Харьковский проектный и научно-исследовательский институт Промстройниипроект Госстроя СССР

Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский, проектно- конструкторский и технологический институт бетона и железобетона (НИИЖБ) Госстроя СССР

Рекомендации
по проектированию усиления
железобетонных конструкций
зданий и сооружений
реконструируемых предприятий

Надземные
конструкции и сооружения

Москва Стройиздат 1992

Рекомендованы к изданию решением Ученого совета Харьковского Промстройниипроекта Госстроя СССР.

Даны рекомендации по усилению элементов каркасов промышленных зданий и сооружений: колонн, балок перекрытий и покрытий, подкрановых балок, ферм покрытий, плит перекрытий и покрытий, конструкций хранилищ для сыпучих материалов.

Содержат классификацию способов усиления, конструктивные решения, расчет конструкций усиления, особенности их проектирования, выбор способов усиления, технику безопасности, способы виброзащиты существующих конструкций.

Для инженерно-технических работников научно-исследовательских, проектных, строительных и производственных организаций.

Разработаны Харьковским Промстройниипроектом Госстроя СССР (кандидаты техн. наук Е. А. Рабинович - руководитель темы; Ю. Д. Кузнецов, Н. П. Рунцо, В. Л. Благов, Я. И. Табачишин, И. Г. Черкасский, В. Б. Тойбис, инженеры А. А. Бохотский, И. М. Подлегаев, А. В. Крылов, А. В. Царин, А. И. Сергиенко, Ю. Д. Коломийченко); НИИЖБ Госстроя СССР (д-р техн. наук В. А. Клевцов, кандидаты техн. наук Б. Н. Мизернюк, А. И. Хачатрян, инж. Л. И. Вишняков) при участии Ворошиловградского филиала НИИСП (кандидаты техн. наук В. С. Балицкий, Е. П. Уваров, А. С. Файвусович); Харьковского института инженеров коммунального строительства (канд. техн. наук Г. А. Молодченко); ДальНИИС Госстроя СССР (канд. техн. наук Г. М. Спрыгин, инж. Б. В. Бабурин); Львовского политехнического института (кандидаты техн. наук Е. Р. Хило, Б. С. Попович).

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ И СИСТЕМАТИЗАЦИЯ СПОСОБОВ УСИЛЕНИЯ

1.1. Настоящие Рекомендации предназначены для проектирования усиления несущих железобетонных конструкций зданий и сооружений и фундаментов, эксплуатируемых при воздействии температур не выше 50 °С и не ниже минус 70 °С.

Кроме того, Рекомендации могут быть использованы службами, занимающимися эксплуатацией, ремонтом и усилением конструкций.

1.2. При проектировании и разработке усиления железобетонных конструкций зданий и сооружений необходимо помимо настоящих Рекомендаций руководствоваться требованиями СНиП 2.03.01-84* главы СНиП II-23-81*, СНиП 2.01.07-85, СНиП 2.02.01-83, СНиП 2.02.03-85, СНиП 2.03.11-85, а также «Руководством по проектированию предварительно напряженных железобетонных конструкций из тяжелого бетона» (М.: Стройиздат, 1977).

1.3. Усиление железобетонных конструкций требуется для увеличения или восстановления их несущей способности, снизившейся от износа в процессе эксплуатации, перегрузки, неравномерной осадки фундаментов, пожара и т.п.

1.4. Железобетонные конструкции следует усиливать лишь после того, как будут использованы все возможности обеспечения их надежной эксплуатации в новых условиях без усиления. К этим возможностям относятся: рациональное распределение технологических нагрузок, введение временных разгружающих элементов и устройств при демонтаже и монтаже оборудования; ограничение сближения кранов, не нарушающее технологический процесс; ограничение по одновременному загружению временными нагрузками больших площадей перекрытий; снижение уровня вибрации и динамических нагрузок посредством применения эффективной виброизоляции машин и ряд других мероприятий.

1.5. Все работы по усилению конструкций рекомендуется выполнять при наличии проекта организации строительства (ПОС) и проекта производства работ (ППР) и в полном соответствии с ними.

Усиление строительных конструкций в условиях реконструкции и технического перевооружения действующих предприятий следует проектировать с учетом следующих факторов:

выполнения работ в минимальные сроки;

массовости (серийности) работ по усилению;

выполнения на стадии проектирования требований технологии и условий производства работ;

унификации элементов усиления и деталей с учетом отклонения размеров усиливаемых конструкций от проектных;

учета стоимости остановки производства, которая в большинстве случаев значительно превышает стоимость материалов и производства работ по усилению.

1.6. Степень совмещения работ по усилению конструкций с основной деятельностью предприятия определяется с учетом объемно-планировочной и технологической компоновки здания; возможности устройства проемов и проездов для строительных машин и механизмов; условий производства работ (стесненность участка, наличие в зоне производства работ действующего технологического оборудования, внутрицехового транспорта, установок с высоким напряжением и т.п.); агрессивности среды предприятия (степень концентрации в воздухе рабочей зоны пыли и газов, температурно-влажностный режим, степень взрыво- и пожароопасности и т.д.); требований техники безопасности.

1.7. На производствах с часто сменяемым технологическим оборудованием проектирование конструкций усиления рекомендуется осуществлять с учетом возможности дальнейшего увеличения нагрузок, а в указаниях по эксплуатации усиленных конструкций отмечать предельные значения нагрузок и возможные способы увеличения несущей способности.

1.8. При решении вопроса об усилении и для проектирования усиления железобетонных конструкций при реконструкции зданий и сооружений необходимы, как правило, следующие материалы:

рабочие чертежи существующих конструкций зданий и сооружений;

данные об инженерно-геологических и гидрогеологических условиях площадки, на основании которых выполнялось первоначальное проектирование;

данные о соответствии фактического выполнения конструкций проектным решениям с указанием всех отклонений от проекта в части габаритов конструкций, узлов их сопряжения;

результаты геодезической съемки положения конструкций для определения осадок, относительных смещений, прогибов и кренов существующих конструкций, а также узлов их сопряжения;

данные о продолжительности эксплуатации существующего здания;

данные о величинах и режимах технологических нагрузок в период эксплуатации;

данные о фактических характеристиках бетона и стали каждого конструктивного элемента, количестве арматуры и ее классе, состоянии сварных швов (места для определения класса бетона, количества арматуры, ее диаметра и класса назначаются организацией, разрабатывающей усиление);

данные об особенностях технологического процесса в реконструируемом сооружении (сухой, мокрый, наличие повышенных температур, характер агрессивных воздействий), наличие загазованности, препятствующей выполнению сварочных работ;

данные об имевших место аварийных состояниях конструкций за весь период до момента проектирования усиления;

данные об имевших место аварийных деформациях оснований и причинах, их вызвавших (просадка и набухание от замачивания, усадка основания от повышенных температур, циклическое замораживание и оттаивание);

данные о ранее имевших место усилениях конструкций и оснований;

инженерно-геологические и гидрогеологические условия на период проведения реконструкции (усиления), в том числе уровень агрессивности грунтовых вод;

прогноз подтопления оснований;

данные о новых нагрузках, режимах эксплуатации и ожидаемой агрессивности среды;

сведения об основных дефектах конструкций, оказывающих влияние на несущую способность, снижение долговечности и ухудшение эксплуатационных свойств конструкций.

1.9. Сведения об основных дефектах конструкций включают наименование дефектов, места их расположения (для трещин - их направление), основные размеры и другие данные, характеризующие параметры дефекта.

1.10. Объем и состав данных по инженерно-геологическим условиям на период проведения реконструкции (усиления) определяются программой, составленной изыскательской организацией при участии проектной организации, и должны отвечать основным требованиям СНиП 1.02.07-87, СНиП 2.02.03-85, СНиП 2.02.01-83.

1.11. Для усиления в первую очередь рекомендуются конструктивные решения с четкой расчетной схемой, обеспечивающие совместную работу усиливаемой и усиливающей частей конструкций и позволяющие надежно определить величину дополнительно воспринимаемой нагрузки.

1.12. При проектировании усиления поврежденных конструкций следует предусмотреть мероприятия по закреплению их в проектном положении, удалению бетона на разрушенных участках, выравниванию арматуры с последующим усилением.

1.13. При обследовании конструкций, подлежащих усилению, следует устанавливать места потери прочности поверхностного слоя бетона (от смятия, раздробленности, воздействия высоких температур, коррозии арматуры и бетона) и намечать дефектные участки, требующие удаления.

Удаление бетона следует производить с вырубкой полостей преимущественно прямоугольной формы с тем, чтобы основные рабочие грани их были по возможности перпендикулярны направлению действующих усилий, а остальные грани - примерно параллельны ему. При этом следует избегать устройства полостей, труднодоступных для заполнения их бетоном.

1.14. В случае разрушения в колоннах части хомутов для обеспечения устойчивости сжатых стержней арматуры необходимо предусматривать устройство новых хомутов в проделанных в бетоне бороздах с последующей заделкой последних. При этом рекомендуется применение составов с повышенной адгезией к усиливаемому бетону (например, полимербетонов).

1.15. Для обеспечения совместной работы бетона усиливаемой конструкции с бетоном усиления необходимо как при проектировании, так и при производстве работ уделять внимание мероприятиям, способствующим повышению сцепления старого бетона с новым. В частности, гладкие контактные поверхности рекомендуется подвергать пескоструйной обработке, насечке или обработке металлическими щетками. Непосредственно перед укладкой нового бетона поверхность старого должна быть промыта струей воды под давлением. При этом лишняя вода в виде лужиц должна быть удалена, так как излишнее увлажнение отрицательно влияет на сцепление. При устройстве железобетонных обойм колонн поверхность существующего бетона промывается струей воды под давлением.

1.16. Поверхность скважин, пробуренных в бетоне для закрепления арматуры эпоксидным клеем или виброзачеканкой для наращивания конструкций или крепления закладных элементов, очищается от инородных включений, воды, наледи. Скважины, залитые водой, должны быть предварительно осушены сжатым воздухом.

Поверхность арматуры, подлежащей закреплению в скважинах, очищается от грязи механическим путем, от смазки и жировых пятен - с помощью ацетона, а от коррозии - обработкой в 20 %-ном растворе соляной кислоты.

1.17. Класс бетона усиления следует принимать по значению, ближайшему большему, чем условный класс бетона¹ усиливаемой конструкции, но не ниже В15 для надземных конструкций и не ниже В12,5 для фундаментов.

¹ Под «условным классом бетона» подразумевается кубиковая прочность бетона конструкции, определенная по средней прочности с обеспеченностью 0,95 с помощью приборов, тарированных на кубах 150 ´ 150 ´ 150 мм.

Для конструкций, работающих в агрессивной среде или имеющих повреждения от коррозии, класс бетона усиления должен приниматься по плотности или по стойкости соответствующим требованиям данной агрессивной среды.

Раствор для защитных цементных штукатурок и бетон для заделки гнезд, борозд, отверстий следует принимать не ниже класса В15.

Материалы для защиты конструкций от коррозии следует принимать в соответствии с требованиями СНиП 2.03.11-85.

1.18. Усиление колонн железобетонными обоймами рекомендуется выполнять с частичным разгружением, соблюдая условия, указанные в п. 3.13.

После выполнения работ по усилению передача нагрузок на усиливаемую конструкцию до набора бетоном усиления проектной прочности не рекомендуется.

1.19. Сварочные работы при усилении железобетонных конструкций следует производить в соответствии с ГОСТ 10922-75, СНиП III-18-75, СНиП 3.03.01-87.

1.20. При усилении под нагрузкой рекомендуется избегать конструктивных решений, предусматривающих сварные соединения существующей арматуры со стальными элементами усиления.

Не допускается применение сварных соединений при напряжениях в арматуре усиливаемого элемента более 0,85 от предела текучести арматуры. Проверку величины напряжений в арматуре производят по наиболее нагруженному и наиболее ослабленному сечениям с учетом фактической прочности и площади сечения арматуры и бетона. Площадь сечения арматуры в этом случае принимается за вычетом сечения свариваемого стержня.

Если несущая способность в этом случае не обеспечена, требуются мероприятия по временному усилению или разгружению на время выполнения работ.

Если конструктивное решение предусматривает сварные соединения, коротыши, скобы и другие соединительные детали, привариваемые к существующей арматуре, то во избежание поджогов и подрезов рекомендуется изготавливать их из арматурной стали класса А-I диаметром 10...16 мм.

Для обеспечения надежной работы усиленной конструкции детали, соединяющие существующую и дополнительную арматуру, устанавливаемые на сварке, должны располагаться «вразбежку» (в шахматном порядке). При этом расстояние между соединительными деталями вдоль стержней арматуры не должно быть меньше 20 диаметров арматуры.

1.21. В проекте необходимо оговаривать вид сварных соединений, марку электродов, очередность выполнения сварных швов, количество выполняемых проходов, обработку поверхности швов и т.д. Конструкция и очередность выполнения сварных швов должны обеспечивать минимальные деформации конструкций в процессе выполнения сварочных работ.

Для снижения деформаций в ригелях рам и балках приварку дополнительной арматуры к существующей коротышами при выполнении ее под нагрузкой рекомендуется осуществлять в направлении к более нагруженным сечениям симметрично с обеих сторон.

Приварку скоб, хомутов необходимо вести от изогнутой части к концу стержня с обязательным заплавлением кратера шва.

Во всех случаях при усилении во избежание концентрации напряжений следует назначать минимально необходимое сечение сварных швов, причем целесообразнее увеличивать длину шва, а не его сечение.

1.22. При проектировании и выполнении сварных соединений арматуры следует руководствоваться следующими указаниями: в случае приварки дополнительной арматуры к существующей сварные швы с катетом h_f = 4...6 мм в конструкциях, разгружаемых во время выполнения работ по усилению, допускается выполнять за один проход; швы с h₁ > 6 мм - за два прохода; при сварке под нагрузкой при отрицательной температуре, а также для конструкций, воспринимающих при эксплуатации динамические нагрузки, швы с h_f < 6 мм выполняются за два прохода, а при h_f ³ 6 мм - за три прохода.

В случае сварки листового металла или приварки к нему арматуры в конструкциях, разгружаемых на время усиления, швы с h_f = 8...9 мм выполняются за три прохода при их горизонтальном положении и за четыре прохода - при вертикальном и потолочном положении, швы с h₁ = 10 мм выполняются соответственно за три и пять проходов, при сварке таких конструкций под нагрузкой при отрицательной температуре и для конструкций, воспринимающих при эксплуатации динамические нагрузки, швы с h_f = 8...9 мм выполняются за четыре прохода, а швы с h_f > 10 мм - за пять проходов.

1.23. При необходимости закрепления закладных деталей последние должны привариваться к существующей арматуре фланговыми швами согласно п. 1.21.

1.24. В стальных конструкциях усиления наиболее рационально применять сварные швы, накладываемые симметрично относительно нейтральных осей свариваемых элементов. При проектировании сварных швов для соединения прокатных профилей следует руководствоваться положениями п. 1.21.

При устройстве многослойных швов после наложения каждого последующего слоя следует устраивать перерывы для остывания предыдущего до температуры ниже 100 °С.

Двусторонние многослойные швы следует накладывать симметрично слоями поочередно с каждой стороны.

1.25. В элементах, подверженных динамическим нагрузкам, рекомендуется предусматривать вогнутые сварные швы, концы которых должны выводиться в менее нагруженные области.

В деталях, воспринимающих растягивающие динамические напряжения, не рекомендуется применять поперечные сварные швы.

Прихватку при сборке деталей, воспринимающих динамические нагрузки, рекомендуется выполнять электродами толщиной 2,5 мм.

Максимальная толщина шва за один проход должна приниматься равной 2 мм для угловых швов и 3 мм для швов других типов. Длина прихваток должна быть не более 20 мм.

1.26. При применении для усиления штампованных и гнутых в холодном состоянии профилей следует избегать сварных швов, накладываемых в области изгиба.

1.27. Перед сваркой арматурных стержней свариваемые концы и соединительные накладки должны быть очищены в местах сварки от грязи, масла и других загрязнений до чистого металла. Вода, в том числе конденсационная, снег, лед должны быть удалены с поверхности стержней и соединительных накладок посредством нагревания их пламенем газовых горелок и паяльных ламп до температуры 100 °С.

Не допускается наличие ожогов и подплавлений от дуговой сварки на поверхности рабочих стержней. Ожоги должны быть зачищены абразивным кругом, при этом уменьшение площади сечения стержня (углубление в основной металл) не должно превышать 3 %. Место зачистки стержня должно иметь плавные переходы, а риски от абразивной обработки должны быть направлены вдоль стержня.

При необходимости приварки коротышей, соединительных скоб существующая арматура вскрывается в местах их установки не менее чем на половину своего диаметра участками, превышающими длину соединительных деталей на 10 - 15 мм.

1.28. Отрезка концов стержней электрической дугой при усилении конструкций не допускается.

1.29. Для усиления наращиванием, рубашками и обоймами рекомендуется применять портландцемент марки не ниже 400 (ГОСТ 10178-85); при необходимости быстрого схватывания и твердения рекомендуется тот же цемент, но с тепловой обработкой бетона по мягким режимам (с повышением температуры на 5 - 10 ° в час).

Применение быстротвердеющих цементов и добавок - ускорителей твердения допускается при подборе составов, обеспечивающих нормальную усадку (не большую, чем для обычных бетонов с естественным режимом твердения). При этом следует руководствоваться ГОСТ 10178-85, ГОСТ 24211-80*, «Руководством по применению химических добавок в бетоне» (М.: Стройиздат, 1980) и «Рекомендациями по обеспечению надежности и долговечности железобетонных конструкций промышленных зданий и сооружений при их реконструкции и восстановлении» (М.: Стройиздат, 1982).

1.30. Максимальную крупность заполнителя для бетона усиления следует назначать с учетом следующих требований:

при уплотнении бетонных смесей вибрированием - не более 20 мм (за исключением массивных элементов усиления);

при обоймах толщиной 75...120 мм из литых суперпластифицированных бетонов - 5...10 мм;

при нанесении смесей набрызгом - не более половины толщины бетонируемой конструкции;

при торкретировании - не более 8...10 мм в зависимости от паспортных данных цемент-пушки;

при подливке мелкозернистым бетоном полостей высотой до 50 мм - не более 5 мм, высотой более 50 мм - 10 мм;

в густоармированных набетонках, обоймах - не должна превышать 3/4 расстояния между арматурными стержнями;

в отдельных случаях, при очень частом расположении арматуры, допускается взамен бетона применять цементно-песчаные бетоны прочностью не менее чем требуемая проектом усиления;

модуль крупности песка рекомендуется не ниже 2,2...2,5 с количеством пустот не более 40 %.

1.31. Удобоукладываемость бетонной смеси при вертикальном бетонировании рекомендуется назначать в зависимости от толщины бетонируемого элемента. При толщине бетонируемого элемента до 120 мм осадка конуса принимается не менее 6...8 см, от 120 до 200 мм - от 2...3 см до 5...6 см, а при толщине более 200 мм и при бетонировании вибробулавой - от 1 до 2...3 см. При этом рекомендуется пользоваться пластификаторами в соответствии с указаниями Рекомендаций, приведенных в п. 1.29. Для обойм из литых суперпластифицированных бетонных смесей осадка конуса должна составлять не менее 18 см. Для обойм, рубашек и гильз при усилении емкостных сооружений рекомендуется применять литой бетон с осадкой конуса 16...20 см.

1.32. При усилении в зимних условиях усиливаемые конструкции так же, как и бетон усиления, должны при бетонировании иметь температуру не менее 15 °С.

1.33. Арматурная сталь, прокат, применяемые в конструкциях усиления обетонированием, должны удовлетворять требованиям ГОСТ 13015-75**, СНиП 2.03.11-85.

