Усиление железобетонных конструкций

Усиление железобетонных конструкций выполняется на основании результатов технического обследования, ремонтопригодности и конкретных возможностей восстановления конструкций для обеспечения их нормальной работы в составе здания.

Общие правила производства работ по усилению железобетонных конструкций

1. Производство работ следует вести с соблюдением правил техники безопасности на указанных местах согласно схемам усиления технических решений.

2. При усилении поврежденных конструкций рекомендуется использовать перфораторы мощностью не более 0,8 кВт и не допускать динамических воздействий на конструкции здания.

3. Катет сварного шва K f металлических элементов усиления принимают по наименьшей толщине свариваемых элементов. Максимальная длина сварного шва L = 85K f .

4. Все металлические элементы усиления после установки в проектное положение покрывают защитным составом (грунтовка ГФ-021) согласно технологии нанесения, сварные швы тщательно зачищают и загрунтовывают за 2 раза.

Усиление фундаментных конструкций распределительными поясами

Основные причины усиления фундаментов поясами:

Неравномерная осадка основания;

Морозное пучение грунтов и материала фундамента (незагруженные фундаменты в случае длительного перерыва в строительстве).

Основные способы усиления фундамента поясами :

Устройство металлического распределительного пояса;

Устройство железобетонного распределительного пояса.

Распределительные пояса устраивают по верху фундамента (см. рис.6.10). Пояс перераспределяет возникающие усилия в существующих конструкциях и способствует снижению напряжения на локальных участках.

Последовательность устройства железобетонных распределительных поясов (рис. 6.10)

1. Очищают поверхность фундаментов и стен (1), (2), смачивают водой материал фундамента за двое суток до бетонирования.

2. Определяют последовательность выполнения работ. Рекомендуется производить работы симметрично с двух сторон фундамента по захваткам длиной до 2 м.

3. Устраивают штрабы для устройства поясов.

4. Просверливают отверстия с шагом 0,5-0,6 м для пропуска соединительных стержней (5) (арматура класса АIII диаметром 10-12 мм). Устанавливают арматурные стержни.

5. Устанавливают арматурные каркасы пояса из арматуры класса АIII диаметром 10-12 мм, сваривают с соединительной арматурой. Фиксаторами обеспечивают защитный слой арматуры.

6. Устанавливают опалубку для бетонирования пояса (6) высотой 5-10 см.

7. Укладывают бетон класса не менее В15 с вибри-рованием.

8. После набора передаточной прочности бетоном снимают опалубку.

Рис. 6.10. Схема устройства распределительных поясов ленточных фундаментов после перерыва в строительстве:

а - стального; б – железобетонного;

1 - стена; 2 - фундамент; 3 - швеллер; 4 - стальной болт; 5 -соединительный стержень; 6 - железобетонный пояс

Увеличение площади опирания железобетонных элементов

При возведении зданий нередко закладываются дефекты - нарушения выполнения стыков и узлов железобетонных элементов. Плиты покрытия могут быть сдвинуты относительно ригеля, ригель может быть смещен относительно консолей колонны и т.д. Горизонтальные сдвижки приводят к дефекту опирания: площадь опирания значительно уменьшается, что может провоцировать обрушение конструкций каркаса. Требуется исправление узлов опирания путем устройства подпорных стоек или увеличения площади опирания.

Основные причины уменьшения площади опирания элементов :

Неравномерные деформации грунтов основания;

Динамическое воздействие на конструкции каркаса здания.

Область применения способа :

При дефектах монтажа элементов здания.

Основные способы увеличения площади опирания :

Устройство металлического опорного столика;

Подвеска опорных столиков с помощью тяжей.

В результате исправления опирания железобетонных элементов восстанавливается жесткость сопряжения конструкций каркаса, горизонтальных дисков перекрытия и покрытия.

До производства работ по увеличению площади опирания железобетонных элементов разрабатывают технические решения по конструированию схемы исправления с расчетами с учетом выявленных дефектов и разрабатывают технологию производства работ (технологическую карту).

Ниже приведены схемы усиления узлов опирания ребристых плит на ригель (см. рис. 6.11) и дана последовательность работ по исправлению узлов.

Последовательность исправления узлов опирания плит покрытия (рис. 6.11)

1. Подвести подпорные стойки безопасности под плиты покрытия (металлические стойки или брус на подкладках).

2. Очистить металлическими щетками закладные детали (3) плит покрытия (1) и ригелей (2).

Рис. 6.11. Схема исправления узлов опирания ребристых плит перекрытия на ригель:

а - приваркой опорных столиков; б - подвеской опорных столиков с помощью тяжей;

1 - ребристая плита перекрытия; 2 - железобетонный ригель; 3 - закладная деталь ригеля; 4 - опорный столик из уголков; 5 - ребро жесткости; 6 - уголок; 7 - опорный лист; 8 - пластина; 9 - тяж; 10 - уголок и шайба

Рис. 6.12. Схема исправления узла сопряжения ригеля с колонной:

а - в каркасах серии 1.420-12; б - в каркасах серии 1.020-1;

1 - ребристая плита перекрытия; 2 - железобетонный ригель; 3 - колонна; 4 - стяжной болт; 5 - охватывающий хомут из уголков; 6 - упорный уголок; 7 - дополнительный опорный лист; 8 - ребра жесткости

3. Установить опорный столик из уголков (4) и (6) с ребрами жесткости (5) согласно схеме усиления.

4. При исправлении с помощью тяжей – установить тяжи (9) в просверленные отверстия в теле плиты. Для предотвращения разрушения материала плиты установить металлическую пластину под ее ребра (7) и на верхнюю грань ригеля (8).

5. Все элементы усиления огрунтовать и окрасить масляной краской.

Для усиления узла опирания ригеля на консоли колонны обычно используется дополнительный опорный столик, подвешенный к хомуту, охватывающего колонну (см. рис. 6.12).

Усиление железобетонных конструкций наращиванием производится при большом физическом износе конструктивных элементов.

Основные причины усиления железобетонных конструкций:

Снижение прочности бетона;

Коррозия арматуры, закладных деталей и стальных связей, соединяющих элементы между собой.

Увеличение нагрузки на конструкции.

