Монолітні перекриття

Плити монолітних ребристих перекриттів підсилюються шляхом нарощування залізобетонної сорочки зверху існуючої конструкції (рис. 2.54). При такому підсиленні може бути два випадки роботи конструкцій: коли можна створити надійний контакт поверхні конструкції з новим бетоном та коли такого надійного контакту створити не можна, наприклад при просочуванні поверхні бетону існуючого перекриття нафтопродуктами.

У першому випадку конструкція розглядається як монолітна, а в другому — вважається, що обидві плити (існуюча та нова) працюють незалежно одна від одної, а навантаження на них розподіляється пропорційно жорсткостям їх.

Приклад 2.11. Залізобетонна монолітна плита (рис. 2.55) працює за балковою схемою, армована (на 1 м ширини) 6Ø8 А-І () і виготовлена із бетону класу В15 (). Товщина плити —8 см ( 6,5 см). У зв’язку зі збільшенням навантаження після реконструкції будинку (макси-мальний момент став дорівню-вати 6,57 кНм) не обхідне підсилення конструкції. Бетон плити не просочений продукта-ми виробництва, поверхня її дає можливість отримати надійне зчеплення нового і старого бетону.

Для підсилення використовуємо бетон класу В15 (не нижче ніж клас існуючої конструкції) й арматуру класу А-І ().

Ураховуючи, що бетон нарощування має достатнє зчеплення зі старим бетоном, тобто два шари бетону працюють сумісно, із двох рівнянь рівноваги можна визначити необхідну товщину шару , що нарощується:

Приймаємо = 4 см, що більше від мінімально допустимої товщини шару нарощування, яка дорівнює 3 см.

Приклад 2.12. Монолітна залізобетонна плита перекриття працює за балковою схемою (рис. 2.56). Плита заармована (і в прольотах, і на опорах) 6Ø8 А-І (на 1 м ширини), її ви-сота . Під час обст-еження вста-новлено, що арматура гла-денька і в результаті ко-розії має змен-шення діаме-тра на 30%, механічного визначення міцності арматури не проводилося. Бетон плити перекриття (за даними неруйнівних випробувань) має міцність Поверхня бетону піддавалась дії мінеральних масел, і забезпечити достатнє зчеплення старого та нового бетону неможливо. Навантаження на перекриття після реконструкції будівлі буде складати

Відповідно до СНиП 2.03.01-84* розрахунковий опір арматури розтягу приймаємо Фактичний діаметр робочої арматури , а площа поперечного перерізу одного стрижня

Визначаємо несучу здатність існуючої плити перекриття. Робоча висота перерізу

Відносна висота стиснутої зони бетону

При цьому а згинальний момент, що може сприйняти переріз,

Під дією навантаження (на 1 м ширини) у перерізах плити будуть виникати такі згинальні моменти:

— у крайніх прольотах

— на других від краю опорах

— у середніх прольотах і над середніми опорами

Оскільки > то необхідне підсилення конструкції.

Підсилення монолітної плити виконаємо шляхом нарощування її. Через те, що між існуючою конструкцією та бетоном нарощування немає можливості забезпечити зчеплення, то плиту підсилення будемо розглядати як працюючу самостійно, а зусилля між плитами розподілимо пропорційно їх жорсткостям.

Визначаємо товщину плити, що нарощується. Позначимо момент, який припадає на плиту підсилення , а її товщину . Виконаємо цю конструкцію із важкого бетону класу В15 (). Міцність бетону плити, яка підсилюється, що відповідає класу В10 ().

Жорсткість існуючої плити перекриття (при визначенні жорсткості припускалось, що тріщини відсутні, а впив арматури на момент інерції приведеного перерізу приймався пропорційним жорсткостям обох плит)

а жорсткість плити підсилення

Згинальні моменти розділимо пропорційно жорсткостям:

Оскільки

то можна записати

а звідси визначаємо необхідну товщину плити підсилення:

Приймаємо =0,08 м, що більше від мінімально допустимого 0,05 м. Визначаємо необхідну кількість арматури в перерізах плити підсилення. У крайніх прольотах ця конструкція повинна сприймати момент :

Після перетворень маємо:

Робоча висота перерізу плити підсилення

при цьому а необхідна площа арматури

Приймаємо в крайніх прольотах 5Ø6 А-І ().