1.34. Для армирования рекомендуется применять рабочую арматуру из сталей класса А-I, А-II, A-III по ГОСТ 5781-82*. Для напряженной арматуры, шпренгелей и затяжек рекомендуются стали классов A-III, A-IV, A-V, A-VI, A-IIIC по ГОСТ 5781-82*, Ат-V, Aт-VI, Ат-IIIС, Ат-IVC, Ат-IVK, Ат-VCK, Ат-VIK диаметром от 10 до 25 мм по ГОСТ 10884-81*, а также арматурные канаты класса К-7 по ГОСТ 13840-68* и К-19 по ТУ 14-4-22-71. В конструкциях, предназначенных для работы в агрессивных средах, рекомендуется применять стали Ат-IVK, Ат-VCK, Ат-VIK.

Для усиления конструкций большой протяженности в качестве напрягаемой арматуры рекомендуются канаты и пучки из них.

Арматуру классов Ат-IV, Ат-V, Ат-VI, Ат-VIK рекомендуется применять для усиления конструкций пролетом до 12 м ввиду ее плохой свариваемости по длине. Арматуру остальных классов допускается применять для усиления конструкций с любым пролетом со стыковкой ее по длине.

Допускается применение стержней из высокопрочных сталей всех классов в качестве напрягаемой арматуры со стыками при их выполнении с применением обжимных гильз.

Арматурные канаты, применяемые для усиления конструкций, следует предусматривать из проволоки диаметром не менее 2,5 мм.

Конструкции усиления с арматурой в виде пучков и прядей, расположенных в пазах или открыто вне сечения элементов, рекомендуется предусматривать для неагрессивных сред.

1.35. Материалы для узлов сопряжения деталей и анкеров напрягаемой арматуры рекомендуется выбирать из условий прочности и деформативности узлов с учетом минимальных потерь напряжений в арматуре.

1.36. Для изготовления металлических конструкций усиления рекомендуется применять прокат из сталей класса С 38/23 марок ВСт-3Гпс, ВСт-3пс, ВСт-3сп, ВСт-3кп группы В по ГОСТ 380-71*; сталь листовую горячекатаную по ГОСТ 19903-74*, сталь прокатную угловую по ГОСТ 8509-86 и ГОСТ 8510-86, швеллеры по ГОСТ 8240-89, балки двутавровые по ГОСТ 8239-89, трубы по ГОСТ 8731-87, болты и гайки нормальной точности по ГОСТ 1759.0-87 - ГОСТ 1759.5-87*, шайбы по ГОСТ 18123-82*.

1.37. Армирование дисперсно-армированного бетона рекомендуется выполнять стальной проволокой диаметром 0,2...0,5 мм по ГОСТ 3282-74*. Расход фибр на 1 м³ бетонной смеси ориентировочно равен 1,5 % объема, что соответствует примерно 120 кг фибр на 1 м³ смеси.

1.38. Составляющие эпоксидного клея и цементно-песчаной смеси для закрепления арматурных стержней в скважинах должны соответствовать: эпоксидная смола ЭД-16 - ГОСТ 10587-84, полиэтиленполиамин ПЭПА - ТУ 6-02-594-85, дибутилфталат ДБФ - ГОСТ 8728-77*, порошок и жидкость АСТ-Т-ТУ-64-2-226-83, портландцемент - ГОСТ 10178-85, песок ГОСТ 8736-85*, вода - ГОСТ 2874-82*.

1.39. Для предотвращения проскальзывания стержней усиления необходимо обеспечивать их надежную анкеровку на концах. Если позволяют условия, то для анкеровки стержней прежде всего используется традиционный способ, согласно СНиП 2.03.01-84. Анкеровка за счет сцепления прямолинейных стержней с бетоном допускается только для арматуры периодического профиля.

Способы анкеровки следует выбирать согласно «Руководству по конструированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелого бетона (без предварительного напряжения)» (М.: Стройиздат, 1978).

1.40. Проектирование усиления бетонных и железобетонных конструкций зданий, сооружений и фундаментов, предназначенных для работы в условиях агрессивной среды и повышенной влажности, должно вестись с учетом дополнительных требований СНиП 2.03.11-85 и Рекомендаций, указанных в п. 1.29.

При защите напрягаемой арматуры от коррозии обетонированием толщина защитного слоя бетона должна быть не менее 20 мм. Анкеры должны быть защищены слоем раствора толщиной не менее 5 мм или бетона не менее 10 мм. При назначении толщины защитного слоя необходимо также учитывать требования пожарной безопасности согласно СНиП 2.03.11-85.

1.41. Для предприятий с повышенной степенью агрессивности среды железобетонные конструкции усиления рекомендуется проектировать по возможности плоскими с минимальным количеством участков, на которых могут задерживаться продукты агрессии, что обеспечит повышение их долговечности. В железобетонных конструкциях усиления в агрессивных условиях предпочтительнее использовать стали марок 18Г2С и 25Г2С, обладающих повышенной коррозионной стойкостью.

1.42. При проектировании стальных конструкций усиления, предназначенных для эксплуатации в условиях с агрессивными воздействиями, необходимо во избежание появления очагов коррозии в труднодоступных для осмотра местах (особенно в наиболее ответственных узлах) принимать сечения замкнутого профиля, характеризуемого минимальной скоростью коррозии. Необходимо также стремиться к обеспечению свободного доступа для осмотра конструкций в процессе эксплуатации и возобновления антикоррозионного покрытия. Все зазоры между железобетонными конструкциями и стальными профилями должны быть заделаны раствором. Наиболее ответственные узлы усиления конструкций по возможности рекомендуется выносить за пределы зон повышенного постоянного увлажнения.

В пожароопасных помещениях, а также учитывая требования к обеспечению долговечности, в наиболее ответственных случаях защиту стальных конструкций усиления рекомендуется выполнять обетонированием или алюминированием.

1.43. Проект усиления конструкций разрабатывается специализированной проектной организацией и согласовывается с автором проекта строительства предприятия и со строительной организацией, осуществляющей реконструкцию предприятия.

1.44. Проект усиления должен включать обоснование принятых способов усиления со ссылкой на документы обследования существующих конструкций, конструктивные решения по усилению, сметы на выполнение строительно-монтажных работ, а также проект организации работ и правила техники безопасности и их особенности при производстве работ в условиях действующего предприятия.

1.45. В проекте усиления должны также учитываться прогнозы воздействия возможного повышения уровня грунтовых вод, просадки оснований при случайных замачиваниях, повторной подработки, динамического воздействия оборудования и других возможных воздействий.

В проекте усиления хранилищ для сыпучих материалов необходимо отражать, кроме того, условия загрузки хранилищ в процессе усиления; условия первичного и последующих загружений после усиления; сроки выдержки конструкций под нагрузкой и порядок разгрузки; порядок и требования к визуальному и инструментальному наблюдению за осадками сооружений и деформациями основных конструктивных элементов при первичном после усиления загружении.

1.46. Расчет несущей способности усиливаемых железобетонных конструкций производится на основе информации, собранной при их обследовании. Информация состоит из данных о фактическом армировании (диаметр арматуры, расположение стержней), о прочности материалов (условный класс бетона, класс арматуры) и их общего состояния.

Перед расчетом необходимо произвести анализ всей имеющейся проектной документации по усиливаемым конструкциям за все время их эксплуатации.

1.47. При испытании каждого отдельного образца бетона или арматуры или в каждом конкретном испытании, выполняемом на натурной конструкции с использованием безобразцовых методов, способами, регламентированными соответствующими государственными стандартами или другими нормативными документами, определяется основная прочностная характеристика (предел текучести или временное сопротивление стали, прочность бетона на сжатие и т.п.).

Среднее значение прочностной характеристики  определяется по формуле

где R_qi - результат, полученный в i-м испытании или на i-м образце; т - количество образцов (испытаний).

Среднее квадратичное отклонение для выборки S_q вычисляется по формуле

Нормативное значение прочностной характеристики R определяется по формуле

где b - коэффициент, учитывающий объем испытаний и определяемый по табл. 1.

Таблица 1

Примечания: 1. Для промежуточных значений коэффициент b определяется линейной интерполяцией. 2. Коэффициент b с доверительной вероятностью 0,9 определяет нижнюю 95 %-ную допустимую (толерантную) границу для нормально распределенной случайной величины.

1.48. Расчетные характеристики бетона определяются в зависимости от условного класса бетона по прочности на сжатие существующих конструкций.

При выполнении поверочных расчетов по проектным материалам, в том случае, если в проекте существующей конструкция нормируемой характеристикой бетона является его марка, значение условного класса бетона по прочности на сжатие следует принимать равным:

80 %-ной кубиковой прочности бетона, соответствующей марке по прочности для тяжелого, мелкозернистого и легкого бетонов;

70 %-ной - для ячеистого бетона.

Для промежуточных значений условного класса бетона по прочности на сжатие, отличающихся от значений параметрического ряда, расчетные сопротивления бетона определяются линейной интерполяцией.

При выполнении поверочных расчетов по результатам натурных обследований значение условного класса бетона по прочности на сжатие определяется в соответствии с СНиП 2.03.01-84*, принимая вместо марки бетона фактическую прочность бетона в группе конструкций, одной конструкции или в отдельной ее зоне, полученную по результатам испытаний неразрушающими методами или испытаний отобранных от конструкций образцов бетона.

В зависимости от состояния бетона, вида конструкций и условий их работы, а также используемых методов определения прочности бетона при специальном обосновании могут быть использованы другие способы определения класса бетона. При использовании статистических методов коэффициент вариации прочности бетона определяется по ГОСТ 18105-86.

1.49. Нормативные сопротивления арматуры R_sn при выполнении поверочных расчетов по проектным данным существующих конструкций, запроектированных по ранее действующим нормативным документам и по данным испытаний образцов арматуры, отобранных от обследованных конструкций, а также расчетные сопротивления арматуры растяжению R_s при отсутствии проектных данных и невозможности отбора образцов, принимаются в соответствии с СНиП 2.03.01-84*.

Площадь сечения арматуры для поверочных расчетов следует принимать с учетом возможного ее уменьшения в результате коррозии.

При отборе образцов и определении среднего диаметра арматуры - рекомендуется учитывать также положения, приведенные в «Рекомендациях по обеспечению надежности и долговечности железобетонных конструкций промышленных зданий и сооружений при их реконструкции и восстановлении» (М.: Стройиздат, 1982).

1.50. Все известные способы усиления элементов промзданий по признаку включения конструкций усиления в работу разделяются на две основные группы: возведение новых разгружающих и заменяющих конструкций, воспринимающих полностью или частично нагрузки, которые передавались на существующие конструкции; увеличение несущей способности существующих конструкций, т.е. их усиление.

1.51. Группа разгружающих конструкций состоит из двух подгрупп: полное разгружение или замена существующих конструкций новыми; частичное разгружение, при котором часть нагрузки воспринимается существующими конструкциями, а часть - разгружающими. Поскольку частичное разгружение не обладает существенными отличиями от усиления, то эта подгруппа может быть отнесена и к группе увеличения несущей способности.

1.52. Группа увеличения несущей способности состоит из четырех подгрупп: усиление без изменения статической схемы и напряженного состояния; усиление с изменением статической схемы; усиление с изменением напряженного состояния; специальные случаи усиления. Указанные подгруппы объединяют способы усиления в основном по первичному признаку и тесно взаимосвязаны между собой.

1.53. Систематизация способов усиления по признаку включения конструкций усиления в работу, приведенная в пп. 1.50 - 1.52, обладает некоторой условностью и предназначена для обозрения всего многообразия известных способов усиления с целью ориентирования при выборе наиболее рационального способа для конкретных условий.

1.54. Способы усиления хранилищ для сыпучих материалов разделяются на три основные группы: усиление без изменения статической схемы и напряженного состояния путем увеличения сечения, дополнительного армирования и т.п.; усиление с изменением статической схемы путем устройства подпорок, перегородок, перемычек, дополнительных опор и т.п.; косвенное усиление емкостной части хранилищ путем снижения нагрузки, в том числе за счет направленного регулирования кинетики истечения сыпучих материалов.

Последняя группа способов подробно в настоящих Рекомендациях не рассматривается.

2. КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ ПО УСИЛЕНИЮ

Основные конструктивные решения по усилению колонн и балок

2.1. Разгружающие конструкции представляют собой отдельные элементы (балки, плиты, фермы) или взаимосвязанные системы из железобетона и металла, которые полностью или частично воспринимают нагрузки, передававшиеся до их установки на существующие конструкции (см. пп. 2.2 - 2.10).

2.2. Полное разгружение рекомендуется применять для небольших участков перекрытий или при значительной потере несущей способности существующих элементов, которые практически нельзя восстановить, так как уменьшение габаритов производственных помещений конструкциями разгружения, перепады отметок на перекрытиях, мешающие передвижению напольного транспорта, и сравнительно высокая стоимость делают применение этого конструктивного решения не всегда оправданным и рациональным.

Полное разгружение элементов конструкций рекомендуется в тех случаях, когда оно не требует устройства дополнительных колонн и фундаментов (рис. 1 - 6).

Рис. 1. Полное разгружение перекрытия железобетонными конструкциями

1 - разгружаемая конструкция; 2, 3 - разгружающая конструкция; 4 - оборудование; 5 - зазор

2.3. Конструкции полного разгружения рекомендуется, если это возможно, устанавливать сверху разгружаемых (см. рис. 1 - 5). Разгружающие конструкции выполняются как из железобетона, так и из металла, при этом применяются опорные подушки, соединительные планки, стяжные болты и другие вспомогательные приспособления.

Рис. 2. Полное разгружение железобетонной балки металлическими обоймами

1 - разгружаемая балка; 2 - металлическая разгружающая балка; 3 - фиксирующие болты; 4 - опорные подушки; 5 - сварные швы; 6 - соединительные накладки

Рис. 3. Полное разгружение второстепенной балки и плиты перекрытия металлическими балками

1 - разгружаемая балка; 2 - металлические балки разгружения; 3 - ребра жесткости; 4 - тяжи; 5 - планки из уголков; 6 - опорные листы; 7 - опорные подушки

Рис. 4. Полное разгружение плиты монолитного перекрытия ребристыми плитами

1 - разгружаемая плита; 2 - разгружающая конструкция; 3 - элементы крепления; 4 - ригель; 5 - прокладки из уголков

Фиксирующие элементы для горизонтальной плоскости пропускаются через отверстия в перекрытии так, чтобы нагрузка от них передавалась на разгружаемые конструкции.

При полном разгружении элементов конструкций необходимо обязательно предусматривать зазор между разгружающими и разгружаемыми элементами для обеспечения свободного прогиба разгружающего элемента согласно п. 3.17 настоящих Рекомендаций (см. рис. 1).

2.4. Если в результате установки разгружающих элементов сверху перекрытий создаются различный уровень пола или стесненные габариты производственных помещений, возможна установке или подвеска элементов снизу перекрытий (см. рис. 6). Нагрузку на конструкции разгружения в этих случаях передают с помощью стоек, пропущенных через отверстия, пробитые в существующем перекрытии. Разгружающие конструкции, устанавливаемые снизу перекрытий на существующие колонны или подвешиваемые к главным балкам, рекомендуется проектировать металлическими. При использовании конструкций полного разгружения следует учитывать изменение расчетной схемы.

Рис. 5. Возведение нового перекрытия с последующей разборкой существующего и сохранением опорного участка

1 - конструкции нового перекрытия; 2 - главная балка существующего перекрытия; 3 - второстепенная балка существующего перекрытия

2.5. Замена существующих конструкций новыми (см. рис. 5), воспринимающими на себя всю полезную нагрузку, рекомендуется лишь в тех случаях, когда существующая конструкция препятствует необходимому увеличению габаритов помещения по требованиям новой технологии или когда она находится в состоянии, при котором возможно ее полное или частичное обрушение в незагруженном состоянии.

2.6. Дополнительные разгружающие элементы при частичном разгружении могут иметь контакт с существующими конструкциями по всей длине или в отдельных точках. Рассматривать дополнительные разгружающие элементы как конструкцию частичного разгружения, в отличие от наращивания (см. пп. 3.22 - 3.25), следует в случае, если при их устройстве не обеспечивается по всей длине совместная работа с усиливаемым элементом.

Частичное разгружение элементов конструкций (плит перекрытий, второстепенных балок, главных балок, ригелей, подкрановых балок и т.п.) рекомендуется применять в тех случаях, когда с разгружаемой конструкции необходимо снять только часть полезной нагрузки.

Конструкции частичного разгружения могут быть как железобетонными, так и металлическими (рис. 7 - 8), при этом необходимо иметь в виду, что частичное разгружение, по существу, является и усилением существующей конструкции, т.е. увеличением ее несущей способности.

2.7. В случаях, когда опорные сечения элементов, на которые передают нагрузку разгружающие конструкции, не обладают необходимой несущей способностью, а также в случаях, когда отсутствуют опоры для установки разгружающих конструкций, на колоннах следует устраивать специальные опорные хомуты (рис. 9). Опорные хомуты могут быть как железобетонными, так и металлическими с последующим обетонированием или без него.

2.8. Перед устройством железобетонных опорных хомутов бетонные поверхности колонн и ригелей рекомендуется скалывать на толщину защитного слоя. Бетон для опорных хомутов должен быть на мелком щебне или гравии пластичной консистенции с осадкой конуса 10 см. Рекомендуется выполнять опорные хомуты так, чтобы они возвышались над нижней поверхностью ригелей на 10...15 см для заполнения пространства под ригелями бетоном под некоторым давлением (см. рис. 9).

2.9. Перед устройством металлических опорных хомутов необходимо обнажить арматуру колонн и нижнюю арматуру ригелей, что достигается скалыванием защитного слоя бетона в соответствующих местах. Металлические опорные хомуты, как правило, выполняются из швеллеров (см. рис. 9, б), которые привариваются к угловым стержням арматуры и ригелей. Перед приваркой швеллеры, установленные в проектное положение, соединяются между собой стяжными болтами. После выполнения сварочных работ необходимо установить по контуру конструктивную арматуру и обетонировать. Установку швеллеров следует производить с плотной подгонкой к рабочей арматуре колонн и ригелей, для достижения которой защитный слой скалывается особо тщательно, а встречающаяся поперечная арматура (хомуты) удаляется. При неплотном примыкании устанавливаемых швеллеров к отдельным стержням арматуры необходимо вставлять подкладки соответствующей толщины. При удалении части хомута следует предусмотреть предварительное разгружение конструкции или закрепление стержня.

Рис. 6. Полное разгружение участка перекрытия

а - металлическими балками, подвешенными снизу к главным балкам: 1 - разгружаемый участок перекрытия; 2 - металлические балки разгружения; 3 - тяжи; 4 - стойки; 5 - прокладки; 6 - опорные швеллеры; 7 - оборудование; 8 - отверстия в плите, заделываемые асфальтом; б - металлическими балками, опирающимися на обоймы колонн: 1 - разгружаемый участок перекрытия; 2 - главная разгружающая балка; 3 - стойки; 4 - разгрузочные балки; 5 - колонны; 6 - металлические обоймы; 7 - оборудование; 8 - зазоры

2.10. В случаях, когда опорные хомуты предназначены для опирания на них вновь возводимых элементов, их конструктивные особенности сохраняются (см. рис. 9, б), но отпадают меры для заполнения пространства бетоном под ригелем при железобетонных опорных хомутах и подгонки швеллеров к арматуре ригелей - при металлических.

2.11. Одним из распространенных способов усиления стержневых элементов являются обоймы, характерной особенностью которых является охват усиливаемого элемента со всех четырех сторон (рис. 10 - 13). Обоймы могут быть железобетонными и металлическими.

2.12. Усиление изгибаемых элементов (ригелей, балок и т.п.) обоймами рекомендуется только в тех случаях, когда по каким-либо причинам (например, значительная коррозия арматуры) нельзя применить способ одностороннего наращивания, поскольку усиление изгибаемых элементов по всему периметру сечения помимо трудностей, связанных с производством работ, нерационально с конструктивной точки зрения.