Область применения способа :

При незавершенном строительстве;

При перерыве в строительстве;

При дефектах материала и соединительных деталей железобетонных элементов каркаса.

Основные способы усиления железобетонных конструкций:

Наращивание бетонного слоя (см. рис.6.13);

Усиление с помощью нагелей, стяжных болтов, стержней (см. рис. 6.14);

Усиление прокатными элементами (см. рис. 6.15);

Подведение разгружающих элементов, шпренгелей (см. рис. 6.16, 6.17);

Усиление арматурными стержнями (затяжками). Применяется для усиления элементов ферм (см. рис. 6.18);

Усиление железобетонной обоймой.

В результате усиления восстанавливается прочность железобетонных конструкций.

Последовательность производства работ по усилению стеновых панелей наращиванием (см. рис.6.13)

1. Очищают поверхность стен (2), смачивают водой материал панелей за двое суток до бетонирования.

2. Определяют последовательность выполнения работ. Работы производить с одной или двух сторон стеновых панелей согласно схеме усиления.

3. Просверливают отверстия с шагом 0,5-0,6 м для установки «глухих» или «сквозных» анкеров (3), (4) (арматура класса АIII диаметром 10-12 мм). Устанавливают анкера.

4. Устанавливают арматурную сетку (5) из арматуры класса АIII диаметром 6-10 мм, сваривают с анкерами.

5. Устанавливают опалубку для бетонирования поверхности стен (6) или производят торкретирование поверхности.

Рис. 6.13. Схема усиления стеновых панелей наращиванием:

а - наружной с одной стороны;

б - внутренней с двух сторон;

1 - пустотная плита перекрытия; 2 - стеновая панель; 3 - «глухой» анкер; 4 - «сквозной» анкер; 5 - арматурная сетка; 6 - наращивание бетоном

Усиление стеновых панелей с помощью стержней производится подобным образом.

При усилении нагелями, стяжными болтами в стеновых панелях устраиваются штрабы с шагом 0,3-0,5 м по высоте (см. рис.6.14).

После установки усиливающих элементов (2), (4), (5), (6) штрабы заполняются легким бетоном или поризованным раствором. Поверхность оштукатуривается или устраивается новый отделочный слой.

Усиление панелей перекрытия производится при большом физическом износе и недостаточной несущей способности плит, нарушении целостности горизонтального диска перекрытия.

Рис. 6.14. Схема скрепления расслоившихся наружных стеновых панелей:

а - нагелями; б - стяжными болтами; в – стержнями;

1 - стеновая панель; 2 - нагель; 3 - легкий бетон или поризованный раствор; 4 - стяжной болт; 5 - шайба; 6 - гайка; 7 - стержни; 8 - шайба-фиксатор из проволоки; 9 - сварная или тканая сетка; 10 - обвязка из проволоки; 11 - отделочный слой

Последовательность усиления плит перекрытия (рис. 6.15)

1. Произвести разметку усиления плит перекрытия (1).

2. Демонтировать участки плит над пустотами для пропуска двутавров.

3. Установить двутавры (2) в пробитые пустоты.

4. Уложить арматурную сетку (3) по верху плит перекрытия, приварить сетку к двутаврам.

5. Уложить слой мелкозернистого бетона (4) с уплотнением виброрейкой.

Рис. 6.15. Усиление железобетонных пустотных плит перекрытия:

1 - плита перекрытия; 2 - двутавр № 16 через две пустоты; 3 - сетка из арматуры АI диаметром 8 мм с шагом 150х150 мм; 4 - мелкозернистый бетон класса В20

Усиление ребристых плит покрытия может производиться подведением разгружающих элементов (см. рис. 6.16).

Производство работ в этом случае начинают с расшивки швов между плитами и пробивки отверстий для пропуска стяжных болтов при малой ширине шва. Затем устанавливают элементы усиления (3-7), производят окраску защитным составом.

Усиление балок перекрытия производится при большом физическом износе и недостаточной несущей способности балок.

Последовательность усиления балок перекрытия (рис. 6.17)

1. Произвести разметку усиления балки перекрытия (1).

2. Установить элементы усиления (3-8) в проектное положение, все соединения - сварные.

3. Включить в работу шпильки (3) затяжкой гаек (4) до проектного значения.

4. Окрасить элементы усиления защитным составом.

Рис. 6.16. Усиление железобетонных ребристых плит подведением разгружающих элементов:

1 - ребристая плита; 2 - железобетонные балки; 3 - металлические уголки, устанавливаемые в расчищенные швы между плитами (выполняются неразрезными); 4 - прокатный швеллер, установленный на цементно-песчаном растворе; 5 - металлические пластины, приваренные к швеллеру; 6 - стяжные болты, установленные в швах между плитами (при малой ширине шва сверлят отверстия); 7 - планки-шайбы, приваренные к уголкам; 8 - швы, заполненные цементно-песчаным раствором после включения разгружающих балок в работу

Рис. 6.17. Усиление железобетонной балки прямым шпренгелем:

1 - балка перекрытия; 2 - колонны каркаса здания; 3 - шпилька из стержневой арматуры с резьбой; 4 - гайка; 5 - арматурный стержень класса А I; 6 - деталь из уголка и металлических пластин для натяжения шпильки; 7 - деталь для крепления арматурного стержня (5) у торца балки; 8 - металлическая пластина для крепления детали (7)

Рис. 6.18. Усиление железобетонной стропильной фермы установкой затяжек:

1 - усиливаемая ферма; 2 - затяжка из предварительно напряженной арматуры диаметром 25-40 мм класса А III; 3 - торцевой опорный лист; 4 - распорка (металлическая пластина); 5 - стяжной хомут из арматурной стали; 6 - затяжки из арматурной стали; 7 - муфты натяжения; 8 - охватывающий хомут из листового металла и соединительных планок

Усиление ферм производится при большом физическом износе и появлении признаков потери устойчивости элементов ферм в виде трещин, лещадок (см. рис. 6.18).

Технология усиления ферм затяжками

1. Произвести разметку усиления элементов фермы (1).

2. Установить элементы усиления (2-8) в проектное положение.

3. Произвести натяжение затяжки из арматурной стали (6) на опорном листе (3) с помощью динамометрического ключа.