У перерізі над другою від краю опорою діє момент :

при цьому а необхідна площа арматури

Приймаємо 5Ø6 А-І ().

У середніх прольотах та над середніми опорами діє згинальний момент :

при цьому а необхідна площа арматури

Приймаємо 5Ø6 А-І ().

Схема армування підсиленої плити показана на рисунку 2.57.

Плити можуть підсилюватися також нарощуванням знизу існуючої конструкції. При цьому до арматури плити приварюється додаткова арматура сорочки, а потім наноситься шар торкретбетону (рис. 2.58).

Монолітні безбалкові перекриття підсилюються в основному двома методами — шляхом улаштування монолітної залізобетонної плити зверху існуючого перекриття та підведенням знизу металевих балок.

У першому випадку існуюча плита (варіант підсилення використовується при значному руйнуванні безбалкового перекриття) замінюється на нову (рис. 2.59). Якщо ступінь пошкодження існуючого перекриття дозволяє зберегти та використовувати його в подальшому, по верху плити влаштовується монолітна залізобетонна сорочка. Ця конструкція може працювати незалежно від існуючої плити (коли неможливо створити надійне зчеплення нового і старого бетону) або сумісно. В цьому випадку для поліпшення зчеплення в існуючій плиті влаштовують поглиблення діаметром 100 мм із кроком в обох напрямках 500...700 мм, які відіграють роль шпонок (рис. 2.60). У поглиблення встановлюються петлі з арматурної сталі, що заводяться під арматуру існуючої плити та прив’язуються до арматури набетонки. Товщина залізобетонної сорочки визначається розрахунком, але не може бути менше ніж 50 мм.

У другому випадку знизу безбалкового перекриття підводиться система металевих балок. Ці балки закріплюються на металевих обоймах колон або на опорних столиках у вигляді залізобетонних обойм навколо колони. Металеві балки служать опорами існуючої плити і, зменшуючи проліт чи навіть конструктивну схему, приводять до зменшення внутрішніх зусиль. Існуюче перекриття перетворюється в балкове з плитами, обпертими по контуру (рис. 2.61), або з балковими плитами (рис. 2.62). При використанні такого виду підсилення важливо включити балкову систему в сприйняття зовні-нього зусилля. Для цього проміжок між верхом мета-левих балок та низом залізобетон-ної плити розкли-нюють металеви-ми пластинами, розташованими по довжині балки не рідше ніж через 1 м. Після розкли-нювання пластини зварюють між со-бою й приварюють до балки. Промі-жок між балкою та плитою (між пластинами) ретельно зачеканюють цементним розчином марки не нижче ніж М100.

Збірні безбалкові перекриття підсилюються аналогічно монолітним.

Балки

Залізобетонні балки можуть рекон-струюватися шляхом зміни їх розрахунко-вої схеми, що, найчастіше, досяга-ється встановленням додаткових розван-тажувальних елемен-тів (рис. 2.63). При цьому треба мати на увазі, що встанов-лення додаткових опор пов’язана з про-блемою надійного обпи-рання їх. Якщо опори встановлюються без-посередньо на ґрунт, то необхідно його поперед-ньо ущільнити для того, щоб деформації ґрунту під фундаментом нової опори не призвели до виключення її з роботи. Під час установлення опори на іншу будівель-ну конструкцію (балку, плиту перекриття, тощо) потрібно переконатися (розрахунками) в надійній роботі конструкції з урахуванням дії такого непроектного навантаження. Розвантажуючі рами часто перешкоджають нормальному ходові технологічного процесу в приміщенні.

Найбільш ефективним способом підсилення балок є нарощування бетону в стиснутій зоні (рис. 2.64) або встановлення додаткової арматури в розтягнутій.