2.13. Минимальная толщина железобетонных обойм изгибаемых элементов принимается в зависимости от защитного слоя в соответствии со СНиП 2.03.01-84* и диаметра арматуры (продольной и поперечной); максимальная - обычно не превышает 100 мм. Площадь продольной арматуры определяется расчетом.

Рис. 7. Частичное разгружение второстепенной балки

а - монолитной железобетонной балкой: 1 - разгружаемая конструкция; 2 - разгружающая конструкция; б - сборными железобетонными балками: 1 - разгружаемые конструкции; 2 - разгружающие конструкции; 3 - фиксирующие хомуты; 4 - листовые подкладки; 5 - подкладки из уголков; 6 - оборудование; в - металлическими балками из швеллеров: 1 - разгружаемая балка; 2 - разгружающая балка; 3 - подвеска; 4 - прокладка

Рис. 8. Частичное разгружение подкрановой балки дополнительными решетчатыми конструкциями

1 - колонна; 2 - подкрановая балка; 3 - разгружающая ферма; 4 - упорная обойма; 5 - клиновидные прокладки; 6 - планки-связи; 7 - упорные пластины; 8 - болты; 9 - односторонняя связь

2.14. В случаях, когда изгибаемый элемент входит в состав монолитного ребристого перекрытия, при усилении его обоймой в плите перекрытия необходимо просверливать отверстия для пропуска хомутов и подачи бетонной смеси при бетонировании. При усилении перекрытия в целом выполнение обойм для балок и набетонка плиты сверху производятся одновременно.

2.15. Наиболее широкое применение обойм рекомендуется для усиления колонн. В этом случае достигается наибольшая эффективность этого конструктивного решения. Для усиления колонн применяется несколько типов обойм, которые различаются конструктивными особенностями, материалами, производством работ и эффективностью усиления.

2.16. Одним из типов железобетонных обойм являются обоймы с обычной продольной и поперечной арматурой (см. рис. 11) без связи арматуры обоймы с арматурой усиливаемой колонны. Перед бетонированием обоймы необходимо обязательно произвести подготовку поверхности усиливаемой конструкции (выполнить насечку бетона и промыть его струей воды). Толщина обоймы колонны зависит от степени усиления и обычно не превышает 300 мм. Минимальная толщина обойм, по требованиям технологии усиления, приведена в п. 4.4.

Площадь продольной арматуры обоймы определяется расчетом, но ее диаметр должен быть не менее 16 мм для сжатых и 12 мм для растянутых стержней. Поперечная вязаная арматура принимается диаметром не менее 6 мм, а сварная - 8 мм и устанавливается с шагом 15 диаметров продольной, но не более трехкратной толщины обоймы и не более 200 мм. В местах возможной концентрации напряжений шаг хомутов должен быть уменьшен вдвое. Конструирование арматуры должно выполняться в соответствии с требованиями СНиП 2.03.01-84*.

При устройстве местной обоймы на поврежденном участке она должна выходить за его пределы на длину не менее 5 толщин обоймы, не менее длины анкеровки арматуры, не менее двойной ширины большей грани колонны и не менее 400 мм. Для улучшения сцепления нового бетона со старым рекомендуется на поверхности старого бетона на участке местной обоймы выполнять адгезионную обмазку из полимерных материалов.

2.17. Разновидностью железобетонных обойм колонн являются обоймы с устанавливаемой вдоль их граней жесткой наружной арматурой из уголков, которая у концов усиливаемых колонн приваривается к горизонтальным опорным уголкам (см. рис. 11).

Рекомендуются для конструкций с малыми эксцентриситетами приложения нормальных сил.

2.18. Железобетонные обоймы колонн могут быть выполнены с поперечной арматурой в виде спиральной обмотки из проволочной арматуры диаметром не менее 6 мм (см. рис. 12, а). При конструировании обойм должны соблюдаться следующие условия:

спирали в плане должны быть круглыми;

расстояния между витками спирали в осях должны быть не менее 40 мм, не более 1/5 диаметра сечения ядра обоймы, охваченного спиралью, и не более 100 мм; у опор и в других местах возможной концентрации напряжений это расстояние должно быть не более 50 мм;

спирали должны охватывать всю рабочую продольную арматуру.

Железобетонные обоймы со спиральной обмоткой обладают повышенной несущей способностью при центральном сжатии.

2.19. Помимо железобетонных обойм для усиления колонн могут быть рекомендованы металлические обоймы (см. рис 12, б), составными частями которых являются стойки уголкового профиля, устанавливаемые по граням колонн; соединительные планки между ними и опорные подкладки из уголков или листового металла. Металлические обоймы рекомендуется применять в случаях, когда нельзя уменьшать габариты производственных помещений и требуется выполнить усиление в кратчайшие сроки.

Рис. 9. Конструкция опорного хомута

а - из железобетона: 1 - колонна; 2 - ригель; 3 - опорный хомут; 4 - арматура колонны; 5 - сколотая поверхность; 6 - участок, бетонируемый под давлением; 7 - арматура ригеля; 8 - хомуты; 9 - арматура опорного хомута; 10 - шпильки; б - из профильного металла с обетонкой: 1 - колонна; 2 - ригель; 3 - арматура колонны; 4 - хомуты; 5 - арматура ригеля; 6 - швеллеры опорного хомута; 7 - сколотая поверхность; 8 - стяжные болты; 9 - сварные швы; 10 - обетонка

Рис. 10. Усиление монолитной балки железобетонной обоймой

1 - усиливаемая балка; 2 - обойма; 3 - плита; 4 - отверстия в плите для пропуска хомутов и подачи бетона; 5 - монтажная арматура обоймы; 6 - наклонные стержни обоймы; 7 - рабочая арматура обоймы; 8 - хомуты обоймы

При устройстве металлических обойм обязательными условиями являются плотное примыкание металлических стоек к граням усиливаемой колонны и их вертикальность. Для достижения этих условий рекомендуется поверхность бетона в месте примыкания стоек выравнивать сколом неровностей и зачеканкой цементным раствором.

Эффективность усиления зависит от примыкания по торцам металлических стоек. Включение металлических обойм в совместную работу может осуществляться с помощью специальных приспособлений. Один из вариантов подобного приспособления показан на рис. 13.

Рис. 11. Усиление колонии железобетонной обоймой

а - со стержневой арматурой; б - с жесткой наружной арматурой из уголков; 1 - усиливаемая колонна; 2 - обойма; 3 - продольная арматура обоймы; 4 - поперечная арматура обоймы; 5 - жесткая продольная арматура обоймы; 6 - опорные уголки жесткой обоймы

2.20. Эффективность усиления металлической обоймой значительно возрастает, если пояса вокруг колонны, образованные соединительными планками, выполнить предварительно напряженными. Ввод в напряженное состояние металлических поясов рекомендуется осуществлять следующим образом: соединительные планки каждого из поясов устанавливают на одном уровне и приваривают одной стороной к стойкам; затем приступают к замыканию среднего по высоте колонны пояса, для чего нагревают соединительные планки двух противоположных граней до температуры 100 °С и приваривают к стойкам в нагретом состоянии. Аналогично поступают с планками смежных граней. Таким же образом замыкают остальные пояса обоймы. По мере остывания нагретых соединительных планок усиливаемая колонна подвергается обжатию металлическими поясами.

Рис. 12. Усиление колонны

а - железобетонной обоймой со спиральной арматурой: 1 - усиливаемая колонна; 2 - обойма; 3 - спиральная арматура; б - металлической обоймой: 1 - усиливаемая колонна; 2 - стойки-уголки; 3 - соединительные планки; 4 - подкладки; 5 - зачеканка цементным раствором

2.21. Конструктивное решение, известное как рубашка, представляет собой незамкнутую с одной стороны обетонку (рис. 14 - 16). Рубашки рекомендуется применять в тех же случаях, что и обоймы, когда по каким-либо причинам не имеется возможности охватить усиливаемый элемент со всех четырех сторон, например колонна, примыкающая одной стороной к стене (см. рис. 15).

Рис. 13. Приспособление для включения в работу металлической обоймы колонны (а. с. № 607932. - БИ, 1977, № 19)

1 - усиливаемая колонна; 2 - обойма; 3 - столик; 4 - металлический винт; 5 - гайка; 6 - упорный элемент; 7 - ригель; 8 - динамометр; 9 - прокладка

Рубашки чаще применяются при усилении монолитных балок ребристых перекрытий.

Особое внимание рекомендуется уделять анкеровке поперечной арматуры по концам поперечного сечения рубашек. При усилении колонн хомуты должны привариваться к арматуре усиливаемой колонны, в случае каких-либо затруднений рубашка колонны должна рассчитываться на восприятие всей нагрузки. При усилении монолитных балок ребристых перекрытий хомуты выводятся через плиту через просверленные отверстия и заанкериваются с помощью продольных арматурных стержней (см. рис. 14).

Рис. 14. Усиление монолитной балки железобетонной рубашкой

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

Рис. 15. Усиление колонны железобетонной рубашкой

1 - усиливаемая колонна; 2 - рубашка; 3 - рабочая арматура рубашки; 4 - хомуты, 5 - ограждающая стена; 6 - сварка внахлестку хомутов к арматуре колонны

Рис. 16. Усиление верхних поясов сборных балок покрытия обоймами и наращиванием

а - обоймой из швеллеров; б - односторонним наращиванием сверху; в - рубашкой; 1 - усиливаемая балка; 2 - плита покрытия; 3 - швеллеры; 4 - уголки усиления выреза полки швеллера; 5 - упоры для стяжных болтов; 6 - стяжные болты; 7 - соединительные элементы на сварке; 8 - арматура балки; 9 - дополнительная арматура

При усилении изгибаемых элементов рекомендуется применять бетоны более пластичной консистенции, чем при усилении колонн.

Если рубашки устанавливаются только на поврежденных участках усиливаемых элементов, то их необходимо распространять на неповрежденные части не менее длины анкеровки продольной арматуры рубашки, не менее пяти толщин стенок рубашки, не менее ширины грани или диаметра усиливаемого элемента и не менее 500 мм. При армировании рубашек не рекомендуется применять арматуру диаметром менее 8 мм для продольных стержней и сварных хомутов и 6 мм - для вязаных хомутов.

2.22. Усиление наращиванием заключается в том, что усиливаемая конструкция увеличивается по высоте или ширине (снизу, с боков или сверху усиливаемого элемента). Характерной особенностью этого способа является восприятие касательных напряжений, действующих в плоскости контакта старого бетона с новым, специальной дополнительной арматурой, привариваемой к арматуре усиливаемой конструкции, предварительно обнажаемой скалыванием защитного слоя в местах приварки (рис. 17 - 19). Наращивание применяется для усиления любых железобетонных конструкций (как монолитных, так и сборных). Усиление верхних полок сборных балок покрытий (см. рис. 16) выполняется в случае замены плит покрытий. При наращивании не рекомендуется применение арматурных стержней диаметром менее 10 мм. При скалывании защитного стоя, расположенного в сжатой зоне, следует учитывать временное снижение несущей способности.

2.23. В ряде случаев для увеличения несущей способности усиливаемых элементов наращиванием достаточно лишь увеличить количество основной продольной арматуры, для чего рекомендуется сколоть защитный слой не менее чем на 0,5 диаметра арматуры и посредством параллельной приварки через коротыши из арматуры диаметром от 10 до 40 мм и длиной от 50 до 200 мм соединить дополнительную арматуру с существующей.

В растянутой зоне усиливаемых элементов коротыши размещаются на расстоянии 200...1000 мм, в сжатой зоне - на расстоянии не более 500 мм и не более 20 диаметров продольной арматуры усиления. После проведения сварочных работ взамен сколотого защитного слоя наносится новый в виде цементной штукатурки или торкретированием. В этих случаях сечение усиливаемого элемента увеличивается незначительно, в пределах от 20 до 80 мм (см. рис. 18).

2.24. В случаях значительного наращивания сечения рекомендуется применять специально приваренные соединительные элементы, вертикальные и наклонные (см. рис. 17, 18, сечение 2 - 2). После проведения сварочных работ производятся подготовка поверхности и бетонирование наращиваемого сечения, которые не отличаются принципиально от подобных работ при устройстве обойм и рубашек.

Рис. 17. Усиление колонны наращиванием сечения

1 - усиливаемая колонна; 2 - одностороннее наращивание; 3 - арматура колонны; 4 - добавочная рабочая арматура; 5 - соединительные стержни на сварке

Рис. 18. Усиление балок односторонним наращиванием

1 - усиливаемая балка; 2 - наращивание посредством коротышей; 3 - наращивание посредством соединительных элементов; 4 - арматура усиливаемой балки; 5 - дополнительная рабочая арматура; 6 - коротыши; 7 - соединительные элементы на сварке

2.25. Усиление наращиванием не рекомендуется при значительной коррозии продольной арматуры усиливаемых элементов и в тех производственных помещениях, где по каким либо причинам запрещено производить сварочные работы.

2.26. При разрывах арматурных стержней в изгибаемых элементах рекомендуется восстанавливать их приваркой напряженных накладок (см. рис. 19, б). Предварительно следует подпереть усиливаемую конструкцию временными подпорками, сколоть защитный слой на необходимой длине, приварить стержни усиления (накладки) одним концом, нагреть током, например от сварочного трансформатора, приварить второй конец в нагретом состоянии, восстановить нарушенный защитный слой пластичным бетоном на мелком заполнителе.

Рис. 19. Усиление сборных балок покрытия

а - односторонним наращиванием; б - накладками на сварке при разрыве арматуры; 1 - усиливаемая балка; 2, 3 - арматура балки; 4 - дополнительная арматура; 5 - накладки из арматурных стержней; 6 - соединительные элементы; 7 - дополнительные хомуты; 8 - обетонка

Допускается приварка дополнительной арматуры из сталей классов A-I, A-II, A-III к существующей арматуре тех же классов. При арматуре из высокоуглеродистых сталей классов A-IV и выше, а также из канатов и прядей сварка не допускается.

2.27. В случаях, когда условия технологического процесса позволяют стеснение габаритов производственных помещений, одним из простых способов усиления изгибаемых элементов (балок, ригелей, рам, ферм и т.п.) является установка дополнительных жестких опор (рис. 20 - 22).

2.28. Поскольку при выполнении жестких опор на самостоятельных фундаментах полностью избежать осадки опоры весьма затруднительно, то во всех случаях желательно устанавливать их на существующие фундаменты (см. рис. 20), если даже при этом необходимо их усилить. В этих случаях жесткие дополнительные опоры выполняют в виде порталов или подкосов.

Элементы дополнительных жестких опор могут быть железобетонными и металлическими. Их рекомендуется изготавливать заранее на стороне.

При выполнении жестких опор в виде подведенных стоек, имеющих самостоятельные фундаменты (см. рис. 20), рекомендуется обращать особое внимание на уменьшение осадки этих фундаментов, для чего необходимо осуществлять предварительное обжатие грунта под подошвой. Одним из способов предварительного обжатия грунта является загружение фундамента нагрузкой, не меньшей расчетной, до возведения стойки. Для уменьшения давления на грунт под подошвой нового фундамента рекомендуется устраивать распределительную песчано-гравийную подушку.

2.29. При усилении ригеля рамы дополнительными жесткими опорами в виде металлических подкосов (см. рис. 20) накладные металлические детали в нижних углах должны быть закреплены. После подведения подкосов для плотного прилегания сопрягаемых конструкций, обеспечивающих эффективность усиления, необходимо в верхнем узле произвести расклинку клиновидными прокладками. Возможно устройство подкосов с опиранием на металлические обоймы колонн (см. рис. 21).

2.30. В случаях, когда усиливаемая конструкция не может быть предварительно разгружена, установка дополнительных жестких опор должна в обязательном порядке сопровождаться предварительным поднятием усиливаемой конструкции (см. рис. 22). Подъем усиливаемой конструкции может быть произведен различными способами и зависит как от конструкции дополнительных опор, так и от конструкции усиливаемых элементов.

2.31. При усилении ригелей дополнительными жесткими опорами в виде металлических или железобетонных подкосов (см. рис. 22) подъем усиливаемого ригеля может производиться, например, горизонтально расположенным домкратом. Для облегчения перемещения распираемых полураскосов необходимо в зазор между усиливаемым ригелем и полураскосами закладывать металлические подкладки и коротыши из круглой арматурной стали. После подъема усиливаемой конструкции на необходимую величину с обеих сторон полураскосов приваривают распорки из профильного металла, например из швеллеров, а домкрат снимают. При усилении полураскосами, во избежание перегрузки колонн внизу, полураскосы необходимо связать понизу специальной металлической затяжкой.

2.32. При усилении ригелей дополнительными жесткими опорами в виде подкоской системы, устанавливаемой на одной колонне (см. рис. 22), подъем усиливаемой конструкции производится натяжением металлической затяжки посредством натяжной муфты. Для установки подкосной системы в нижней части колонны необходимо предварительно устроить обойму. После установки и стягивания подкосов они в нижней части закрепляются приваркой металлических планок к подкосам. Усиление жесткими дополнительными опорами этого типа в меньшей мере стесняет габариты производственных помещений.

2.33. Для усиления изгибаемых элементов применяются также дополнительные упругие опоры, создаваемые обычно с помощью металлических ферм и балок, устанавливаемых под усиливаемым элементом на общие с ними или самостоятельные опоры и воспринимающие нагрузку через прокладки, расположенные в пролете между усиливающим и усиливаемым элементом.

Включение конструкций дополнительных упругих опор в работу может осуществляться подтягиванием в процессе монтажа опорных концов упругих опор к усиливаемому элементу (рис. 23) или с помощью расклинивающих прокладок (рис. 24). Вместо расклинивающих прокладок могут устанавливаться распорные болты.

2.34. При усилении изгибаемых элементов многоэтажных зданий упругие дополнительные опоры могут быть созданы металлическими тяжами (рис. 25). Реактивная разгружающая сила создается предварительным напряжением тяжей вначале посредством натяжных гаек, а окончательно - натяжными муфтами. Нагрузка от тяжей воспринимается рамой верхнего яруса, к стойкам которой они крепятся.

Производство работ в данном случае не вызывает каких-либо затруднений и может быть проведено в кратчайшие сроки, но тяжи значительно стесняют габариты производственных помещений.

Рис. 20. Усиление дополнительной жесткой опорой

а - подведенной металлической стойкой: 1 - усиливаемая конструкция; 2 - отдельный фундамент под дополнительную опору; 3 - металлическая стойка; 4 - элементы крепления; б - подведенным металлическим порталом: 1 - усиливаемая конструкция; 2 - подведенный металлический портал; 3 - охватывающий металлический хомут; 4 - прокладки; в - металлическими подкосами: 1 - усиливаемый ригель; 2 - металлические подкосы; 3 - затяжка на уровне пола; 4 - клиновидные прокладки; 5 - опорный уголок; 6 - фиксирующие болты

Рис. 21. Усиление ригеля металлическими подкосами с опорой на обойму колонны

1 - усиливаемый ригель; 2 - металлические подкосы; 3 - затяжка; 4 - металлическая обойма колонны; 5 - прокладки

2.35. Для уменьшения изгибающих моментов в элементах многопролетной многоярусной рамы от воздействия ветровой нагрузки могут быть рекомендованы крестовые предварительно напряженные связи из гибких металлических тяжей (рис. 26). Напряжение таких связей проще всего осуществить при помощи стяжных муфт, однако не исключается и применение термического способа. Для анкеровки необходимо предварительно устраивать специальные анкерные хомуты из листового металла, закрепляемые на колоннах. Необходимо иметь в виду, что связи разрешается устанавливать по высоте одной и той же рамы в разных пролетах, что позволяет использовать те пролеты, где это удобнее, исходя из условий технологического процесса.