4. Стяжными хомутами (5) увеличить натяжение до проектного значения.

5. При усилении раскосов приварить арматурные стержни к охватывающим хомутам из листового металла и соединительных планок и ввести в работу стяжными муфтами (7).

6. Окрасить элементы усиления защитным составом.

Наиболее распространенный способ усиления железобетонных конструкций заключается в устройстве металлической или железобетонной обоймы (рубашки).

Металлическую обойму применяют при незначительном физическом износе и недостаточной несущей способности, как правило, для изгибаемых железобетонных элементов (балки, фермы и т.д.).

Преимущество металлической обоймы заключается в небольшом увеличении веса усиливаемой конструкции, возможности восприятия усиливаемым элементом больших изгибающих усилий.

Основной недостаток – это высокая стоимость материалов и большие затраты труда.

Железобетонная обойма (рубашка) защищает арматуру и увеличивает площадь сечения усиливаемого элемента. Применяется при значительных разрушениях материала железобетонной конструкции, коррозии арматуры. Железобетонная обойма используется для сжатых элементов, воспринимающих небольшие изгибающие усилия, в агрессивных средах (повышенная влажность, высокая температура и т.д.) (см. п. 6.1.6).

Преимущество железобетонной обоймы заключается в возможности эксплуатации усиливаемой конструкции в агрессивных средах за счет введения в состав бетона обоймы различных добавок.

Главный недостаток – значительное увеличение веса усиливаемого элемента.

До производства работ по усилению колонны железобетонной обоймой производят расчет по определению несущей способности железобетонной колонны. Разрабатывают проект усиления колонны, схему армирования обоймы, назначают класс бетона, арматуры. Разрабатывают технологию устройства обоймы.

Технология устройства железобетонной обоймы

1. Очищают поверхность колонны, смачивают водой материал колонны за двое суток до бетонирования.

2. Производят разметку усиления колонны.

3. Устанавливают арматурные каркасы, обеспечивают вертикальность фиксаторами, сопряжение арматуры с выпусками арматуры фундамента (если необходимо).

4. Устанавливают опалубку, проверяют вертикальность установки.

5. Укладывают бетон с послойным уплотнением, толщина слоя не более 0,5 м.

В современном мире инженеры-проектировщики все чаще сталкиваются с необходимостью усиления существующих конструкций, чтобы сохранить или даже увеличить их несущую способность. Некоторыми причинами этих задач являются перемены в использовании административных и промышленных зданий, увеличение транспортных нагрузок на мосты, изменения конструкций и уменьшение несущей способности вследствие коррозии бетона и стали. Существует много различных методов усиления, например, добавление предварительно напряженной и ненапряженной стали, установка внешней предварительно напряженной арматуры, увеличение поперечного сечения бетона с дополнительной арматурой или без нее (бетон, нанесенный набрызгом, обычным способом или приклеенный готовыми блоками) и т.д. Необходимо учитывать, подвергается ли поверхность для усиления нагрузкам на сжатие, растяжение или сдвиг, учитываются ли меры, относящиеся к стабильности, годности к употреблению и/или безопасности от усталости. Задачей именно инженера является выявление идеального метода усиления восстанавливаемой конструкции. Поэтому сейчас у инженеров-проектировщиков появилась возможность использовать приклеиваемое усиление в качестве альтернативы традиционным методам усиления. Технология соединения бетонных и железобетонных блоков, испытывающих нагрузки, путем склеивания реактивными смолами оправдала себя как надежная и сейчас находит широкое применение, особенно по причине того, что этот метод оказывается более экономичным в некоторых случаях и незаменим в условиях ограниченности свободного места.

Необходимость в усилении строительных конструкций путем монтажа элементов внешнего армирования из высокопрочного и высокомодульного материала появляется в следующих случаях:

• Повреждение строительных конструкций, которое привело к снижению ее несущей способности, жесткости и трещиностойкости;
• Изменение условий эксплуатации;
• Изменение расчетной схемы несущей конструкции;
• Необходимость повысить надежность и долговечность конструкции.

Для решения перечисленных проблем активно используются элементы внешнего армирования (ЭВА) из высокопрочных и высокомодульных волокон на основе углеродного и стекловолокна, имеющих высокие прочностные характеристики и возможность монтажа даже в самых труднодоступных местах.

Эффективность усиления лентами и основные области применения метода.

Эффективность усиления бетонных конструкций композитными лентами очень высокая. В зависимости от вида ламелей, холстов количества их слоёв и вида нагрузки, предельная грузоподъёмность элемента может увеличиться в 2 - 3 раза по сравнению с не усиленным элементом. Особенно это касается балок. Чтобы достигнуть эффективного усиления при помощи лент и углеродных холстов, надо очень строго соблюдать технологический регламент, прежде всего касающийся подготовки поверхности усиливаемого элемента. Здесь скажем только, что перед наклеиванием лент надо провести испытание прочности бетонного основания на отрыв, т.е. испытание „pull-off". Минимальное значение результата этого испытания должно быть 1,5 МПа.

Существующий опыт, в области усиления существующих конструкций, позволяет показать следующие направления частого и рационального применения композитных углепластиковых лент CARBODUR и холстов CARBOWRAP в бетонных объектах:

• когда требуется усиление при обычной нагрузке на балки и плиты - тогда ленты надо приклеивать согласно огибающей изгибающих моментов, они бывают разной длины и могут быть наклеены в 1 или больше слоёв. Здесь проявляется аналогия к схеме армирования стержнями в изгибаемых элементах.
• когда требуется усиление, для обеспечения требований по трещинообразованию при корродированных напрягаемых элементах сборных или других балок - тогда ленты наклеиваются „от опоры к опоре", т.е. на всей длине элемента;
• когда требуется усиление в связи со срезывающими или главными растягивающими напряжениями - тогда отрезки лент наклеиваются в направлениях отогнутых стержней.

Другие применения лент, например, для усиления опор, столбов, перекрытий и стен также оправданно, испытано и многократно опробированно на многочисленных объектах.

Эффективность данного метода усиления многократно доказана на практике и используется в мировом строительстве на протяжении 40 лет. В России эта технология применяется 14 лет и получила высокое распространение, как в гражданском, так и в мостовом строении. Данная методика усиления является самым современным и «бережным» методом восстановления и повышения эксплуатационных характеристик конструкций.