При незначному збільшенні несучої здатності балки додаткова арматура приварюється за допомогою арматурних коротишів (рис. 2.65, а), а при значному — шляхом встановлення додаткових відгинів (рис. 2.65, б). Ці додаткові елементи приварюються до оголеної арматури з кроком (по довжині балки) 1 м. Після приварювання арматури захисний шар бетону відновлюється.

Для включення арматури підсилення в роботу її попередньо напружують. При підсиленні балок затяжками (рис. 2.66) це напруження створюється шляхом затягування гайок динамометричним ключем. Контроль величини попереднього натягу в даному разі здійснюється регулюванням величини зусилля затягування гайки.

Якщо балка підси-люється шпренгельною затяжкою (рис. 2.67), то попереднє напруження створюється шляхом стя-гування двох гілок затяж-ки, а його значення регулюється величиною відхилення гілки від прямолінійного напряму.

Приклад 2.13. Залізобетонна балка пере-криття має розрахунко-вий проліт 5,7 м. Висо-та балки 0,52 м, шири-на 0,26 м, виконана вона із важкого бетону класу В30 ( при =0,9), заармована 2Ø22 та 1Ø20 арматури класу А-ІІІ ( = 10,74 см², = 365 МПа). Відстань від розтягнутої грані балки до центра мас арматури складає = 40 мм. На конструкцію в середині її прольоту діє згинальний момент = 255,2 кНм.

Необхідно перевірити несучу здатність балки і за необхідності підсилити її шпренгельною затяжкою.

Робоча висота перерізу

=520 – 40 = 480 мм = 0,48 м.

Висота стиснутої зони бетону

Відносна висота стиснутої зони бетону

<

Несуча здатність поперечного нормального перерізу

<

<

Необхідне підсилення конструкції.

Центр маси затяжки розмістимо на відстані = 60 мм від нижньої грані балки, тобто

Центр маси всієї арматури

де — площа перерізу затяжки;

— розрахунковий опір затяжки розтягу (приймаємо =225 МПа);

— зведена площа арматури

Звідси

Висота стиснутої зони бетону

Згинальний момент з урахуванням арматури затяжки

Підставивши значення та виконавши перетворення, маємо:

де

Визначаємо площу перерізу всієї необхідної арматури:

Необхідна площа перерізу затяжки

Приймаємо 2Ø25 А-І ().

Визначаємо висоту стиснутої зони бетону:

Зведена робоча висота перерізу

При цьому

<

При попереднє напруження повинне бути:

Відстань між опорами (розпірками) (див. рис. 2.67, поз. 4), де затяжка зазнає перегину, становить 4540 мм, а половина цієї відстані 2270 мм.

Подовження гілки затяжки складає

тобто величина зміщення середини затяжки від прямолінійного напряму

Відносна деформація затяжки

З іншого боку

Звідси

Зміщення однієї гілки затяжки повинне бути:

Останнім часом усе ширше для підсилення залізобетонних балок використовується метод наклеювання в розтягнутій зоні шару склотканини чи полімерного покриття, що включає в себе скляні джгути (рис. 2.68). У якості полімерного покриття в першому випадку використовується епоксидно-фуранова композиція з мінеральним наповнювачем із тонко меленого кварцового піску. Скляні джгути (рис. 2.68, б) являють собою вихідний продукт для отримання склопластикової арматури і складаються із набору скляних тонковолокнистих ниток. Компоненти полімерного покриття (5 за масою): ненасичена поліефірна смола — 37,0; нафтонат кобальту — 3,0; гіпераз — 1,5; наповнювач, який має у собі 50...58% , — 58,5.

Опорні частини балок (при необхідності підсилення похилого перерізу) підсилюються шляхом постановки додаткових зовнішніх вертикальних (рис. 2.69, а) або похилих (рис. 2.69, б) хомутів. Включення елементів підсилення в роботу виконується за рахунок затягування гайок на кінцях хомутів або шляхом попарного стягування стержнів додаткової арматури.

