эффективные решения для вашего бизнеса  
Дон Изолятор моб: +7 988 540 32 29
тел: (863) 219-12-79
факс: (863) 219-12-79
e-mail: [email protected]
гарантированная защита и надежность
Продукция Контакты Информация
Информация

Металлических балок перекрытия усиление


Усиление балок перекрытия: особенности и способы

Технологический процесс строительства дома подразумевает крепление несущих балок перекрытия. Они могут быть выполнены из различных по прочности материалов, но по ряду причин требуют усиления. Почему балки приходят в негодность и как их восстановить, расскажем в этой статье.

На сегодняшний день в строительстве используются следующие основные виды перекрытий:

  • металлические конструкции;

Все они разнятся между собой по способам усиления и материалу, при помощи которого будет проводиться работа.

Чаще всего повреждённые места перекрытий обнаружить очень сложно. Как правило, основания, выполненные из разных материалов, располагаются под декоративной штукатуркой или закрыты подвесными потолками, окрашены.

Именно поэтому усиление перекрытий приходится проводить не совсем своевременно, когда начинаются явные проблемы со строительной конструкцией.

Существует несколько причин, по которым перекрытия следует укреплять, чтобы избежать трещин плит, их гниения или прогиба.

  1. В первую очередь причиной может стать нарушение самого процесса установки перекрытий при строительстве дома.
  2. Другой причиной часто является использование материалов низкого качества.
  3. В случае с металлическими элементами возможна их ускоренная коррозия.
  4. Чаще всего усиление балок перекрытия проводят, если они выполнены из дерева. Их порча происходит главным образом в результате природного воздействия, например, при резких изменениях влажности воздуха или температуры.
  5. Усиление железобетонных перекрытий производится по причине увеличения нагрузки на несущую конструкцию, появления трещин, дефектов при монтаже или дальнейшей эксплуатации.
  6. Бывает необходимость достройки этажа дома. В результате увеличения нагрузки происходит и перераспределение силы воздействия на все составляющие части основания. Это тоже одна из причин, требующая мер по укреплению несущих конструкций дома.

Ремонт перекрытий подразумевает замену некоторых элементов при незначительных дефектах или усиление по всей площади при критическом положении дел.

Процесс укрепления перекрытия является довольно сложным мероприятием, поскольку все работы нужно проводить в замкнутом пространстве (внутри здания), а механизировать те или иные операции не представляется возможным.

Много времени занимают подготовительные работы.

Чтобы осуществить весь процесс, под конструкцией, которую будут укреплять, возводят монтажные опоры. Их располагают вертикально. Опорные элементы изготовляют из брёвен или стальных труб и фиксируют распорками или подкладками. После этого очищают поверхность, которую собираются усиливать. Убирают краску, побелку, отслоившийся бетон, прогнившие части брусьев. То есть создают оптимальные условия для удобства и безопасности перемещения под перекрытиями.

Прежде чем приступать к подготовительным, а затем и к основным этапам работ, следует иметь определённый план усиления оснований (технологическую карту). Нужно знать величины имеющихся нагрузок и провести расчёт количества механизмов и материалов для осуществления мероприятий по реставрации существующих балок.

Лучше всего прибегнуть к консультации опытных строителей либо доверить работу по усилению балок перекрытия бригаде специалистов.

Для каждого вида перекрытий существует ряд особенностей, которые нужно учитывать.

Например, делая усиление растянутых или сжатых металлических балок, обязательно нужно следить за сохранением первоначального центра тяжести. Любые дополнительные элементы следует располагать таким образом, чтобы они не влияли на прочность исходной конструкции.

Швы, образующиеся в результате сварочных работ, могут иметь деформации. Для обеспечения качественной работы дополнительных компонентов с основным усиливаемым элементом высота катета шва должна быть на уровне от 3 до 6 мм. По краям усиливаемой металлической конструкции нужно делать не прерывистые, а сплошные швы. Болты, заклёпки, усиливающие полосы и спаренные уголки, должны находиться в местах, где будет удобно проводить сварные швы.

Нужно стараться осуществлять усиление перекрытий материалами, идентичными тем, из которых состоят основные элементы, а также иметь представление об их механических свойствах. Следует понимать, в каком напряженно-деформированном состоянии находится металлическая конструкция, как на неё влияют отдельные повреждения. Заранее выбрать способ, каким нужно выполнить усиление перекрытий и знать технологию самого производственного цикла.

Балки из дерева чаще всего усиливают вследствие их разрушения или прогиба. Последний образуется потому, что несущая балка может быть прогнившим элементом.

Чаще всего проводят полную замену деревянных оснований или усиливают уже существующие элементы. Если вы планируете увеличить массу (надстроить, например, мансарду), приходящую на несущее перекрытие, то обязательно сделайте предварительные расчёты. Нагрузка на него изменится и перераспределится, поэтому необходимо скорректировать его сечение.

Когда нет необходимости проводить полную замену, но вы обнаружили прогиб деревянных балок, нужно учесть тот факт, что нормальным считается прогиб в пределах 10 мм. Если этот параметр превышен, то усиление перекрытия надо делать обязательно.

Какой способ подойдёт наилучшим образом для этого, может определить только опытный специалист.

Железобетонные плиты усилить не совсем просто, для этого нужны инженерные знания. Прежде чем приступать к самому процессу, необходимо учесть конструктивные особенности оснований. Они делятся на составные и цельные конструкции. Сборные панели обычно укладывают на стены, продольные балки либо бетонные фермы.

Цельные перекрытия делают путём заливки бетона в подготовленную заранее опалубку, возведённую над арматурным каркасом. Способы восстановления нагружающей способности у разных плит отличаются между собой.

Предварительно необходимо определить причины повреждений. Надо знать, уменьшилась ли нагружающая способность плиты из-за того, что она лопнула или этот показатель утрачен по причине дефектов, полученных в ходе монтажа, а также требуется ли полная замена перекрытия или достаточно усилить некоторые её части.

В процессе усиления нельзя совершить новые ошибки, влекущие за собой дальнейшее разрушение перекрытий и большие финансовые траты.

Чтобы провести укрепление железобетонных плит в доме, строители применяют на практике ряд методов.

  • Усиливают стержни арматуры. В результате коррозии они становятся непригодными частями. Вокруг них уменьшается толщина бетона. На самой бетонной поверхности появляется ржавчина. Перед проведением усиления снимают бетонный слой, находящийся вокруг оголённых стержней. На них наносят покрытие, препятствующее образованию коррозии, после чего осуществляют грунтовку всей бетонной поверхности, ликвидируя тем самым образовавшиеся в бетоне пустоты.
  • Увеличивают толщину плит. Наносят дополнительный слой железобетона.
  • Плиты усиливают снизу при помощи арматуры из стали и бетона. Укрепляют железобетонные перекрытия в районе контакта со стенами дома.
  • Осуществляют нанесение торкрета (раствора из бетона) под давлением сжатого воздуха. Такой состав заполняет трещины и места повреждения в плитах перекрытия.
  • Снизу под отдельные повреждённые участки сооружают подпорки, в результате чего общая нагрузка на перекрытия перераспределяется.
  • Если повреждение крупное, то проводят полную замену устаревших железобетонных плит.

Металлические конструкции усиливают при помощи наращивания сечений элементов, делают дополнительные связующие цепочки, наращивают элементы соединений, ставят рёбра, диафрагмы или распорки. Часто проводят монтаж дополнительных компонентов к уже существующим конструкциям или меняют конструктивную схему.

Как показывает практика, работу проводят несколькими способами одновременно.

Наиболее часто встречающимся перекрытием в частных строениях является балка, сделанная из бруса. Если у вас в доме имеется второй этаж, а пол стал скрипеть и местами прогибаться, то следует провести его укрепление.

Перекрытия из дерева являются самыми доступными по цене конструкциями, но их срок службы по сравнению с железобетонными и металлическими основаниями ограничен временем.

На качество древесины, помимо климатических факторов, оказывает огромное влияние её обработка. Насекомые и различные вредители (например, короеды) также способствуют сокращению периода эксплуатации деревянных балок. Материал подвергается деформации, крошению, появляются трещины.

Существует несколько способов реконструкции деревянных перекрытий.

  • Если дерево повреждено, его обрабатывают противогрибковыми составами. После этого элементы можно усилить при помощи деревянных накладок. Их закрепляют сверху и снизу несущей балки по всей её длине при помощи болтов.

  • Усиление также проводят не деревянными, а металлическими пластинами. В качестве металла используют сталь. Саму пластину предварительно обрабатывают антикоррозийным составом. Металлические элементы фиксируют с двух сторон балки. Если имеются серьёзные деформации дерева, то рекомендуется использовать швеллер. Необходимо побеспокоиться и о гидроизоляции. Она должна быть между деревянными и металлическими конструкциями.

  • Производят крепление углепластиковыми или углеволокнистыми материалами. Это могут быть листы или пластины, ленты, ткань. С ними легко работать. Балку усиливают путём наклеивания элементов на неё. Клеят материалы слоями до того момента, пока не увеличивается жёсткость деревянной основы.

  • Концы перекрытия можно укрепить с помощью протезов, выполненных из дерева или металла. Основной упор делается на места стыка деревянного перекрытия со стенами. В результате смены погоды и постоянного изменения температуры воздуха именно на этих участках чаще всего происходит повреждение и деформация.

  • Чтобы провести разгрузку деревянных балок, под ними проводят установку опор из брусьев. Большую часть нагрузки с несущего элемента такие опорные стойки забирают на себя.

  • Очень часто проводят увеличение количества лаг. Дополнительные деревянные балки дают возможность повысить нагрузку на всю конструкцию, тем самым увеличивая несущую способность перекрытия. Торцы установленных лаг обязательно покрывают рубероидом во избежание их повреждений.

Как видим, существуют различные методы по восстановлению функциональных возможностей перекрытий.

Выбор того или иного способа работы следует проводить с учётом особенностей строения и материалов, из которых оно было возведено.

Специалисты, занимающиеся усилением перекрытий, дают советы.

  1. Потолочные основания имеют пределы нагрузок на один квадратный метр. Если в доме потолок заканчивается чердаком, то нагрузка на балки не должна превышать 100–105 кг на 1 кв. метр площади. Когда в жилище имеется второй этаж, то перекрытие может выдерживать вес до 200 килограмм на метр квадратный. Эти показатели нужно учитывать при установке лаг и балок. Вся конструкция обязана быть с прочной основой. Ещё нужно делать хорошую теплоизоляцию, заделывать тщательно швы и щели.
  2. Прежде чем выбрать древесину для сооружения перекрытий, обращайте внимание на качество её просушки. Плохо обработанное и просушенное дерево подвержено быстрому высыханию или деформации. Нельзя экономить на материале. Балки для перекрытий следует подбирать одинаковой толщины и длины. Они должны быть цельными, а не состоять из нескольких фрагментов.
  3. Конечно, всю работу можно сделать самостоятельно, но для этого вам необходимо обладать не поверхностными, а очень глубокими знаниями в области прочности строительных конструкций.

О том, как правильно усилить балки перекрытия, смотрите в следующем видео.

stroy-podskazka.ru

Усиление металлических балок

Балочные опоры — это горизонтальные металлические элементы, которые рассчитаны на изгиб. Они подвергаются усиленным несущим нагрузкам, подвержены коррозии и эксплуатируются в сложных условиях, поэтому их состоянию следует уделять повышенное внимание. Необходимость усиления металлических балок перекрытия обусловлена недостаточной жесткостью сжатого элемента в плоскости, перпендикулярной действующим усилиям. В результате этого происходят не предусмотренные расчетами деформационные изменения, увеличиваются краевые напряжения и развиваются процессы деформации, что приводит к разрушению конструкции.

Усиление стальных балок выполняется как при капитальном ремонте, так и во время реконструкции сооружения, а также в процессе его перепланировки. Эту операцию проводят и с целью предотвращения аварийных ситуаций в случае обнаружения повышенного износа элементов или их чрезмерной деформации. При усилении металлических балок необходимо составить тщательный проект, который разрабатывается на основании материалов натурных обследований, включающих дефектные ведомости со схемами повреждений и предварительные оценки состояния несущих элементов здания.

Стоимость усиления металлических балок

НАИМЕНОВАНИЕ РАБОТ

МИНИМАЛЬНЫЙ ОБЪЁМ РАБОТ

СТОИМОСТЬ РАБОТ, ВКЛ. МАТЕРИАЛЫ

Усиление металлоконструкциями

1 тонна металла

от 125 000 рублей

Усиление арматурными канатами

1 тонна канатов

от 150 000 рублей

Усиление стержневой арматурой

1 тонна арматуры

от 90 000 рублей

Технологические требования, предъявляемые к работам по усилению стальных балок

Мероприятия, связанные с усилением металлических балок, следует проводить при отсутствии временных нагрузок и при температуре окружающей среды не ниже −15 °С для обычной стали и не ниже −5 °С для сплавов кипящей плавки. Если швы необходимо усилить наплавкой, показатели напряжения в материале не должны превышать 0,8 расчетного сопротивления металла, а с поверхности необходимо обязательно удалить все дефекты.

Усиление металлических балок рекомендуется осуществлять с применением следующих методик предварительного напряжения:

  • установки преднапряженных тяжей, затяжек и оттяжек;
  • монтажа регулируемых распорок;
  • устройства шпренгелей;
  • регулировки опор путем их смещения;
  • электротермическим способом;
  • посредством предварительного выгиба и последующей сварки балочных профилей.

