Методы усиления железобетонных колонн
Рубрика: Технические науки
Дата публикации: 08.05.2020 2020-05-08
Статья просмотрена: 1719 раз
Библиографическое описание:
Аклендер, А. Д. Методы усиления железобетонных колонн / А. Д. Аклендер. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2020. — № 19 (309). — С. 2-5. — URL: https://moluch.ru/archive/309/69663/ (дата обращения: 19.11.2021).
Очень часто при обследовании здания или сооружения оказывается, что многие конструкции объекта находятся в аварийном состоянии и нуждаются в усилении. Если усиление невозможно или нецелесообразно, то конструкцию демонтируют и заменяют другой. Целесообразность того или иного способа усиления определяют сравнительным экономическим анализом (расход материала, трудоемкость выполнения работ, общая стоимость, уменьшение количества простоев производства). В наши дни существует достаточное количество методов по сохранению существующих конструкций колонн при реконструкции зданий. Характер повреждения, месторасположение конструкции в плане, эксплуатационная составляющая, назначение здания и т. д. — от всех этих важных аспектов и зависит способ и вид усиления.
Ключевые слова: усиление, колонна, железобетон, обойма, бетонное наращивание
Сборные железобетонные колонны чаще всего усиливают стальными или армированными бетонными обоймами, бетонными рубашками, с помощью наращивания или любыми другими разгружающими элементами, конструкциями.
Методов действительно очень много, и главное — выбрать наиболее подходящие, устраиваемые и в плане дальнейших эксплуатационных характеристик, и стоимости возведения/усиления, и эстетических нужд.
Усиление колонн осуществляется главным образом за счет увеличения сечения для обеспечения совместной работы существующего и дополнительного сечений. Обычно усиление выполняется с разгрузкой конструкции. Если напряжение в усиливаемой конструкции выше допустимого, то усиление под нагрузкой с использованием сварки не производится.
Рис. 1. Поврежденная железобетонная колонна
Непосредственно перед выбором метода усиления необходимо произвести обследование здания с дальнейшим присвоением зданию категории аварийного состояния. (Рис. 1)
По результатам предварительного обследования с учетом выявленных дефектов и повреждений на момент обследования конструкция относится к одной из пяти категорий состояния [3]:
I — исправное (хорошее) состояние — конструкция удовлетворяет требованиям по устойчивости, жесткости и трещиностойкости. Долговечность конструкции не снижена по сравнению с проектной.
II — неисправное (удовлетворительное) состояние — конструкция удовлетворяет требованиям по устойчивости, жесткости и трещиностойкости. Есть признаки снижения долговечности конструкции по сравнению с проектной.
III — ограниченно работоспособное (не достаточно удовлетворительное) состояние — конструкция удовлетворяет требованиям по жесткости и устойчивости. Долговечность конструкции существенно снижена.
IV — неработоспособное (неудовлетворительное) состояние — конструкция не удовлетворяет предъявляемым требованиям.
V — предельное (предаварийное) состояние (Рис. 2) — конструкция не удовлетворяет предъявляемым требованиям. Существует опасность обрушения.
Рис. 2. Аварийное состояние железобетонной колонны
После присвоения зданию категории, анализа состояния колонн и здания в целом, можно приступать к выбору метода усиления.
Для усиления железобетонной колонны существует достаточное количество методов. Наибольшее распространение получили следующие: железобетонные и стальные обоймы, одностороннее и двустороннее наращивание сечения, предварительно напряженные обоймы и распорки, приставные стойки и разгружающие элементы.
Усиление железобетонной обоймой считается наиболее простым и надежным способом увеличения несущей способности колонны. Обойма состоит из продольной и поперечной арматуры и бетонного слоя. (Рис. 3) Перед усилением поверхность колонны должна быть зачищена от старого штукатурного слоя, а поверхность существующего бетона за час до наращивания смочена водой. Чаще всего железобетонную обойму делают толщиной 6–12 см. [1] Сечение и количество продольной арматуры определяется исходя из расчетов. Совместная работа обоймы и колонной — очень важное условие. Поперечная арматура принимается диаметром не менее 6 мм и устанавливается с шагом S, удовлетворяющим требованиям:
;
,
где d -диаметр продольной арматуры; δ -толщина обоймы.