2.36. Для целей, указанных в п. 2.35, можно рекомендовать также усиление железобетонными раскосами с предварительно напряженными затяжками (см. рис. 26). После установки раскоса в проектное положение гибкие металлические тяжи напрягаются термическим способом с обеих сторон раскоса. Элемент усиления в целом может воспринимать как сжимающие, так и растягивающие усилия.

2.37. Для усиления в основном сборных балок покрытия больших пролетов и ферм под нагрузкой могут быть рекомендованы предварительно напряженные шарнирно-стержневые цепи. Применение шарнирно-стержневых цепей позволяет создать противоположную по знаку нагрузку в виде ряда сосредоточенных грузов, расположение и величины которых намечаются заранее в зависимости от очертаний цепей. Эффект усиления (создание реактивных сил заданных величин) достигается натяжением статически определимой цепи. Основными элементами при усилении этим способом являются: собственно шарнирно-стержневая цепь, состоящая из двух одинаковых ветвей по обе стороны усиливаемой балки (уголки с подрезанными вертикальными полками в местах перегиба, арматурные стержни до 30...36 мм диаметром или канаты); анкерные устройства в виде сварных накладок из листового металла в верхней зоне балок над опорами; подвески, обычно из круглой стали, или стойки из профильного металла в местах перегиба ветвей цепи (рис. 27, 28). Арматурные стержни принимаются из стали классов A-I, A-II, A-III, металлические конструкции - из сталей ВСт3сп, ВСт3пс, ВСт3кп. Сварные соединения необходимо выполнять с особой тщательностью.

2.38. Все элементы цепи рекомендуется изготавливать заранее в соответствии с размерами усиливаемой балки, тщательно проверенными в натурных условиях. Элементы цепи следует устанавливать в определенной последовательности. К закрепленным на балке анкерным устройствам подвешивают обе ветви цепи с заранее прикрепленными подвесками, имеющими на концах винтовую нарезку, и соединительными планками. Если кроме подвесок требуются и стойки, то их устанавливают, оставляя свободным место для центральной подвески (стойки). При закручивании гаек все соединительные планки подвесок плотно притягиваются к усиливаемой балке, а цепь получает некоторое натяжение, вследствие которого происходит обжатие анкерных устройств и обмятие всех промежуточных узлов, что приводит к устранению или уменьшению потерь напряжений в дальнейшем. Затем натяжение ослабляется и узлы устанавливаются в проектное положение в соответствии с цепной линией. При креплении ветвей цепи к анкерным устройствам на болтах имеется возможность регулировать длину цепи, что позволяет установить цепь в проектное положение с большей точностью.

При проектировании очертания цепи рекомендуется принимать его таким, чтобы тангенсы углов наклона отдельных звеньев, начиная от середины, относились между собой как 1 : 3 : 5 и т.д. Соблюдение этого условия приводит к тому, что усилия (реактивные силы) во всех подвесках и стойках будут примерно одинаковой величины, и основное натяжение можно производить в месте расположения центральной подвески или стойки. Величина усилия предварительно определяется теоретически.

Рис. 22. Усиление ригеля дополнительной жесткой опорой

а - опирающимися на нижележащее перекрытие: 1 - усиливаемый ригель; 2 - подкладка; 3 - коротыши из круглых арматурных стержней; 4 - двухсторонняя распорка, привариваемая после распора полураскосов; 5 - металлический оголовник; 6 - полураскос; 7 - затяжка на уровне пола; 8 - домкрат; 9 - сварные швы; б - опирающимися на обоймы колонны: 1 - усиливаемый ригель; 2 - обойма; 3 - подкосы; 4 - затяжка; 5 - натяжная муфта; 6 - металлический оголовник; 7 - планки; 8 - прокладки

2.39. Для основного натяжения ветвей цепи в месте расположения центральной подвески или стойки применяются различные способы. В случаях, когда цепь располагается выше низа усиливаемой балки, т.е. требуется установка подвески, натяжение можно осуществлять посредством закручивания гаек динамометрическим ключом с помощью домкрата с манометром, упирающегося в низ балки, и другими способами. Показания манометра позволяют достаточно точно определять величину разгружающей нагрузки. Независимо от расположения цепи относительно усиливаемой балки можно осуществить натяжение ее ветвей оттарированным грузом с последующей фиксацией узла подвеской или стойкой. При натяжении этим способом также обеспечивается достаточный контроль.

2.40. Для усиления изгибаемых элементов многопролетных зданий или конструкций (сборных балок покрытия, второстепенных балок монолитных ребристых перекрытий и т.п.) в приопорных зонах могут применяться двухконсольные предварительно напряженные разгружающие кронштейны, устанавливаемые на промежуточных опорах (рис. 29).

Рис. 23. Усиление дополнительной упругой опорой (металлической балкой)

а - на подвесках - стяжных болтах: 1 - усиливаемая балка; 2 - усиливающая балка; 3 - стяжной болт; 4 - опорный уголок; 5 - прокладка; б - на кронштейнах; 1 - усиливаемая балка; 2 - усиливающая балка; 3 - металлическая обойма колонны; 4 - кронштейны; 5 - клиновидные прокладки

При усилении сборных балок покрытия обе ветви кронштейнов представляют собой треугольные фермы. Нижний пояс выполняется из одного уголка, а верхний пояс и решетка могут быть выполнены как из одинарных уголков, так и из круглых арматурных стержней (см. рис. 28).

Высота кронштейнов принимается равной высоте надопорной части усиливаемых балок. Длины консольных частей кронштейнов рекомендуется принимать равными 1/4 - 1/6 пролета усиливаемых балок. При небольшой длине консольных частей можно вообще отказаться от внутренних элементов решетки.

Частями кронштейна являются ветви кронштейнов, опорные элементы (опорный лист или седлообразные накладки), соединительные элементы в виде отрезков уголков или круглых стержней, упорные устройства, прикрепляемые под низом усиливаемой балки к концам ветвей кронштейна. Эти устройства служат для создания опор усиливаемых балок и могут иметь различную конструкцию в зависимости от способа натяжения кронштейна.

Рис. 24. Усиление изгибаемых элементов дополнительными упругими опорами

а - металлическими балками на подвесках; б - металлическими треугольными фермами; 1 - разгружаемый элемент; 2 - разгружающая конструкция; 3 - подвеска; 4 - опора разгружающей конструкции; 5 - фиксирующий болт; 6 - прокладка; 7 - отверстия, заполняемые бетоном после усиления

Рис. 25. Усиление дополнительной упругой опорой (предварительно напряженными тяжами)

1 - усиливаемый ригель; 2 - предварительно напряженный тяж; 3 - металлическая обойма; 4 - натяжная гайка; 5 - сварные швы; 6 - отверстия, заделываемые асфальтом; 7 - натяжная муфта

2.41. Опорные элементы кронштейна могут быть двух типов. При усилении сборных балок - это вертикальный металлический лист толщиной 20...30 мм и высотой 300...400 мм в пределах высоты балки, привариваемой внизу к распределительной горизонтальной прокладке. Опорный лист вставляется в зазор между сборными балками и передает нагрузку непосредственно на колонну, при этом необходимо обеспечивать возможность некоторого свободного поворота его, для чего зазор должен превышать толщину листа на 5...10 мм. При усилении второстепенных балок монолитных ребристых перекрытий опорные элементы выполняются в виде седлообразных накладок, устанавливаемых сверху на балки и связанных между собой сваркой (см. рис. 29).

Рис. 26. Усиление рамы

а - предварительно напряженными крестовыми связями: 1 - усиливаемые элементы рамы; 2 - металлическая обойма; 3 - предварительно напряженные тяжи; 4 - сварные швы; 5 - натяжная муфта; б - железобетонным раскосом с предварительно напряженными тяжами: 1 - элементы усиливаемой рамы; 2 - опорная накладка; 3 - предварительно напряженные тяжи; 4 - железобетонный раскос; 5 - металлическая обойма

2.42. Конструкция упорного устройства зависит от способа натяжения. При натяжении болтами она представляет собой жесткий элемент, пропускаемый под низом усиливаемой балки и закрепляемый на болтах к ветвям кронштейна (см. рис. 28). Контроль натяжения осуществляется по прогибу концов кронштейна. При натяжении подвеской оттарированного груза жесткий элемент упорного устройства приваривается к ветвям кронштейна, для чего в нем предусматриваются отверстия или привариваются петли. После натяжения в зазор между низом балки и пластиной упорного устройства плотно укладываются фиксирующие прокладки, а грузы снимаются. Потери напряжения устраняются подвеской груза на 10...15 % большего, чем требуемая разгружающая нагрузка. После натяжения домкратами, устанавливаемыми между упорами, подвешенными на концах кронштейна, и низом балки, также укладывают фиксирующие прокладки. Контроль натяжения осуществляют по манометру домкрата. Поскольку эта система является статически определимой, свободно вращающейся на средней опоре, то можно производить натяжение только одного конца кронштейна. Усилие на другом конце в этом случае будет также известно.

Разгружающие кронштейны могут выполняться также в виде сплошных балок из прокатного металла (см. рис. 28).

В случаях, если усиление вызвано нарушением анкеровки продольной рабочей арматуры, вынос опоры или кронштейна от опорного листа балки должен быть не менее 40 диаметров при стержневой арматуре периодического профиля и не менее 80 диаметров при арматуре из высокопрочной проволоки.

2.43. Конструкция кронштейнов, устанавливаемых на промежуточных опорах второстепенных балок монолитных ребристых перекрытий, несколько отличается от конструкции, указанной в пп. 3.39 - 3.42 (см. рис. 29). Она собирается на месте из четырех частей, так как каждая ветвь кронштейна в этом случае состоит из двух отдельных частей. После их установки верхние растянутые пояса необходимо сваривать над опорой с помощью накладок, нижние остаются разрезанными главной балкой. По нижнему поясу устанавливают соединительные планки для устойчивости каждой ветви кронштейна. Закрепление нижнего пояса двухветвевого кронштейна осуществляется посредством специальных подвесок и опорных накладок.

2.44. При усилении балок покрытия многопролетных зданий рекомендуется применять одновременно различные конструктивные решения для крайних и средних пролетов. Для крайних пролетов можно применить предварительно напряженный шпренгель, для средних - предварительно напряженные разгружающие кронштейны (см. рис. 28).

Рис. 27. Усиление изгибаемых элементов предварительно напряженной шарнирно-стержневой цепью

а - усиление балки монолитного ребристого перекрытия; б - усиление сборной балки покрытия; 1 - усиливаемый элемент; 2 - шарнирно-стержневая цепь; 3 - стойка; 4 - центральная стойка; 5 - металлическая обойма анкерного устройства

Рис. 28. Усиление сборной балки покрытия

а - шарнирно-стержневой цепью: 1 - усиливаемая балка; 2 - шарнирно-стрежневая цепь; 3 - анкерное устройство; 4 - натяжной болт; 5 - опорная подкладка; 6 - соединительный опорный швеллер; 7 - ребро жесткости;

б - предварительно напряженными разгружающими кронштейнами: 1 - усиливаемая балка; 2 - уголки нижнего пояса кронштейна; 3 - тяжи кронштейна; 4 - колонна; 5 - натяжные болты; 6 - связи по нижнему поясу; 7 - оголовник; 8 - плиты покрытия; 9 - распределительная прокладка; 10 - опорный лист; в - выносными опорами: 1 - усиливаемая балка; 2 - опора; 3 - двухконсольные металлические балки; 4 - столик выносной опоры; 5 - соединительный стержень;

г - подпружными системами: I - крайних пролетов - шпренгелем; II - средних пролетов - разгружающими кронштейнами; 1 - усиливаемая балка; 2 - опора; 3 - шпренгель; 4 - упоры; 5 - уголок; 6 - соединительная стяжка;

д - шпренгелем: 1 - усиливаемая балка; 2 - шпренгель; 3 - анкерное устройство; 4 - опорный швеллер; 5 - подкладка с шаровым гнездом; 6 - опорный лист; 7 - прокладка из круглых стержней; 8 - квадратная подкладка; 9 - гайка, вваренная в опорный лист; 10 - натяжной винт; 11 - пакет металлических прокладок

На указанном примере натяжение шпренгелей и кронштейнов производится закручиванием гаек.

2.45. Для монолитных и сборных изгибаемых элементов в случаях необходимости проведения работ в минимальные сроки без снятия временной нагрузки может быть рекомендован способ усиления посредством установки дополнительной предварительно напряженной арматуры. Добавочная арматура может быть как горизонтальной, так и шпренгельной (рис. 30 - 35). Возможна также установка горизонтальной и шпренгельной арматуры одновременно. В результате установки дополнительной арматуры с предварительным ее напряжением меняется напряженно деформированное состояние усиливаемых балок. Предварительное напряжение включает дополнительную арматуру в совместную работу с усиливаемой балкой, которая может рассматриваться как изгибаемая конструкция с увеличенной площадью арматуры, дополнительная часть которой не имеет сцепления с бетоном, и с изменяющейся рабочей высотой.

2.46. Способ усиления установкой дополнительной предварительно напряженной арматуры имеет несколько разновидностей, которые отличаются друг от друга анкеровкой дополнительной арматуры и способом ее натяжения.

Рис. 29. Усиление второстепенных балок предварительно напряженными разгружающими кронштейнами

1 - усиливаемая балка; 2 - уголки нижнего пояса кронштейна; 3 - тяжи кронштейна; 4 - соединительные планки; 5 - прокладка, устанавливаемая после напряжения кронштейна; 6 - подвески; 7 - стык тяжей; 8 - подкладка; 9 - опорные накладки; 10 - отверстия, заделываемые асфальтом; 11 - набетонка

Натяжение дополнительной арматуры может производиться механическим, электротермическим или электротермомеханическим способами.

При механическом способе натяжение напрягаемой арматуры производится с помощью домкратов, динамометрических ключей, натяжных болтов (см. рис. 28), стяжных хомутов, притягивающих тяжи друг к другу (см. рис. 31), а также специальных усиливающих устройств шпренгельного или рычажного типа (см. рис. 32 - 35).

Рис. 30. Усиление балки дополнительной предварительно напряженной арматурой

1 - усиливаемая балка; 2 - арматура балки; 3 - дополнительная предварительно напряженная арматура; 4 - коротыш

2.47. Одним из способов закрепления дополнительной арматуры в случаях, когда анкерные устройства нельзя разместить на торцах балки, является их приварка к существующей арматуре (см. рис. 30). В этих случаях скалывают защитный слой на небольших участках в приопорных зонах, т.е. там, где напряжения в арматуре усиливаемой балки незначительны. К обнаженной рабочей арматуре необходимо приварить коротыши, диаметр которых несколько больше толщины защитного слоя, при этом не следует нарушать стержни поперечного армирования или хомуты. К коротышам приваривают арматурные стержни усиления. Натяжение в данном случае производят термическим способом. Стержни усиления устанавливают в проектном положении с помощью временных подвесок, количество которых следует назначать так, чтобы исключить провисание под действием собственного веса. Стержни должны быть максимально прямолинейными. Один конец стержня приваривают к коротышу, а второй остается свободным. Стержень включают в электрическую цепь и нагревают до расчетной температуры. Свободный конец прижимают к коротышу и приваривают. В процессе сварки до полного остывания шва необходимо поддерживать постоянную расчетную температуру. Для предотвращения выпучивания продольной арматуры в местах приварки дополнительной напряженной арматуры коротыши желательно располагать рядом с одним из хомутов со стороны пролета.

2.48. Прокладки, подкладки, и другие детали при усилении шпренгельной арматурой и ее натяжении (см. рис. 28) необходимо устанавливать в местах перегибов стержней между нижней гранью усиливаемой балки и шпренгельными стержнями. Конструкции этих элементов зависят от способа натяжения стержней, расстояния между нижней гранью усиливаемой балки и стержнями усиления и ширины усиливаемой балки.

Рис. 31. Усиление балки дополнительной предварительно напряженной арматурой

а - горизонтальными затяжками: 1 - усиливаемая балка; 2 - горизонтальные затяжки; 3 - уголок анкера; 4 - вертикальные стержни анкера; 5 - натяжной болт; 6 - шайба; 7 - отверстие, заделываемое после установки анкера; б - промежуточными распорками: 1 - усиливаемая балка; 2 - затяжки; 3 - промежуточные распорки; 4 - натяжной болт; 5 - анкерное устройство; в - шпренгельными затяжками: 1 - усиливаемая балка; 2 - шпренгельные затяжки; 3 - подкладка; 4 - коротыш; 5 - натяжной болт; 6 - шайба; 7 - швеллер анкера; 8 - отверстие, заделываемое после установки анкера; г - комбинированными затяжками: 1 - усиливаемая балка; 2 - горизонтальные затяжки; 3 - шпренгельные затяжки; 4 - подкладка; 5 - коротыши; 6 - уголок анкера горизонтальных затяжек; 7 - вертикальные анкерные стержни; 8 - натяжной болт; 9 - шайба; 10 - швеллер анкера шпренгельных затяжек; 11 - отверстие, заделываемое после установки анкера

2.49. В отдельную группу усиления дополнительной арматурой могут быть объединены и рекомендованы к применению затяжки, напрягаемые посредством взаимного стягивания двух или четырех стержней специальными стяжными болтами (см. рис. 31). Стяжные болты должны иметь вид хомута с двумя нарезными концами и общей шайбой. Натяжение производится одновременным подтягиванием гаек на обоих концах этого хомута. Натяжение посредством взаимного стягивания характеризуется простотой и не требует значительных усилий, поскольку напряжения в стяжных болтах (хомутах) в 7...10 раз меньше напряжений в стягиваемых дополнительных стержнях. Данный способ позволяет создать во всех стягиваемых стержнях (двух или четырех) равномерные усилия, т.е. обеспечивает их саморегулирование. Стягивание может производиться одним стяжным болтом или двумя, с промежуточными распорками или без них. Вертикальные стержни анкеров-затяжек пропускаются через просверленные в перекрытии отверстия для анкеровки.

Рис. 32. Специальные усиливающие устройства для изгибаемых элементов

а - устройство шпренгельного типа; б - многопролетное рычажное устройство; 1 - затяжка; 2 - наклонная ветвь опоры усиления; 3 - рычаг; 4 - вертикальная тяга; 5 - натяжное приспособление; 6 - монтажная связь; 7 - стык стержней затяжки; 8 - опорная прокладка; 9 - шарнирное сочленение рычага с затяжкой; 10 - анкеровка затяжки на рычаге

2.50. При необходимости создания больших усилий натяжения в затяжках для усиления однопролетных балок рекомендуется усиливающее устройство шпренгельного типа (см. рис. 32).

Рис. 33. Усиливающее устройство шпренгельного типа

узлы A, Б: 1 - усиливаемая балка; 2 - накладная ветвь опоры усиления; 3 - опорный уголок; 4 - опорная подкладка; 5 - цилиндрический шарнир; 6 - рычаг; 7 - монтажная связь;

узел В: 1 - стержни затяжки; 2 - цилиндрический шарнир; 3 - короб усиления цилиндрического шарнира; 4 - анкер стержня затяжки типа «обжимная гильза»; 5 - рычаг; 6 - ограничительный болт; 7 - вертикальная тяга; 8 - соединительная планка;

узлы Г и Д: 1 - усиливаемая конструкция; 2 - вертикальная тяга; 3 - подпятник шарнира; 4 - цилиндрический шарнир с пазами по торцам; 5 - упорный подшипник; 6 - гайка; 7 - монтажные связи; 8 - наклонные ветви опоры усиления; 9 - опорная подкладка; 10 - стержни затяжки; 11 - ограничительный болт; 12 - анкер стержня затяжки типа «обжатая гильза»; 13 - цилиндрический шарнир с коробом

Устройство состоит из двух пар наклонных ветвей, которые верхними концами приварены к анкерным листам, а в нижней части имеют отверстия для шарниров; пары рычагов, которые соединены шарнирно с левой парой наклонных ветвей; горизонтальных затяжек, которые шарнирно закреплены на анкерах на одном конце с правой парой наклонных ветвей, а на другом - со свободными концами рычагов; пары вертикальных тяжей, шарнирно соединенных со свободными концами рычагов внизу и закрепляемых на усиливаемой конструкции вверху (натяжение и закрепление тяжей проще всего производится посредством закручивания гаек); монтажных связей из круглых стержней. Соединения и узлы усиливающего устройства см. на рис. 33 - 34. Короб усиления цилиндрического шарнира (см. рис. 33) может быть выполнен из уголка или листового металла.