Для армируемых элементов следует использовать сталь того же класса, что и у материала восстанавливаемой конструкции. Электроды подбираются аналогичным образом. В некоторых случаях при усилении металлических балок перекрытия целесообразно использовать болтовые соединения.

Все указанные технологические нюансы полностью учитывают инженеры компании «СТЭФС». Мы осуществляем профессиональное усиление металлических балок перекрытия в строгом соответствии со строительными нормами и требованиями в отрасли. Это позволяет гарантировать высокое качество результатов и повышать экономическую эффективность работ.

Способы усиления стальных балок

Усиление металлических балок перекрытия может осуществляться местным (установкой ребер жесткости и накладок) и общим (с использованием шпренгелей, изменением опорного сопряжения) способом. Повышение несущих характеристик изгибаемых элементов достигается при симметричном расположении. При этом необходимо обеспечить надежную совместную работу нового сечения с балкой, а саму конструкцию следует защитить от коррозии и образования «мостиков холода».

Существует несколько способов усиления стальных балок:

  • установка дополнительных опор;
  • увеличение сечения с применением накладок и шпренгельных систем;
  • изменение опорных сопряжений переводом разрезных балок в неразрезные;
  • регулировка напряжений при помощи натяжных и распорных устройств.

Последние два метода усиления стальных балок считаются весьма эффективными и перспективными, поэтому всё чаще используются в инженерной практике.

Преимущества заказа усиления стальных балок у нас

Компания «СТЭФС» оказывает полный спектр услуг по усилению стальных балок. Используемые технологические решения дают возможность повысить технические характеристики сооружения при одновременном снижении временных и финансовых расходов. Сертифицированные инженеры точно рассчитают нагрузки и составят тщательный проект усиления металлических балок перекрытия в соответствии с запросами заказчика. На все работы предоставляется расширенная гарантия.

Чтобы заказать усиление стальных балок или вызвать специалиста на объект, позвоните по номеру +7 (499) 391-19-35.

Наши объекты

stefs.ru

ТехЛиб СПБ УВТ

Понятие потери устойчивости очень разнообразно, но основной причиной является недостаточная жесткость сжатого элемента конструкции в плоскости, перпендикулярной действующему усилию.

В результате этого происходит не предусмотренная расчетом деформация элемента, увеличиваются краевые напряжения, процесс деформации развивается, в результате чего элемент выключается из работы или разрушается.

При восстановлении или усилении металлических конструкций необходимо соблюдать следующие правила:

  • проект усиления должен выполняться специализированной (по металлоконструкциям) проектной организацией и должен включать раздел по технологии производства работ;
  • основанием для проектирования усиления металлоконструкции служат материалы натурных обследований, включающие дефектную ведомость со схемами повреждений и предварительные оценки состояния несущих элементов объекта;
  • обследование (освидетельствование) конструкции начинается с изучения имеющейся проектной документации и материалов по ее эксплуатации.

Усиление конструкции посредством увеличения сечения основного несущего элемента

а — усиление металлического элемента деревянными брусьями; б — увеличение несущей способности швеллерной балки обетонированием (приведена схема армирования); в — усиление верхнего пояса и решетки фермы добавлением сплошной полосы между уголками; г — схема раскосной фермы с обозначением усиливаемых элементов стальными полосами или уголками; 1 — усиление стержней фермы полосовым металлом; 2 — усиливаемые стержни

Усиление конструкции путем изменения первоначальной конструктивной схемы а — введение дополнительных подкосов в рамный каркас; б — добавление шпренгеля в балочную конструкцию; в — введение дополнительной стойки в пролете фермы с усилением опорного узла и подкосов (раскосов); 1 — введены подкосы; 2 — введен шпренгель; 3 — подведена колонна

При натурных обследованиях тщательно измеряется каждый элемент конструкции. Сварные швы и прилегающая к ним зона металла осматривается с помощью лупы, причем эта зона на ширину до 20 мм должна быть расчищена от краски и ржавчины до металлического блеска. Высота сварного шва устанавливается с помощью специального шаблона (калибра).

Работу по усилению следует выполнять при отсутствии временных нагрузок и при наружной температуре не ниже минус 15 °С для обычной стали и не ниже минус 5 °С для стали кипящей плавки. Во всех случаях при усилении сварных конструкций под нагрузкой температура металла не должна быть ниже порога хладноломкости.

При усилении швов наплавкой напряжение в усиливаемом элементе не должно превышать 0,8 расчетного сопротивления стали, а с поверхности шва обязательно механическим способом должны быть удалены все дефекты. Запрещается применять комбинированные соединения, в которых часть усилий воспринимается заклепками и болтами, а часть — сварными швами.

Для увеличения пространственной жесткости здания или сооружения рекомендуется использовать следующие способы:

  • постановку дополнительных или перестановку существующих связей;
  • увеличение жесткости горизонтальных связевых дисков покрытия или перекрытия;
  • использование диафрагм жесткости;
  • включение в пространственную работу каркаса таких элементов, как антресольные площадки, тормозные конструкции подкрановых балок, несущие конструкции под технологическое оборудование и т.п.

Для усиления конструкций рекомендуется использовать следующие методы их предварительного напряжения:

  • применение предварительно напряженных тяжей, затяжек и оттяжек;
  • предварительное напряжение регулируемыми распорками;
  • регулировку опор путем их принудительного смещения;
  • устройство шпренгелей;
  • электротермический способ;
  • предварительный выгиб и последующую сварку профилей балок.

Соединение элементов стальных конструкций следует предусматривать, как правило, с помощью сварки с учетом мероприятий по подготовке восстанавливаемых конструкций к сварочным работам (зачистка, выравнивание краев разрыва, засверливание трещин или узких длинных отверстий и т.д.). Не исключается применение болтовых соединений.

Для элементов усиления следует применять сталь того же класса, что и сталь восстанавливаемой конструкции. Тип электродов выбирается в соответствии с классом стали элемента усиления.

Рабочие чертежи конструкций, изготавливаемых заново, а также узлов и участков ремонтируемых конструкций должны содержать схемы расположения усиляемых и новых элементов по видам конструкций (прогоны, балки, фермы и т.д.), рабочие чертежи элементов и узлов, спецификацию стали, а также необходимые требования по технологической последовательности выполнения работ по усилению конструкции, влияющей на эффективность применяемого решения.

Проектирование восстанавливаемых стальных конструкций следует осуществлять, как правило, в одну стадию рабочих чертежей КМД. Дефектные ведомости конструкций должны составляться по пролетам для каждого поврежденного элемента на основании результатов технического обследования. В процессе восстановления следует проверить состояние соединений конструкций, ранее недоступных для осмотра, и включить их в ведомость исправляемых дефектов.

Усиление металлических балок может быть местным (путем установки накладок и ребер) или общим (посредством шпренгелей, изменением опорного сопряжения; наиболее эффективна затяжка вдоль нижнего пояса, при которой несущая способность балки может быть увеличена до 80% при минимальных затратах материала).

Повышение несущей способности изгибаемых элементов достигается при симметричном расположении элементов усиления или создании симметрии относительно нейтральной оси. При этом должна быть обеспечена надежная совместная работа нового сечения с балкой, а вся конструкция не только защищена от коррозии, но и от возникновения «мостиков холода».

Металлические балки можно усилить несколькими способами:

  • установкой дополнительных опор;
  • увеличением сечения накладками, особенно на высокопрочных болтах; шпренгельными системами;
  • изменением опорных сопряжений посредством перевода разрезных балок в неразрезные;
  • регулированием напряжений натяжными и распорными устройствами.

Весьма эффективным и перспективным усилением балочных систем является изменение их расчетной схемы путем создания неразрезной системы и опорных подкреплений, а также регулирования напряжений натяжными и распорными устройствами.

Эти устройства еще мало разработаны, но обладают важными достоинствами в условиях реконструкции действующих объектов, в частности простотой и доступностью приемов и контроля регулирования усилий, исключением громоздкого оборудования при производстве работ, использованием домкратов, муфт и пр.

Способы усиления металлических балок

а, б — накладками; в — обетонированием; г — шпренгелем; д, е — заделкой на опорах; ж, з — сопряжением балок на опорах

Усиление металлических балок с возможными трещинами: I – у опоры; II – в середине пролета; 1 – место коррозии; 2 – место возможной трещины в пролете; 3 – металлическая балка; 4 – металлическая подпорка; 5 – временная подпорка; 6 – металлическая накладка; 7 – сварные швы

При разработке проектов усиления изгибаемых элементов следует учитывать следующие требования:  

  • предусматривать максимальную разгрузку балок перед усилением временной нагрузки и части постоянных нагрузок;
  • ограничивать объем работ по усилению участками, в которых усиление требуется по расчету;
  • предусматривать такое усиление, при котором минимальные сечения дополнительных деталей позволяет максимально увеличить геометрические характеристики усиливаемых сечений, т.е. принимать расположение усиливающих деталей на возможно большем расстоянии от нейтральной оси;
  • предусматривать минимальный объем сварки в потолочном положении;
  • производить усиление в следующей последовательности: нижний пояс, стенка, верхний пояс — во избежание сварочных деформаций, увеличивающих прогиб (седловидность балки) до недопустимых величин.

При выборе варианта усиления сечения следует учитывать, что наиболее простое усиление отличается большим объемом потолочной сварки при производстве работ без демонтажа балок. Балочное усиление ограничено максимальной шириной нижней накладки — из условия обеспечения местной устойчивости полки.

При необходимости размещать усиливающие детали внутри поясов, однако при этом возникают трудоемкие срезки верхушек ребер и подгонка надставок ребер к верхнему поясу балок — при наличии круглых прутков и труб; при увеличении высоты балок за счет создания дополнительного нижнего пояса, если это допустимо по технологическим габаритам.

В усиливаемых балках проверяют прочность и местную устойчивость, при этом в расчет вводят целиком новое сечение балки после усиления. Если по результатам проверки местной устойчивости возникает необходимость в усилении сжатой зоны отдельных отсеков стенки балки, это можно выполнить установкой в этих отсеках дополнительных «коротких» ребер жесткости с одновременным окаймлением их продольными ребрами.

Расчет усиления балок выполняют в предположении, что дополнительные детали работают совместно с усиливаемой балкой за счет развития в ее крайних фибрах ограниченных пластических деформаций.

Ремонт (усиление) балок и прогонов следует выполнять при наличии в них следующих повреждений:

  • общие искривления в плоскости большего или меньшего моментов инерции;
  • скручивание;
  • погнутости, трещины, пробоины; надрывы в стенке.
  • Повреждения могут быть частичными и комбинированными.

Балки и прогоны с искривлениями в плоскости большего момента инерции, величина которых не менее 1/100 пролета, следует демонтировать и выправлять. При резких искривлениях балки рекомендуется разрезать в местах наибольших выгибов, выправлять и затем стыковать.

Хотя балочные конструкции относятся к изгибаемым элементам, необходимо помнить, что верхний пояс у них сжат и испытывает местное сжатие от сосредоточенной нагрузки.

Местная потеря устойчивости, как правило, проявляется в виде смятия стенки цилиндрической колонны каркаса здания с образованием гофра на стенке оболочки от изгибающего момента, превышающего предельное значение момента сопротивления сечения колонны, а также показана потеря формы поперечного сечения двутавровой балки при действии на нее сосредоточенной силы без местного усиления полки двутавра, предусмотренного нормами.

Местная потеря устойчивости металлической конструкции от чрезмерного изгибающего момента а — смятие цилиндрической оболочки (трубы); б — деформация двутавровой балки от сосредоточенной нагрузки; в — изгиб колонны под нагрузкой

При недостаточной жесткости сжимаемой конструкции или первоначальной ее деформации (например, стойки), возникшей при перевозке или во время выполнения монтажных работ, происходит потеря ее устойчивости из плоскости, конструкция должна быть рассчитана на продольный изгиб с учетом ее гибкости при определении соответствующей критической силы.

В плоскости меньшего момента инерции при искривлениях балок и прогонов на величину, не превышающую половину ширины полки, следует ставить дополнительные связи из тяжей и распорок.

Во всех случаях при исправлении балок и прогонов необходимо обеспечивать достаточную ширину площадки опирания на них элементов перекрытий и кровли.

Варианты усиления сечений изгибаемых элементов: 1 — трубы; 2 — высокопрочные болты; 3 — линия реза; 4 — линия обреза ребра; 5 — надставка ребра по месту (размеры даны в мм) Усиление стенки балки дополнительными ребрами: 1 — существующие ребра жесткости; 2 — дополнительные короткие ребра жесткости, окаймленные продольным ребром

Погнутости стенок балок и прогонов рекомендуется устранять усилением поврежденных мест приваркой ребер жесткости, которые пригоняют по изогнутости стенки. Расстояние между ребрами жесткости не должно превышать половины высоты балки.

Местные вмятины, искривления, пробоины, трещины, надрывы и разрывы по всему сечению балок и прогонов, выполненных из горячекатаных, гнутых и сварных двутавров и швеллеров, рекомендуется устранять приварком накладок.

Размеры накладки определяются по усилию, приходящемуся на поврежденную часть сечения, т.е. полку, стенку или на все сечение. Ширина накладки назначается так, чтобы выполнялось условие Р/аδ £ R , где R — расчетное сопротивление стали; δ — толщина поврежденной части сечения; Р — усилие в поврежденной части сечения исходя из его несущей способности.

Местные вмятины и искривления в одной из плоскостей или винтообразные искривления, если они не могут быть устранены правкой, следует вырезать, а вырезанное место заменить.

