие армирования слоёв отделки.

Нарушение конструктивных свойств элементов. Экономия на армопоясе, толщине стен, армированиижелезобетона и каменной кладки, проёмы без перемычек, отсутствие промежуточных опор на больших пролётах, изменения исходного проекта.
Нарушение (изменение) конструктива здания. Создание дополнительных проёмов в несущих стенах, пристройки, надстройки. Увеличение нагрузки.
Динамические нагрузки от расположенного рядом оживлённого шоссе или железной дороги.

* — для большей пользы от статьи мы приводим примеры ошибок и решений только для частного строительства. Конструктивные трещины в многоквартирных и высотных зданиях — задача крупных организаций (ЖЭК, СМУ и т. д.).

Все вышеописанные моменты ведут к появлениям трещин, которые можно в свою очередь разделить на:

Закрытые. Образуются внутри материала, не выходя за его пределы.
Открытые. Выходят на поверхность материала с одной или двух сторон.

Со временем, если не принять меры, закрытая трещина разрастается и становится открытой. Этот процесс протекает особенно быстро, если закрытая трещина заполняется водой и находится на воздухе (подвержена замораживанию). Трещина, раскрытая с двух сторон, со временем приводит к сдвигу разделённых ею частей.

По динамике состояния естественные трещины следует разделить на:

Развивающиеся. Трещина продолжает расти в длину либо ширину в период наблюдений.
Стабильные. Не развиваются. Как правило, эти трещины появляются в первые годы службы здания и останавливаются после окончательной усадки грунта.

Все описанные термины мы будем применять в дальнейшем, описывая методы устранения этих неприятных дефектов.

Существуют ещё около десяти факторов классификации трещин, но они важны более для экспертов-теоретиков. В этой статье мы рассмотрим ещё один, последний, самый важный фактор — опасность.

В данном случае опасность деформации определяется с учётом общего вида и состояния здания (конструкции, элемента). Поверхностные (не сквозные) трещины считаются не опасными при ширине раскрытия до 4 мм и глубине проникновения до 10% толщины элемента. Все сквозные деформации опасны. Также следует обратить внимание на появление трещин в несущих элементах — стенах, балках, перекрытиях, фундаменте.

Первое, что следует сделать при обнаружении конструктивной трещины — начать наблюдения. Делается это при помощи бумажного маркера, наклеенного в месте минимального раскрытия. На маркере следует обозначить дату его установки и ежедневно проверять в течение 5–7 дней. Если трещина стабильная и не растёт, то маркер останется целым на протяжении наблюдений. Если трещина развивается, то маркер разорвётся и это значит, что необходимы срочные меры по предотвращению дальнейших неприятностей. Глубину можно определить при помощи тонкой стальной пластины. О том, как предотвратить появление конструктивных трещин и устранить их, мы расскажем в одной из следующих статей.

Технологические трещины

Появляются естественным путём при высыхании «мокрых» отделочных материалов. Это в основном касается армирующих и стартовых слоёв фасадного и плиточного клея и некоторых видов шпатлёвок и гидроизоляции. Чтобы избежать растрескивания при высыхании в такие слои включают стеклосетку. Также её используют для закрепления стыков листов гипсокартона (ГКЛ).

infopedia.su

Усиление колонн

Колонны – это вертикальные строительные конструкции зданий и сооружений, которые применяются для создания каркасной конструктивной схемы. Колонны, как правило, устанавливаются на собственные отдельные фундаменты в жестком или шарнирном узле. Расчитываются колонны как стойки отдельностоящие или в составе рамы в продольном и поперечном направлениях. Основными усилиями, действующими в колоннах, являются сжимающие силы, а также изгибающие моменты от ветровых воздействий и вертикальных сил, приложенных с эксцентриситетом.

В составе строений колонны могут быть:

стальными; кирпичными; сборными железобетонными; монолитными железобетонными.

При проведении обследования технического состояния могут быть выявлены дефекты, повреждения и деформации колонн в составе здания или сооружения, такие как:

Отклонения от вертикали; Выгибы, погнутости стальных колонн; Выгибы рабочих арматурных стержней от перегрузки; Коррозия арматуры вследствии отсутствия, нарушения или карбонизации защитного бетона;

Перечисленные факторы могут быть оставлены без изменения или восстановлены путем ремонта. Так или иначе, данное решение может быть принято только по результатам расчетной оценки несущей способности колонны с учетом выявленных дефектов и повреждений, а также с учетом фактических геометрических и прочностных параметров. При выявлении недостаточной прочности поперечного сечения колонн для воспринятия ими расчетного сочетания эксплуатационных нагрузок или определении сверхнормативной гибкости принимается решение об усилении строительных конструкций.