2.51. Предварительное напряжение в затяжке достигается следующим образом: при закручивании гаек натяжного приспособления посредством пары тяжей свободные концы подтягиваются к нижней грани усиливаемой балки до горизонтального положения. В затяжке возникают растягивающие усилия и она включается в работу, разгружая усиливаемую балку. При усилении этим способом можно натягивать любое необходимое количество стержней. Как правило, усилие натяжения в вертикальных тяжах составляет не более 15 % требуемого усилия натяжения в затяжке и зависит от угла наклона рычагов к нижней плоскости усиливаемой балки, а также от места закрепления затяжек на рычагах. При закреплении затяжек в средней части рычагов усилие натяжения в вертикальных тяжах снижается прямо пропорционально отношению полной длины рычагов к расстоянию до места закрепления затяжек на рычагах.

2.52. Указанное усиливающее устройство может быть использовано при усилении многопролетных балок (см. рис. 32). В этом случае стержни затяжек соединяются между собой в непрерывную цепь, в которую включены рычаги, располагаемые на верхней плоскости балок. В местах перегибов стержней затяжек устанавливаются опорные прокладки, располагаемые по верхней и нижней плоскостям усиливаемых многопролетных балок. Затяжки с одной стороны заанкериваются на неподвижном шарнире рычагов, а с другой - в средней части рычагов.

2.53. Натяжение затяжек для многопролетных балок производится так же, как и для однопролетных посредством закручивания гаек на вертикальных тяжах. Поскольку в данном случае рычаги располагаются на верхней плоскости балок, то натяжные приспособления следует располагать под нижней плоскостью. Рычаги после натяжения (когда они принимают горизонтальное положение) закрепляются на стержнях затяжек посредством привариваемых к ним накладок из листового металла (см. рис. 34).

2.54. В качестве глухих анкеров для арматурных канатов классов К-7 и К-19, а также для стержневой арматуры с плохой свариваемостью рекомендуются анкеры типа «обжатая гильза». Для стержневой арматуры классов A-IV (марка 20 ХГ2Ц) и А-V рекомендуются анкеры двух типов: высаженные головки и приваренные коротыши. Габариты анкерных устройств должны учитываться при назначении расстояний между осями натягиваемых стержней. Места расположения анкеров до натяжения определяются с учетом удлинения арматуры при натяжении, после которого анкеры должны занять проектное положение.

Рис. 34. Многопролетное рычажное усиливающее устройство

1 - усиливаемая конструкция; 2 - напрягаемые стержни усиления; 3 - анкер из напаренных отрезков арматуры; 4 - цилиндрический шарнир с пазами для закрепления арматуры; 5 - привариваемая накладка; 6 - ограничительный болт; 7 - рычаг

2.55. При применении указанного устройства возможны варианты его осуществления со съемными рычагами и натяжным устройством. Устройство также позволяет осуществлять дополнительное натяжение в процессе эксплуатации с заменой затяжек.

2.56. При усилении изгибаемых элементов дополнительной предварительно напряженной арматурой последняя может располагаться как под балкой, так и в нижней части балок у боковых поверхностей (см. рис. 35). Конструктивные решения должны предусматривать перемещение дополнительной арматуры усиления совместно с усиливаемым элементом, для чего при расположении арматуры у боковых поверхностей рекомендуется устанавливать П-образные соединительные элементы с крюками из листовой стали, а при расположении арматуры под балкой - соединительные прокладки (см. рис. 35). Соединительные элементы следует устанавливать на расстоянии, не превышающем высоту усиливаемой балки.

Рис. 35. Расположение напрягаемой арматуры при усилении конструкций

а - по сторонам; б - под нижней гранью; 1, 2 - соединительные прокладки; 3 - усиливаемая конструкция; 4 - напрягаемая арматура; 5 - циклонные опоры усиления; 6 - натяжное приспособление винтового типа

2.57. При осуществлении натяжения рекомендуются конструктивные решения, предусматривающие возможность контроля усилия натяжения арматуры, в частности с применением различного типа динамометров. Если в процессе натяжения арматуры контроль с помощью динамометров затруднен, то измерения усилий натяжения необходимо осуществлять с использованием приборов для контроля натяжения арматуры по ГОСТ 22362-77, например: ДПС-2, ПРД, ЭМИН-3, ИНА-3, ИПН-6, ИПН-7, ПИН, АП-12. При выборе типа измерительного прибора необходимо учитывать вид натягиваемой арматуры, ее диаметр, длину между закреплениями, расстояния между стержнями, а также диапазон усилия натяжения и погрешность показаний прибора.

Для измерения усилия натяжения в стержнях арматуры, расположенной на расстоянии не менее 20 мм друг от друга, наиболее удобен прибор с собственной базой ЭМИН-3.

Для измерения усилия натяжения в арматурных канатах независимо от расстояния между ними рекомендуется использовать приборы ДПС-2, ПРД, ЭМИН-3.

2.58. Круглые стержни дополнительной арматуры принимаются диаметром 18...40 мм. Класс стали может быть любой из рекомендуемых СНиП 2.03.01-84* для предварительно напряженных конструкций. Там, где требуется сварка, необходимо учитывать свариваемость стали. При усилении дополнительной предварительно напряженной арматурой в помещениях с агрессивной средой необходимо выполнять защитные покрытия.

2.59. В случаях усиления центрально- и внецентренно сжатых колонн под нагрузкой как весьма эффективный и сравнительно простой способ рекомендуется устройство предварительно напряженных металлических распорок, представляющих собой конструкцию типа металлических обойм с напряженными стойками. Распорки могут быть односторонними и двухсторонними (рис. 36, 37). Первые применяются для увеличения несущей способности внецентренно сжатых элементов с большими и малыми эксцентриситетами, а вторые - центрально-сжатых и внецентренно сжатых с двузначными моментами элементов.

2.60. Конструкция распорки состоит из двух уголков, связанных между собой приваренными соединительными планками из листового металла. Вверху и внизу каждого уголка распорки необходимо приварить специальные планки, посредством которых распорка передает нагрузки при монтаже, натяжении и эксплуатации на упорные уголки. Упорные уголки устанавливаются на элементах конструкций, непосредственно примыкающих к усиливаемым колоннам (ригелях, балках, обрезах фундаментов и т.п.). Внутренние плоскости полок этих уголков должны быть заделаны заподлицо с наружными боковыми поверхностями усиливаемых колонн. При их установке рекомендуется предварительно скалывать защитный слой и укладывать слой цементного раствора. Установка уголков производится строго горизонтально. Упорные планки распорок выполняются из полосовой или листовой стали и должны быть не тоньше 15 мм, а по площади соответствовать сечению распорок. Планки должны выступать за грани уголков распорок на 100...120 мм и иметь в выступах отверстия для пропуска монтажных болтов.

Рис. 36. Усиление колонны предварительно напряженной односторонней металлической распоркой

а - в период монтажа; б - в напряженном состоянии; 1 - усиливаемая колонна; 2 - уголки распорки; 3 - соединительные планки; 4 - упорные уголки; 5 - планки-упоры, 6 - крепежный монтажный болт; 7 - натяжной монтажный болт; 8 - танки для натяжения болтов в месте перегиба; 9 - крепежные уголки; 10 - крепежные стержни

Рис. 37. Усиление колонны предварительно напряженными двухсторонними металлическими распорками

а - в период монтажа; б - в напряженном состоянии; 1 - усиливаемая колонна; 2 - уголки распорок; 3 - соединительные планки; 4 - упорные уголки; 5 - планки-упоры; 6 - крепежный монтажный болт; 7 - натяжной монтажный болт; 8 - планки для натяжения болтов в месте перегиба

2.61. Монтаж распорок производится с перегибом их в середине высоты. Для осуществления перегиба в боковых полках уголков необходимо предусматривать вырезы. Площадь поперечного сечения распорок в этих местах возмещается последующей приваркой специальных планок, которые одновременно используются для установки натяжных болтов.

2.62. Для создания предварительного напряжения сжатия распорки необходимо выпрямить после монтажа, т.е. придать им вертикальное положение и обеспечить плотное прилегание к усиливаемой колонне. Достигается это закручиванием гаек натяжных болтов.

В случае устройства односторонних распорок связь с усиливаемой колонной достигается установкой крепежных уголков, соединенных планками между собой и распоркой на сварке (см. рис. 36). После выпрямления двухсторонних распорок и включения их в совместную работу с усиливаемой колонной распорки необходимо объединить в единую систему приваркой планок по свободным боковым граням (см. рис. 37). После приварки всех планок натяжные и крепежные монтажные болты необходимо снять, а в месте перегиба распорок приварить дополнительные накладки.

Оптимальную величину предварительного напряжения распорок рекомендуется принимать равной 40...70 МПа (415...725 кгс/см²).

2.63. Усиление изгибаемых элементов на восприятие поперечных сил рекомендуется в основном производить увеличением площади сечения поперечной и наклонной арматуры, которое достигается установкой дополнительных стержней одним из рекомендуемых в пп. 3.64, 3.65 способов (рис. 38).

2.64. Одним из наименее трудоемких способов является усиление вертикальными накладными хомутами (см. рис. 38). Для устройства хомутов необходимо предварительно пробить отверстия в перекрытии с обеих сторон балки. Затем снизу балки в отверстия заводятся хомуты, имеющие концы с нарезкой. На нижние грани балки под хомуты устанавливаются прокладки из уголков. После подведения хомутов сверху балки на их концы надевается прокладка из полосовой стали и закручиваются гайки. При притягивании хомутов гайки должны закручиваться одновременно на двух концах. При этом способе усиления не нарушается поверхность бетона усиливаемых балок.

2.65. Более эффективным способом следует считать усиление предварительно напряженными хомутами, так как предварительное напряжение увеличивает нагрузку, воспринимаемую элементами усиления (см. рис. 38).

Конструкция предварительно напряженных хомутов состоит из верхних крепежных уголков (в ребристых перекрытиях - подвешиваемых к плите перекрытия на болтах); нижних крепежных уголков, соединенных планками на сварке; четного количества хомутов и стяжных болтов с шайбами-захватами. После приварки хомутов снизу и сверху предварительное напряжение в них создается взаимным стягиванием двух стержней стяжными болтами. Чтобы избежать кручения балки, стягивание стержней необходимо производить одновременно с обеих сторон усиливаемой балки. По окончании натяжения стержней гайки на болтах рекомендуется заварить.

Рис. 38. Усиление балок на восприятие поперечных сил

а - вертикальными накладными хомутами: 1 - усиливаемая балка; 2 - накладные хомуты из арматурной стали; 3 - подкладка; 4 - гайка; 5 - нижние прокладки из уголков; б - предварительно напряженными хомутами: 1 - усиливаемая балка; 2 - крепежный болт; 3 - подкладка; 4 - соединительные планки; 5 - накладки из уголков; 6 - предварительно напряженные хомуты; 7 - стяжной болт; 8 - шайба-захват

Рис. 39. Усиление коротких консолей

а - наклонными и горизонтальными предварительно напряженными тяжами: 1 - усиливаемая консоль; 2 - опорные элементы; 3 - накладные упоры из листового металла; 4 - предварительно напряженный тяж; 5 - гайка; 6 - накладные упоры из швеллеров; б - предварительно напряженными хомутами: 1 - усиливаемая консоль; 2 - горизонтальный окаймляющий уголок; 3 - предварительно напряженные хомуты; 4 - верхняя обойма из уголков; 5 - нижний упор; 6 - стяжной болт; 7 - шайба-захват; 8 - гайка;

в - металлическими приспособлениями: I - закрепленными на колонне; II - закрепленными на балке; 1 - подвесная консоль; 2 - подпорка; 3 - несущий хомут; 4 - металлическая обойма; 5 - шайба-упор; 6 - подкладка; 7 - отверстие, заделываемое после установки приспособления; 8 - гайка; 9 - стяжной болт;

г - подвесными металлическими подпорками: 1 - усиливаемый элемент; 2 - подпорка; 3 - несущий хомут; 4 - ребро жесткости; 5 - шайба-упор; 6 - подкладки из уголков; 7 - отверстие, заделываемое после установки подпорки; 8 - гайка; 9 - стяжной болт; 10 - подкладка; 11 - подвесной упор; 12 - клиновидная шайба; 13 - прокладка; 14 - горизонтальный упор

2.66. Усиление коротких консолей колонн рекомендуется производить установкой дополнительных предварительно напряженных, наклонных или горизонтальных тяжей или хомутов (рис. 39). Тяжи крепятся к консоли посредством металлических крепежных элементов и напрягаются завинчиванием гаек. Хомуты крепятся к металлической обойме, устанавливаемой на участке колонны и консоли, и напрягаются взаимным стягиванием (см. п. 2.65).

2.67. Усиление коротких консолей, имеющихся на колоннах и главных балках в местах деформационных швов, рекомендуется производить специальными приспособлениями из металлических элементов, которые представляют собой дополнительные консоли, подвешиваемые к колоннам или главным балкам (см. рис. 39). Соединения отдельных элементов приспособлений осуществляются как на болтах, так и на сварке. Для установки приспособлений в плите перекрытия необходимо пробивать отверстия, которые после установки должны быть заделаны пластичным бетоном на мелком заполнителе.

2.68. При необходимости анкеровки дополнительной арматуры в процессе наращивания конструкций, устройства выпусков арматуры для соединения нового бетона со старым, а также для установки дополнительных закладных элементов к существующим железобетонным конструкциям рекомендуется закрепление арматуры в пробуренных в бетоне скважинах с помощью эпоксидного клея или способом виброзачеканки жесткой цементно-песчаной смесью.

2.69. Закрепление гладкой арматуры и арматуры периодического профиля с помощью эпоксидного клея осуществляется на горизонтальных, вертикальных плоскостях, а также снизу плоскостей, наклоненных под углом до 45° к горизонту. В бетоне перфоратором производится бурение скважин на глубину 20 диаметров стержня, скважины заполняются эпоксидным клеем, в который затем погружаются арматурные стержни.

Закрепление арматуры виброзачеканкой осуществляется только на горизонтальных поверхностях. В пробуренные скважины устанавливаются коротыши, которые зачеканиваются цементно-песчаной смесью с помощью специального уплотнительного устройства с вибратором. Затем к коротышам привариваются стержни требуемой длины или закладные детали. Арматурный стержень, закрепляемый в бетоне виброзачеканкой, должен иметь на заделываемом конце шайбу, привариваемую к стержню.

2.70. Глубина заделки в бетон класса не ниже В12,5 должна составлять не менее 20 диаметров стержня. Удаление стержней от грани бетона и друг от друга должно быть не менее 5 диаметров стержня.

2.71. Все работы по закреплению арматуры в бетоне с помощью эпоксидного клея или виброзачеканки следует выполнять в соответствии с «Рекомендациями по закреплению арматуры в бетонных конструкциях» (М.: Стройиздат, 1984).

Особенности усиления ферм покрытий

2.72. При усилении ферм покрытий возможны следующие варианты: усиление ферм в целом, сквозное усиление одного из поясов, усиление отдельных элементов и узлов.

2.73. Усиление ферм в целом рекомендуется выполнять с помощью предварительно напряженных шарнирно-стержневых цепей.

В цехах, оборудованных мостовыми кранами, шарнирно-стержневые цепи следует располагать в пределах высоты ферм (рис. 40). При этом закрепление концов цепи выполняется на промежуточных узлах верхнего пояса с помощью анкерных устройств, приваренных к металлической обойме узла по аналогии с рис. 42.

2.74. При большом пролете ферм шарнирно-стержневые цепи могут располагаться в двух уровнях с присоединением подвесок поочередно к нижней и верхней ветвям цепи (см. рис. 40).

2.75. При отсутствии мостовых кранов цепи могут располагаться ниже фермы с анкеровкой в опорных узлах (см. рис. 40). Конструктивное решение, технология установки и включения цепи в работу принципиально не отличаются от решений, рекомендуемых в пп. 2.37 - 2.39.

2.76. Сквозное усиление сжатых поясов ферм рекомендуется выполнять металлическими обоймами из профильного и листового металла. Упоры для обойм следует устраивать в соответствии с конфигурацией узлов в месте их установки. Конструктивные решения обойм сжатых поясов аналогичны указанным в п. 2.86.

2.77. Сквозное усиление растянутых поясов ферм рекомендуется выполнять установкой предварительно напряженных затяжек. Анкеровка стержней сквозных затяжек должна выполняться на опорных узлах в торцах ферм; в промежуточных узлах положение стержней затяжек после предварительного напряжения должно быть зафиксировано с помощью специальных хомутов-фиксаторов на сварке (рис. 41).

2.78. При значительном повреждении поясов ферм сквозное их усиление необходимо выполнять после установки временных подпорок.

2.79. Анкерные устройства для затяжек должны быть достаточно жесткими и технологичными в изготовлении. Опорные части анкерных устройств рекомендуется принимать толщиной 10...24 мм. При больших усилиях в затяжках жесткость опорных частей следует обеспечивать постановкой ребер.

Анкерные устройства рекомендуется ставить на выравнивающий слой цементного раствора класса 25. При плотном сопряжении опорной части с бетонной поверхностью по всей площади допускается установка анкеров без раствора «насухо».

При установке анкерных устройств на раствор напряжение затяжек следует производить после набора раствором прочности не менее 70 %.

Анкерные устройства на промежуточных узлах поясов фермы рекомендуется фиксировать обжимными болтами диаметром не менее 10 мм. Усилие в обжимном болте должно быть не менее 10 кН (100 кгс).

2.80. При горизонтальных затяжках следует предусматривать мероприятия, не допускающие их прогиба. Для выбора начальной слабины затяжек рекомендуется давать предварительное напряжение до 20 МПа.

Выбор начальных деформаций анкеров (обмятие бетона) следует производить подтягиванием затяжек на 0,5 мм через 2...3 дня после их установки.

2.81. При усилении одного элемента затяжкой, состоящей из нескольких ветвей, натяжение их следует выполнять одновременно.

2.82. При усилении растянутых элементов решетки ферм также рекомендуется применять предварительно напряженные затяжки (см. рис. 42). Крепление затяжек в узлах может быть осуществлено приваркой к фасонкам, закрепленным болтами и хомутами (узел А) или приваркой к уголкам, притянутым анкерными болтами к поясу фермы (узел Б).

2.83. При напряжении затяжек гайками концы затяжек с резьбой следует выполнять из коротышей диаметром, превышающим диаметр затяжек на 4 мм. Соединение коротышей с затяжкой необходимо выполнять с помощью сварки при соблюдении условия равнопрочности стыка основному металлу сечения затяжки.

2.84. Высота натяжных гаек должна быть не менее 1,5 диаметра резьбы. Между гайками и упорной частью анкера необходимо располагать шайбы. Гайки и шайбы следует изготавливать из твердых сталей.

2.85. Усиление центрально- и внецентренно сжатых отдельных элементов ферм, усилия в которых к моменту усиления меньше усилий, соответствующих исчерпанию несущей способности, допускается осуществлять металлическими обоймами (рис. 43).