Рис. 3. Усиление железобетонной колонны с помощью железобетонной обоймы
Для внецентренно сжатых колонн для уменьшения начального эксцентриситета и увеличения прочности используют одностороннее наращивание сечения. Важным условием надежности является совместная работа нового слоя бетона со старым. Для этого предусматриваются те же мероприятия, что и при усилении железобетонными обоймами, и используется соединительная арматура маленького диаметра (10–30мм) с шагом 500–800 мм. В связи с большой трудоемкостью данное усиления применяется редко. [1]
Усиление колонн стальной обоймой (Рис. 4) — довольно простой метод в исполнении, позволяющий незначительно увеличить размер поперечного сечения и практически сразу ввести колонну в эксплуатационный режим. С использованием цементно-песчаного раствора устанавливаются продольные элементы обоймы из уголковой стали, прижимаемые к колонне с помощью струбцин, после чего к уголкам приваривают поперечные планки (шаг по длине колонны 400–600 мм). [1]
Рис. 4. Усиление железобетонных колонн стальными обоймами
Эффект преднапряженного состояния достигается путем приваренных, заранее нагретых до температуры 100–120°С, напряженных обойм поперечных планок. При остывании планки укорачиваются, создавая необходимое натяжение.
Достаточно эффективным методом увеличения несущей способности колонны является усиление с помощью стальных распорок. В данном случае несущая способность будет повышаться пропорционально площади поперечного сечения распорок.
Распорки состоят из двух уголков (швеллеров), которые связанны между собой соединительными планками и выпрямляются с помощью натяжных болтов. Распорки, включаясь в совместную работу с колонной, частично разгружают ее. Величина напряжений в распорках в момент их включения в работу по данным [2] достигает 60–80 МПа.
Усиление колонн предварительно напряженными распорками считается целесообразным при длине распорок не более 5 м для меньшего расхода металла при обеспечении устойчивости.
Решение о необходимости усиления колонн выдвигается на основании обследования здания с разработкой проекта и обоснованием выбранного метода.
Дополнительно составляется ведомость дефектов с фотофиксацией и карты дефектов строительных конструкций.
На основании проведенного визуально-инструментального обследования дается оценка технического состояния строительных конструкций и величина предельно-допустимых нагрузок.
Все обследуемые конструкции классифицируются по техническому состоянию и категории опасности дефектов.
- Юдина А. Ф. Реконструкция и техническая реставрация зданий и сооружений [Текст]: учеб. пособие/А. Ф. Юдина. — 3-е изд., стер. — М.: Академия, 2014. — 319 с.
- Бадьин, Г. М. Усиление строительных конструкций при реконструкции и капитальном ремонте зданий [Текст]: учеб. пособие / Г. М. Бадьин, Н. В. Таничева. — М.: Изд-во Ассоц. строит. вузов, 2010 (Курган). — 111 с.
- Гроздов В. Т. Техническое обследование строительных конструкций зданий и сооружений. СПб: Издательский Дом KN+, 2001. 140 с.
Источник
Усиление колонн
Автор работы: Пользователь скрыл имя, 03 Февраля 2013 в 17:34, реферат
Краткое описание
Как и для других конструкций, усиление колонн может быть выполнено методом увеличения сечения, изменением конструктивной схемы или комбинированным методом. Наиболее распространенный способ повышения несущей способности колонн — увеличение сечения элементов. При усилении центрально-сжатых колонн должно быть обеспечено минимальное смещение центра тяжести усиленного сечения от линии действия сжимающих усилий, в связи с чем для них рационально симметричное усиление.
Содержание
1. Вступление стр. 2.
2. Усиление колонн стр. 2.
2.1 Усиление колонн с помощью устройства железобетонных или металлических обойм стр. 2.
2. 2 Усиление колонн при помощи устройства «рубашек» стр.6.
2.3 Усиление колонн при помощи устройства предварительно напряженных металлических распорок стр.7
2.4 Усиление колонн с помощью увелечения сечения стр.12.
2. 5 Усиление колонн с помощью предварительно напряженные оттяжки стр.13.
3. Ремонт колонн
3.1 Основные материалы, применяемые при ремонте железобетонных конструкций стр.16.