Способы усиления колонн.

Что такое усиление колонн, задачи и цели. Усиление подразумевает под собой восстановление прочности, жесткости и гибкости строительных конструкций, параметры которых были утрачены в процессе эксплуатации или приобретены на стадии изготовления и монтажа. Выбор типа и способа усиления колонн зависит от их типа, условий эксплуатации, а также от уровня перегрузки (степени недостаточной несущей способности) конструкции.

Усиление стальных колонн:

Методом увеличения поперечного сечения путем приварки элементов (стержней, листов или прокатных профилей).

Методом уменьшения расчетной длины путем введения распорных элементов как плоскости, так и из плоскости.

Усиление железобетонных колонн:

Методом обжатия стальной обоймой путем установки стальных прокатных уголков по углам колонны на всю ее расчетную высоту, стягивания их горизонтальными планками и установкой опорных элементов для обеспечения воспринятия и дальнейшей передачи вертикальных усилий. Методом устройства железобетонной рубашки путем установки арматурного каркаса с каждой стороны с креплением его к телу колонны и дальнейшего обетонирования каждой стороны с обеспечением сцепления существующего и нового бетона. Методом увеличения продольного рабочего армирования путем приваривания дополнительных стержней к существующим, расположенных в углах поперечного сечения с дальнейшим обетонированием конструкции.

Усиление кирпичных колонн.

Осуществляется, как правило, методом обжатия стальной обоймой, данный способ подробно описан в разделе «усиление стен».

Так или иначе, выбор типа и способа усиления колонн осуществляется индивидуально для каждого конкретного случая. Методов усиления колонн существует значительно больше, чем представлено выше на нашем сайте. Необходимость усиления назначается только по результатам технического обследования строительных конструкций. Обращайтесь, наши специалисты отдела реконструкции и усиления всегда смогут проконсультировать Вас по интересующему вопросу.

expert-proect.ru

Усиление железобетонных колонн, балок и прогонов

Рис.61. Способы усиления железобетонных колонн: а – железобетонной

обоймой с обычной арматурой; б - металлическим каркасом; в - двусторонними металлическими распорками

Рис.62. Усиление консолей колонн предварительно напряженными тяжами

- изменение схемы работы конструкции;

- увеличение сечения с помощью устройства железобетонной обоймы;

- установка стальных хомутов или решетчатых стальных каркасов;

- установка стальных напряженных затяжек;

Рис.63. Усиление сборных железобетонных балок и прогонов путем изменения шарнирной заделки на жесткую

- по обеим сторонам усиливаемой конструкции;

- под нижней гранью конструкции;

- сверху и снизу конструкции;

Рис.64. Усиление сборных железобетонных балок и прогонов

установкой стальных напряженных затяжек

а) - по сторонам усиливаемой конструкции; б) – под нижней гранью конструкции; в) – сверху и снизу конструкции; 1 – усиливаемый элемент; 2 – стальная затяжка; 3 - болт с гайкой приваренной к затяжке;

4 - муфта натяжения; 5 - стяжной хомут

В тех случаях, когда для опирания сборных плит перекрытия на сборные ригели недостаточна площадь опоры, рекомендуется для ее увеличения подводка под опоры металлических столиков из уголков с последующим закреплением их с помощью тяжей или обойм к смежным конструкциям или к верхнему поясу ригелей (рис.65).

В первом случае для увеличения площади опоры плит перекрытия устраивается металлический опорный столик из уголков длиной 300 мм, который прикрепляется на сварке к закладным деталям ригеля (рис.65, а).

При отсутствии закладных деталей в ригеле в качестве опоры плит перекрытия устанавливают горизонтальную обойму, которая поддерживается металлическими тяжами из арматурной стали. При этом один конец тяжа прикрепляется к горизонтальной обойме, а второй - к упорному уголку смежной плиты перекрытия (рис.65, б). Использование металлических затяжек дает возможность контролировать их состояние и при необходимости осуществлять дополнительное натяжение. После завершения всех работ по установке опорных столиков, необходимо осуществить их антикоррозионную защиту.