Механические характеристики ЭВА варьируются в пределах:

1. Модуль упругости Е = 70 000 – 640 000 МПа
2. Прочность на растяжение R = 1700 – 4800 МПа
3. Относительное растяжение при разрыве 1,5%

Усиление углеволокном

Углеволокно – высокопрочный, линейно упругий материал, эффективно работающий на железобетонных конструкциях. Стекловолокно имеет более низкий модуль упругости и применяется для усиления кирпичных сооружений. Так как данные ЭВА закрепляются на конструкции при помощи монтажного клея, они эффективно реагируют на приращение деформации конструкции, в них возникают большие приращения усилий, и они сразу включаются в работу совместно с конструкцией.

Также сотрудники компании принимали непосредственное участие в испытаниях, научных исследованиях и разработке технических регламентов в области усиления в различных строительных институтах г. Москвы, г. Санкт-Петербурга, г. Екатеринбурга. Проведенные испытания показали, что конструкции, усиленные ЭВА способны воспринимать нагрузки, двукратно превышающие проектные, а элементы подвергшиеся сильному разрушению восстанавливают свои первоначальные характеристики на 70% - 95%.

Работы по усилению чаще всего используются в комплексе с конструктивным ремонтом бетона и структурным восстановлением при помощи инъектирования.

Железобетонные изгибаемые конструкции (балки, ригели, подкрановые балки, плиты, перекрытия и покрытия) усиливают следующими достаточно проверенными способами. При наращивании усиливаемую конструкцию увеличивают по высоте или ширине (снизу, с боков и сверху усиливаемого элемента). Особенностью этого способа является воспринятие касательных напряжений, действующих в плоскости контакта старого бетона с новым, специальной дополнительной арматурой, привариваемой к арматуре усиливаемой конструкции.
Усиление существующей конструкции, т.е. увеличение ее несущей способности наращиванием приводит к совместной работе усиливаемой конструкции и конструкции усиления, включая их в работу пропорционально жесткостям. Наращивание применяется для усиления железобетонных конструкций как монолитных (рис. 3.2), так и сборных (рис. 3.3). Арматурные стержни применяются 10 мм и более.

Усиление изгибаемых элементов взамен наращивания обоймами допускается только в случае их значительного повреждения, например при коррозии арматуры, поскольку усиление изгибаемых элементов принимается в зависимости от защитного слоя и диаметра продольной и поперечной арматуры и обычно не превышает 100 мм. При усилении монолитного ребристого перекрытия обоймой в плите перекрытия необходимо пробивать отверстия для пропуска хомутов и подачи бетонной смеси при бетонировании. Зачастую при устройстве обойм для балок одновременно производится и набетонирование плиты сверху (рис. 3.4, а).
Конструктивное решение в виде рубашки в отличие от обоймы представляет собой не замкнутую с одной стороны обетонку (см. рис. 3.4, а), в данном случае с подведением под плиту монолитного перекрытия дополнительного металлического ребра. Рубашки применяют в тех же случаях, что и обоймы, но лишь тогда, когда отсутствует возможность охватить усиливаемый элемент с четырех сторон.

Рубашки чаще применяют при усилении монолитных балок ребристых перекрытий. В этом случае хомуты выводятся через плиту и заанкериваются с помощью продольных арматурных стержней. При усилении рубашкой только поврежденных участков усиливаемых элементов ее необходимо завести на неповрежденные части не менее: длины анкеровки продольной арматуры рубашки; пяти толщин стенок рубашки; ширины грани или диаметра усиливаемого элемента и 500 мм. При усилении рубашками применяется арматура диаметром 8 мм и более для продольных стержней и диаметром 6 мм - для хомутов.

На рис. 3.5 и 3.6 приведены в сопоставлении способы усиления сборных и монолитных конструкций путем наращивания и с помощью рубашки. Иногда для повышения несущей способности усиливаемых элементов наращиванием достаточно лишь увеличить количество основной продольной арматуры. Для этого защитный слой снимают на глубину не менее чем на 0,5 диаметра и приваркой через коротыши из арматуры длиной 50...200 мм наращивают дополнительную арматуру. В растянутой зоне коротыши ставят через 200...1000 мм, в сжатой - на расстоянии не более 500 мм или 20 продольной арматуры усиления. Арматура усиления покрывается цементной штукатуркой или торкретированием.

В случае значительного наращивания сечения рекомендуется применять специально приваренные соединительные элементы, например 7 на рис. 3.2 или 6 на рис. 3.3. При разрыве арматурных стержней в изгибаемых элементах их рекомендуется восстанавливать приваркой предварительно напряженных накладок (рис. 3.7). Эта операция требует предварительного укрепления конструкции с помощью временных опор. Приварка дополнительной арматуры допускается только их стали классов А-I, A-II, A-III к существующей арматуре тех же классов.

Эффективным и достаточно простым способом усиления изгибаемых конструкций является установка дополнительных жестких опор в виде подкосов (рис. 3.8) или вертикальных элементов (рис. 3.9). Однако эти решения ограничиваются условиями технологического процесса, который не позволяет стеснения габаритов производственных помещений.