Рис. 40. Усиление железобетонных ферм шарнирно-стержневыми цепями

а - с расположением ветвей в пределах высоты ферм: I - одноярусной цепью; II - двухъярусной цепью; 1 - шарнирно-стержневая цепь; 2 - натяжные подвески; 3 - нижний пояс фермы; 4 - стяжная муфта; 5 - опорная подкладка; б - расположенными ниже пояса фермы: 1 - усиливаемая ферма; 2 - шарнирно-стержневая цепь; 3 - анкерное устройство; 4 - стойка; 5 - тяжи; 6 - подвески; 7 - опорная подкладка; 8 - уголки подвески

2.86. Обоймы устанавливаются по всей длине усиливаемого элемента. Включение в работу обойм обеспечивается за счет распора, возникающего в ветвях при деформации усиливаемого элемента от нагрузки, прикладываемой после усиления.

Ветви обоймы должны упираться в узлы фермы через специальные упорные элементы из отрезков профильной стали, установленные на бетонную поверхность на выравнивающий слой раствора класса 25 или без него.

2.87. Для усиления центрально- и внецентренно сжатых отдельных элементов ферм в случае, если несущая способность этих элементов исчерпана, а также если необходимо их разгружение, рекомендуется применение предварительно напряженных распорок. Распорки могут быть односторонними и двухсторонними (см. рис. 43).

Рис. 41. Усиление поясов ферм

1 - усиливаемая ферма; 2 - плиты покрытия; 3 - металлическая обойма; 4 - предварительно напряженные затяжки; 5 - анкерное устройство на опорном узле; 6 - ребро жесткости; 7 - хомут для фиксации затяжек; 8 - фиксатор

Рис. 42. Усиление растянутых элементов решетки ферм

1 - сжатый пояс; 2 - предварительно напряженные затяжки; 3 - элементы анкерных устройств

Конструкция и способ включения в работу двухсторонних распорок аналогичны приведенным в пп. 2.59 - 2.62, но упорное устройство распорок ферм имеет отличия от упорного устройства колонн (см. рис. 36, 37).

Односторонние распорки упираются в специальные упорные коробки из листового металла, установленные в узлах фермы и соединенные с ней стяжными болтами.

2.88. Для усиления промежуточных и опорных узлов ферм рекомендуются металлические предварительно напряженные затяжки (хомуты) (рис. 44). В отдельных случаях допускается усиление металлическими и железобетонными обоймами. Конструкция затяжек состоит из уголков, вверху и внизу попарно скрепленных планками, и вертикальных стержней-затяжек. Вверху стержни привариваются к уголкам. Предварительное напряжение достигается закручиванием гаек снизу. В случае приварки стержней вверху и снизу предварительное напряжение можно осуществить взаимным стягиванием (см. п. 2.65).

Рис. 43. Усиление сжатых элементов ферм

а - обоймой с передачей усилий на узлы конструкции; б - предварительно напряженной распоркой; в - односторонней распоркой с предварительным напряжением; 1 - ветвь обоймы; 2 - соединительная планка; 3 - термонапряженная планка; 4 - упорный элемент; 5 - ветвь распорки; 6 - упорная коробка; 7 - стяжка

Рис. 44. Усиление средних и опорных узлов ферм

1 - усиливаемый элемент; 2 - прокладки из уголков; 3 - упорные уголки; 4 - предварительно напряженные затяжки; 5 - соединительные планки

Особенности усиления плит перекрытий и покрытий

2.89. Усиление монолитных ребристых плит перекрытий может осуществляться: устройством монолитной железобетонной плиты сверху существующей; подведением монолитных железобетонных ребер снизу существующей плиты; подведением металлических ребер опирающихся на устраиваемую одновременно железобетонную рубашку балок перекрытия; подвеской металлических ребер снизу плиты (рис. 45).

Подведенные монолитные железобетонные ребра должны опираться на существующие балки перекрытия, для чего в последних делаются пазы на уровне низа дополнительных ребер.

2.90. Для усиления многопустотных плит с круглыми и овальными отверстиями могут быть использованы пустоты.

Рис. 45. Усиление монолитных ребристых плит перекрытий

а - монолитной железобетонной плитой; б - подведением железобетонных ребер; в - подведением металлических ребер и железобетонной рубашкой; г - подвеской металлических ребер; 1 - разгружаемая плита; 2 - дополнительная армированная плита; 3 - дополнительное железобетонное ребро; 4 - дополнительное металлическое ребро; 5 - рубашка усиления балки

Если требуется усиление на приопорных частях плит, то в этих зонах на ¹/₄ пролета пробиваются сверху отверстия до пустот, устанавливаются дополнительные арматурные каркасы, после чего пустоты бетонируются пластичным бетоном на мелком заполнителе без устройства дополнительной плиты сверху или с ее устройством (рис. 46). Расчет усиленной конструкции следует выполнять с учетом площади арматуры усиления и арматуры плиты.

Рис. 46. Усиление сборных плит с пустотами

а - опорных участков плит бетонированием пустот, вскрываемых сверху, с установкой арматурного каркаса; б - то же, с бетонированием по верху дополнительной плиты с противоусадочной сеткой; в - бетонированием пустот всей плиты, вскрываемых сверху, с установкой арматурного каркаса; г - при недостаточной площади опирания плит на средних опорах; д - при недостаточной площади опирания плит на крайних опорах; 1 - усиливаемая плита; 2 - опора; 3 - арматура усиления; 4 - бетон усиления

Рис. 47. Усиление сборных ребристых плит

а - выносными опорами: 1 - ферма; 2 - усиливаемая плита; 3 - металлические балки; 4 - металлические консоли; 5 - упоры; 6 - клиновидные подкладки; б - подведенными элементами: I - уменьшением пролета выносными опорами на двухконсольных подпружных балочках; II - подведением стальных балок, подклиненных к поперечным ребрам (правое нижнее изображение - сечение 2 - 2); III - шпренгелем; 1 - усиливаемая плита; 2 - опора; 3 - подпружная балочка; 4 - стальная балка; 5 - опорные и подкладные детали; 6 - шпренгель; 7 - подкладка из швеллера; 8 - клиновидные прокладки; в - при недостаточной площади опирания: I - на средних опорах; II - на крайних опорах; 1 - опора; 2 - усиливаемая плита; 3 - металлические балки усиления; 4 - поперечная траверса; 5 - уголки анкера; 6 - болты анкера

В случае, когда требуется одновременное усиление на поперечную силу и изгибающий момент, отверстия пробиваются и бетонируются по всей длине усиливаемых плит (см. рис. 46).

2.91. При недостаточной площади опирания пустотных плит на промежуточных опорах пробиваются до пустот отверстия в приопорных зонах, в пустоты плит смежных пролетов заводятся общие арматурные каркасы, объединяющие плиты, после чего производится общее для смежных плит бетонирование пустот (см. рис. 46). Усиление в этом случае достигается также за счет создания неразрезных плит.

2.92. При недостаточной площади опирания пустотных плит на крайние опоры рекомендуется устанавливать на них арматурные каркасы так, чтобы они выходили за торцы плит (размеры выпусков и каркасов зависят от ширины опоры). После установки дополнительных каркасов в поперечном направлении (параллельно торцам плит) бетонируется балка, которая служит анкером для выпусков каркасов плит (см. рис. 46). Все работы по установке каркасов в пустоты плит следует производить согласно п. 3.90.

2.93. Усиление сборных ребристых плит можно производить несколькими способами: выносными металлическими опорами; подведенными металлическими балками, подклиненными к ребрам, а также шпренгелями (рис. 47).

При производстве работ по включению выносных опор в работу (см. рис. 47) для недопущения отрыва или подъема плит величина усилий не должна превышать собственного веса конструкций и прочности их крепления к опорам.

2.94. При недостаточной площади опирания ребристых сборных плит рекомендуется устройство дополнительных металлических опорных элементов.

На промежуточных опорах дополнительные опорные элементы выступают в обе стороны от опоры и являются общими для плит смежных пролетов (см. рис. 47). На крайних опорах дополнительные опорные элементы выступают в одну сторону, имеют больший вылет и притягиваются к плите болтами (см. рис. 47). Продольные ребра смежных плит опираются на общую траверсу дополнительных опорных элементов.

2.95. Усиление ребер сборных плит покрытий рекомендуется осуществлять одним из следующих способов.

Усиление на воздействие изгибающих моментов осуществляется бетонированием швов между плитами с установкой в них арматурных каркасов, т.е. созданием дополнительной балочки с одновременным наращиванием сверху или без него, а также односторонним наращиванием снизу с установкой дополнительной арматуры, привариваемой к существующей через коротыши (рис. 48).

Рис. 48. Усиление ребер сборных плит

а - бетонированием шва между плитами; б - односторонним наращиванием; в - установкой хомутов на опорных участках; 1 - усиливаемая плита; 2 - усиление в шве; 3 - хомуты; 4 - прокладки из уголков; 5 - арматура ребра плиты; 6 - дополнительная арматура; 7 - коротыши

Усиление на действие перерезывающих сил на приопорных участках выполняется вертикальными накладными хомутами. Конструкция хомутов аналогична хомутам для балок, но одним хомутом охватываются одновременно два ребра смежных плит (см. рис. 48).

2.96. Для усиления плит, опертых по контуру, наряду с набетонками можно рекомендовать пространственный предварительно-напряженный металлический шпренгель, подводимый под усиливаемую плиту снизу (рис. 49). Конструкция пространственного шпренгеля состоит из двух взаимно пересекающихся плоских шпренгелей, располагаемых по диагоналям плиты. Пересечение поясов должно быть на одном уровне. Все соединения пространственного шпренгеля рекомендуется выполнять на сварке. При монтаже пространственный шпренгель подводят снизу под усиливаемую плиту и подвешивают в углах к несущим элементам контура с помощью четырех болтов и четырех передаточных траверс. Верхние пояса шпренгеля должны быть плотно притянуты к нижней поверхности усиливаемой плиты. Включение в совместную работу производится предварительным напряжением нижних поясов механическим или термомеханическим способами. Все работы по монтажу и предварительному напряжению можно производить без разгружения усиливаемой плиты.

Рис. 49. Усиление сборной плиты, опертой по контуру, пространственным шпренгелем

1 - усиливаемая плита; 2 - элемент несущего контура; 3 - пространственный шпренгель; 4 - верхний пояс; 5 - нижний пояс; 6 - промежуточные стойки; 7 - центральная стойка; 8 - болты для подвески шпренгеля; 9 - передаточные траверсы

Рис. 50. Усиление капители безбалочного перекрытия предварительно напряженным шпренгелем

1 - колонна; 2 - капитель; 3 - плита безбалочного перекрытия; 4 - железобетонная опорная обойма; 5 - нижняя обвязка шпренгеля; 6 - подкосы; 7 - верхняя обвязка шпренгеля

2.97. Для усиления капителей безбалочных перекрытий вместо устройства железобетонных рубашек можно рекомендовать металлический предварительно напряженный пространственный шпренгель (рис. 50), который состоит из нижней уголковой обвязки, опирающейся на опорную железобетонную обойму; верхней уголковой обвязки, охватывающей усиливаемую капитель по периметру; четырех подкосов, соединяющих обвязки между собой. Работы рекомендуется производить в следующей последовательности: забетонировать опорную обойму на колонне, установить нижнюю обвязку и приварить к ней подкосы, установить верхнюю обвязку, нагреть верхнюю обвязку и в нагретом состоянии приварить к ней подкосы. При остывании элементы верхней обвязки укорачиваются и создают предварительное обжатие в подкосах. Площадь сечения уголковых обвязок и подкосов, размеры опорных обойм, температуру нагрева верхней обвязки следует определять исходя из величины нагрузки, которую должно воспринять усиление. Расчетные усилия в элементах пространственного шпренгеля следует определять как в пространственной статически определимой ферме - на действие заданной величины нагрузки.

Особенности усиления подкрановых балок

2.98. Усиление тавровых подкрановых балок выполняется в зависимости от нагрузок и состояния балок металлическими элементами, заменой части сечения наращиванием нового бетона, а также железобетоном совместно с металлическими элементами.

2.99. Для повышения несущей способности и жесткости подкрановых балок может использоваться раздельное или совместное усиление металлической обоймой и выносными металлическими опорами, а также комбинированное усиление металлической обоймой и шпренгелем (рис. 51). Обеспечение эффективности усиления при устройстве выносных опор и шпренгелей следует производить согласно пп. 3.42, 3.48 настоящих Рекомендаций.

Рис. 51. Усиление подкрановых балок

а - обоймой из швеллеров и выносными опорами; б - обоймой из уголков и шпренгелем; 1 - опора; 2 - усиливаемая балка; 3 - двухконсольная подпружная балка; 4 - столик выносной опоры; 5 - швеллеры обоймы; 6 - шпренгель; 7 - уголки обоймы; 8 - коротыши

2.100. При незначительных повреждениях свесов полки подкрановых балок их усиление рекомендуется производить установкой окаймляющих уголков на высокопрочных болтах (рис. 52). Пространство между уголками и остатками полки после предварительной промывки необходимо заполнить пластичным бетоном на мелком заполнителе, причем уголки усиления служат в качестве несъемной опалубки.

Рис. 52. Усиление свесов полок тавровых подкрановых балок

а - при незначительных повреждениях; б - при полном разрушении; 1 - усиливаемая балка; 2 - упорная пластина; 3 - уголки усиления; 4 - тяжи (высокопрочные болты); 5 - пластичный бетон; 6 - металлическая полка усиления; 7 - прокладка из уголков; 8 - соединительная планка; 9 - предварительно напряженные тяжи; 10 - отверстие для инъецирования бетонной смеси

2.101. При значительных повреждениях свесов полки подкрановых балок их усиление рекомендуется производить металлической полкой с ребрами жесткости (см. рис. 52). При установке металлическая полка притягивается предварительно напряженными тяжами из круглой арматурной стали, прикрепленными в нижней части балок к прокладке, состоящей из двух уголков, связанных между собой планками. Вверху металлической полки необходимо предусмотреть специальные отверстия для инъецирования бетонной смеси для заполнения имеющихся свободных пространств.

2.102. Для усиления креплений подкрановых балок к колоннам рекомендуется крепить балки пластинами на сварке к уширению закладной детали, прижимаемой к колонне металлическим хомутом на пружинных шайбах (рис. 53). Рекомендуется предварительно выверить и установить подкрановые балки на проектной отметке выравнивающими подкладками; установить вокруг колонны дополнительный хомут специальной конструкции, который прижмет пластину уширения закладной детали; приварить пластину к закладным деталям балок и к уширению закладной детали на колонне. Подобные усиления требуются в случаях, когда верх выравниваемой балки становится значительно выше существующей в колонне закладной детали.

Рис. 53. Усиление крепления подкрановой балки к колонне

а - приваркой закладных деталей балки к элементам хомута колонны: 1 - подкрановая балка; 2 - колонна; 3, 4 - закладные детали колонны; 5, 6 - закладные детали подкрановой балки; 7 - пластина крепления; 8 - уширение закладной детали; 9 - выравнивающие подкладки; 10 - тяж; 11 - соединительная планка; 12 - подкладки из уголков; 13 - пружинная шайба; б - приваркой металлической обоймы полки к элементам обоймы колонны; в - приваркой закладных деталей балки к элементам обоймы колонны; 1 - подкрановая балка; 2 - колонна; 3 - обойма колонны; 4 - обойма полки балки; 5 - стяжные болты; 6 - лист крепления; 7 - ребро жесткости обоймы колонны

2.103. При легком режиме работы кранов могут быть рекомендованы более простые конструктивные решения креплений подкрановых балок к колоннам (см. рис. 53). От усиления, предлагаемого в п. 2.102, они отличаются большей жесткостью и менее эффективны при работе на выносливость.

Особенности усиления хранилищ для сыпучих материалов

2.104. Усиление стен хранилищ для сыпучих материалов без изменения статической схемы и напряженного состояния может выполняться: с внешней стороны - стальными и железобетонными бандажами и обоймами (рис. 54); с внутренней стороны - железобетонными и стальными гильзами; на отдельных участках по высоте - местными железобетонными обоймами.

2.105. Стальные бандажи могут устанавливаться с зазором между ними и стеной или без зазора.

Бандажи без зазора выполняются из стальной полосы, охватывающей стену по всему периметру, и имеют в месте замыкания стяжные болты.

Для обеспечения надежной совместной работы бандажей со стеной целесообразно предусматривать их предварительное напряжение. Плотность примыкания бандажей к стене контролируется простукиванием по всей их длине. В местах, где обнаружено неплотное примыкание, производится зачеканка цементным раствором.

При устройстве бандажа с зазором (например, при наличии на поверхности стены выступов и впадин) плотность примыкания обеспечивается зачеканкой зазора или заливкой в него раствора. Для этого конструкция бандажа включает приваренный по всему периметру в нижней его части стержень диаметром, равным заданному зазору. В верхней части полосы привариваются коротыши такого же диаметра с промежутками между ними для зачеканки или заливки раствора (см. рис. 54).

2.106. Монтаж бандажей целесообразно выполнять сверху вниз, при этом закрепленные бандажи можно использовать в качества конструкций, поддерживающих подмости и люльки, необходимые при монтаже нижерасположенных бандажей.

При устройстве стальных рубашек с последующей зачеканкой или заливкой бетоном зазора монтаж целесообразно выполнять отдельными кольцами по высоте снизу вверх. Каждый очередной ярус рубашки монтируется после заполнения зазора предыдущего яруса.

2.107. Усиление стен на отдельных участках по высоте целесообразно выполнять путем устройства железобетонных обойм, как правило, с однорядным армированием. При их применении обеспечивается совместная работа стен и обойм на растяжение.

2.108. Разновидностью железобетонных обойм являются обоймы с предварительно напряженной горизонтальной несущей арматурой. По высоте стен для рассматриваемого варианта усиления вертикально устанавливают прокатные профили (швеллеры, двутавры и др.) с отверстиями, через которые пропускают прямые арматурные стержни с резьбой на концах (см. рис. 54), а затем осуществляют натяжение арматуры. Шаг прокатных элементов по периметру стен выбирают из условия, при котором сохраняются линейными горизонтальные арматурные стержни.

2.109. При усилении стен с помощью железобетонных гильз (наращивание сечения стены с внутренней стороны емкости), как правило, сечение гильзы принимают равным первоначальному сечению стены, а арматуру рассчитывают на восприятие всей нагрузки от сыпучего материала. Схема армирования должна предусматривать замыкание усилий в кольцевой арматуре по периметру.

В процессе монтажа арматурного каркаса гильзы рекомендуется крепить его в отдельных точках по периметру и высоте на сварке к обнаженной арматуре усиливаемой стены с помощью коротышей.

Высота гильзы определяется степенью износа усиливаемой стенки и может быть меньше ее высоты.

2.110. При усилении железобетонной гильзой стен прямоугольных в плане емкостей (бункеров, закромов и др.) армирование гильзы предусматривается аналогичным армированию усиливаемой стенки. При этом предполагается, что вся нагрузка воспринимается конструкцией усиления.

2.111. В тех случаях, когда разрушения внутренней поверхности стен не привели к потере их несущей способности и устойчивости, применяют усиление с помощью стальных гильз из листового металла. Технология производства работ допускает монтаж элементов гильз сверху вниз непосредственно с поверхности сыпучего материала, уровень которого регулируют поочередной выгрузкой.

2.112. Для обеспечения устойчивости гильзы в вертикальном направлении выполняют ее крепление к стене в отдельные точках по высоте и периметру. Простейший способ закрепления гильзы к стене - с помощью сквозных болтов с прокладками.

2.113. Усиление стен хранилищ для сыпучих материалов с изменением статической схемы может выполняться: внутренними перегородками, горизонтальными железобетонными тяжами, плоскими диафрагмами, внутренними стальными подвесными экранами.