Простим методом реконструкції залізобетонних балок (як монолітних, так і збірних) є підведення знизу розвантажуючих металевих балок. Ці балки можуть кріпитися на колонах (за допомогою спеціальних залізобетонних хомутів чи металевих консолей) або підвішуватися до конструкції, що підсилюється за допомогою хомутів (рис. 2.70).

Для великопролітних кроквяних балок розвантажуючи балки можуть влаштовуватись на покритті (рис. 2.71).

Кроквяні конструкції можуть підсилюватися в розтягнутій зоні шляхом постановки шарнірно-стержневих ланцюгів з підвісками (рис. 2.72) або шарнірно-стержневих ланцюгів з розпірками (рис. 2.73). У першому випадку включення ланцюгу в роботу виконується за рахунок затягування гайок, тим самим відтягуючи ланцюг до низу. В другому попереднє напруження в ланцюгу створюється шляхом підвішування певної величини вантажу до ланцюга та встановленням розпірок із металевих пластин в зазор між опорним швелером та ланцюгом. Після цього вантажі знімаються. В пустотних балках (типу БДР) для збільшення їх жорсткості частина отворів може бути замонолічена бетоном. При цьому використовується бетон класу не нижче ніж В30.

Залізобетонні підкранові балки працюють в умовах динамічних багатократно повторних навантажень. Це слід враховувати при проектуванні їх підсилення. Найбільш розповсюдженим методом підсилення підкранових балок є взяття їх в обойму. Обойми в даному випадку можуть бути у вигляді залізобетонної сорочки (рис. 2.74, а), сорочки із склопластику (рис. 2.74, б), листового металу, наклеєного на полімеррозчині (рис. 2.74, в) чи стальної обойми (рис. 2.74, г).

Залізобетонне нарощування підкранових балок, як правило, не виконується через те, що при цьому збільшується висота балки, що створює ряд проблем: з кріпленням балок до колони, необхідністю нарощування усіх балок в прольоті, а це не завжди можливо, тощо.

При значному руйнуванні конструкцій їх беруть в металеві обойми (рис. 2.75), які виконують роль металевих просторових ферм і сприймають переважну частину (або навіть і все) навантаження на балку.

Полички підкранових балок (найбільш розповсюджене пошкодження таких конструкцій) відновлюються шляхом нарощування залізобетоном (рис. 2.76, а) або листовим металом (рис. 2.76, б). При значному пошкодженні поличок, наприклад при повному руйнуванні звисів, поличка з відновленим бетоном полички (для цього використовують дрібнозернистий полімер бетон класу не нижче ніж В30) беруть у металеву обойму (рис. 2.77).

Приклад 2.14. Необхідно визначити розрахункову арматуру сорочки балки (рис. 2.78) при відстані між цією арматурою та існуючою арматурою площею — 0,15 м. Розміри підсиленої балки (з сорочкою): м, м. Робоча висоти балки до її підсилення складала м, площа існуючої арматури — 24,5 см² (5Ø25 А-ІІ), характеристики матеріалів: (бетон класу В15). Балку нарощують також бетоном класу В15. Після реконструкції на балку буде діяти згинальний момент 500 кНм.

Необхідну площу арматури сорочки підсилення визначаємо із спільного рішення рівнянь рівноваги за формулою:

де

Приймаємо 4Ø22 А-ІІ ( =15,20 см²).

Визначаємо висоту стиснутої зони:

Оскільки:

>

то застосування вищенаведених формул правомірне.

Приклад 2.15. Збірна залізобетонна однопрольотна вільнообперта балка прямокутного перерізу ( 0,4 м; 0,8 м; 0,76 м) із бетону класу В20 ( 0,9 МПа) після встановлення нового устаткування буде навантажена рівномірно розподіленим навантаженням інтенсивністю 140 кН/м. Проліт балки 5,6 м. В при опорній частині балка армована двозрізними хомутами із арматури Ø6 класу А-І ( 175 МПа), що поставлені з кроком 150 мм. Необхідно оцінити міцність похилого перерізу на дію поперечної сили і при необхідності підсилити його.