Поскольку при выполнении жестких опор на самостоятельных фундаментах полностью избежать осадки опоры весьма затруднительно, то во всех случаях желательно устанавливать их на существующие фундаменты (рис. 3.8, в), если даже при этом необходимо их усилить. В этих случаях жесткие дополнительные опоры выполняют в виде порталов или в виде подкосов. Элементы усиления жестких опор могут выполняться как железобетонными, так и металлическими.
В случае если подкосы усиления (рис. 3.8, а и 3.8, б) выполняются металлическими, в нижних узлах усиливающей системы накладные металлические детали соединяют сваркой с арматурой существующих усиливаемых конструкций. После подведения подкосов для их плотного прилегания в верхнем узле производится расклинка с помощью клиновидных прокладок.
При выполнении жестких опор в виде подведенных стоек при самостоятельных фундаментах (см. рис. 3.9) следует особое внимание уделять уменьшению осадки этих фундаментов, для чего необходимо осуществлять предварительное обжатие грунта под подошвой. В случае если усиливаемая конструкция не может быть предварительно разгружена, установка дополнительных жестких опор должна сопровождаться предварительным поднятием усиливаемой конструкции (см. рис. 3.8, б).
Подъем усиливаемой конструкции производится различными способами в зависимости от конструкции дополнительных опор и конструкций усиливаемых элементов. При усилении сборно-шарнирной рамы, которая собирается на месте из отдельных элементов, шарниры в узлах и упругие прокладки между усиливаемым ригелем и рамой усиления обеспечивают возникновение двух одинаковых по величине разгружающих сил, приложенных снизу вверх (см. рис. 3.8, б). Раму напрягают подъемом ее стоек домкратами, после чего в зазор между стойками рамы и существующей опорой укладывают специальные металлические прокладки, а домкраты снимают.
При усилении ригелей предварительно напряженными сборными железобетонными полураскосами (см. рис. 3.8, а) подъем усиливаемого ригеля производят горизонтально расположенным в верхнем узле домкратом. Для облегчения перемещения распираемых полураскосов в зазор между усиливаемым ригелем и полураскосами закладывают металлические коротыши из круглой арматурной стали. После подъема усиливаемой конструкции полураскосы соединяют один с другим распоркой из профильного металла на сварке, а домкрат снимают. Во избежание перегрузки колонн снизу полураскосы понизу связывают специальной металлической затяжкой.

Кроме жестких дополнительных опор для усиления изгибаемых элементов применяют упругие дополнительные опоры, которые в меньшей мере стесняют габариты производственных помещений. Дополнительные упругие опоры создаются обычно с помощью металлических ферм, закрепляемых на тех же опорах, на которые опирается усиливаемая конструкция. Упругая опора для усиливаемого элемента создается прокладкой между ним и конструкцией усиления (рис. 3.10), обладает меньшей жесткостью, чем усиливаемый железобетонный элемент. В многоэтажных зданиях при необходимости усиления ригеля одного из этажей, когда несущие конструкции вышележащего этажа имеют достаточный запас прочности, могут быть применены предварительно напряженные подвески (рис. 3.11).
Податливость опор этого типа происходит вследствие их продольной деформации. Реактивная разгружающая сила создается предварительным напряжением тяжей вначале натяжными гайками, а окончательно - натяжными муфтами. Нагрузки от тяжей воспринимаются рамой верхнего яруса, к стойкам которых закрепляют тяжи, приваривая их к предварительно устраиваемым металлическим обоймам из листовой стали.

Для уменьшения изгибающих моментов в элементах многопролетной многоярусной рамы могут быть применены крестовые предварительно напряженные связи из гибких металлических тяжей (рис. 3.12). Напряжение таких связей осуществляют стяжными муфтами или применением термического способа. Анкеровку выполняют с помощью специальных анкерных хомутов из листового металла, закрепленных на колоннах. Указанные связи допускается устанавливать по высоте одной и той же рамы только в разных пролетах. Для этих же целей может быть использовано усиление железобетонными раскосами с предварительно напряженными затяжнами (рис. 3.13), когда после установки раскоса гибкие металлические тяжи напрягаются термическим способом с обеих сторон раскоса и элемент усиления воспринимает как сжимающие, так и растягивающие усилия.

Для усиления изгибаемых элементов многопролетных зданий можно воспользоваться следующими решениями. Так, при усилении балок покрытия на промежуточных опорах устраивают выносные поры (рис. 3.14). Для усиления изгибаемых элементов принимают также двухконсольные разгружающие кронштейны, устанавливаемые на промежуточных опорах (рис. 3.15, 3.16).
При усилении сборных балок покрытия ветви кронштейнов представляют собой треугольные фермы. Нижний их пояс обычно выполняют из равнобокого уголка, а верхний пояс и решетка могут быть выполнены как из одинарных уголков, так и их круглых арматурных стержней (рис. 3.15).

Высота кронштейнов принимается равной высоте надопорной части усиливаемых балок, а длина консольных частей кронштейнов - 1/4...1/6 пролета усиливаемых балок. При небольшой длине консольных частей можно вообще отказаться от элементов решетки. Опорные элементы кронштейна могут быть либо из вертикального металлического листа толщиной 20...30 мм и высотой 300...400 мм, привариваемого снизу к распределительной горизонтальной прокладке, либо в виде седлообразных накладок, устанавливаемых сверху на балки и связанных между собой сваркой.
Конструкция опорного устройства зависит от способа натяжения. При натяжении болтами она представляет собой жесткую пластину, пропускаемую под низом усиливаемой балки и закрепляемую на болтах к ветвям кронштейна (см. рис. 3.15). При натяжении домкратом с натяжным устройством контроль натяжения осуществляют по манометру домкрата. После натяжения, как правило, укладывают фиксирующие прокладки. На промежуточных опорах может приниматься конструкция кронштейнов, собираемая из двух отдельных частей (см. рис. 3.16). После их установки верхние растянутые пояса сваривают над опорой накладками. По нижнему поясу создают связи для общей устойчивости нижнего пояса с помощью специальных опорных накладок. При нарушениях анкеровки вынос продольной арматуры опоры или кронштейна должен приниматься на расстоянии не менее 40 диаметров стержневой арматуры от опорного листа балки.

В тех случаях, когда возникает необходимость в проведении работ по усилению без снятия временной нагрузки, можно воспользоваться решением, предусматривающим установку дополнительной предварительно напряженной арматуры. В качестве дополнительной напряженной арматуры может использоваться горизонтальная, шпренгельная или их сочетание.
Если анкерные устройства невозможно разместить по торцам балок, их приваривают в приопорной зоне в местах, где напряжения в арматуре усиливаемой балки невелики (рис. 3.17). В этом случае натяжение производят термическим способом. Для исключения провисания под действием собственного веса стержни усиления закрепляют с помощью временных подвесок. После нагрева стержня свободный его конец также приваривают. При усилении шпренгельной арматурой ее натяжение осуществляют механическим способом, т.е. завинчиванием натяжных винтов или кладкой в зазор пакета большего количества прокладок (рис. 3.18).