Трещины, расположенные только в части высоты стенки, рекомендуется перекрывать накладками с одной стороны стенки, а трещины по всей высоте — с обеих сторон; концы трещин засверливают.

Удаление трещин на балках из метала, у опоры (1) и в середине пролета (2): 1 – месторасположение коррозии; 2 — место расположение возможной трещины в пролете; 3 — балка перекрытия , металлическая; 4 — металлическая подпорка; 5 — подпорка временная; 6 — накладка металлическая; 7 — сварочные швы. Схема конструкции протеза, для наращивания балки перекрытия: 1 — раскос в плоскости; 2, 3 — опорные планки- верхняя и нижняя; 4 — элемент жесткости нижнего пояса; 5 — решетка; 6 — планка передвижная; 7 – пояса- верхний и нижний; 8 — подкос фермы; 9 — элемент жесткости верхнего пояса.

При необходимости, вследствие коррозии, нарастить на опоре балку перекрытия, устанавливается корсет, металлический. Если поставить накладку на место повреждения невозможно, то следует перекрыть трещины несколькими отдельными ромбическими накладками, пригнанными по погнутости, и укрепить стенку ребром жесткости (или вырезать погнутый участок и перекрыть место выреза накладкой).

Балки и прогоны, в стенках которых имеются мелкие пробоины размерами, не превышающими по высоте 0,2, а по длине 0,5 высоты балки, восстанавливают путем засверловки острых входящих углов (кромок). Накладки при этом не требуются.

Погнутость свесов сжатых полок, распространяющуюся более чем на половину их ширины, следует выправлять или перекрывать накладками. Сварные швы, имеющие трещины, рекомендуется усиливать подваркой либо рассверловкой или фрезеровкой дефектных участков с последующей проваркой швов.Ремонт балки при повреждении по высоте всего сечения, если необходима замена участка балки на некотором протяжении, рекомендуется выполнять с установкой накладок. Ремонт панели сплошной балки, имеющей большую вмятину в листе стенки, следует осуществлять правкой.

При невозможности правки усиление стенки рекомендуется осуществлять приваркой ребер жесткости, перекрытием накладкой или (в редких случаях) укреплением деревянными брусьями. Если одновременно с восстановлением предусматривается увеличение нагрузки на балку, то с целью уменьшения усилий на ее поврежденные участки рекомендуется менять конструктивную схему балки устройством шпренгеля, подкосов, затяжки, превратить балку в железобетонную с использованием стальной балки в качестве жесткой арматуры.

Исправление повреждений сварных балок: А — разрыв нижнего пояса и пробоины в стенке; Б — замена поврежденного участка балки; В — усиление вмятины в стенке около опоры; 1 — линия обреза; 2 — линия обрыва; 3 — контур вмятины Примеры усиления балок: А — устройством шпренгеля, расположенного в пределах высоты балки; Б — подведением предварительно напряженной затяжки; 1 — двутавр; 2 — шпренгель; 3 — затяжка; 4 — опорные уголки

Фермы и связи.

Для усиления решетчатых конструкций рекомендуется использовать следующие способы: подведение новых конструкций и введение новых (дополнительных) элементов решетки; изменение схемы всей конструкции; увеличение сечений отдельных элементов. Для усиления сжатых элементов ферм за счет уменьшения расчетных длин в их плоскости предусматривают дополнительные подкосы от ближайшего узла; для усиления пояса фермы, подвергающегося местному изгибу от внеузлового приложения нагрузки, устанавливают дополнительные шпренгели к верхнему или подвески к нижнему поясу фермы.

Усиление фермы: А — уменьшением расчетной длины сжатого раскоса в плоскости фермы; Б — установкой дополнительных шпренгелей и подвеской при местном изгибе поясов; 1 — сжатый стержень; 2 — дополнительный стержень; 3 — дополнительные шпренгели; 4 — дополнительная подвеска Усиление фермы дополнительными коротышами и косынками: А — постановкой коротышей на заклепках; увеличением размеров в клепаных (Б) и сварных (Г, Д ) фермах; В — обваркой существующего заклепочного соединения; 1 — коротыш; 2 — дополнительные косынки; 3 — заклепки усиления; 4 — сварные швы усиления

При необходимости обеспечить повышение общей несущей способности ферм рекомендуются следующие способы усиления:

  • устройство дополнительной опоры подведением стойки с временным фундаментом под ней;
  • надстройка вантовой или висячей системы, если позволяют габариты здания и имеются надежные опоры для крепления вант;
  • включение фонаря в совместную работу со стропильной фермой;
  • крепление третьего пояса осуществляется в нижних опорных узлах, устройство третьего пояса целесообразно при наличии достаточно мощного сечения поясов.

При наличии надежных анкерных устройств, натяжного оборудования и обеспечения контроля натяжения рекомендуется усиление балок и ферм с помощью предварительного напряжения затяжек.

Жесткость узлов ферм в их плоскости рекомендуется увеличить дополнительными косынками и коротышами. Крепление косынок к поясу рассчитывается на разность усилий в соседних панелях пояса; в местах стыков стержней пояса крепление дополнительных косынок рассчитывается на полное усилие, действующее в стержнях.

Жесткость узлов из плоскости фермы может быть увеличена прикреплением дополнительных стыковых накладок.

Схемы усиления ферм: А — устройством дополнительной вантовой системы; Б — устройством дополнительной висячей системы; В — включением фонаря в общую работу фермы
Усиление фермы третьим поясом, прикрепленным: А — к нижнему поясу; Б — к верхнему поясу
Усиление решетчатой подкрановой фермы установкой дополнительной опоры в середине пролета Усиление фермы дополнительной затяжкой: 1 — усиливающая предварительно напряженная затяжка

При проектировании усиления центрально-растянутых элементов ферм путем приварки к ним дополнительных элементов необходимо соблюдать следующие требования:

  • центр тяжести элемента после усиления должен совпадать с центром тяжести старого сечения или быть к нему как можно ближе;
  • концы дополнительных деталей должны быть заведены в узлах до конца старых элементов; при усилении под нагрузкой накладывать сварные швы поперек дополнительного элемента не допускается;
  • усиление под нагрузкой рекомендуется производить при напряжениях в старом элементе, не превышающих 0,5 R , где R — расчетное сопротивление стали;
  • размер сварных швов, соединяющих дополнительные элементы с усиливаемыми, назначается из расчета передачи максимально возможных усилий в элементах усиления (расчет по площади);
  • толщина угловых швов за один проход не должна превышать 6 мм. При необходимости наложения толстых швов их следует выполнять в два слоя и более, увеличивая катеты швов в каждом на 2 мм. Во всех случаях сварные швы должны быть сплошными во избежание концентрации напряжений в местах подрезов;
  • сварные швы следует накладывать с концов элемента, переходя затем к швам средней части;
  • сборку усиливаемых элементов можно выполнять с помощью прихваток сваркой в местах наименьших напряжений.

Усиление центрально-сжатых элементов ферм для восприятия новых заданных величин усилий может быть произведено одним из способов:

  • уменьшением расчетной длины и соответствующим увеличением коэффициента j ;
  • прямым увеличением расчетной площади сечения без существенного изменения гибкости элемента;
  • комбинированным способом, при котором производят одновременное увеличение расчетной площади и жесткости сечения при прежних расчетных данных. Этот способ рекомендуется как более экономичный и технологичный.

Как более технологичные варианты усиления центрально-растянутых и центрально-сжатых элементов — рекомендуются усиления с применением круглых стержней.

Восстановление ферм, связей, имеющих повреждения (частичное обрушение, прогибы узлов, погнутости элементов, трещины, вмятины и пробоины, надрывы и разрывы сечений), следует производить, как правило, после предварительного снятия действующей на них нагрузки.

При прогибах узлов ферм, не превышающих 1/400 пролета, необходимо укрепить связи, проверить надежность закрепления опорных узлов на поддерживающих фермы конструкциях и укрепить элементы кровли. Если прогибы превышают указанную величину, они в отдельных случаях могут быть уменьшены вывешиванием фермы на промежуточных временных опорах, устраиваемых в каждой трети пролета в тех узлах верхнего пояса, в которых сходятся раскосы. Перед этим расчетом следует установить, не перегружены ли отдельные стержни и не работают ли они на усилия обратного знака.

Усиление сечений центрально-растянутых и центрально-сжатых элементов

При невозможности вывешивания фермы ее следует демонтировать для ремонта или замены. При этом соседние фермы укрепляют связями. Пояса демонтируемой фермы для предотвращения их выпучивания временно укрепляют деревянными элементами. Разорванные элементы фермы закрепляют, чтобы они не раскачивались при спуске фермы.

Восстановление погнутых элементов демонтированной фермы рекомендуется производить:

  • правкой; выравниванием и заменой поврежденной части;
  • усилением дополнительными деталями, накладками, ребрами и т.д.;
  • заменой новыми.

К усилению следует прибегать только в случае невозможности правки и местной вставки. В сложных случаях (искривления в обеих плоскостях, закручивание стержня и т.д.) усиление элементов ферм рекомендуется выполнить вырезанием и заменой поврежденной части. Он может быть применен в случаях, когда величина перекоса не превышает размера вертикальной полки основного элемента.

Если усиление сжатого элемента пояса перечисленными выше приемами затруднительно, оно может быть выполнено устройством шпренгеля.

Восстановление элементов ферм вырезанием и заменой поврежденной части: А, Б — элементов из парных уголков; В , Г — элементов из одиночного уголка Исправление местных погнутостей элементов ферм с помощью дополнительных накладок: А , Б , В — со стороны обушка; Г , Д — со стороны пера

При искривлении элементов ферм на длинных участках и невозможности произвести их правку рекомендуется вырезать изогнутые части и заменять их новыми (рис. 54 ) с сохранением прежней геометрической схемы и без изменения сечений.

Восстановление поврежденных элементов ферм с помощью накладки на вырванный участок: А — сверху; Б — снизу Усиление искривленных стальных элементов: А — в вертикальной плоскости; Б — в горизонтальной плоскости; В — изогнутых в горизонтальной плоскости; Г — изогнутых в вертикальной плоскости; Д — усиление шпренгелем

При искривлении стержней ферм, когда необходимость ремонта определяется устойчивостью, а не прочностью, усиление возможно прикреплением к ним деревянных брусков или бревен болтами или проволокой.

Пример усиления фермы заменой поврежденных раскосов и участка пояса или выправлением погнутых элементов (жирными линиями показаны новые элементы) Усиление погнутого раскоса фермы с помощью брусьев для обеспечения устойчивости сжатого элемента

При значительном количестве повреждений в решетке фермы рекомендуется устанавливать вторую решетку по всей длине фермы или ее части, способной воспринять усилия, приходящиеся на решетку (рис. 56).

Повреждения элементов ферм в виде трещин и пробоин перекрываются накладками на сварке, а разорванные элементы восстанавливаются перекрытием разрыва ветвей. Если необходимо заменить поврежденные элементы по всей длине панели фермы, то рекомендуется применять вставки из жестких профилей.

При сильной деформации узла, разрыве фасонки, разрушении нескольких элементов и других повреждениях, сходящихся в узле, стержни следует отсоединять от фасонки и заменять.

Примеры восстановления: А — колонны — заменой поврежденных частей; Б — ферм — устройством второй решетки (жирными линиями показаны новые раскосы и фасонки)

Усиление элементов приваркой круглых стержней рекомендуется применять для нижних поясов ферм и связей. При погнутости поясов ферм из плоскости следует устанавливать дополнительные распорки.

Если деформация фермы из своей плоскости вызвана недостаточной прочностью поперечных связей или нарушениями, допущенными при монтаже покрытия, — происходит потеря общей устойчивости элементов фермы в большепролетном покрытии.

Разрушение сварных швов происходит или непосредственно по шву в результате его среза, или по основному металлу конструкции в зоне шва вследствие возникновения концентрации напряжений, вызванных сваркой или хрупкостью металла. Такие дефекты, как правило, являются результатом неправильной технологии сварочных работ, применения неподходящей к конкретным условиям марки электродов или низкой квалификации сварщиков.

Разрушение по металлу как первопричина обрушения конструкции возникает в результате ее изготовления (даже отдельной ее части) из металла непрокатной марки или вследствие ошибки в расчете.

Потеря общей устойчивости фермы в составе покрытия: а — фронтальный вид раскосной фермы; б — расположение ферм в плане со схемой потери устойчивости формы одной фермы из ее плоскости; 1 — вертикальные связи; 2 — фермы;3 — форма потери

В отношении стальных конструкций понятие «восстановление» применимо лишь в небольшой мере, так как в основном это касается вспомогательных связей. Металлоконструкцию можно усилить, заменить новой, но восстанавливать разрушившийся элемент, как это делается обычно в каменной стене или в железобетонной конструкции, приходится редко, так как после разрушения даже одного стыка или элемента основной несущей конструкции, как правило, следует общее обрушение. Что же касается восстановления отдельных разрушившихся элементов, если в целом конструкция сохранилась, то она просто приводится в первоначальное проектное состояние, возможно с некоторым усилением.

Для уменьшения усилий в наиболее нагруженных или поврежденных элементах в существующую конструкцию вводят дополнительные несущие элементы, например, подвести дополнительные балки, предназначенные для разгрузки существующих балок. Для уменьшения изгибающего момента в пролете балки, — возможно устройство напрягаемой затяжки.