Рис.65. Варианты усиления мест опирания сборных железобетонных плит перекрытия на ригели

а- при наличии закладных деталей в ригеле; б- при отсутствии закладных деталей в ригеле; 1- ригель;

2- плита перекрытия; 3- закладная деталь в ригеле; 4- опорный столик; 5- тяжи; 6- горизонтальная обойма; 7- упорный уголок

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:

zdamsam.ru

«внешнее армирование» против «стальных обойм»

Усиление железобетонных конструкций, особенно колонн зданий, инженерных и мостовых сооружений с целью повышения их несущей способности обычно производится в случае предполагаемого увеличения проектной нагрузки на несущие конструкции, повышения их жесткости, восприятия дополнительного изгибающего момента или для повышения сейсмической устойчивости (защиты от землетрясений).

Традиционно, в этих случаях применяют следующие способы усиления: (1) охватывание колонн стальными обоймами или «обручами»; (2) увеличение поперечного сечения колонн путем присоединения бетонных или железобетонных элементов.

Усиление стальными обоймами по периметру ж.б. колонн повышает прочность бетона и его деформативность, а также предотвращает проскальзывание и изгиб внутренней продольной арматуры. Однако, этот способ усиления имеет и ряд существенных недостатков. Во-первых, наружное расположение стальных обойм, особенно в условиях агрессивной внешней среды, способствует развитию их коррозии и снижению вследствие этого усиливающего эффекта. Во-вторых, несовместимость деформационных характеристик (модуля упругости и коэффициента Пуассона) стали и бетона. В связи с этим альтернативой усилению колонн стальными обоймами является их усиление композитными материалами (система «внешнего армирования»).

внешнее армирование Рис.1. Общий вид колонн, усиленных композитными материалами (слева) и стальными обоймами (справа)

Композитные материалы в отличие от стали, создающей постоянное радиальное давление на усиливаемый элемент после достижения пластичности, упруго деформируется вплоть до разрушения и поэтому оказывает возрастающее пассивное радиальное давление на бетон, находящийся под осевой нагрузкой. Из диаграммы, представленной на Рис.2. следует, что начало осевой деформации бетона происходит после достижения стальной обоймой предела текучести и не сопровождается увеличением радиального давления на условный бетонный образец, в то время как обойма из композитного материала вызывает постоянно возрастающее радиальное давление на образец.

усиление композитными материалами Рис.2. Сравнительные графики деформирование ж.б. колонн при их усилении обоймами из стали и композиционных материалов

Предельные деформации бетона, усиленного обоймой из композитов, находятся в функциональной зависимости от предельных расчетных деформаций того или иного композиционного материала, принятого для усиления. Экспериментальные исследования показывают, что тангенциальные разрушающие деформации обычно имеют меньшие значения, чем разрушающие деформации, получаемые при стандартных испытаниях на растяжение. Снижение величин разрушающих деформаций можно объяснить следующими факторами:

Трехосным напряженным состоянием охватывающего бетон композиционного материала. Обойма композитного материала совместно с бетоном усиливаемой конструкции воспринимает сжимающие напряжения, пассивный отпор бетона и растягивающие напряжения от бокового расширения. Их величина зависит от типа композиционного материала и состояние соединяемых поверхностей, которое в свою очередь зависит от целого ряда факторов (жесткость агдезива между композитной обоймой и бетоном, тщательность и условия подготовки соединяемых поверхностей и т.д.). В случае неполного воздействия обоймы на бетон колонн подвергается только передающимся на нее сжимающим напряжениям и деформациям.

Качеством выполнения подготовки поверхности бетона. Если волокна композитного материала в некоторых местах расположены неэффективно из-за наличия пустот или некачественной подготовки поверхности, то часть энергии тангенциальной деформации приходится на вытягивание волокон. Таким образом при наклейке композитов к усиливаемой конструкции не допускаются неправильно закругленные края холста или местные неровности.

Наличием масштабного усиливающего эффекта при монтажа композитной ленты в несколько слоев.

Многочисленные экспериментальные исследования процессов деформирования и разрушения бетона в условиях трехосного напряженного состояния позволили установить, что бетон в колоннах, охваченных обоймами из композиционного материала, ведет себя как билинейный материал. При этом прочность бетона в направлении действия максимального напряжения значительно возрастает. Так например, при усилении двухметровой ж.б. колонны обоймой из пяти слоев холстового композиционного материала S&P-C-Sheet 240 прочность бетона на сжатие возросла на 57%.

Таким образом, усиление железобетонных колонн холстовыми композитными материалами имеет ряд неоспоримых преимуществ перед традиционно используемыми для этих целей металлическими обоймами.

Усиление железобетонных и стальных колонн. Усиление жб колонн металлической обоймой