Інтенсивність зусиль в хомутах:

кН/м.

Довжина проекції похилої тріщини на поздовжню вісь балки:

>

Несуча здатність перерізу:

Найбільша поперечна сила, що діє в балці:

>

тобто міцність не забезпечена.

Частину діючої поперечної сили передамо на зовнішні хомути, що поставимо з обох боків балки кроком = 0,2 м. Визначимо діаметр цих хомутів:

Із конструктивних міркувань приймаємо діаметр хомутів Ø8 А-І.

Визначимо переріз по довжині балки, після якого в установленні хомутів немає потреби:

де — відстань від опори до перерізу, що розглядається.

Приклад 2.16. Двосхила залізобетонна балка, довжиною 18 м виготовлена із бетону класу В40 ( 22,5 МПа) армована в розтягнутій зоні 6Ø14 К-19 ( 9,23 см²). У розрахунковому нормальному перерізі балка має такі геометричні параметри: 0,08 м; 0,27 м; 0,4 м; 0,185 м; 0,21 м; 1,28 м; 1,35 м.

В результаті установлення підвісного обладнання згинальний момент у перерізі, що розглядається, зріс до 1900 кНм. Необхідно провести підсилення балки.

Балку підсилюємо шляхом встановлення двох стержнів затяжки, закріплених на торцях балки і розміщених на відстані 50 мм від нижньої грані балки. Для включення затяжки у роботу здійснюють її попереднє напруження стягуванням двох стержнів.

Знаходимо положення нейтральної осі:

=1977,2 кНм > 1900 кНм.

тобто нейтральна вісь проходить у межах полиці.

Відстань між центрами мас існуючої () арматури та тієї, що встановлюється додатково () =0,12 м.

Необхідну кількість арматури визначаємо із виразу:

де:

Приймаємо 2Ø28 А-ІІІ ( =12,32 см²).

Визначаємо положення нейтральної осі:

Оскільки 0,5(h-x) = 0,5 (1,35 – 0,17) = 0,59 > = 0,12 м, то використання вищенаведених виразів правомірне.

Відносна висота стиснутої зони бетону:

<

де визначаємо загальноприйнятим методом.

Приклад 2.17. З алізобетонна підкранова балка довжиною 6 м ( 0,8 м, 0,56 м, ширина ребра внизу 0,24 м, біля примикання до полиці — 0,32 м; вага балки 39 кН) покладена на консолі залізобетонних колон. Виліт консолі 0,6 м; відстань від внутрішньої грані колони до осі підкранової балки 0,35 м; ширина колони 0,4 м. Опорна реакція від підкранової балки (при найбільш невигідному навантаженні) 166 кН. Через помилки при монтажі розміри площадки обпирання підкранової балки недостатні для надійної роботи конструкції. Необхідно провести підсилення вузла без демонтажу підкранових балок.

Схема підсилення наведена на рис. 2.78.

Траверсу Т1 розраховуємо як балку на двох опорах прольотом 0,55 м, що завантажена однією силою (опорною реакцією). Максимальний згинальний момент, що діє на одну траверсу:

кНм.

Приймаємо сталь ВСт3 кп 2-1 (за ТУ 14-1-3023-80) з розрахунковим опором 235 МПа.

Необхідний момент опору

Приймаємо 2 [ № 12 за ГОСТ 8240-72* (W = 101,2 см³).

Розрахункова схема траверси Т2 така ж, як і для балки на двох опорах, що завантажена опорною реакцією підкранової балки. Сила прикладена посередині прольоту, а сам проліт дорівнює 0,45 м.

Максимальний згинальний момент посередині:

кНм.

Приймаємо той же матеріал, що і для траверси Т1. При цьому необхідний момент опору дорівнює:

Приймаємо 2 [ № 12 за ГОСТ 8240-72* (W = 101,2 см³).