Для разгрузки колонны каркаса при отсутствии домкратов используют способ подведения дополнительных преднапряженных стоек, которые состоят из вложенных одна в другую двух труб, сваренных по концам. трубы должны быть сварены тогда, когда температура специально нагреваемой наружной трубы достигнет (400-500) °С, а потому после остывания внутренняя труба оказывается сжатой. Установив и раскрепив такую преднапряженную стойку, наружную трубу разрезают по окружности возле нижнего шва, после чего внутренняя труба, упертая в ригель, расширяясь, разгружает колонну. Затем наружная труба по разрезанному поясу сваривается накладками и также включается в работу. Такая процедура может быть выполнена также с помощью обычной стойки и домкрата. Во всех случаях должны быть предусмотрены страховочные мероприятия.

Схема введения дополнительных несущих элементов в усиливаемую конструкцию

а — усиление с помощью дополнительных балок; б — усиление балки с помощью напрягаемой затяжки; в — схема подведения дополнительных преднапряженных стоек для разгрузки каркаса;г — усиление фермы введением дополнительных элементов в решетку; 1 — дополнительные разгружающие балки; 2 — талреп; 3 — дополнительные элементы решетки; 4 — сварка;5 — преднапряженные стойки; 6 — крепления при монтаже; 7 — разрезка после установки стойки; 8 — внутренняя сжатая труба

Усиление металлических конструкций часто выполняют установкой дополнительных связей, ребер, диафрагм, распорок и т.п. и применяют для восстановления или усиления пространственной системы большепролетных несущих металлоконструкций. Главное его предназначение — это дополнительное увеличение жесткости и устойчивости отдельных плоских конструкций и элементов, не связанных между собой, и объединение их в единую трехмерную систему. Установка дополнительных связей также способствует лучшему распределению усилий между плоскими несущими конструкциями, составляющими пространственную систему. Например, можно установить дополнительные ребра, повышающие устойчивость стенки сварной двутавровой балки, или установить дополнительные вертикальные связи между фермами покрытия. Для увеличения общей жесткости покрытия в плоскости нижнего пояса ферм – также устраиваются дополнительные связи.

При проектировании усиления элементов желательно сохранить положение центра тяжести сечения стержня. Если в результате усиления расцентровка превышает 1,5 % высоты сечения стержня, его необходимо рассчитывать как внецентренно сжатый. При усилении искривленных сжатых стержней целесообразно располагать элементы усиления таким образом, чтобы увеличить радиус инерции сечения и уменьшить эксцентриситет приложения силы. В сжатых стержнях элементы усиления можно не заводить на фасонки, если обеспечена прочность неусиленных стержней. Элементы усиления растянутых стержней необходимо завести на фасонки на длину, достаточную для передачи воспринимаемого этими элементами усилия. Наиболее удобно усилить стержень по типу б (два шва, выполняемые в нижнем положении), но при этом заметно смещается центр тяжести сечения. Кроме того, при необходимости завести уголок на фасонку требуется устройство в нем прорези.

Усиление стержней стропильных ферм способом увеличения сечений

Способом изменения конструктивной схемы можно усилить как отдельные стержни, так и ферму в целом. Усиление сжатых стержней ферм выполняется постановкой шпренгелей, уменьшающих расчетную длину стержней в плоскости фермы. Такой метод усиления повышает устойчивость стержней только в плоскости фермы и его можно использовать при незначительном увеличении усилий в стержнях или при искривлении стержня в плоскости фермы. Растянутый пояс фермы можно усилить предварительно напряженной затяжкой.

При усилении стропильных ферм путем изменения конструктивной схемы обычно требуется и усиление отдельных стержней за счет увеличения их сечений.

Усиление узлов крепления стержней стропильных ферм

Рационально применять способы изменения конструктивной схемы, повышающие несущую способность нескольких или всех стержней фермы. Применение этого метода целесообразно при значительном увеличении нагрузок на всю конструкцию. Возможности регулирования усилий возрастают с применением предварительного напряжения. При использовании способа изменения конструктивной схемы в целях усиления фермы обычно не удается обойтись без усиления некоторых стержней способом увеличения сечений. Их сочетание приводит к наиболее экономичным по расходу стали и трудоемкости изготовления конструктивным решениям.

Наиболее просто изменить конструктивную схему стропильных ферм можно обеспечив неразрезность их на опорах. В результате уменьшаются усилия в средних панелях поясов ферм, но увеличиваются в опорных раскосах у неразрезных опор. В опорных панелях нижнего пояса возможно появление сжатия. Эффективно включение в работу стропильных ферм фонарей, расположенных по средним рядам колонн. При этом может потребоваться усиление элементов фонарей. На рис. 9.17, а…д приведены способы изменения конструктивной схемы с помощью вновь устанавливаемых элементов.

Усиление стержней стропильных ферм способом изменения конструктивной схемы Усиление стропильных ферм способом изменения конструктивной схемы

При наличии свободного пространства под фермой целесообразно применить схему а с передачей сжимающего усилия от наклонных элементов шпренгеля на растянутый пояс. Если в здании имеются мостовые краны, можно уменьшить высоту шпренгеля, но при этом эффективность усиления снижается.

В зданиях, оборудованных мостовыми кранами, перспективно применение комбинированных систем с использование гибких элементов (вант, гибких и жестких нитей с подвесками). К числу достоинств этих систем относится использование элементов, работающих на растяжение, а также проведение работ по усилению в условиях, не ограниченных действующим производством. Недостатки: необходимость вскрытия кровли и последующее обеспечение ее водонепроницаемости, сложность восприятия распора. При установке новых или повышении грузоподъемности существующих подвесных кранов целесообразно установить вертикальные связи между фермами по всей длине. Эти связи перераспределяют нагрузку от подвесных кранов между фермами, снижают усилия в стержнях ферм.

При повреждении стыков, изменении конструктивной схемы, увеличении нагрузки на конструкцию и т.п. применяют усиление соединений элементов. Усиление соединений может осуществляться путем сварки или использования высокопрочных болтов, что во многих случаях предпочтительнее. Как правило, усиление производится двумя металлическими полосами сварного таврового профиля, изготовленного из листовых элементов. На практике применяется также вариант усиления стыка прокатных двутавровых балок с помощью накладок, приваренных к полкам и стенкам двутавра. Узлы сварной фермы усиливаются путем наращивания узловой фасонки для возможности увеличения длины сварных швов и соответственно увеличения жесткости узла.

Если необходимо повысить общую несущую способность конструкции широко применяют при восстановительных работах усиление сечения элементов. При этом должны соблюдаться следующие основные правила:

а) усиление сечения конструкции не должно нарушать ее центровку;

б) в растянутых элементах усиление должно быть доведено до узлов крепления;

в) усиление изгибаемых элементов достаточно выполнить на участках, перекрывающих участок максимальных моментов, при этом сварку по присоединению усиливающих элементов следует начинать с растянутой зоны;

г) внецентренно сжатые элементы должны быть усилены так, чтобы уменьшался эксцентриситет рабочего сечения;

д) варианты усиления сечения должны выбираться из соображений удобства ведения работ и технологичности сварки.

Усиление конструкции добавлением элемента жесткости и связи

а — увеличение пространственной жесткости балки усиливающими ребрами; б — усиление ферм покрытия диагональными стяжками; в — схема усиления перекрытия полосами диагональных связей между фермами для увеличения горизонтальной жесткости; 1 — дополнительные ребра жесткости; 2 — дополнительные связи; 3 — фермы

Для ускоренного усиления металлического элемента, а также при отсутствии металла или сварочного оборудования используют деревянные брусья, которые жестко крепят хомутами или болтами, обеспечивающими их совместную работу. Усиление швеллерной балки возможно осуществить ее обетонированием с дополняющим арматурным каркасом, прикрепленным к балке; усиление элементов верхнего пояса металлической фермы несложно выполнить размещением между уголками сплошной полосы, которую соединяют прерывистой сваркой с двух сторон; при необходимости можно усилить выборочно элементы фермы при недостаточном восприятии ими сейсмических и других нагрузок.

Изменение конструктивной схемы является наиболее радикальным способом увеличения несущей способности существующей конструкции. Это усиление связано с введением дополнительных несущих элементов и, как следствие, с изменением напряженного состояния основных частей конструкции.

Усиление стыка и соединительных элементов: а — усиление таврового стыка листовыми элементами; б — усиление стыка двутавровых балок накладками из листового металла; в — усиление узла сварной фермы путем наращивания фасонки; 1 — усиливаемое соединение; 2 — элементы усиления; 3 — усиливающие накладки

Простейшие пути изменения первоначального проектного решения включают в себя: введение подкосов, изменяющих характер напряжений в ригелях и стойках рамной конструкции; и устройство шпренгеля, позволяющее эффективно уменьшить пролетный момент в балке. Создаваемое при этом осевое обжатие балки практически не существенно; установка опорной стойки в пролете фермы позволяет значительно уменьшать напряжения в ее поясах и качественно изменять работу решетки (однако в последнем случае возникает необходимость усиления некоторых узлов и элементов).

Усиление конструкции с изменением схемы ее работы требует серьезного расчетного анализа. Тем не менее, этот способ отличается рядом достоинств, основные из которых следующие:

— имеется возможность усилить всю конструкцию в целом;

— возникает возможность регулировать усилия в элементах конструкции и достичь наиболее благоприятного их распределения;

— можно использовать такое эффективное средство, как преднапряжение части или всей конструкции;

— способ применим при наличии в конструкции значительных остаточных деформаций, когда другие способы не могут привести к искомой цели;

— во многих случаях не требуется разгрузка усиливаемой конструкции;

— экономичность рассматриваемого метода усиления — сравнительно небольшая трудоемкость и малый расход материалов.

Стержневые пространственные покрытия. К возможным видам повреждений стержневых пространственных покрытий относятся:

  • снос или местное повреждение кровли при сохранении целостности несущих элементов;
  • разрыв или искривление несущих элементов (стержней) — прогонов поясов, решетки;
  • обрушение стержневой несущей системы при разрыве поясов, опорных раскосов, повреждении колонн (от удара, перегрузок, пожара и т.д.). При этом большинство стержней, как правило, сильно деформируются (искривляются, скручиваются, разрываются).

При восстановлении кровли рекомендуется:

  • в системах с дополнительными, кроме поясов, прогонами применять любой подручный материал плиточного или пластинчатого типа;
  • в системах из прокатных профилей профилированный настил укладывать по поясам и прикреплять каждую волну электрозаклепками и самонарезающими болтами, либо применять другой кровельный материал;
  • при условии обеспечения боковой жесткости верхнего пояса и создания необходимого основания для опирания плит (например, приваркой к поясам дополнительных стержней из уголков).

При местном повреждении стержневой системы необходимо измерять дополнительный прогиб участка покрытия, величина которого после восстановления не должна превышать 0,01 l , где l — пролет покрытия.

При устранении местных повреждений рекомендуется следующий порядок действий:

  • поддомкрачивание блока (ячейки) покрытия и удаление вышедших из строя элементов;
  • усиление или замена поврежденных элементов и установка их на место (в узловые соединения).
Усиление поврежденных элементов поясов и связей приваркой круглых стержней (различные случаи приварки круглых стержней) Пример усиления ферм покрытия установкой дополнительных распорок по нижним поясам ферм при погнутости их из плоскости

Правку искривленных стержней (трубчатых, из прокатных профилей) допускается производить в нагретом состоянии.

В изогнутых и скрученных элементах рекомендуется вырезать наиболее деформированные участки и вваривать вставки из того же или несколько большего профиля.

При отсутствии профилированного настила или при замене его, например асбестоцементными листами, следует производить усиление верхних поясов покрытий из прокатных профилей приваркой накладок из уголков или листового металла.

При обрушении обширных участков или целых блоков покрытий из трубчатых элементов следует иметь в виду, что их восстановление с сохранением конструктивной схемы возможно лишь в том случае, если имеется в наличии запас узловых соединений, изготавливаемых только заводским способом.

Для повышения жесткости и несущей способности металлических ферм — усиление может быть выполнено местным (отдельных стержней) или общим (главным образом путем усиления нижнего пояса).

Для усиления используются накладки с целью увеличения сечений и моментов сопротивления отдельных элементов решетки, дополнительные пояса, шпренгели, сокращающие длину растянутых или сжатых элементов.

Из рассмотренных способов усиления металлических конструкций наиболее трудоемко и металлоемко по совокупному эффекту увеличение сечений усиливаемых элементов, так как оно требует сплошного или прерывистого скрепления их по длине, точной подгонки и т. п.

Наиболее эффективны приемы усиления конструкций с изменением расчетных схем и регулированием напряжений в процессе усиления.

tehlib.com

Усиление деревянного перекрытия – способы укрепить потолочные и балки второго этажа

Основным элементом чердачных и межэтажных перекрытий во многих частных домах является деревянная балка. Срок службы перекрытий из дерева ограничен ввиду свойств древесины, особенно, если она была плохо обработана или подвергалась нагрузке и воздействию влаги.

В следствие таких факторов балка перестает справляться с возложенной на нее функцией (возможно провисание, прогиб, искривление) и потребуется усиление деревянных балок перекрытия.

Помимо повреждений и утраты несущей способности балок пола и потолка (лаг, прогонов), укрепление может быть продиктовано увеличением нагрузки на перекрытие.

  • плохое состояние балочной конструкции. Является следствием повреждение древесины. Повышенная влажность, перепады температуры, деятельность различных вредителей (жуков короедов), растрескивание – все это приводит к деформированию балки перекрытия;
  • снижение несущей способности. Под собственным весом, постоянной и переменной нагрузкой балки перекрытия могут прогибаться. Согласно нормативам, если прогиб находится в пределах 1:300, то беспокоится не о чем. Например, если балка длиной 2500 мм. прогнулась на 10 мм. это соответствует нормальному значению прогиба. Если показатель прогиба больше – ее следует усилить;
  • необходимость увеличения несущей способности балки. Связанная, например, с перестройкой чердака под мансарду или жилое помещение. Такая перестройка приведет к увеличению постоянных и переменных нагрузок на перекрытия второго этажа, что автоматически требует изменения сечения установленных деревянных балок.