3.2 Виды повреждений железобетонных конструкций стр.15.
3.3 Способы ремонта железобетонных конструкций стр.15.
4. Литуратура стр.20
Прикрепленные файлы: 1 файл
Реферат колонны.docx
Первые применяют для увеличения несущей способности внецентренно сжатых колонн с большими и малыми эксцентриситетами, вторые — для центрально и внецентренно сжатых колонн с двузначной эпюрой моментов.
Предварительно напряженные односторонние распорки состоят из двух уголков, соединенных между собой металлическими планками. В верхней и нижней зонах распорок приваривают специальные планки толщиной не менее 15 мм, которые передают нагрузку на упорные уголки и имеют площадь поперечного сечения, равную сечению распорок.
Рис. 4 Усиление колонны предварительно напряженными двусторонними металлическими распорками:
а — в период монтажа б — в напряженном состоянии;
1 — крепежный монтажный болт
2 — натяжной монтажный болт
3 — усиливаемая колонна
4 — уголки распорок
5 — упорные уголки
6 — планка для натяжения болтов в месте перегиба
8 — соединительные планки
Планки устанавливают таким образом, чтобы они выступали за торцы уголков распорок на 100-120 мм, и снабжают двумя отверстиями для стяжных болтов.
Упорные уголки должны быть установлены таким образом, чтобы их внутренние грани совпадали с наружной гранью колонн.
Для этого защитный слой бетона в верхней и нижней зонах колонны скалывают и устанавливают упорные уголки на цементном растворе строго горизонтально.
До установки распорок в проектное положение в боковых полках уголков в середине их высоты выполняется вырез и осуществляется их незначительный перегиб. Ослабление поперечного сечения уголков в месте выреза компенсируется приваркой дополнительных планок, в которых предусмотрены отверстия для стяжных болтов.
Предварительное напряжение распорок создается путем придания им вертикального положения за счет закручивания гаек натяжных болтов. При этом необходимо обеспечить плотное прилегание уголков к телу колонны, а также их совместную работу, объединив распорки с помощью приварки к ним металлических планок.
Шаг планок принимают равным минимальному размеру сечения колонны. После приварки планок стяжные монтажные болты снимают, а ослабленные сечения распорок усиливают дополнительными металлическими накладками.
Для эффективного включения распорок в работу достаточно создать в них предварительное напряжение порядка 40-70 МПа, что обеспечивается за счет расчетного удлинения при выпрямлении уголков.
При увеличении нагрузки на консоли колонн их усиливают предварительно напряженными горизонтальными или наклонными тяжами (рис. 5).
Рис. 5 Усиления консолей предварительно напряженными тяжами:
1 — усиливаемая консоль
2 — опорные элементы
3 — упоры из уголков
4 — предварительно напряженные тяжи
6 — упоры из швеллеров
Предварительное напряжение создается завинчиванием гаек или взаимным стягиванием хомутов. Применяют также разгрузку консолей с помощью дополнительных металлических кронштейнов (рис. 6) или специальных опор в виде швеллеров (уголков), которые крепят к колонне с помощью предварительно напряженных тяжей (&豻sp = 40-50 МПа).
Рис. 6 Усиление опирания балок:
а — при короткой консоли б — при длинной консоли;
1 — хомут вокруг колонны
5 — подставка из отрезка двутавра
6 — подвесная балка из швелле-рор
8 — упорный уголок
10 — уголковая поперечная подпорка
11 — горизонтальные упоры из уголков
12 — вертикальные крепежные болты
Железобетонные сжатые элементы, усиленные обоймами, «рубашками» и наращиванием рассчитывают как монолитные. При этом учет влияния продольного изгиба на несущую способность рекомендуется осуществлять путем расчета конструкции по деформированной схеме.
Изложенная ниже методика расчета правомочна в том случае, если элементы усиления плотно примыкают к опорным частям конструкций и обеспечена анкеровка арматуры в бетоне согласно требованиям СНиП.