Рис. 54. Усиление стен хранилищ

а - стальными бандажами с заданным зазором: 1 - усиливаемая стена; 2 - бандаж; 3 - стяжной болт; 4 - упоры стяжного болта; 5 - сварка бандажа после обжатия; б - предварительно напряженной обоймой: 1 - усиливаемая стена; 2 - предварительно напряженная обойма; 3 - прокатные профили; 4 - напрягаемая арматура

2.114. Усиление устройством внутренних перегородок применяют, как правило, в емкостных сооружениях прямоугольного в плане сечения. При этом усиление достигается за счет уменьшения пролета стен, к которым примыкает перегородка, а также за счет снижения горизонтальных нагрузок от сыпучего материала в емкостях силосного типа.

2.115. При усилении стен прямоугольных в плане хранилищ рекомендуется устройство внутри емкости горизонтальных железобетонных тяжей или плоских диафрагм на части высоты емкости. Диафрагмы, как правило, не доходят до днища хранилища, поэтому не препятствуют свободной разгрузке сыпучего материала из всех отсеков емкости.

2.116. При определении нагрузок на перегородки, тяжи и диафрагмы необходимо учитывать сдвигающие усилия за счет трения сыпучего материала и на эти усилия выполнять расчет сопряжения элементов по контактной поверхности. Расчеты с учетом сил трения необходимо выполнять независимо от категории хранилищ (силосного или бункерного типа).

2.117. При усилении с устройством сопряжения перегородок, тяжей и диафрагм втавр к существующим стенам рекомендуется предусматривать нормальное к поверхности сопряжения армирование на нагрузку N = 1,4 - 1,7 Q_к, где Q_к - сдвигающее усилие по контактной поверхности.

Рекомендуется также предусматривать обжатие по поверхности контакта нормальными усилиями N = 0,3 - 0,4 Q_к, которое должно выполняться после набора новым бетоном 80 %-ной проектной прочности.

2.118. Одним из способов усиления разрушенных стен цилиндрических хранилищ является устройство внутренних подвесных стальных экранов. Экраны выполняют из листового металла замкнутыми в кольцевом направлении и подвешивают к стенам в верхней части таким образом, чтобы между существующей стеной и экраном был обеспечен зазор 100...150 мм. Существующие железобетонные стены хранилищ работают только на вертикальные нагрузки, а горизонтальные усилия воспринимаются стальным подвесным экраном.

Для случая горячих сыпучих материалов зазор между экраном и стеной может служить теплоизолятором и выполняться проветриваемым.

2.119. В случае, если несущая способность стен недостаточна дли восприятия вертикальных нагрузок от подвесного экрана, монтаж последнего выполняют непосредственно на вертикальные стойки жесткого металлического каркаса внутри емкости. Устойчивость конструкции экрана обеспечивается самим каркасом.

2.120. Усиление стен емкостей для сыпучих материалов при вынужденном устройстве внецентренного выпуска рекомендуется выполнять двумя группами способов - без изменения статической схемы и напряженного состояния и косвенным усилением путем снижения нагрузки.

При силовом усилении наиболее рационально по высоте на участках с максимальным горизонтальным давлением предусматривать устройство поясов, бандажей, стальных или железобетонных гильз.

2.121. Косвенное усиление стен хранилищ при внецентренной выгрузке сыпучего материала выполняют изменением конструктивного решения емкости путем расположения над выпускным проемом специальных разгрузочных устройств в форме желобов, установленных наклонно от центра емкости к выпускному проему, перфорированных труб, спиральных элементов, системы полых элементов и пр.

2.122. Усиление конструкций подсилосной части колонн, балок и их сопряжений без изменения статической схемы и напряженного состояния выполняется обоймами, наращиванием сечения, а с изменением статической схемы - с помощью связей, аналогично усилению конструкций промышленных зданий.

2.123. Усиление узлов сопряжения стальных воронок с цилиндрическими железобетонными стенами силосов и самих воронок определяется конструктивной схемой узла крепления в существующем сооружении.

При креплении воронки к стенам с помощью закладных деталей, устанавливаемых в стены при их бетонировании, широко используется способ усиления путем разгружения воронки с передачей нагрузки от нее через конструкцию усиления на фундамент (рис. 55).

Под воронку подводится кольцевая опорная металлическая балка, опираемая на наклонные стальные стойки, равномерно расположенные по периметру. Для исключения распорных реакций колонн в уровне сопряжения с фундаментом они объединяются связями в виде замкнутого многоугольника.

На рис. 56 показаны варианты усиления узла сопряжения стальной воронки со стеной, выполненные в железобетоне. Первая конструкция предусматривает возведение железобетонного перекрытия с опиранием через дополнительные опоры на фундамент и последующее заполнение пазух между воронкой и перекрытием тощим бетоном.

Вторая конструкция предусматривает устройство кольцевой монолитной железобетонной балки треугольного поперечного сечения, ее опирание через равномерно установленные по периметру стойки на фундаментную плиту. Этот вариант позволяет обеспечить надежное сопряжение воронки с балкой и разгрузить узел сопряжения воронки со стенкой. Арматурный каркас сваривают внизу, затем поднимают на отметку усиления, приваривают к воронке. Стойки выполняют сборными железобетонными с выпусками арматуры, заводимыми в кольцевую балку. Между стойками устанавливают инвентарную опалубку нижней плоскости балки, демонтируют защитный фартук воронки и в зазор между ней и стеной или через вырезы в воронке осуществляют бетонирование.

Рис. 55. Усиление узла крепления стальной воронки к железобетонной стене путем частичного его разгружения

1 - узел усиления; 2 - опорная балка разгружающей конструкции; 3 - стойки разгружающей конструкции; 4 - фундамент под стойки

Рис. 56. Усиление узла сопряжения стальной воронки с железобетонной стенкой

а - устройством железобетонного перекрытия; б - устройством кольцевой железобетонной балки; 1 - узел усиления; 2 - поддерживающее железобетонное перекрытие; 3 - поддерживающая железобетонная кольцевая балка; 4 - опорные стойки; 5 - забутка тощим бетоном

3. РАСЧЕТ УСИЛЕНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Общие положения

3.1. Расчет конструкций усиления производится в соответствии с указаниями СНиП 2.03.01-84*, СНиП II-23-81* и положениями, приведенными в настоящих Рекомендациях.

3.2. Усиленные конструкции рассчитываются по предельным состояниям первой и второй групп. Если усиление является следствием дефектов конструкций, то расчет по предельным состояниям второй группы для обычных конструкций и обычных условий не требуется, его необходимо выполнять лишь для специальных конструкций и в особых условиях эксплуатации (например, при усилении резервуаров, эксплуатации в агрессивной среде и т.д.).

3.3. Расчет усиленных элементов железобетонных конструкций при изменении их начальной статической схемы и напряженного состояния производится согласно новой статической схеме с учетом действительного напряженного состояния.

Усиливаемые предварительно напряженные конструкции должны проверяться на совместное действие усилий обжатия арматуры усиления, собственной предварительно напряженной арматуры и внешней нагрузки, действующей при осуществлении усиления.

3.4. Усилия, действующие в элементах статически неопределимых конструкций, должны определяться с учетом возможного их перераспределения, величина которого для усиленных конструкций не должна превышать 30 %. При превышении этой величины на отдельных участках конструкций последние рекомендуется проверить на раскрытие трещин, на прочность сжатой зоны, в частности в сильно армированных сечениях, а в необходимых случаях, для которых рекомендуется расчет по второй группе предельных состояний (см. п. 3.2), - на деформативность и трещиностойкость.

3.5. Для сильно поврежденных конструкций (при разрушении 50 % сечения или 50 % площади рабочей арматуры) конструкция усиления должна рассчитываться на полную действующую нагрузку, при этом усиливаемая конструкция в расчете не учитывается.

3.6. При приварке к существующей арматуре дополнительных стержней ее сечение в связи с возможностью повреждения пережогом при сварке принимается ослабленным на 25 %.

3.7. При определении площади поперечного сечения арматуры усиливаемой конструкции следует учитывать возможное се уменьшение в результате коррозии (особенно язвенной).

При обнаружении следов коррозии арматуры из высокопрочной проволоки конструкцию следует усиливать на полную нагрузку, без учета сопротивления этой арматуры.

3.8. Методика расчета усиленных изгибаемых и внецентренно сжатых конструкций приемлема только при условии обеспечения надежного соединения усиливаемых и усиливающих частей. В том числе следует обеспечивать совместность работы старого и нового бетона конструктивными мероприятиями, например установкой специальной дополнительной арматуры.

3.9. При проектировании усиления расчету подлежат усиливаемый элемент с элементами усиления, а также конструкции или элементы конструкций, на которые могут передаваться усилия от элементов усиления.

3.10. Расчет усиленных железобетонных элементов по прочности должен производиться для сечений, нормальных к их продольной оси, а также для наклонных к ней сечений наиболее опасного направления; при наличии крутящих моментов следует проверять прочность пространственных сечений, ограниченных в растянутой зоне спиральной трещиной наиболее опасного из возможных направлений. Кроме того, должен производиться расчет элементов на местное действие нагрузки (смятие, продавливание, отрыв).

3.11. Нормативные и расчетные значения прочности бетона и арматуры для усиливаемых конструкций принимаются в соответствии с пп. 1.47 - 1.49 настоящих Рекомендаций, а те же характеристики для бетона и арматуры усиления - в соответствии со СНиП 2.03.01-84*.

3.12. При наличии в сечении элемента, усиленного обоймой, рубашкой или наращиванием, арматуры разных видов, а также различных классов бетона, каждый вид арматуры и класс бетона вводят в расчет со своим расчетным сопротивлением.

Расчетное сопротивление арматуры и бетона усиления принимается с учетом коэффициентов условий работы конструкций g_bi и g_si по СНиП 2.03.01-84*, а также по п. 3.13 настоящих Рекомендаций.

Положение центра тяжести всего сечения бетона или сжатой зоны, а также статические моменты бетона и арматуры рекомендуется определять, приводя все сечение к бетону одного класса, в соответствии с принятыми расчетными сопротивлениями.

При наличии повреждений, снижающих несущую способность по растянутой арматуре, степень использования в расчете существующей арматуры определяется в зависимости от вида и характера повреждений.

3.13. Усиление конструкций железобетонными обоймами, рубашками и наращиванием рекомендуется выполнять под нагрузкой, не превышающей 65 % расчетной. При сложности или невозможности достижения требуемой степени разгружения допускается выполнение усиления под большей нагрузкой.

При определении расчетных характеристик бетона и арматуры усиления принимаются дополнительные коэффициенты: в первом случае - g_br0 = 1 и g_sr0 = 1, во втором - g_bri = 0,8 и g_sri = 0,8.

В любом случае степень разгружения конструкций должна гарантировать безопасное выполнение работ по усилению, если такие работы ведутся без устройства дополнительных опор, подпорок и т.п.

3.14. В расчетах следует учитывать величину обмятия элементов и конструкций в местах их сопряжения. В частности, для сопряжений бетона с металлом податливость одного узла при отсутствии экспериментальной проверки может приниматься в следующих пределах: металлический упор на бетон с раствором - 3 - 4 мм/узел; без раствора - 4 - 5 мм/узел (желательно не допускать); металлический карман с раствором - 1 - 3 мм/узел; обмятие сопряжения металла с металлом с помощью болтов - 1 мм/узел.

Особенности расчета усиления изгибаемых элементов

Конструкции полного и частичного разгружения

3.15. Конструкции усиления, являющиеся для усиливаемой конструкции разгружающей системой и с нею не замоноличиваемые, но связанные в местах опирания, рассчитываются как самостоятельные или как элементы общей системы, при этом усилия в усиливаемой и усиливающей частях конструкции определяются по правилам строительной механики.

3.16. Расчет элементов полного разгружения производится так же, как для обычных конструкций на полную нагрузку.

В случае, если разгружающие конструкции опираются на существующие или разгружаемые, разгружаемые должны рассчитываться по прочности наклонных сечений согласно СНиП 2.03.01-84*.

3.17. При полном разгружении следует определять величину зазора между разгружающей и разгружаемой конструкциями с учетом расчетных прогибов конструкций по второму предельному состоянию согласно СНиП 2.03.01-84* с введением соответствующих коэффициентов надежности. При этом величина минимального зазора между разгружающей и существующей конструкциями должна приниматься равной расчетному перемещению с коэффициентом запаса: для железобетонных разгружающих конструкций - 2, для металлических разгружающих конструкций - 1,5.

3.18. В изгибаемых конструкциях частичного разгружения, соприкасающихся с разгружаемой конструкцией по всей длине (в том числе на опорах), а также в балках, устанавливаемых рядом с усиливаемыми элементами, допускается определять усилия, используя их пропорциональность жесткостям существующего и разгружающего элементов на основе равенства деформации и кривизны обоих элементов

М₁ / В₁ = М₂ / В₂,                                                      (1)

где М₁ и В₁ - соответственно момент и жесткость, воспринимаемые разгружаемым элементом; М₂ и В₂ - момент и жесткость, воспринимаемые разгружающим элементом.

В комплексно работающих балках полное усилие М равно сумме усилий, воспринимаемых каждым элементом,

М = М₁ + М₂.                                                          (2)

Вначале определяют нагрузку, воспринимаемую усиливаемыми элементами. На недостающую часть нагрузки рассчитывают балки усиления, между усиливаемыми и усиливающими балками пропорционально их жесткостям распределяется только та часть нагрузки, которая прикладывается после усиления.

Если конструкции частичного разгружения устанавливаются на существующие элементы и соприкасаются с ними в отдельных точках (через прокладки), то приведенные выше условия определения усилий исходя из пропорциональности их жесткостям приемлемы лишь при наличии не менее восьми точек опирания, включая концевые опоры. При этом расстояние между точками опирания не должно превышать трех высот любого из двух указанных элементов.

3.19. В конструкциях частичного разгружения расчет по прочности сечений, наклонных к продольной оси элемента, производится по СНиП 2.03.01-84* на всю нагрузку только для усиливаемого элемента.

Усиление промежуточными жесткими и упругими опорами

3.20. К решению вопроса о выборе расчетной схемы при усилении конструкций дополнительными жесткими опорами следует подходить особенно тщательно. Для этого следует предварительно определить возможную общую деформацию от ожидаемых нагрузок в месте примыкания к усиливаемой конструкции и убедиться в том, что эта деформация составляет не более 10 % прогиба усиливаемой конструкции без учета опирания ее на жесткую опору.

3.21. При подведении промежуточных жестких опор усиливаемые элементы должны быть максимально разгружены.

Усилия в изгибаемых элементах определяются отдельно от нагрузок, действующих до установки дополнительных опор, и от нагрузок, которые прикладываются после установки этих опор.

В первом случае расчетная схема принимается первоначально без дополнительных опор, а во втором случае - с дополнительными опорами. Расчетные усилия в сечениях элемента определяют как сумму усилий, полученных при расчете по первой и второй схемам. Затем несущая способность определяется в соответствии со СНиП 2.03.01-84*.

3.22. При проектировании усиления дополнительными жесткими опорами необходимо, чтобы эпюра изгибающих моментов, полученная сложением эпюр, построенных от нагрузки, действующей до установки опор, и от нагрузки, прикладываемой после установки опор, нигде не выходила за пределы фактической прочности материалов.

В отдельных случаях над новой опорой допускается отрицательный момент, превышающий значение допустимого. В этом случае в расчет следует ввести пластический шарнир и рассчитывать по новой расчетной схеме. Поскольку в местах установки дополнительных жестких опор верхняя арматура обычно имеет малую площадь поперечного сечения, балку после образования трещин над этой опорой следует рассматривать как разрезную с шарнирным опиранием в месте опоры. При этом рекомендуется обеспечивать достаточную площадь опирания на дополнительной опоре, учитывая возможные отклонения в положении и направлении трещин.

3.23. В изгибаемых элементах, усиленных упругими опорами, так же, как и при жестких опорах, расчетные усилия в сечениях элемента определяют как сумму усилий, полученных по двум расчетным схемам (см. п. 3.20).

Расчет конструкций при усилении упругими дополнительными опорами основан на равенстве прогибов усиливаемого и усиливающего элементов в месте их соединения.

В качестве расчетной схемы от нагрузок, прикладываемых после установки дополнительных упругих опор, может быть принята балка на упругоподатливых опорах. Усилия в такой балке определяются при известных характеристиках жесткости опор по уравнениям пяти моментов.

Для определения характеристик жесткости необходимо сделать статический расчет всей конструкции дополнительной опоры и установить величину перемещения от единичной силы в точке установления дополнительной опоры. Характеристика жесткости при нескольких упругих опорах устанавливается для каждой из них.

3.24. По выбранной расчетной схеме и нагрузкам, прикладываемым к усиливаемому элементу и упругим опорам в местах их сопряжения (равным реакциям), определяются усилия в дополнительных упругих опорах.

3.25. В местах установки жестких и упругих дополнительных опор необходимо проверить усиливаемую балку на действие поперечных сил.

3.26. Рекомендуется учитывать возможное перераспределение нагрузок в усиливаемом элементе за счет деформаций ползучести - при устройстве дополнительных опор из железобетонных элементов; за счет снижения жесткости в соответствии с положениями СНиП 2.03.01-84* - при воздействии длительных статических нагрузок.

Рекомендуется также учитывать перераспределение усилий во времени между усиливаемой конструкцией и элементами усиления в соответствии с «Руководством по расчету статически неопределимых железобетонных конструкций» (М.: Стройиздат, 1975).

Усиление железобетонными обоймами, рубашками и наращиванием

3.27. Железобетонные изгибаемые элементы, усиливаемые железобетонными обоймами, рубашками и наращиванием, рассчитываются как монолитные. При этом дефекты (коррозия или обрывы арматуры, повреждения бетона и пр.), снижающие несущую способность, если не исправляются, то учитываются при расчете усиленной конструкции, как и при расчете конструкций до усиления.

3.28. Расчет по нормальным сечениям изгибаемых элементов, усиленных обоймами, рубашками и наращиванием, в связи с наличием в одном сечении различных классов бетона и различных видов арматуры, а также в связи с расположением арматуры усиливаемой части сечения и арматуры усиления на различных уровнях рекомендуется выполнять по общему случаю расчета железобетонных конструкций при любой форме сечения в соответствии со СНиП 2.03.01-84* с учетом коэффициентов условий работы (см. п. 3.13).

Основные положения по расчету на основе общего случая с учетом особенностей усиления приведены в п. 3.60.

3.29. Расчет изгибаемых конструкций, усиленных обоймами, рубашками и двухсторонним наращиванием, с двойной арматурой в усиливаемой и усиливающей частях сечения, нормального к продольной оси, когда внешняя сила действует в плоскости оси симметрии, допускается производить в зависимости от соотношения между значениями относительной высоты сжатой зоны бетона ξ, определяемой из соответствующих условий равновесия, и значением относительной высоты сжатой зоны бетона ξ_R, определяемой по СНиП 2.03.01-84* из условия, что предельное состояние элемента наступает одновременно с достижением в растянутой арматуре расчетного сопротивления с учетом соответствующих коэффициентов условий работы арматуры g_si по СНиП 2.03.01-84*, за исключением g_s6.

Относительная высота сжатой зоны бетона определяется по формуле

ξ = x / h_0,rеd,                                                           (3)

где х - высота сжатой зоны бетона; h_0,rеd - расстояние от сжатой грани до общего центра тяжести растянутой арматуры усиливаемого элемента и растянутой арматуры усиления.

При определении ξ и ξ_R, когда в сжатой зоне расположен усиливаемый и усиливающий бетон разного класса, в расчетах следует принимать расчетное сопротивление бетона R_b более низкого класса. Приведенное расстояние от сжатой грани усиленного элемента до общего центра тяжести определяется по формуле

h_0,rеd = h₀ + a_red,                                                        (4)

где h₀ - расстояние от сжатой грани усиленного элемента до центра тяжести растянутой арматуры усиливаемого элемента; a_red - расстояние от центра тяжести растянутой арматуры усиливаемого элемента до общего центра тяжести растянутой арматуры усиливаемого элемента и дополнительной арматуры усиления (рис. 57).