В пределах статьи будут приведены несколько распространенных способов усиления перекрытия (ремонт, реконструкция). Но, точно ответить на вопрос, как усилить деревянные балки перекрытия может только профессионал и только после анализа состояния конструкции. Ведь в каждом случае решение будет индивидуально.

Воспользовавшись таблицей можно получить представление о том, какое сечение должно быть у балки при определенной нагрузке.

Допустимое сечение балок при нагрузке

Материал подготовлен для сайта moydomik.net

Способы усиления деревянных балок перекрытия

Основные типы и методы усиления деревянных перекрытий приведены в порядке увеличения трудозатрат и длительности на выполнение работ.

Тип усиления без изменения условий работы

Усиление деревянными накладками

Способ применяется в том случае, когда дерево повреждено. Накладки устанавливаются с двух сторон от балки из бруса (по бокам или сверху и снизу), максимально плотно к ней и скрепляются (затягиваются) насквозь болтом. При этом важно обработать поврежденный участок и накладки противогрибковым раствором. В критическом случае, если участок поврежден сильно – его лучше удалить. Чтобы усилить балку нужно крепить накладку по всей ее длине.

Усиление пролетов металлическими накладками (пластинами) или прутковыми протезами

Стальные пластины используются вместо деревянных, описанных выше. Металл также нужно обработать антикоррозионным раствором. Схема устройства показана на рисунке.

Усиление пролетов балок металлическими накладками и прутковыми протезами

Усиление перекрытия углеволокном (углепластиком)

Современная технология усиления (армирование углеродным волокном). Углеволокно (ленты, листы, пластины, нити, ткань) наклеивается в несколько слоев, пока не будут достигнуты требуемые показатели жесткости балки. Удобство работы и легкость материала приводят к тому, что углепластик приобретает популярность как эффективное средство для восстановления балок и строительных конструкций.

Ниже приведена схема армирования (усиления) балок перекрытия углеволокном.

Усиление балок углеволокномУсиление балок углеволокном - схемаУсиленные балки углеродным волокном

Усиление на торцах деревянными или металлическими протезами

Технология позволяет усилить балку в местах стыка с несущей стеной. Это именно то место, где, за счет перепадов температур повреждение древесины происходит быстрее.

На схеме ниже показана технология усиление протезами из швеллера, прокатного профиля

Усиление протезами из швеллера, прокатного профиляУсиление протезами из швеллера, прокатного профиля - 2

Монтаж пруткового протеза

Прутковый протез системы Дайдбекова выполняется из двух спаренных ферм, которые изготавливаются из обрезков арматурной стали сечением (диаметром) 10-25 мм. Длина протеза должна быть на 10% больше двойной длины сгнившего конца балки, но не более 1,2 м.

Устройство пруткового протеза

  1. Установить временные опоры под перекрытие на расстоянии 1-1,5 м от несущей стены, состоящие из стоек и прогона.
  2. Разобрать перекрытие снизу на ширину 75 см и сверху – 1,5 м от стены.
  3. Отрезать поврежденный участок балки (0,5м)
  4. Завести заготовку протеза вертикально в междуэтажное перекрытие и повернуть в горизонтальное положение, сначала надвигая на балку, затем, в обратную сторону задвигая в нишу стены.
  5. Сместить и прибить гвоздями сдвижную планку.

Установка пруткового протеза

Усиление балок шпренгельными затяжками

Усиление перекрытий - установка шпренгелей

Тип усиления с изменением условий работы

Усиление деревянных перекрытий такими способами предусматривает существенную перестройку несущей конструкции балочных пролетов.

Изменение условий работы конструкций

Изменение схемы работы

Нестандартные решения

Если нет возможности усилить деревянные балки перекрытия, можно попытаться их разгрузить, т.е., распределить нагрузку с существующих балок на дополнительно установленные элементы.

Усиление перекрытий путем установки опор под несущие балки

Опоры, подпирающие балки снизу, являются хорошим способом перераспределить нагрузку с балки на опору.

Усиление перекрытий - установка опор

Усиление перекрытий путем установки дополнительных балок

Если существующие лаги находятся в целости и сохранности, увеличить их несущую способность можно посредством увеличения их количества. Установка дополнительных деревянных балок позволит увеличить нагрузку на конструкцию. Устанавливая новые лаги нужно обязательно защитить их торцы рубероидом, чтобы избежать повреждения.

Усиление перекрытий - установка дополнительных балок

Надеемся, что из приведенных способов усиления деревянных балок перекрытия вы подберете именно тот, который решит вашу проблему наилучшим образом и с минимальными затратами.

Метки: Перекрытие Балки

Рекомендуем статьи на похожие темы

Как сделать деревянное перекрытие из балок своими руками. Выбор балок перекрытия (из бруса, бревна, досок), расчет сечения и нагрузки на прогиб....

Перекрытия по деревянным балкам – чердачное, межэтажное, подвальное и цокольное. Сечение деревянных балок – квадратное, круглое, двутавровые балки....

Утепление перекрытий между этажами. Технология утепления плит перекрытия и перекрытий по деревянным балкам по полу и потолку. Процесс утепления...

Устройство междуэтажных перекрытий дома можно реализовать из разных материалов, существует несколько видов, мы же подробно рассмотрим деревянные и...

Как сделать железобетонное перекрытие своими руками. Технология изготовления бетонных плит нужного размера в частном домостроении....

Комментарии к новости (1)

moydomik.net

Способы усиления деревянных балок перекрытий

Предлагаемые в статье способы усиления деревянных балок перекрытия позволят продлить срок службы конструкций, где такие балки имеются. Процесс этот очень важный, а в некоторых случаях просто необходим. Ведь балки перекрытий изготовленные из дерева с течением времени приходят в абсолютную или частичную негодность, угрожая разрушению всего строения. Причин для этого много: сырость, грызуны, резкие перепады температур, да и просто естественный износ от переносимых нагрузок.

Содержание

  • Применение накладок.
  • Усиление металлом.
  • Увеличение площади сечения.
  • Армирование углеволокном.

Применение накладок

Применение накладок для усиления и ремонта балок перекрытия используется в том случае, когда есть повреждения на определенном участке. Смысл реставрационных работ заключается в установке с двух сторон проблемного места деревянных накладок, которые крепятся к целым частям бруса болтами в комплекте с гайками и шайбами.

Причем накладки можно ставить как с боков балки, так сверху и снизу. Однако, в любом случае для ремонта необходимо использовать высохшею древесину, обработанную антисептиком или антигрибковым раствором.

Если участок балки перекрытия поврежден до такой степени, что от него не осталось практически ничего ‒ накладки необходимо установить по всей длине балки: от одной стены до другой. В местах примыкания следует использовать металлические профили. В частности стальной протез, который представляет собой согнутую под 90º металлическую полосу или металлический прут соответствующего диаметра.

Усиление металлом

В продолжение темы способов усиления деревянных балок перекрытия с помощью стального протеза, нужно заметить, что металл применяется не только в местах примыкания балки к стене.

Его с успехом можно применять так же и в качестве накладок взамен деревянных. При этом любые металлические профили перед установкой должны пройти антикоррозийную обработку. Проще говоря, окрашены.

Кроме полос и профилей круглого сечения в качестве накладок можно использовать швеллер, уголок или просто листовой металл. Все металлические профили крепятся к участкам деревянных балок так же с помощью комплекта: болт, гайка, шайба.

Принимая решение в пользу усиления деревянных балок металлом необходимо учесть тот факт, что металл стоит дороже дерева. К тому же, он имеет больший вес, что может быть служить дополнительной нагрузкой на саму балку.

Увеличение площади сечения

Увеличение площади сечения несущих деревянных балок оправдано в том случае, когда изначально неправильно был сделан расчет перед их установкой или в результате потери прочности в следствие естественного износа. Практически этот вариант похож на усиление с помощью деревянных накладок, но по всей длине балки.

Различие заключается в том, что между основной балкой и материалом для увеличения площади сечения прокладывается гидроизоляция. Кроме того, если усилители деревянные, их нужно обработать антисептиком. В случае варианта из металла, последний подлежит антикоррозийной обработке.

Если существует большой прогиб, перед установкой дополнительного материала балки следует выпрямить с помощью домкрата или установкой вертикальных опор из бруса круглого, или прямоугольного сечения.

Армирование углеволокном

Армирование углеволокном ‒ это способ усиления деревянных балок перекрытия, который является не совсем традиционным, однако используется в случаях где помещение имеет небольшую площадь или же по другим причинам, когда вышеописанные способы применить не представляется возможности.

Углеволокно является инновационным материалом, который прекрасно справляется с любыми механическими нагрузками, в том числе и нагрузками на изгиб.

Выпускаются элементы из углеволокна в различных модификациях, включающих пластины, листы, нити, ленты или просто в виде тканей. Сам процесс армирования балок углеволокном заключается в накладывании слоев с помощью клея (эпоксидной смолы) друг на друга до получения достаточной жесткости балки.

После застывания клея слои представляют собой монолитное покрытие, по своим характеристикам не уступающим металлу.

remontzhilya.ru

10.4. Усиление балок и прогонов

Конструктивные решения усиления

Одним из наиболее простых способов усиления изгибаемых стержневых конструкций является подведение под них жестких или упругих опор. Этот способ рекомендуется, если дополнительные опоры не препятствуют технологическому процессу.

Жесткие опоры могут располагаться на отдельных или существующих фундаментах. Последнему следует отдавать предпочтение, даже если это потребует усиления фундаментов. Дело в том, что при дополнительных фундаментах трудно избежать осадок опор и, как следствие, их плохого включения в работу усиливаемой конструкции. В качестве контрмеры рекомендуется предварительное обжатие грунта под фундаментом усилием, равным расчетной нагрузке.

На рис. 10.19 и 10.20 приведены примеры усиления балок и ригелей подведением жестких опор, которые могут выполняться как в металле, так и в железобетоне. Важным моментом при таком усилении является включение элементов усиления в работу усиливаемой конструкции. Это достигается путем установки клиновидных прокладок, подъемом усиливаемой конструкции с помощью горизонтально расположенных домкратов, натяжением металлической затяжки посредством натяжной муфты и другими способами.

Рис. 10.19. Усиление балки подведением жесткой опоры:

1 ― усиливаемая балка: 2 — дополнительный фундамент; 3 — колонна усиления; 4 — болты

Дополнительные упругие опоры под усиливаемые изгибаемые элементы обычно выполняют в виде металлических балок или ферм, которые устанавливаются с некоторым зазором под конструкцией на общие с ней или отдельные опоры. В зазоре располагают металлические прокладки или распорные болты. Включение дополнительных опор в работу осуществляется различными способами: подтягиванием опорных концов балок (ферм) к усиливаемой конструкции, расклинкой косых прокладок, распорными болтами и т. п.

Рис. 10.20. Усиления ригеля жестким порталом:

1 — усиливаемый ригель; 2 — жесткий портал; 3 — металлический бандаж

В качестве упругих дополнительных опор могут быть также рекомендованы гибкие тяжи, подвешиваемые к вышележащим конструкциям, если они не препятствуют технологическому процессу. Натяжение тяжей осуществляется с помощью гаек и натяжных муфт или электротермическим способом.

В исключительных случаях, когда конструкции находятся в критическом состоянии и возможно их разрушение (полное или частичное) без нагрузки, а также если существующие конструкции не позволяют обеспечить габариты помещений по требованиям новой технологии, рекомендуется произвести полную разгрузку или замену конструкций. Необходимо отметить, что эта работа требует наиболее существенных материальных и трудовых затрат и должна быть соответствующим образом обоснована.

Разгружающие конструкции в виде отдельных балок, ферм, плит, а также комбинированных систем из железобетона и металла применяются обычно для разгрузки небольших участков перекрытий, когда не требуется устройство дополнительных колонн и фундаментов.

Рис. 10.21. Усиление балки и плиты перекрытия металлическими балками сверху:

1 — разрушаемая балка; 2— металлическая балка; 3 — ребра жесткости; 4 — тяжи; 5 —планка; 6 — опорные листы; 7 — опорные подушки

При возможности разгружающие конструкции следует устанавливать сверху разгружаемых (рис. 10.21, 10.22), обеспечивая между ними зазор для свободного прогиба элементов усиления. Если это невозможно по технологическим причинам, разгружающие конструкции подводят или подвешивают снизу. В этом случае передача нагрузки осуществляется с помощью стоек, пропущенных через отверстия, в разгружаемом перекрытии (рис. 10.23).

При частичном разгружении конструкции снимают с существующей только часть нагрузки. В этом случае элементы усиления могут иметь контакт с существующими конструкциями по всей длине или в отдельных точках (рис. 10.24).

При применении разгружающих конструкций, не замоноличенных с усиливаемой, их расчет осуществляется как отдельных самостоятельных элементов или они рассматриваются как элементы общей системы, усилия в которых определяются по правилам строительной механики.

Рис. 10.22. Разгружение монолитной железобетонной плиты ребристой железобетонной плитой:

1 — разгружаемая плита; 2 — конструкция усиления; 3 — элементы крепления; 4 — ригель; 5 — прокладки

При применении полного разгружения существующих конструкций между ними и новыми разгружающими конструкциями должен быть обеспечен зазор, который превышает максимальный прогиб для металлических конструкций усиления в 1,5 раза, для железобетонных — в 2 раза.