Как при варианте горизонтального натяжения дополнительной арматуры, так и шпренгельном или комбинированном можно создать напряжение в них путем взаимного стягивания двух или четырех стержней специальными стяжными болтами (рис. 3.19, 3.20, 3.21). Стяжные болты имеют вид хомута с двумя нарезными концами и общей шайбой. Натяжение производится одновременным подтягиванием гаек на обоих концах хомутов. Натяжение взаимным стягиванием не требует значительных усилий, поскольку напряжения в стяжных болтах, выполняющих роль хомутов, в 7...10 раз меньше напряжений в стягиваемых дополнительных стержнях.

Достоинство этого способа напряжения наряду с простотой состоит в создании равномерных усилий во всех стягиваемых стержнях в результате саморегулирования. Круглые стержни дополнительной арматуры обычно принимают диаметром 18...40 мм. Восприятие поперечных сил при усилении изгибаемых элементов в основном производят увеличением площади сечения поперечной и наклонной арматуры.

Менее трудоемким способом является усиление вертикальными накладными хомутами (рис. 3.22). Для этого предварительно пробивают отверстия в перекрытии с обеих сторон балки, подкладывают прокладки из уголков и по ним накладывают хомуты, которые имеют концы с нарезкой. На эти концы надевается подкладка из полосовой стали и закручиваются гайки. При притягивании хомутов гайки следует закручивать одновременно на двух концах. Вариант усиления с вертикальными хомутами - усиление с помощью предварительно напряженных хомутов (рис. 3.23).

Конструкция предварительно напряженных хомутов состоит: из верхних крепежных уголков, подвешиваемых к плите перекрытия на болтах, нижних крепежных уголков, соединенных планками на сварке; четного количества хомутов и стяжных болтов с шайбами-захватами. После закрепления хомутов снизу и сверху предварительное напряжение создается взаимным стягиванием каждых двух рядом расположенных стержней стяжными болтами. Стягивание стержней производится одновременно с обеих сторон усиливаемой балки.
При усилении балок наклонными накладными хомутами (рис. 3.24) вместо подкладок из полосовой стали используют подкладки из уголков, которые приваривают к нижней продольной арматуре с помощью коротышей. После притягивания хомутов восстанавливают защитный слой.

Ребра сборных плит покрытия усиливают постановкой вертикальных накладных хомутов, которые объединяют вместе оба ребра (рис. 3.25). При усилении многопустотных плит с круглыми и овальными отверстиями можно использовать пустоты. Для этого на приопорных участках плит (1/4 пролета) сверху прорубают отверстия, в которые устанавливают дополнительные арматурные каркасы (рис. 3.26), и пустоты бетонируют пластичным бетоном на мелком заполнителе с устройством дополнительной плиты (рис. 3.26, б) или без ее устройства. Для восприятия одновременно поперечной силы и изгибающего момента плиты армируют на всю длину.

При усилении многопустотных плит на крайних опорах для предотвращения их сдвига каркасы устанавливают так, чтобы они заходили на опору. Затем устанавливают каркасы по торцам плит, которые после бетонирования создают балку-обвязку, при необходимости по периметру всех стен. На промежуточных опорах в пустоты примыкающих торцами плит устанавливают общие каркасы.
Недостаточная площадь опирания ребристых сборных плит может быть компенсирована устройством на промежуточных опорах металлических связей, взаимосоединяющих ребра плит смежных пролетов (рис. 3.27, а), а на крайних - удлинением опорных частей ребер (рис. 3.27, б). При необходимости короткие консоли колонн могут быть усилены установкой дополнительных предварительно напряженных наклонных или горизонтальных тяжей или хомутов (рис. 3.28). Тяжи крепятся к консоли металлическими крепежными элементами и напрягаются завинчиванием гаек.

Усиление капителей безбалочных перекрытий наряду с устройством железобетонных рубашек может осуществляться установкой металлических предварительно напряженных
пространственных шпренгелей (рис. 3.29). Конструкция шпренгеля состоит из нижней уголковой обвязки, опирающейся на опорную железобетонную обойму; верхней уголковой обвязки, охватывающей усиливаемую капитель по периметру, и четырех подкосов, соединяющих обвязки между собой. Забетонированная опорная обойма на колонне и смонтированная на ней нижняя обвязка с приваренными подкосами соединяются сваркой с нагретой верхней обвязкой, которая при остывании укорачивается и создает предварительное обжатие в подкосах. Размеры опорных обойм, температуру нагрева верхней обвязки следует определять исходя из нагрузки, которую должно воспринять усиление. Расчетные усилия в элементах пространственного шпренгеля следует вычислять как в пространственной статически определимой ферме на действие заданной нагрузки.
Усиление плит, опертых на контуру, наряду с набетонкой осуществляют постановкой пространственных предварительно напряженных металлических шпренгелей, подводимых снизу под усиливаемую плиту и подвешиваемых в углах к несущим элементам контура четырьмя болтами и четырьмя передаточными траверсами. Шпренгели устанавливают в двух взаимно перпендикулярных плоскостях по диагоналям плиты на одном уровне (рис. 3.30).

Верхние пояса шпренгеля плотно притянуты к нижней поверхности усиливаемой плиты, что позволяет включить их в совместную работу при предварительном напряжении нижних поясов термомеханическим способом. Все работы по монтажу и предварительному напряжению можно производить без разгрузки усиливаемой плиты.
Подкрановые балки усиливают двумя способами - металлической обоймой и выносными металлическими опорами (рис. 3.31) или металлической обоймой и шпренгелем, аналогично варианту комбинированного усиления, приведенного на рис. 3.21. Усиление креплений подкрановых балок к колоннам осуществляется пластинами, соединяемыми на сварке к закладным деталям колонны.
Закладные детали на колонне могут закрепляться либо металлическими хомутами на пружинных шайбах (рис. 3.32, а), либо устройством металлических обойм (рис. 3.32, б).

Усиление растянутой зоны производится увеличением площади поперечного сечения рабочей арматуры усиливаемой конструкции путем установки дополнительной арматуры в этой зоне с обеспечением ее совместной работы с конструкцией. Совместная работа дополнительной арматуры с усиливаемой конструкцией обеспечивается:

приваркой к существующей арматуре ;

приклеиванием к бетону растянутой зоны .