Зусилля, що приходяться на один тяж 0,5x166=83 кН.

Тяжі запроектуємо із арматури класу А-І ( =225 МПа). Необхідна площа перерізу тяжа:

Приймаємо з урахуванням необхідності нарізання різьби Ø25 А-І ( 4,95 см²).

Ферми

Залізобетонні кроквяні ферми підсилюються, як правило, постановкою зовнішньої стальної арматури — гнучкої чи жорсткої.

При постановці системи затяжок із арматури (рис. 2.79) або шарнірно-стержневого ланцюга (рис. 2.80) зусилля в елементах ферм зменшується, оскільки значну частину їх вдається передати на елементи підсилення. Перерізи конструкції підсилення розраховуються та включаються в роботу шляхом їх попереднього напруження. Під час використання системи затяжок виникає проблема рівномірного та симетричного включення в роботу усіх затяжок, тому що при нерівномірних напруження в затяжках може мати місце не розвантаження, а навпаки — довантаження окремих елементів ферми та їх руйнування.

Розвантажувати конструкції можна також шляхом постановка додаткових проміжних опор (рис. 2.81). Навантаження додаткових опор виконується за допомогою спеціальних пристроїв (поз. 5 рис. 2.81). Роль такого пристрою можуть виконувати клинці, плоскі домкрати, гвинти тощо. При такому способі підсилення змінюється розрахункова схема конструкції, можуть регулюватись не лише величина зусиль, але і їх знак, тобто напружено-деформований стан. Проблема заключається не лише в одноразовому забезпеченні міцності усіх елементів та їх вузлів в процесі реконструкції та завантаження, але і в тому, що зусилля в додаткових опорах потрібно зберігати протягом усього періоду експлуатації шляхом їх регулювання. Усе це вимагає постійного спостереження за реконструйованими таким чином конструкціями та проведення робіт з регулювання зусиль. Особливу увагу при такому способі реконструкції слід приділяти попередньому ущільненню ґрунту під додатковими опорами, оскільки наступні деформації основи може призвести до кардинального перерозподілу зусиль та руйнування конструкції.

Розтягнуті елементи кроквяних ферм (нижні пояси, кісці) підсилюються встановленням додаткової арматури, яка закріплюється або (для нижнього пояса (рис. 2.82)) на опорних вузлах або (для кісців (рис. 2.83)) — на проміжних.

Попереднє напруження арматури підсилення здійснюється затягуванням муфт чи стягуванням стержнів між собою (рис. 2.82). Оскільки довжина нижнього поясу значна, то стягування гілок арматури здійснюється в декільком місцях по довжині нижнього поясу з постановкою розпірних елементів.

Величина попереднього напруження задається в межах 0,7 та регулюється величиною відхилення стержня арматури від прямолінійного напрямку. Якщо необхідне значне підсилення нижнього поясу (значну частину розтягуючого зусилля необхідно передати на елементи підсилення), то використовують прокатні профілі — найчастіше швелери (рис. 2.84).

Попереднє напруження такої жорсткої арматури створюється також шляхом відгину профілю від прямолінійного напряму, але вже в горизонтальній площині. При підсилення нижнього поясу поздовжня додаткова арматура кріпиться або до торцевого листа (рис. 2.82), якщо є можливість розмістити його між сусідніми фермами чи фермою і стіною, або приварюється до „коробочки“ із листового металу, якою обшивається опорний вузол.

Опорні та проміжні вузли кроквяних ферм підсилюються шляхом взяття їх в обойму рис. 2.85). Обойми виготовляють із металевих лінійних елементів (стержнів, кутиків, штаб тощо), металевих листів та у вигляді залізобетонної обойми. Ефективність роботи обойми залежить від ретельності її виготовлення та правильного включення в роботу. Для виконання останньої вимоги необхідно ретельно затягнути натяжні та скріплювальні болти, а між поверхнею бетону вузла та металом елемента підсилення покласти шар полімеррозчину.