При частичном разгружении с помощью конструкций, которые соприкасаются с усиливаемой конструкцией по всей длине или устанавливаются рядом, усилия в изгибаемых элементах распределяются пропорционально жесткостям:

M1/B1 = M2/B2, (10.3)

где В1 и М1 — соответственно жесткость и момент, воспринимаемый существующей конструкцией; В2 и М2 — то же, элементами усиления.

Рис. 10.23. Разгружение плиты перекрытия системой металлических балок снизу:

1 — усиливаемое перекрытие; 2 — разгружающая балка (главная); 3 — стойка; 4 — разгружающие балки; 5 — колонны; 6 — обоймы усиления; 7 — дополнительное оборудование

В усиленной конструкции сначала определяют нагрузку, которая воспринимается существующей конструкцией, затем на дополнительную нагрузку подбирают сечение конструкции усиления. При этом пропорционально жесткостям распределяется только та часть нагрузки, которая была приложена после усиления. Если разгружающая конструкция соприкасается с усиливаемой не по всей длине, а в отдельных точках (например, через прокладки), то распределение по жесткостям осуществляется при количестве точек опирания не менее 8 (в том числе и на опорах), а расстояние между опорами не превышает трех высот любой из двух конструкций. Полный момент в комплексной конструкции равен сумме двух моментов: М=М1+М2, где М1 и М2 — соответственно моменты, воспринимаемые существующей конструкцией и конструкцией усиления. В частично разгружаемой железобетонной конструкции расчет по наклонному сечению на всю нагрузку производится только для элементов усиления.

Рис. 10.24, Частичная разгрузка металлическими балками снизу:

1 — усиливаемая балка; 2 — балки усиления; 3 — тяжи; 4 — упорная пластина

До усиления конструкций жесткими дополнительными опорами необходимо проверить общую деформацию от максимальных ожидаемых нагрузок в местах примыкания к усиливаемой конструкции. Во избежание деструктивных изменений в существующей конструкции эта деформация не должна превышать максимальный прогиб усиливаемой конструкции без дополнительных опор более чем на 10%. При подведении жестких опор усиливаемую конструкцию следует максимально разгрузить.

Расчетные усилия в изгибаемых элементах, усиленных жесткими опорами, определяются как сумма усилий, подсчитанных для двух стадий работы конструкций: до усиления (при этом принимается первоначальная расчетная схема) и после усиления (расчетная схема принимается с учетом дополнительных жестких опор).

Расстояния между опорами следует назначать такими, чтобы суммарная эпюра моментов ни в одном сечении не выходила за пределы эпюры материалов. В том случае, если над дополнительной опорой возникает отрицательный момент, превышающий допустимый, и возможно образование нормальных трещин, балку следует рассматривать как разрезную с шарниром в месте опоры.

В связи с тем что наличие нормальных трещин может снизить несущую способность балки по наклонному сечению, необходимо предусмотреть достаточную площадь ее опирания на дополнительной опоре.

При усилении изгибаемых элементов упругими дополнительными опорами их расчет, как и при жестких опорах, осуществляется для двух стадий, а найденные из статических расчетов усилия суммируются. Расчет по второй стадии системы «балка — упругие опоры» основан на равенстве прогибов усиливаемого элемента и упругой опоры в месте их соединения. В качестве расчетной схемы принимается балка на упругоподатливых опорах, усилия в которой определяются по уравнениям пяти моментов при известных жесткостных характеристиках опор. Эти характеристики можно найти, выполнив статический расчет всей конструкции, дополнительной опоры и установив ее перемещение от единичной силы, приложенной в точке установки опоры. В случае установки нескольких дополнительных опор жесткостные характеристики определяются для каждой из них.

Усилия в дополнительных опорах вычисляют по выбранной расчетной схеме с учетом нагрузок, прикладываемых к конструкции, и реакций в местах установки упругих опор.

При устройстве дополнительных жестких и упругих железобетонных опор рекомендуется учитывать возможное перераспределение усилий в усиливаемой конструкции в связи с деформациями ползучести, которые снижают жесткостные характеристики опор. Этот учет производится в соответствии с положениями СНиП 2.03.01—84 при учете воздействия длительных статических нагрузок.

Усиление сжатых зон изгибаемых (и внецентренно сжатых) элементов возможно осуществлять торкрет-бетоном толщиной до 30 мм, который наносится на очищенную и промытую бетонную поверхность старого бетона, обернутую сеткой с ячейкой 30...60 мм из проволоки диаметром 1...2 мм, прикрепленной к конструкции дюбелями с помощью строительного пистолета. При тщательном соблюдении перечисленных рекомендаций обеспечивается надежное сцепление «нового» и «старого» бетона, в результате сечение конструкции и, как следствие, ее несущая способность увеличиваются. Более существенного повышения несущей способности элементов возможно добиться увеличением площади сечения арматуры (наращивание сечения). Если по расчету требуется незначительное увеличение сечения арматуры (2...4 стержня), осуществляют подварку новой арматуры к существующим стержням боковых каркасов. Для этого скалывают защитный слой, оголяют арматуру и приваривают к ней прерывистым швом коротыши диаметром 10...40 мм, длиной 50...200 мм с шагом 200...1000 мм—для растянутых стержней и не более 20 диаметров продольной арматуры, но не более 500 мм — для сжатой (рис. 10.25). К коротышам приваривают дополнительную продольную арматуру, которую допускается применять тех же классов. При арматуре класса Ат-V и выше из высокопрочной проволоки и канатов, а также при сильной коррозии арматуры применение сварки не допускается и усиление конструкций методом наращивания не рекомендуется.

После установки дополнительной арматуры производится ее торкретирование или заделка цементной штукатуркой, при этом размер сечения элемента увеличивается на 20...80 мм. При большей толщине наращивания применяют вертикальные и наклонные соединительные элементы.

Для увеличения сцепления старого и нового бетона на поверхности усиливаемого элемента перед наращиванием выполняют насечку, которую тщательно очищают от пыли и грязи водой под давлением. Минимальный диаметр арматуры при наращивании — 10 мм. При необходимости более мощного усиления устраивают наружные уголковые полуобоймы.

Для совместной работы с железобетонной конструкцией металлоконструкции усиления должны быть обязательно приварены к существующей арматуре. С этой целью угловые стержни арматурного каркаса оголяются на ограниченных участках длиной 6...12 см с шагом 60...120 см (рис. 10.25,6). К арматуре приваривают короткие арматурные стержни, диаметр которых принимают таким, чтобы они были заподлицо с наружным» гранями сечения. Затем к коротким прокладкам приваривают планки обойм, плотно прилегающие к телу бетона. Обоймы из уголков приваривают непосредственно к соединительным планкам обойм.

Рис. 10.25. Усиление балок полуобоймами:

а — добавление стержневой арматуры; б — усиление наружной уголковой обоймы, приваренной к существующей арматуре; в — деталь приварки уголка с помощью диагональных ребер из листовой стали; 1 — сварные швы; 2 — добавочная арматура усиления; 3 — усиливаемый элемент; 4 — сколотый бетон защитного слоя угловых стержней с последующим его восстановлением; 5 — защитное покрытие из перхлорвинилового лакокрасочного материала; 6 — поперечные стержни крайних сварных каркасов; 7 — стержни — прокладки-коротыши; 8 — угловые стержни крайних сварных каркасов; 9 — соединительные планки обоймы; 10— боковые листовые прокладки; 11 — уголки обоймы; 12— пространство, заполненное цементным раствором; 13 — листовая диагональная прокладка

Прокладки-коротыши могут быть заменены диагональными ребрами из листовой стали (рис. 10.25, в). Зазоры между ветвями обоймы и телом бетона заполняют цементным раствором состава 1 : 2 или 1 : 3 на расширяющемся или безусадочном цементе, затем элементы усиления покрывают перхлорвиниловой эмалью по грунту под цвет конструкции.

Так как свариваемые стали (арматура и профильный металл) имеют разные марки, сварку производят электродами Э42А-Ф или 350А-Ф.

Рис. 10.26. Усиление балки «рубашкой»:

1 — усиливаемая балка; 2 —рабочая арматура; 3 — хомуты; 4 — стяжка; 5 — насечка; 6 — монтажная арматура «рубашки»; 7 — «рубашка»

Усиления добавлением арматуры, а также в виде обойм и полуобойм можно рекомендовать также при обнаружении ошибок в армировании, допущенных при изготовлении конструкций, или занижении проектного класса бетона.

Распространенным способом усиления изгибаемых железобетонных элементов является устройство «рубашек» — незамкнутых с одной стороны обетонок. Этот способ рекомендуется при усилении балок ребристых перекрытий и т.п. (рис. 10.26).

Особенности расчета

Расчет железобетонных изгибаемых элементов, усиленных обоймами, «рубашками», наращиванием, выполняется как для монолитных. Различного рода дефекты в усиливаемой конструкции (коррозия арматуры, расслоение бетона и др.) учитываются так же, как и при расчете конструкции до усиления.

В связи с тем что усиленный элемент может иметь в одном сечении различные классы бетона и арматуры, расчет изгибаемых элементов по нормальным сечениям производится по общему случаю расчета железобетонных конструкций в соответствии со СНиП 2.03.01—84.

При наличии двойной арматуры как в существующей конструкции, так и в элементах усиления нормальные сечения изгибаемого элемента, нагруженного внешней силой, расположенной в плоскости оси симметрии, возможно рассчитывать в зависимости от соотношения фактической величины относительной высоты сжатой зоны бетона ξ и ее граничного значения ξR, определяемого по СНиП 2.03.01—84. При подсчете |я принимается, что предельное состояние в конструкции достигается одновременно с достижением в растянутой арматуре расчетного сопротивления, принятого в соответствии со СНиП 2.03.01—84, но без учета коэффициента γs6.

При подсчете ξ рабочая высота сечения ho,red принимается равной сумме расстояния от сжатой грани сечения до центра тяжести (ц. т.) (рис. 10.27) существующей растянутой арматуры ho и расстояния от ц. т. существующей арматуры до центра тяжести арматуры усиления ared. В случае расположения в сжатой зоне бетона разных классов при определении ξ и ξR в расчетах принимается расчетное сопротивление бетона более низкого класса. При различных классах арматуры в существующей конструкции и элементах усиления их расстояние от центра тяжести определяется с использованием приведенной площади сечения:

где AS,red и A's,red — приведенная площадь сечения в растянутой и сжатой арматуре; As и А'S — площади растянутой и сжатой арматуры существующей конструкции; As,ad и A's,ad — то же, элементов усиления; Rs и Rs,ad — расчетные сопротивления растяжению существующей

Рис, 10.27. Расчетная схема усиления обоймами

арматуры и стержней усиления; Rsc и Rsc,ad — то же, сжатию. При этом

где ho,ad — расстояние от сжатой грани усиленного элемента до центра тяжести растянутой арматуры элемента усиления (см. рис. 10.27).

Относительная высота сжатой зоны

где b — ширина усиленного элемента.

Расчет прочности усиленного сечения:

М ≤ Rb,red bх (h0,red - 0,5х) + Rsc Asc,red (h0,red — а'), (10.8)

где х — высота сжатой зоны бетона; а' — расстояние от сжатой грани бетона усиленного элемента до центра тяжести сжатой арматуры усиления.

Приведенное расчетное сопротивление сжатой зоны бетона

Rb,red = (Rb Аb + Rb,ad Ab,ad)/Ab,tot, (10.9)

где Rb — расчетное сопротивление бетона существующей конструкции при сжатии; Rb,ad — то же, элементов усиления; Ab — площадь сжатой зоны усиливаемого элемента; Ab,ad — то же, усиливающего элемента; Ab,tot = Ab + Ab,ad — суммарная площадь сечения сжатой зоны усиленного элемента.

Полная высота сжатой зоны бетона составляет х = х1 + х2, где х1 — высота сжатой зоны бетона, которая находится в усиливаемом элементе; х2 — то же, в усиливающем. Соответственно площади бетона составляют Ab = [b - (arin+ a'rin )]xi; Ab,ad= bx - Ab, где arin и а'rin — ширина обоймы наращивания.

Если сжатая зона находится в пределах бетона усиления, Rb,red принимают равным Rb,ad и уточняют новую высоту сжатой зоны бетона.

Высота сжатой зоны бетона

Необходимую площадь дополнительной растянутой арматуры определяют из совместного решения уравнений (10.8) и (10.10) по формуле

При отсутствии сжатой арматуры в существующей конструкции и элементе усиления:

Как и обычные железобетонные изгибаемые элементы, усиливаемые конструкции рекомендуется проектировать при соблюдении условия x ≤ ξR ho,red. Если площадь растянутой арматуры по конструктивным соображениям или по расчету принята большей и x > ξR ho,red , то допускается производить расчет по формуле (10.8), вычислив высоту сжатой зоны по формуле

σsp — предварительное напряжение в арматуре до обжатия бетона (при натяжении на упоры) или в момент снижения напряжения обжатия в бетоне под воздействием внешних фактических или условных сил. Величина σSp определяется по СНиП 2.03.01—84 при γsp>0. При отсутствии предварительного напряжения в формулах (10.18), (10.19) третье слагаемое в знаменателе отсутствует. При вычислении σs и σs,ad значения ξ и ξR определяют по тому классу бетона, в котором расположена соответствующая арматура.