Обеспечение совместной работы дополнительной арматуры приваркой к существующей арматуре

Приварка дополнительной растянутой арматуры к существующей арматуре усиливаемой конструкции в зависимости от состояния и толщины защитного слоя, а также возможности увеличения размеров поперечного сечения производится: непосредственно нахлесточным соединением с отбивкой защитного слоя по длине дополнительной арматуры (рис. 8.2, а ); с помощью коротышей диаметром, превышающим толщину защитного слоя (рис. 8.2, б , в ,); с помощью скоб (рис. 8.2, г ). После приварки в проектном положении дополнительная арматура обетонируется.

Рис. 8.2. Усиление растянутой зоны конструкций приваркой дополнительной арматуры:а – нахлесточным соединением; б – посредством коротышей со стороны растянутой зоны; в – посредством коротышей со стороны бокового защитного слоя; г – с помощью скоб

Приварка дополнительной арматуры к существующей предварительно напряженной арматуре, а также не заведенной за грань опоры на требуемую длину ненапряженной арматуре усиливаемой конструкции, не допускается.

Защитный слой бетона в местах приварки дополнительной арматуры, коротышей или скоб отбивается не менее чем на половину диаметра существующей арматуры. Существующая арматура в местах сварки должна быть очищена от ржавчины, пыли и других загрязнений до чистого металла.

В качестве дополнительной рабочей арматуры применяют стержневую арматуру периодического профиля или гладкую, а также прокатные профили.

Коротыши и участки соединения скоб из стержневой арматуры принимают длиной 50...200 мм и располагают по длине конструкции «вразбежку» с расстоянием между ними вдоль стержней не менее 20, где  – больший диаметр свариваемых стержней.

С целью уменьшения концентрации напряжений, охрупчивания металла и ослабления сечения при выполнении сварных швов не допускается наличие ожогов и подплавлений от дуговой сварки на поверхности рабочих стержней. Ожоги должны зачищаться абразивным кругом вдоль стержня. При усилении конструкции под нагрузкой приварку дополнительной арматуры осуществляют за два прохода симметрично в направлении от концов конструкции к середине. Приварку дополнительной арматуры к существующей арматуре усиливаемой конструкции, разгружаемой во время выполнения работ по усилению, допускается выполнять за один проход.

Приварка дополнительной арматуры к существующей арматуре усиливаемой конструкции без предварительного ее разгружения не допускается, если напряжения в рабочей арматуре наиболее неблагоприятного сечения конструкции превышают 85 % ее предела текучести. Напряжения в арматуре усиливаемой конструкции определяют при фактически действующих нагрузках, фактической прочности бетона и арматуры, площади поперечного сечения арматуры за вычетом сечения свариваемого стержня усиливаемой конструкции.

При усилении конструкции без разгрузки дополнительную арматуру целесообразно предварительно напрягать термическим, механическим или комбинированным термомеханическим способами. При термическом способе дополнительный стержень предварительно приваривают одним концом к существующей арматуре, затем нагревают стержень и приваривают его второй конец. При электротермическом способе для нагревания по стержню пропускают ток от сварочного трансформатора. Величина предварительного напряжения контролируется по удлинению стержня или температуре его нагрева. Необходимое удлинение дополнительного стержня определяется по формуле

,где – требуемое предварительное напряжение, – длина стержня между внутренними концами сварных швов;– модуль упругости арматуры.

Необходимую температуру нагрева дополнительной арматуры определяют по формуле

,где
– коэффициент температурного расширения для арматурной стали;– температура окружающей среды в момент натяжения арматуры. Температура нагрева не должна превышать 400С .

При механическом способе предварительного напряжения к дополнительному стержню, приваренному одним концом к существующей арматуре, с противоположного конца приваривают натяжное устройство в виде болта с гайкой, а к существующей арматуре приваривают упор в виде отрезка трубы с внутренним диаметром несколько большим диаметра болта. После закрепления концов дополнительная арматура приваривается к существующей по длине. После натяжения дополнительной арматуры натяжное устройство отрезают и используют повторно. Для создания предварительного натяжения возможно использование стяжной муфты, включенной в напрягаемый стержень.

Для облегчения натяжения механическим способом дополнительные стержни одновременно нагревают (термомеханический способ). Величина предварительного напряжения контролируется по удлинению стержня.

Величина предварительного напряжения дополнительной арматуры принимается в пределах

Максимальная величина предварительного напряжения для проволочной арматуры не должна превышать
.С целью уменьшения прогиба и повышения трещиностойкости усиливаемой конструкции величину предварительного напряжения дополнительной арматуры принимают максимальной.

Потери предварительного напряжения в дополнительной арматуре определяются по , как для конструкций с натяжением арматуры на бетон.

Обеспечение совместной работы дополнительной арматуры приклеиванием к бетону растянутой зоны

При обеспечении совместной работы дополнительной арматуры и усиливаемой конструкции приклеиванием с помощью полимеррастворов (рис. 8.3) дополнительную листовую и профильную арматуру размещают на поверхности, а стержневую – в специально подготовленных пазах или в слое полимерраствора. Кроме того, дополнительная рабочая арматура может быть размещена в сборных железобетонных элементах усиления, приклеиваемых к растянутой зоне конструкции. В случае воздействия агрессивных сред, учитывая высокие защитные свойства полимеррастворов, целесообразно одновременно выполнять покрытия на поверхности усиливаемой конструкции. Стальные листы защищают огнезащитными и антикоррозионными составами. Дополнительную арматуру в растянутой зоне устанавливают по всей длине конструкции или на расчетную длину в соответствии с эпюрой внутренних усилий.

Р
ис. 8.3. Усиление растянутой зоны конструкции приклеиванием дополнительной арматуры: 1 – усиливаемая конструкция; 2 – шурф; 3 – анкер; 4 – листовая арматура; 5 – полимерраствор; 6 – уголок; 7 – швеллер; 8 – паз; 9 – стержневая арматура; 10 – обмазка из полимерраствора; 11 – сборный железобетонный элемент; 12 – стеклоткань; 13 – тонкий лист с выштамповками; 14 – анкерная пластина

Для повышения эффективности анкеровки дополнительной листовой арматуры применяют анкерные связи в виде отрезков стержневой арматуры периодического профиля, приваренных к листу и заанкеренных в предварительно высверленных в бетоне отверстиях, заполненных полимерраствором, или стальных листов, приклеенных по боковым граням усиливаемой конструкции.