Как показывают результаты обследований, повреждения колонн от силовых воздействий достаточно редки, что объясняется значительной недогруженностью колонн промышленных зданий и наличием в них определенных резервов несущей способности. Поэтому во многих случаях при реконструкции производственных зданий не требуется усиливать или заменять колонны и для обеспечения их дальнейшей нормальной эксплуатации можно ограничиться лишь небольшими ремонтными работами по ликвидации отдельных повреждений.
2.4 Усиление колонн с помощью увелечения сечения
Усиление колонн способом увеличения сечения достаточно эффективно и может выполняться практически при любом повышении нагрузок. Однако большая протяженность вертикальных швов, необходимость устройства подмостей по всей высоте колонны повышают трудоемкость работ по усилению. Кроме того, при усилении колонн, заделанных в стене, приходится проводить разборку стенового ограждения.
В результате приварки элементов усиления в колоннах возникает остаточный сварочный прогиб, приводящий к появлению дополнительного эксцентриситета приложения нагрузки. Направление остаточного прогиба противоположно направлению прогиба элемента непосредственно в процессе сварки, поэтому в тот или иной период времени сварочный прогиб для колонн, усиливаемых под нагрузкой, представляет собой догружающий фактор.
Сварочный прогиб зависит от жесткости стержня и погонной энергии при наложении швов. Для снижения влияния сварочных прогибов рекомендуется после сборки элементов усиления осуществить вначале их точечную приварку и лишь затем приступить к наложению основных швов. Это обеспечивает совместную работу элементов усиления и основного стержня и способствует снижению сварочных деформаций. Применение шпоночных швов также приводит к значительному уменьшению прогибов и сокращает сроки выполнения сварочных работ.
Усиление колонн способом изменения конструктивной схемы достаточно разнообразно. В высоких однопролетных зданиях с кровлей малой жесткости (волнистые листы с креплением на кляммерах) ужесточением связей по нижним поясам ферм (схема а) можно существенно увеличить эффект пространственной работы и уменьшить моменты от крановых нагрузок в нижнем сечении колонн до 50%. Особенно целесообразен этот прием в коротких зданиях при устройстве жестких торцов. В этом случае верхний конец колонн может считаться несменяемым, что приводит к уменьшению расчетной длины колонны в плоскости рамы.
Значительно повышается эффект пространственной работы каркаса также при устройстве неразрезных подкрановых конструкций. При этом благодаря введению дополнительной упругой опоры на уровне тормозных конструкций расчетная длина колонны в плоскости рамы снижается на 15—20%. Расчетную длину колонн из плоскости рамы можно уменьшить постановкой дополнительных распорок.
2. 5 Усиление колонн с помощью предварительно напряженные оттяжки
Для повышения поперечной жесткости каркаса и уменьшения расчетной длины колонн могут использоваться предварительно напряженные оттяжки. Однако такое усиление увеличивает в стойках продольные усилия в результате натяжения оттяжек, требует устройства сложных анкерных креплений и загромождает прилегающую к зданию территорию. Применение этого способа оправдано в исключительных случаях, когда другие методы усиления не могут быть использованы.
Одним из способов усиления колонн является снижение в них продольных усилий, благодаря введению дополнительных стоек или подкосов. Для уменьшения продольных усилий от крановых нагрузок дополнительными стойками или подкосами подкрепляются подкрановые балки. Этот способ целесообразен при необходимости одновременного усиления подкрановых конструкций. Если балки опираются на консоли колонн, то для их разгрузки могут быть установлены подкрановые стойки, соединенные с основной колонной гибкими связями.
В пролетах без мостовых кранов на дополнительные стойки могут быть переданы нагрузки от покрытия. Установка дополнительных стоек загромождает пространство цеха и требует устройства отдельных фундаментов. Кроме того, для включения элементов усиления в работу необходимо плотно подогнать их к вышележащим конструкциям подклиниванием или домкратами. Все это усложняет производство работ и повышает их трудоемкость. При значительном повышении крановых нагрузок целесообразно устройство отдельной крановой эстакады, воспринимающей все вертикальные нагрузки от кранов, при этом пролет мостовых кранов должен быть несколько уменьшен.