Дополнительную растянутую арматуру определяют в этом случае также по формуле (10.11) при следующих значениях А и В:

При усилении изгибаемых элементов прямоугольного и таврового сечения наращиванием только сверху высоту наращивания х2 определяют из условия, чтобы площадь имеющейся растянутой арматуры была достаточна для воспринятия максимального момента. При однорядном расположении арматуры только в растянутой зоне

Если высота сжатой зоны бетона меньше высоты наращивания, Rb,red в формуле (10.23) принимается равным Rb,ad; если больше, то Rb,red определяют по формуле (10.9).

При усилении тавровых железобетонных сечений наращиванием снизу и сверху расчет при соблюдении условия ζ < ζR производят в зависимости от положения границы сжатой зоны (рис. 10.28).

При прохождении нейтральной оси в полке, т. е. при

Rs As,red ≤ Rb,red b'f h'f + Rsc A's,red,

расчет производят как для элемента прямоугольного сечения шириной b'f. При расположении границы сжатой зоны в ребре расчет прочности производят по формуле

Площадь дополнительной арматуры определяют по формуле (10.11), где

Рис. 10.28. Схема усилий и эпюра напряжений в сечении, нормальном к продольной оси изгибаемого элемента, усиленного двусторонним наращиванием, при расчете его на прочность: а — при расположении сжатой зоны в полке; б — то же, в ребре

Пример расчета усиленного изгибаемого элемента. Дано: размеры сечения b = 0,3 м, h = 0,8м, бетон усиливаемого элемента класса В25 (Rb = 14,5 МПа), высота наращивания x2 = 0,1 м; бетон усиления класса В30 (Rb = 17 МПа); h0 = 0,65 м; hо,ad = 0,77 м, а = а' = 0,03 м; арматура усиливаемого элемента АIII (Rs = 365 МПа), As = 2,26 см2 (2Ø12); As = 15,71 см2 (5Ø20), арматура усиливающего элемента класса А-III (Rsc,ad = 365 МПа); As,ad = 8,04 см2 (4Ø16); As,ad = 12,56 см2 (4Ø20) (рис, 10.29).

Усиление осуществлялось без разгружения усиливаемого элемента. Предварительная нагрузка на усиливаемый элемент не превышала 65 % от разрушающей нагрузки, следовательно, γb20 = γs20 = l.

Рис. 10.29. К примеру расчета усиленного изгибаемого элемента

Требуется определить прочность элемента после усиления.

Расчет. Определяем центр тяжести арматуры:

Определим приведенное расчетное сопротивление бетона сжатой зоны усиленного элемента по формуле

При усилении изгибаемых элементов только по наклонному сечению устанавливают дополнительную поперечную или наклонную арматуру. Относительно простым способом усиления является установка накладных хомутов расчетного сечения. Для этой цели в плите перекрытия просверливают отверстия с обеих сторон усиливаемой балки. В эти отверстия снизу заводятся хомуты, которые на концах имеют нарезку для болтов. Закручиванием гаек с двух сторон создается предварительное напряжение в хомутах и их включение в совместную работу с балкой (рис. 10.30).

Рис. 10.30. Усиления балок по наклонному сечению хомутами:

1 — усиливаемая балка; 2 — хомуты; 3 — плита перекрытия: 4 — упорные уголки; 5 — гайки

Эффективным средством усиления опорных частей изгибаемых элементов многопролетных зданий и перекрытий являются разгружающие предварительно напряженные двухконсольные кронштейны (рис. 10.31), которые устанавливаются на промежуточных опорах. Высота кронштейнов равна высоте усиливаемых балок на опоре, а их длина принимается равной 1/4…1/6 их пролета. При небольшом вылете кронштейнов элементы решетки не требуются.

Рис. 10.31. Усиление балки разгружающими кронштейнами:

1 — усиливаемая балка;2— плиты перекрытия; 3— оголовник; 4 — тяжи кронштейна; 5 — болты; 6 — накладки-связи; 7 — опорный лист; 8 — колонна; 9 — распределительная прокладка

Конструкция разгружающих кронштейнов включает: опорные элементы, ветви кронштейнов, соединительные элементы и упорные устройства. Для работы кронштейна необходимо обеспечить некоторый поворот опорного ребра, поэтому между металлическим ребром и торцами балок должен оставаться зазор 10...15 мм.

Ветви кронштейнов выполняют из одиночных уголков или гибкой арматуры (верхний пояс). Упорные устройства в виде жестких пластин (уголков) подводят под низ балок и подвешивают на болтах к нижним поясам кронштейнов.

Включение кронштейна в работу производят натяжением болтов упорных пластин, подвеской к концам кронштейнов оттарированных грузов, гидравлическими или механическими домкратами. Контроль усилия натяжения осуществляют по прогибам кронштейна или по манометру домкрата.

При нарушении анкеровки продольной арматуры вынос опор кронштейна от торцов балки принимают не менее 40 диаметров при стержневой арматуре и не менее 80 — при арматуре из высокопрочной проволоки.

При усилении балок перекрытия многопролетных зданий применяют комбинированные схемы: в крайнем пролете — предварительно напряженный шпренгель, в среднем — предварительно напряженные разгружающие кронштейны.

Одним из наиболее простых способов усиления изгибаемых монолитных и сборных железобетонных конструкций, осуществляемых без их разгрузки, является установка дополнительной арматуры, которая может иметь горизонтальное или шпренгельное очертание (рис. 10.32).

Применение дополнительной предварительно напряженной арматуры изменяет напряженно-деформированное состояние усиливаемой балки, которая рассматривается как элемент с увеличенной площадью сечения арматуры и изменившейся рабочей высотой сечения. Дополнительная арматура не имеет сцепления с бетоном, ее предварительное напряжение осуществляется механическим, электротермическим или электротермомеханическим способом.

Рис. 10.32. Усиления балок предварительно напряженной арматурой:

а — линейной; б — шпренгельной; 1...3, 6 — соединительные элементы (2 — усиливаемая балка: 3 —- напрягаемая арматура); 4 — натяжное приспособление; 5 — наклонные ветви опорного устройства

При необходимости усиления изгибаемого элемента на локальном участке (рис. 10.33) скалывают защитный слой бетона в приопорной зоне, где напряжения в продольной арматуре незначительны, и приваривают к существующей арматуре коротыши, диаметр которых несколько превышает толщину защитного слоя. Затем к одному из коротышей приваривают арматуру усиления, производят ее электронагрев до расчетной температуры (удлинения) и, поддерживая требуемую температуру на стержне, приваривают свободный конец арматуры ко второму коротышу.

Рис. 10.33. Усиление балки на локальном участке предварительно напряженной арматурой:

1 — усиливаемая балка; 2 — арматура балки; 3 — арматура усиления; 4 — коротыш-прокладка

При предварительно напряженной арматуре шпренгельного очертания в местах перегиба стержней между нижней гранью усиливаемой балки и шпренгелем устанавливают специальные прокладки, конструкция которых должна обеспечить эффективное натяжение арматуры.

Кроме указанных выше способов для предварительного напряжения дополнительной арматуры могут быть также рекомендованы специальные стяжные болты — хомуты с двумя нарезными концами (рис. 10.34). Этот способ отличается относительной простотой и позволяет создавать значительное предварительное напряжение в стержнях усиления при незначительных усилиях в самих болтах (в 7...10 раз меньше). Кроме того, при этом способе обеспечивается равномерность натяжения арматуры.

Рис. 10.34. Усиление балки предварительно напряженной дополнительной арматурой: 1 - усиливаемая балка; 2 — затяжка; 3 — промежуточная распорка; 4 — натяжной болт; 5 — анкерное устройство

Начальное предварительное напряжение в арматуре усиления (σsp и σ'sp) назначают в соответствии с требованиями СНиП 2.03.01—84 не выше 0,9Rs,ser для арматуры из мягких сталей и не выше 0,7Rs,ser для высокопрочной арматуры. Нижняя граница предварительного напряжения составляет 0,4Rs,ser. При назначении уровня предварительного напряжения следует учитывать возможность изменения усилий вследствие разности температур при натяжении и в условиях эксплуатации.

Значение предварительного напряжения при усилении принимают с коэффициентами условия работы: для горизонтальных и шпренгельных затяжек γs22 = 0,8, а для хомутов и наклонных стержней γs23 = 0.75. Потери предварительного напряжения определяют по СНиП 2.03.01—84 как для конструкций с натяжением на бетон.

Предварительное напряжение в парных затяжках, стягиваемых с помощью болтов, определяют в зависимости от тангенса угла наклона ветвей i по графику (рис, 10.35), полученному из зависимости

Значение i принимают без учета малых уклонов (i ≤ 0,01), которые компенсируют первоначальное выпрямление стержней.

Рис. 10.35. График зависимости напряжения от угла наклона

Расчет железобетонных изгибаемых элементов, усиленных предварительно напряженной арматурой, не имеющей сцепления с бетоном, выполняют в зависимости от соотношения ξ и ξR д, причем значение ξR определяют в предположении, что в предельном состоянии напряжение в существующей арматуре равно Rs, а в арматуре усиления

где σsp,ad — предварительное напряжение в арматуре с учетом потерь; а = Es/Eb (Es — модуль упругости арматуры усиливаемого элемента; Еb — то же, бетона); Rs,ser,ad — расчетное сопротивление арматуры усиления для предельных состояний второй группы, МПа; µ = (As+Asp,ad)/(bh0) — коэффициент армирования; l — расстояние между внутренними торцами анкеров арматуры усиления, м; γs — коэффициент надежности по арматуре (по СНиП 2.03.01—84); δb — безразмерный коэффициент,

где δR = 820 МПа; Es,ad — модуль упругости дополнительной арматуры усиления; Аs — площадь арматуры усиливаемой конструкции; Es,st = l,8×105 МПа — модуль упругости арматуры класса К-7, принимаемый за эталон; Asp,ad — площадь предварительно напряженной арматуры усиления; δcb = 0,55 при отсутствии контакта арматуры усиления с усиливаемой конструкцией (при наличии контакта δ = 0).

Значение σlim,ad для высокопрочной проволоки не должно превышать ее расчетного сопротивления.

При определении ξR напряжения в растянутой арматуре принимают по арматуре с более высоким расчетным сопротивлением.

Усиление железобетонных конструкций с применением предварительно напряженной арматуры без сцепления с бетоном рекомендуется выполнить при соблюдении условия ξ ≤ ξR. При предельном значении площади арматуры As = Asp,ad установка дополнительной арматуры должна сопровождаться усилением сжатой зоны бетона.

Расчет прочности нормальных сечений осуществляется по формуле (10.11). Относительная высота сжатой зоны бетона

где Rsp,ad — расчетное сопротивление дополнительной арматуры.

Значение ared > 0, если напрягаемая арматура усиления находится под нижней гранью элемента по высоте; аred < 0, если арматура усиления расположена по боковым граням элемента.

Высота сжатой зоны бетона

Величину σlim,ad определяют с учетом коэффициента условия работы γs6 (по СНиП 2.03.01—84).

Расчет тавровых сечений железобетонных изделий, усиленных предварительно напряженной арматурой без сцепления с бетоном, выполняют в зависимости от положения границы сжатой зоны. При расположении нейтральной оси в полке расчет осуществляют как для прямоугольного сечения шириной b = b'f. При расположении границы сжатой зоны в ребре расчет дополнительной арматуры усиления производят по формулам (10.14), (10.30), (10.31), но вместо Rsd принимают σlim,ad.

Расчет железобетонных элементов, усиленных шпренгельной системой, выполняют как статически неопределимых конструкций. При этом сечение балки проверяют на действие продольных сил, возникающих в ригеле шпренгельной системы.

Предварительное напряжение в шпренгеле должно создать разгружающий момент в балке, достаточный для воспринятия максимально возможных нагрузок после реконструкции. При этом усилие предварительного напряжения назначают с учетом возможных потерь предварительного напряжения и коэффициента условия работы γs24 = 0,8.

При усилении шпренгельной системой балка рассматривается как самостоятельный внецентренно-сжатый элемент, загруженный внешней нагрузкой и усилиями от шпренгеля, которые также рассматриваются как внешняя нагрузка (рис. 10.36). При этом рекомендуется такая последовательность расчета.

1. Назначают габариты шпренгельной системы и сечения элементов (l1 ,l2, as22, hst12, φ, Asp,ad).

2. Определяют максимальные изгибающие моменты в балке до и после реконструкции (M1, и Mtot).

Рис. 10.36. Расчетная схема балки, усиленной шпренгелем

3. Назначают величину предварительного напряжения σsp.

4. Определяют распор в шпренгеле в предельном состоянии:

где σs определяют по формуле (10.30).

5. Находят усилие, которое передается на балку от шпренгеля в предельном состоянии:

6. Определяют усилия, которые передаются на балку от шпренгеля:

7. Выполняют проверку прочности усиливаемой балки на внецентренное сжатие на усилия Mstr и Qstr при е = M/N; е = eo + ho + h2; е' = eo + h2 — а', где eо — эксцентриситет относительно геометрической оси, проходящей по центру тяжести сечения.

При усилении балок предварительно напряженными кронштейнами величина усилий в тягах кронштейна должна обеспечить воспринятое балкой дополнительных нагрузок:

где Munl и Qunl — усилия в балке от кронштейна; Мсr и Qcr — усилия, вызывающие разрушение усиливаемой балки.

Расчет выполняют по следующей схеме.

1. Определяют значения и от единичной силы Р = 1, приложенной к балке в местах подвески кронштейна и направленной снизу вверх.