При усилении растянутой зоны приклеиванием дополнительной арматуры целесообразна максимальная разгрузка усиливаемой конструкции или предварительное напряжение дополнительной арматуры.

В качестве дополнительной рабочей арматуры, приклеиваемой в растянутой зоне усиливаемой конструкции, применяют стержневую арматуру, арматурные

канаты, листовой прокат толщиной 3...20 мм, прокатные профили в виде швеллеров, уголков, а также неметаллическую арматуру на основе стеклянных, базальтовых, углеродных и других волокон.

Работы по усилению растянутой зоны конструкций приклеиванием дополнительной арматуры или сборных железобетонных элементов с дополнительной арматурой производят в следующей последовательности. Подготавливают склеиваемые поверхности элементов усиления и усиливаемой конструкции. Стальные листы с внутренней стороны очищают от ржавчины, окалины и обезжириваются ацетоном. Склеиваемые бетонные поверхности усиливаемой конструкции и сборного железобетонного элемента не должны иметь выступов, сколов ребер, жировых пятен, загрязнений и пыли. Поверхности, ранее подвергавшиеся воздействию агрессивных сред, промывают чистой водой и сушат. Если агрессивные среды были кислыми, то после промывки поверхности нейтрализуют щелочными составами и вновь промывают и сушат. При большом объеме работ поверхности подвергают пескоструйной очистке и обеспыливанию с помощью волосяных щеток и обдувкой сжатым, очищенным от масла и влаги, воздухом. Трещины инъецируют. Пазы для размещения стержневой арматуры нарезают с применением алмазного и твердосплавного механизированного инструмента. Затем элементы усиления устанавливают в проектное положение и фиксируют с помощью временных креплений (подпорок, хомутов, фиксаторов и т.п.).

Полимерраствор для замоноличивания стержневой арматуры в пазах и антикоррозионного покрытия поверхности наносят вручную, методом заливки или распыления. Полимерраствор в пазах между листовой арматурой или железобетонным сборным элементом вводят инъецированием через штуцер, ввинчиваемый в отверстие элемента усиления. При этом зазоры по периметру шва предварительно герметизируют полимерраствором того же состава с добавлением наполнителя.

При применении дополнительной арматуры в виде швеллеров перед установкой швеллера в проектное положение необходимое количество полимерраствора укладывают на внутреннюю поверхность профиля. Затем швеллер поднимают в проектное положение и притягивают к конструкции с помощью временных монтажных хомутов. Излишки полимерраствора выдавливаются в зазоры между боковыми гранями усиливаемой конструкции и полками профиля.

При усилении сборных многопустотных панелей перекрытия для размещения дополнительной арматуры используются пустоты. Дополнительная арматура может быть в виде отдельных стержней с фиксаторами для обеспечения защитного слоя или каркасов. Дополнительную арматуру устанавливают в пустоты через отверстия, пробитые со стороны верхней или нижней граней плиты, а пустоты с помощью бетононасосов заполняют бетоном (рис. 8.4).

Рис. 8.4. Усиление многопустотных панелей перекрытия установкой дополнительной арматуры: 1 – плита; 2 – сварной каркас; 3 – бетон

С целью уменьшения расхода материалов при усилении многопустотных панелей дополнительная арматура может устанавливаться не по всей длине панели, а пустоты заполняться не на весь объем. Для этого по концам зоны усиления со стороны верхней или нижней грани плиты выполняют щели, на арматуру устанавливают фиксаторы, вводят арматуру в пустоты в средней зоне панели, устанавливают временные ограничительные пластины, через щели с помощью патрубков пустоты между ограничительными пластинами заполняют полимерраствором, после твердения которого, ограничительные пластины извлекают, а щели заделывают (рис. 8.5).

Р
ис. 8.5. Усиление растянутой зоны многопустотных панелей установкой дополнительной арматуры:а – при устройстве щелей сверху плиты; б – при устройстве щелей снизу плиты, 1 – усиливаемая плита, 2 – щель, 3 – дополнительная арматура, 4 – фиксатор, 5 – ограничительная пластина, 6 – патрубок, 7 – полимерраствор

Толщина слоя полимерраствора определяется из условия прочности контактного шва и должна быть не менее 3, где  – диаметр дополнительной арматуры.

В приопорных зонах усиливаемых сборных многопустотных панелей выполняют щели, устанавливают временные ограничительные пластины в виде круга диаметром, равным диаметру пустоты, с прорезью для арматуры. Затем монтируют арматурный стержень и бетонируют приопорные зоны пустот. После набора бетоном прочности арматуру напрягают натяжными болтами, которые монтируют через отверстия со стороны нижней грани. При этом устанавливают опалубку под отверстиями со стороны нижней грани. Затем оставшееся пространство пустот заполняют бетонной смесью, после выдержки которой снимают опалубку и обрезают выступающие концы натяжных болтов (рис. 8.6).

Р
ис. 8.6. Усиление сборных многопустотных плит предварительно напряженной арматурой:а – плиты в момент предварительного напряжения арматуры; б – усиленная плита, 1 – усиливаемая плита, 2 – дополнительная арматура, 3 – временная ограничительная пластина, 4 – бетон, 5 – натяжной болт, 6 – опалубка

Дополнительная арматура для усиления растянутой зоны сборных панелей может устанавливаться в расширенный шов между плитами с последующим бетонированием. При этом должна обеспечиваться совместная работа дополнительной арматуры с усиливаемыми панелями путем устройства насечки, шпонок на боковых гранях смежных плит, а также применением полимеррастворов с высокими адгезионными свойствами.

Сборные железобетонные элементы усиления (обычные и предварительно напряженные) должны быть запроектированы на нагрузки, действующие в период изготовления, транспортирования и монтажа в соответствии с . Класс бетона элементов усиления должен быть не ниже фактической прочности бетона усиливаемой конструкции. Толщина сборного железобетонного элемента с дополнительной арматурой принимается не менее 50 мм. Количество сборных железобетонных элементов, размещенных по ширине сечения усиливаемой конструкции, может быть один и более.