Разгрузка колонн введением дополнительных стоек может быть рекомендована в случае, если колонны при эксплуатации получили существенные повреждения и их усиление методом увеличения сечения не может быть выполнено (большой коррозионный износ, низкая свариваемость стали и т.д.). После разгрузки поврежденные колонны могут быть усилены бетоном. В некоторых случаях для усиления колонн может быть использован эффект предварительного напряжения. Такое усиление имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционными методами. Это: разгрузка элементов конструкций и снятие опасных напряжений; включение элементов усиления в работу конструкций непосредственно после их прикрепления; увеличение зоны упругой работы конструкций; снижение объема сварочных работ при монтаже элементов усиления; рациональное использование свойств материалов высокой прочности, применяемых для элементов усиления.
К наиболее эффективным способам усиления колонн предварительно напрягаемыми элементами, относятся : увеличение сечений предварительно напрягаемыми распорками; введение в работу усиливаемых колонн предварительно напряженных элементов из труб и других жестких профилей; комбинированное усиление — разгрузка колонны вводимыми в ее работу предварительно напрягаемыми элементами с последующим ее усилением увеличением сечений.
3.1. Основные материалы, применяемые при ремонте железобетонных конструкций.
Выбор материалов, которые можно эффективно использовать для качественного ремонта железобетонных сооружений, довольно ограничен. Наиболее часто применяются бетон и раствор, изготовленные из тех же цементов и заполнителей, что и подлежащая ремонту конструкция. В случае разрушения бетона при химическом воздействии может возникнуть необходимость в применении другого типа цемента или защитного покрытия.
Разрушение части сооружения после ремонта происходит, как правило, вследствие полной или частичной потери сцепления между старым и новым бетоном. Прочность такого сцепления непосредственно связана с качеством подготовки бетонной поверхности основной конструкции. За последнее время много внимания было уделено разработке вяжущих материалов.
Подавляющее большинство бетонных сооружений, требующих ремонта, имеет арматуру, и коррозия стали играет весьма существенную роль в разупрочнении этих сооружений. При коррозии черных металлов продукты коррозии занимают больший объем, чем сам исходный металл. Образование продуктов коррозии приводит к расслоению части примыкающего к арматуре бетона.
Защитные свойства бетона по отношению к стали имеют большое значение для долговечности арматуры и сооружения в целом. Качественные бетон и раствор на портландцементе могут обеспечить постоянную защиту стали благодаря щелочной среде, создаваемой цементным тестом. Существенное значение имеет выбор материалов для замены поврежденного и расслоившегося бетона и восстановления прочного защитного слоя.
3.2. Виды повреждений железобетонных конструкций
Разрушения и повреждения железобетонных конструкции можно разделить на пять основных категорий.
1. Недостаточность несущей способности в связи с ошибками при проектировании и строительстве, а также из-за ударных воздействий, взрывов или увеличения полезных нагрузок сверх значений, предусмотренных в проекте.
2. Повреждения от пожара, которые проявляются в снижении прочности сооружения в целом, а также значительных интенсивных повреждениях отдельных железобетонных элементов (плит перекрытии, балок, колонн и т. п.).
3. Снижение прочности из-за низкого качества бетона, недостаточной толщины защитного слоя или наличия хлоридов в бетоне.
4. Химическое воздействие на бетон и арматуру.
5. Механическое повреждение сооружения или его части, связанное с условиями эксплуатации, например истирание плит перекрытий в производственных зданиях, внутренних поверхностей бункеров для хранения крупнозернистых материалов.
3.4. Способы ремонта железобетонных конструкций
Обычный ремонт трещин в бетоне
Удовлетворительное качество ремонта достигается при соблюдении двух требований:
а) обеспечения максимально возможного сцепления между старыми и новыми материалами;
б) обеспечения максимальной плотности нового бетона или раствора и его непроницаемости при соответствующем составе
На практике для получения удовлетворительного результата необходимо правильно решать многочисленные, возникающие в связи с ремонтом, задачи. К этим задачам относятся:
1) выбор материалов — полимерраствора или цементного раствора;
2) установление объема поврежденного бетона и метода его удаления, а также выбор способа очистки арматуры;
3) определение состава смеси, а в случае применения цементного раствора или бетона — выбор заполнителей и водо-цементного отношения, а также добавок типа латексных эмульсий;
4) выбор метода нанесения раствора — ручного или при помощи сжатого воздуха;
Источник