2. По значениям и находят

Рис. 10.37. К расчету усиления кронштейном:

а — расчетная схема: б — основная система

Если кронштейны опираются непосредственно на колонну, необходимо осуществить проверку балки на отрыв от опоры усилием от предварительно напряженного кронштейна при отсутствии внешней нагрузки.

Кронштейны усиления рекомендуется рассчитывать как статически неопределимые системы методом сил (рис. 10.37). В связи с тем, что поворот усиливаемой балки практически равен нулю, ее можно считать защемленной на опоре. За неизвестные принимаются усилия в растянутых элементах кронштейна. Перемещения от единичных неизвестных определяют с учетом продольных сил и моментов, влиянием поперечных сил пренебрегают.

Предварительно сечение кронштейна можно определить, рассчитав его как ферму с шарнирами в узлах, однако сечение нижнего пояса, которое подбирается по продольной силе, следует в этом случае увеличить в 2 раза.

В связи с неизбежными потерями при обжатии опор и упорных устройств расчетное предварительное напряжение кронштейна рекомендуется увеличить на 15%.

studfiles.net

Тема 15. УСИЛЕНИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ

Общие положения

Усиление металлических конструкций может производиться после их разгружения или под нагрузкой:

– увеличением поперечного сечения отдельных элементов и узлов их соединений,

– изменением расчетной схемы конструкций.

Особенностью усиления металлических конструкций является доступность сечения по всей длине элементов и свариваемость металла, позволяющие уменьшить трудоемкость обеспечения совместной работы основного и дополнительного элементов.

Однако нагрев элементов при сварке может снижать его прочность. При температуре более 550°С металл переходит в пластическое состояние и выключается из работы по восприятию усилий. Степень снижения прочности металла в месте сварки зависит от способа и режима сварки, толщины и ширины элемента, а также от направления сварных швов. Так, для продольных швов снижение прочности составляет до 15 %, а для поперечных – достигает 40 %. Исходя из этого, запрещается применение поперечных сварных швов при усилении металлических конструкций под нагрузкой.

С целью безопасности производства работ и повышения эффективности усиления металлических элементов и узлов их сопряжений следует стремиться к максимальному разгружению конструкции перед усилением, чтобы максимальные напряжения не превышали (где – расчетное сопротивление стали по пределу текучести).

15.2. Усиление металлических конструкций увеличением их поперечного сечения

Усиление металлических конструкций, работающих на растяжение, сжатие и изгиб, увеличением поперечного сечения элементов производится присоединением дополнительных элементов. Совместная работа дополнительных элементов усиления с усиливаемой конструкцией обеспечивается путем сварки, а также с помощью болтового или заклепочного соединения.

При выполнении усиления центрально-растянутых и сжатых металлических конструкций следует стремиться к сохранению центровки усиливаемых элементов и узлов соединений (то есть дополнительные элементы необходимо располагать так, чтобы положение центра тяжести элемента после усиления не изменялось), в противном случае, требуется проверка прочности усиленного элемента и узла сопряжения с учетом появившегося эксцентриситета.

При конструировании усиления сварные швы, болтовые и заклепочные соединения необходимо располагать в удобных для исполнения и контроля качества местах. Кроме того, при сварных соединениях следует учитывать появление дополнительных и остаточных сварочных деформаций. Например, усиление ферм следует начинать с элементов и узлов нижнего пояса, а затем производить усиление верхнего пояса.

Обеспечение совместной работы дополнительных деталей при усилении растянутых элементов производится их обязательной заводкой в узлы на расстояние, необходимое для размещения прикрепляющих швов, достаточных для полного включения в работу у границы узловой фасонки.

В качестве дополнительных элементов при усилении центрально-растянутых элементов используются, как правило, полосы и круглые стержни (рис. 15.1). При этом в случае приварки усиливающих полос к полкам и перу спаренных уголков требуется срезка выступающих концов соединительных планок.

В случае обеспечения совместной работы дополнительных элементов с усиливаемым растянутым элементом посредством сварки сварные швы рекомендуется принимать с высотой катета шва 3…6 мм (в зависимости от толщины соединяемых деталей), а швы, расположенные вблизи края элемента, следует выполнять сплошными, т.к. прерывистые швы создают многочисленные «надрезы» – концентраторы напряжений, способствующие хрупкому разрушению при растяжении.

Усиление сжатых элементов стальных конструкций производится:

– увеличением поперечного сечения элемента при незначительном изменении его гибкости,

– увеличением поперечного сечения элемента со значительным уменьшением его гибкости,

– уменьшением расчетной длины элемента без изменения поперечного сечения.

В практике усиления металлических конструкций первый метод применяется для сжатых элементов небольшой длины (коротких), когда прочность элемента определяется площадью его поперечного сечения. Два других метода усиления характерны для длинных сжатых элементов, теряющих устойчивость при разрушении.

В первом случае для усиления центрально-сжатых элементов, аналогично растянутым, в качестве дополнительных элементов могут быть использованы полосы и круглые стержни, эффективно увеличивающие площадь поперечного сечения, но незначительно изменяющие его жесткость при изгибе (см. рис. 15.1). Как и в случае растянутых элементов, дополнительные детали усиления должны заводиться в узлы сопряжения.

При усилении сжатых элементов увеличением поперечного сечения с уменьшением его гибкости в качестве дополнительных элементов используются прокатные профили в виде труб, уголков, швеллеров и т.д., развивающих сечение и эффективно повышающих его жесткость при изгибе (рис. 15.2). При этом если нет опасности потери устойчивости для сечения не усиленного элемента вблизи узла, детали усиления могут быть не заведены в узел и не прикреплены к нему. Допускается применение прерывистых швов, уменьшающих сварочные деформации, сокращающие сроки сварочных работ и массу наплавленного металла.

Рис. 15.1. Усиление увеличением поперечного сечения без изменения гибкости металлических элементов: а – из спаренных уголков; б – из спаренных швеллеров; в – из двутавров

Рис. 15.2. Усиление увеличением поперечного сечения с уменьшением гибкости металлических элементов: а – из спаренных уголков; б – из спаренных швеллеров и двутавров; в – сварных сплошного сечения; г – клепаных

Уменьшение расчетной длины отдельных элементов эффективно в случае, когда не обеспечена их устойчивость. Усиление сжатых элементов уменьшением его расчетной длины в плоскости стропильной фермы производится установкой дополнительных раскосов или подвесок (рис. 15.3, а), из плоскости фермы или для отдельно стоящих стоек – предварительно напряженных шпренгелей (рис. 15.3, б, в).

Рис. 15.3. Усиление стальных конструкций за счет уменьшения их расчетной длины:

а – установкой дополнительных раскосов; б, в – установкой предварительно напряженных шпренгелей: 1 – усиливаемый элемент, 2 – дополнительные раскосы,

3 – дополнительная подвеска, 4 – предварительно напряженные шпренгели

Усиление изгибаемых металлических конструкций имеет следующие особенности:

- увеличение поперечного сечения изгибаемого элемента можно ограничивать лишь зоной действия максимальных изгибающих моментов, где усиление требуется по расчету;

- при конструировании усиления следует стремиться к наиболее эффективному размещению дополнительных деталей (на возможно большем расстоянии от нейтральной оси неусиленного сечения);

- учитывая влияние сварочных деформаций при усилении, увеличивающих прогиб, усиление изгибаемых элементов необходимо начинать с нижнего пояса, затем при необходимости следует усилить стенку, в последнюю очередь – верхний пояс.

Некоторые варианты конструктивных схем усиления стальных балок приведены на рис. 15.4 и 15.5.

Рис. 15.4. Усиление изгибаемой балочной конструкции в пролете

Рис. 15.5. Усиление стальных балок увеличением поперечного сечения с применением:

а – пластин; б – стержней; в – уголков; г – труб; д – двутавров

Усиленная стальная балка кроме условия прочности должна удовлетворять условиям общей и местной устойчивости. Повышение местной устойчивости балок достигается установкой дополнительных поперечных (рис. 15.6, а), продольных (рис. 15.6, б) и диагональных ребер жесткости (рис. 15.6, в). С целью уменьшения концентрации местных напряжений у концов коротких поперечных ребер жесткости в сжатой зоне они должны быть окаймлены продольными ребрами жесткости (рис. 15.6, г).

Повышение местной устойчивости элементов стальных конструкций может быть достигнуто также их бетонированием (рис. 15.7, а) или прикреплением к ним деревянных деталей (рис. 15.7, б, в).

Рис. 15.6. Усиление стенок стальных балок дополнительными ребрами жесткости:

а – поперечными; б – продольными; в – диагональными; г – короткими поперечными с окаймлением их продольными ребрами жесткости

Рис. 15.7. Усиление стенок стальных конструкций: а – заполнением полости колонны бетоном; б, в – прикреплением деревянных брусьев; 1 – усиливаемая стальная конструкция, 2 – бетон, 3 – отверстие в стенке для заполнения бетоном,

4 – деревянные брусья, 5 – стяжной болт

15.3. Расчет металлических конструкций, усиленных увеличением их поперечного сечения

Расчет усиления стальных конструкций увеличением их поперечного сечения производится исходя из стадии напряженно-деформированного состояния и принятой гипотезы:

- по упругой стадии – сечение дополнительного элемента усиления воспринимает только усилие от нагрузок, приложенных к конструкции после усиления;

- по пластической стадии – при достижении напряжений в сечении усиливаемого элемента предела текучести происходит перераспределение и выравнивание напряжений с сечением дополнительного элемента.

Схема напряженного состояния металлической балки, усиленной под нагрузкой, приведена на рис. 15.8.

Рис. 15.8. Схема напряженного состояния балки, усиленной под нагрузкой:

а – в упругой стадии; б – в пластической стадии

Расчет усиления металлических конструкций по пластической стадии дает более экономичные решения, но не для всех случаев разрушения экспериментально подтвержден. Поэтому данный вариант расчета применяется при действии статических нагрузок на усиливаемые элементы при отсутствии опасности потери устойчивости. В остальных случаях расчет производится по упругой стадии.

Расчет усиленных центрально-растянутых и коротких сжатых элементов производится из условий прочности:

- по упругой стадии

; (15.1)

- по пластической стадии

, (15.2)

где – соответственно продольное усилие, действующее в элементе при его усилении и продольное усилие от дополнительной нагрузки, приложенной после усиления; – соответственно площадь поперечного сечения основного и дополнительного элементов; – расчетное сопротивление стали основного элемента; – коэффициент условий работы элемента конструкции по [11, приложение 4*].

Расчет усиления сжатых элементов по условию устойчивости производится с учетом того, что потеря устойчивости элемента, усиленного под нагрузкой, может произойти только для всего усиленного сечения. Поэтому в расчете используется коэффициент продольного изгиба , определенный по гибкости элемента после усиления.

Расчет усиленных центрально-сжатых элементов выполняется из условия обеспечения устойчивости

. (15.3)

Возможные искривления от сварки при проверке устойчивости допускается учитывать с помощью коэффициента условий работы .

Расчет прочности по крайнему сжатому или растянутому волокнам усиленных изгибаемых элементов производится из условий:

- по упругой стадии для крайнего волокна основного сечения на расстоянии от центра тяжести основного сечения и расстоянии от центра тяжести усиленного сечения

; (15.4)

- по упругой стадии для крайнего волокна дополнительного сечения

; (15.5)

- по пластической стадии

, (15.6)

где – соответственно изгибающий момент, действующий в элементе при его усилении и изгибающий момент от дополнительной нагрузки, приложенной после усиления; – момент инерции поперечного сечения элемента соответственно до усиления и после усиления; – расчетное сопротивление стали соответственно основного и дополнительного элемента при растяжении или сжатии; - расстояние от центра тяжести усиленного сечения до крайнего волокна дополнительного элемента; - пластический момент сопротивления поперечного сечения усиленного элемента, принимаемый не более 1,2 упругого момента сопротивления сечения усиленного элемента.

Для усиленных изгибаемых элементов должно выполняться условие прочности на сдвиг по контакту основного и дополнительного сечения

, (15.7)

где – статический момент части сечения дополнительной детали усиления относительно нейтральной оси; – толщина основного или дополнительного элемента в месте соединения; – расчетное сопротивление стали срезу основного или дополнительного элемента.

Проверка местной устойчивости стенки балочных конструкций после усиления производится для всех отсеков между поперечными ребрами жесткости без учета начальных напряжений в ней от нагрузки при усилении по методике действующих норм.

Швы, прикрепляющие дополнительные детали усиления к основному сечению усиливаемых элементов, рассчитываются на восприятие сдвигающих усилий, равных предельным усилиям на растяжение или сжатие для дополнительных деталей усиления.

Усиление отдельных элементов металлических конструкций, имеющих погнутости, трещины, вмятины и разрывы сечений, производится, как правило, после их разгружения выравниванием, присоединением дополнительных деталей (рис. 15.9, 15.10.) или заменой поврежденной части (рис. 15.11).

Рис. 15.9. Усиление элементов стальных конструкций, имеющих повреждения, накладками: а – из уголка; б – из швеллера с дополнительными соединительными планками; в – из пластины

Рис. 15.10. Усиление искривленных стальных элементов шпренгелем

Рис. 15.11. Восстановление элементов стальных конструкций вырезанием и заменой поврежденной части: а – элементов из спаренных уголков; б – элементов из одиночного уголка

Предыдущая234567891011121314151617Следующая

Дата добавления: 2016-01-20; просмотров: 21442; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

ПОСМОТРЕТЬ ЕЩЕ:

helpiks.org


Смотрите также


2012-2020 © Содержание, карта сайта.