При различных значениях расчетного сопротивления растянутой и сжатой арматуры усиливаемого элемента R_s и R_sc и арматуры усиления R_s,ad и R_sc,ad положение их от центра тяжести a_red определяется с учетом приведенной площади сечения растянутой А_s,red и сжатой А′_s,red арматуры

a_red = R_s,ad A_s,ad (h_0,ad - h₀) + (R_s A_s + R_s,ad A_s,ad);                                   (5)

A_s,red = A_s + (R_s,ad / R_s) A_s,ad;                                                (6)

А′_s,red = А′_s + (R_sc,ad / R_sc) А′_s,ad,                                             (7)

A_s и А′_s - площадь растянутой и сжатой арматуры усиливаемого элемента; А_s,ad и А′_s,ad - то же, усиливающего элемента; R_s и R_s,ad - расчетное сопротивление растянутой арматуры усиливаемого и усиливающего элементов; R_sc и R_sc,ad - то же, сжатой арматуры усиливаемого и усиливающего элементов; h_0,ad - расстояние от сжатой грани усиленного элемента до центра тяжести растянутой арматуры усиливающего элемента.

Рис. 57. Схемы усилий и эпюры напряжений в сечении, нормальном к продольной оси изгибаемого элемента, при расчете его по прочности, усиленного:

а - обоймой; б - двухсторонним наращиванием; в - то же, с переармированием растянутой зоны; г - односторонним наращиванием

3.30. Согласно положениям, сформулированным в п. 3.29 настоящих Рекомендаций, прямоугольные изгибаемые элементы рекомендуется проектировать так, чтобы соблюдалось условие ξ £ ξ_R. В этом случае с учетом формулы (4) относительная высота сжатой зоны бетона ξ определяется по формуле

ξ = (R_s А_s,red - R_sc А′_s,red) / R_b b h_0,red,                                            (8)

где b - ширина усиленного элемента; R_b - расчетное сопротивление бетона, принимаемое R_b или R_b,ad в зависимости от класса бетона, попадающего в сжатую зону бетона (п. 3.29).

Расчет прочности сечения усиленной конструкции М производится из условия

M £ R_b,red b x (h_0,red - 0,5 x) + R_sc А′_s,red (h_0,red - a′),                             (9)

где а′ - расстояние от сжатой грани бетона усиленного элемента до сжатой арматуры усиления.

Приведенное расчетное сопротивление бетона сжатой зоны усиленного элемента R_b,red определяется по формуле

R_b,red = (R_b A_b + R_b,ad A_b,ad) / A_b,tot,                                     (10)

где A_b,tot = A_b + A_b,ad; R_b - расчетное сопротивление бетона усиливаемого элемента при сжатии; R_b,ad - то же, усиливающего элемента; A_b - площадь сечения сжатой зоны бетона усиливаемого элемента; A_b,ad - то же, усиливающего элемента; A_b,tot - суммарная площадь сечения сжатой зоны бетона усиленного элемента.

Площадь усиливаемого бетона, находящегося в сжатой зоне, рекомендуется выражать с использованием полной высоты сжатой зоны бетона х (см. рис. 57), которая определяется по формуле

x = x₁ + x₂,

где х₁ - часть высоты сжатой зоны бетона, находящаяся в усиливаемом элементе; х₂ - то же, в усиливающем элементе.

А_b = [b - (a_rin + a′_rin)] x₁;

A_b,ad = b x - A_b,

где a_rin и a′_rin - ширина обоймы наращивания.

При усилении железобетонных элементов наращиванием со стороны сжатой и растянутой зоны a_rin и а′_rin равны нулю.

Если в результате расчета окажется, что высота сжатой зоны бетона находится только в бетоне усиления, то вместо R_b,red следует принять расчетное сопротивление бетона усиления R_b,ad и уточнить новую высоту сжатой зоны бетона.

Высоту сжатой зоны бетона находим по формуле

х = (R_s А_s,red - R_sc А′_s,red) / (R_b,red b).                                       (11)

3.31. Количество дополнительной растянутой арматуры А_s,аd в соответствии с положениями, сформулированными в пп. 3.29, 3.30 настоящих Рекомендаций, находим по формуле (см. рис. 57)

                                         (12)

где А и В - коэффициенты, равные:

A = (R_s A_s - R_sc А′_s,red - R_b,red b h_0,red) / (0,5 R_s,ad);                            (13)

             (14)

Когда арматура усиливаемого и усиливающего элементов в сжатой зоне бетона отсутствует или в расчете не учитывается, А и В в формуле (12) определяются по следующим зависимостям (см. рис. 57):

A = (R_s А_s - R_b,red b h_0,red) / (0,5 R_s,ad);                                   (15)

B = [2 (M - R_s А_s h_0,red) R_b,red b + R²_s А²_s] / R²_s,ad.                         (16)

В этом случае высота сжатой зоны бетона х определяется по формуле

x = (R_s A_s + R_s,ad A_s,ad) / (R_b,red b).                                     (17)

3.32. При расчете по прочности прямоугольных изгибаемых элементов рекомендуется соблюдать условие х £ ξ_R h_0,red. В случаях, когда площадь сечения растянутой арматуры по конструктивным соображениям или из расчета по предельным состояниям второй группы принята больше, т.е. условие принимает вид х > ξ_R h_0,red, расчет следует производить по формулам общего случая (см. п. 3.60 настоящих Рекомендаций).

Допускается также при условии х > ξ_R h_0,red производить расчет по формуле (8), а высоту сжатой зоны бетона х определять по зависимости (см. рис. 57)

х = (s_s,ad A_s,ad + s_s A_s - R_sc А′_s,red) / (R_b,red b),                               (18)

где

                                     (19)

                                 (20)

где s_sp - предварительное напряжение в напрягаемой арматуре S до обжатия бетона (при натяжении арматуры на упоры) либо в момент снижения величины предварительного напряжения в бетоне до нуля воздействием на элемент внешних фактических или условных сил. Определяется с коэффициентом g_sp > 0 по СНиП 2.03.01-84*.

В случаях, когда предварительного напряжения нет, в формулах (19) и (20) третье слагаемое в знаменателе выпадает.

При определении величин s_s и s_s,ad значения ξ и ξ_R вычисляются в соответствии с тем классом бетона, в котором расположен стержень.

Площадь дополнительной арматуры растяжения в этом случае также определяется из условия (12), где

A = (s_s А_s - R_sc А′_s,red - R_b,red b h_0,red) / (0,5 s_s,ad);                             (21)

B = [2 (M + R_sc А′_s,red a′ - s_s А_s h_0,red) R_b,red b + (s_s А_s - R_sc А′_s,red)²] / s²_s,ad.        (22)

3.33. При усилении изгибаемых прямоугольных и тавровых элементов (балок, плит и т.п.) наращиванием сверху (см. рис. 57) высоту наращивания х₂ определяют из условия, чтобы количество имеющейся арматуры было достаточным при действующем после усиления моменте.

Для этого условия при однорядном расположении арматуры только в растянутой зоне бетона дополнительная высота бетонирования определяется по следующей формуле:

x₂ = - (M / R_s A_s) + h₀ - 0,5 x.                                            (23)

При этом высота сжатой зоны бетона х находится по формуле

x = (R_s A_s) / (R_b,red b),                                                  (24)

где R_b,red следует принимать:

при высоте сжатой зоны меньшей, чем толщина слоя бетона усиления, равной R_b,ad;

при высоте сжатой зоны большей, чем толщина слоя бетона усиления, равной R_b,red, определяемой по формуле (10).

3.34. Расчет тавровых балок, усиленных двухсторонним наращиванием конструкций с двойной арматурой в усиливаемом и усиливающем бетоне, имеющих полку в сжатой зоне, при ξ £ ξ_R должен производиться в зависимости от положения границы сжатой зоны:

а) если граница сжатой зоны проходит в полке (рис. 58), т.е. соблюдается условие

R_s A_s,red £ R_b,red b′_f h′_f + R_sc А′_s,red,                                       (25)

то расчет производится как для прямоугольного сечения шириной в соответствии с пп. 3.29 - 3.32 настоящих Рекомендаций;

б) если граница сжатой зоны бетона проходит в ребре (см. рис. 58), т.е. равенство (25) не соблюдается, расчет производится из условия

M £ R_b,red b x (h_0,red - 0,5 x) + R_b,red h′_f (b′_f - b) (h_0,red - 0,5 h′_f) + R_sc А′_s,red (h_0,red - a′). (26)

Рис. 58. Схемы усилий и эпюры напряжений при расположении сжатой зоны бетона

а - в полке элемента в сечении, нормальном к продольной оси изгибаемого элемента, усиленного двухсторонним наращиванием, при расчете его по прочности; б - в ребре элемента в сечении, нормальном к продольной оси изгибаемого элемента, усиленного двухсторонним наращиванием, при расчете его по прочности

При этом высота сжатой зоны бетона х определяется по формуле

х = [R_s А_s,red - R_b,red h′_f (b′_f - b) - R_sc А′_s,red] / (R_b,red b).                             (27)

где А_s,red и А′_s,red определяются по формулам (5) и (6); R_b,red - по формуле (10).

Площадь дополнительной растянутой арматуры усиления А и В определяется по формуле (12), где

A = {R_s A_s - R_sc А′_s,red - R_b,red [b h_0,red + h′_f (b′_f - b)]} / (R_s,ad);                              (28)

B = {(R_s A_s - R_sc А′_s,red)² + [R_b,red h′_f (b′_f - b)]² + 2 R_b,red [K - R_s A_s h_0,red + R_sc А′_s,red a′ +             

+ R_b,red 0,5 h′_f (b′_f - b)] - 2 R_b,red h′_f (R_s A_s - R_sc А′_s,red) (b′_f - b)} / (R²_s,ad).                     (29)

3.35. Расчет тавровых балок, усиленных односторонним наращиванием сжатой полки, с двойной арматурой в усиливаемом и одиночной арматурой в усиливающем бетоне должен производиться в зависимости от положения границы сжатой зоны в соответствии с п. 3.34 настоящих Рекомендаций. При этом в формуле (25) следует заменить А_s,red на А_s.

Расчет балок, усиленных односторонним наращиванием растянутого ребра, с двойной арматурой в усиливаемом и одиночной арматурой в усиливающем сечении также производится в зависимости от положения границы сжатой зоны бетона по п. 3.34. При этом в формулах (25) - (29) следует заменить А′_s,red на А′_s.

3.36. Расчет тавровых балок, усиленных рубашками вокруг ребра, с расположением арматуры на различных уровнях должен проводиться по общему случаю расчета согласно п. 3.60 настоящих Рекомендаций.

Усиление предварительно напряженной арматурой

3.37. Величину предварительного напряжения s_sp и s′_sp в напрягаемой арматуре S и S′ следует назначать в соответствии с требованиями главы СНиП 2.03.01-84*. При этом максимальная величина предварительного напряжения при контролируемом усилии натяжения арматуры не должна превышать: для стержней из мягких сталей - 0,9 R_s,ser, для стержней из высокопрочных сталей - 0,7 R_s,ser. Минимальная величина предварительного напряжения стержней в любом случае назначается не меньше 0,4 R_s,ser.

3.38. При определении усилий натяжения арматуры необходимо учитывать дополнительные усилия, которые могут возникнуть в связи с изменением температурных условий. Величина дополнительных напряжений определяется разностью температур в момент натяжения арматуры и максимальной или минимальной температурой при условиях эксплуатации.

3.39. Потери предварительного напряжения в затяжках определяются по СНиП 2.03.01-84* как для конструкций с натяжением арматуры на бетон.

Рис. 59. График зависимости напряжения от угла наклона

Величину предварительного напряжения при усилении железобетонных элементов следует принимать с коэффициентами условий работы: для горизонтальных и шпренгельных затяжек - g_sr2 = 0,8, для хомутов и наклонных тяжей - g_sr3 = 0,75.

3.40. При натяжении затяжек путем стягивания парных ветвей определение величины предварительного напряжения s_sp рекомендуется производить в зависимости от тангенса угла наклона ветвей i с использованием графика (рис. 59), полученного из соотношения

                                                    (30)

где E_s - модуль упругости арматуры усиливаемого элемента.

При этом необходимо исключать участок малых уклонов i £ 0,01, при которых изменение уклонов вызывает малые напряжения, компенсирующие первоначальное выпрямление стержней.

3.41. Определение несущей способности по нормальным сечениям изгибаемых элементов, усиленных предварительно напряженными стержнями, не имеющими сцепления с бетоном, рекомендуется выполнять в соответствии со СНиП 2.03.01-84* с учетом пп. 3.29, 3.30, 3.42, 3.43 настоящих Рекомендаций.

3.42. Если внешняя сила действует в плоскости оси симметрии сечения, то определение несущей способности изгибаемых элементов, усиленных предварительно напряженными горизонтальными стержнями, допускается выполнять в зависимости от соотношения между величиной относительной высоты сжатой зоны бетона ξ, определяемой из соответствующих условий равновесия, и граничного значения относительной высоты сжатой зоны бетона ξ_R, при которой предельное состояние наступает одновременно с достижением в растянутой арматуре S усиливаемого элемента - напряжения, равного расчетному сопротивлению R_s, а в арматуре усиления напряжения, определяемого по формуле

                      (31)

где a = Е_s / Е_b; Е_b - модуль упругости бетона усиливаемого элемента; s_sp,ad - задаваемая величина предварительного напряжения в дополнительной арматуре усиления (с учетом потерь); R_s,ser,ad - расчетное сопротивление дополнительной арматуры усиления для предельных состояний второй группы, МПа; g_s - коэффициент надежности по арматуре, определяемый по СНиП 2.03.01-84*; μ - коэффициент армирования, определяемый из отношения суммарной площади усиливаемой А_s и усиливающей арматуры А_sp,ad к площади бетона, вычисленной из произведения ширины усиливаемого элемента b на расстояние от сжатой грани усиленного элемента до центра тяжести растянутой арматуры h₀; l - расстояние между внутренними торцами анкеров арматуры усиления, м; δ_b - основной безразмерный коэффициент, определяемый по формуле

δ_b = [(δ_a E_s,ad A_s) / (R_s,ser,ad E_s,st A_sp,ad)] - δ_cl + 1,3,                              (32)

где δ_a - вспомогательный коэффициент, принимаемый равным 820 МПа; E_s,ad - модуль упругости дополнительной арматуры усиления; E_s,st - модуль упругости арматуры класса К-7, принимаемой за эталон, равный 1,8 · 10⁵ МПа; A_sp,ad - площадь дополнительной напрягаемой арматуры усиления; δ_cl - коэффициент, учитывающий отсутствие контакта арматуры усиления с усиливаемой конструкцией и равный 0,55 (при наличии контакта равен нулю).

При этом s_lim,ad для высокопрочной проволочной арматуры принимается не выше ее расчетного сопротивления согласно СНиП 2.03.01-84*.

При определении граничной относительной высоты сжатой зоны бетона ξ_R по СНиП 2.03.01-84* напряжения в растянутой арматуре следует принимать по арматуре с более высоким расчетным сопротивлением (по арматуре усиливаемого элемента либо по дополнительной напрягаемой арматуре усиления).

Расчетная схема усиления изгибаемого элемента напрягаемой арматурой без сцепления с бетоном в растянутой зоне при одновременном усилении сжатой зоны приведена на рис. 60.

3.43. При проектировании изгибаемых элементов, усиленных предварительно напрягаемой арматурой, следует соблюдать условие ξ £ ξ_R, ограничивающее относительную высоту сжатой зоны бетона.

Проектирование изгибаемых элементов с усилением предварительно напрягаемой арматурой (затяжками) без соблюдения указанного условия не рекомендуется.

При недостаточной несущей способности с предельным значением суммарной площади арматуры для нормально армированных конструкций дальнейшее увеличение дополнительной напрягаемой арматуры может осуществляться с одновременным усилением сжатой зоны.

Рис. 60. Схемы усилий и эпюры напряжений в сечении, нормальном к продольной оси изгибаемого элемента, усиленного предварительного напряженной арматурой без сцепления с бетоном

Рис. 61. Расположение центра тяжести арматуры усиливаемого элемента и дополнительной напрягаемой арматуры при расположении ее

а - под нижней плоскостью усиливаемого элемента; б - по боковым сторонам усиливаемого элемента

Расчет нормальных сечений по прочности осуществляется по формуле (9), а определение относительной высоты сжатой зоны бетона ξ по формуле

ξ = (R_s А_s + s_lim,ad A_sp,ad - R_sc А′_s,red) / (R_b b h_0,red),                                (33)

где s_lim,ad - определяется по формуле (31); h_0,red - по формуле (4) и принимается равным не более высоты поперечного сечения конструкции h; величина a_red, входящая в формулу (4), определяется по зависимости

a_red = [R_sp,ad A_sp,ad (h_0,red - h₀)] / (R_s A_s + R_sp,ad A_sp,ad),                          (34)

где R_sp,ad - расчетное сопротивление дополнительной арматуры усиления.

При этом, если a_red > 0, то общий центр тяжести растянутой арматуры находится между усиливаемой и усиливающей арматурой, а последняя расположена под плоскостью элемента по высоте; если a_red < 0, то общий центр тяжести растянутой арматуры находится между усиливающей и усиливаемой арматурой, а усиливающая арматура расположена по боковым граням элемента (рис. 61).

Высота сжатой зоны бетона х определяется

х = (s_lim,ad A_sp,ad + R_s А_s - R_sc А′_s,red) / (R_b,red b).                             (35)

Необходимая площадь предварительно напряженной растянутой арматуры A_sp,ad вычисляется по формуле (12), где

A = (R_s А_s - R_sc А′_s,red - R_b,red b h_0,red) / (0,5 s_lim,ad);                             (36)

B = 2 [M + (R_sc А′_s,red a′ + R_s А_s h_0,red)] R_b,red b - (R_s А_s - R_sc А′_s,red)² / s²_lim,ad.         (37)

При определении высоты сжатой зоны и площади предварительно напряженной арматуры A_sp,ad величина s_lim,ad принимается с учетом коэффициента условий работы g_s6, определяемого по СНиП 2.03.01-84*.

3.44. Расчет сечений изгибаемых элементов, усиленных предварительно напряженной арматурой и имеющих полку в сжатой зоне, а также неармированных предварительно напряженной арматурой в этой зоне, при действии момента в плоскости оси симметрии конструкции должен производиться в зависимости от положения границы сжатой зоны.

Требуемая площадь сечения дополнительной напрягаемой арматуры, расположенной в растянутой зоне, определяется следующим образом:

а) если граница сжатой зоны проходит в полке, т.е. соблюдается условие (25), - как для прямоугольного сечения шириной в соответствии с пп. 3.29 - 3.32;

б) если граница сжатой зоны проходит по ребру, т.е. условие (25) не соблюдается, - согласно положениям, сформулированным в п. 3.34, а вычисления производятся по формулам (12), (28), (29), где вместо R_s,ad принимается значение s_lim,ad, определяемое по формуле (31) с учетом коэффициента условий работы g_s6 по СНиП 2.03.01-84*.

3.45. При усилении изгибаемых элементов шпренгелями они превращаются в статически неопределимые системы.

Рис. 62. Расчетная схема изгибаемого элемента, усиленного шпренгельной затяжкой

Сечение балки, усиленной шпренгелем, проверяется с учетом продольной силы, действующей в ней как в ригеле шпренгельной системы. В зависимости от результатов расчета сжатая зона балки подлежит или не подлежит усилению.

Конструкции, усиленные шпренгелями, должны проверяться на действие несимметричной нагрузки, если она возможна.

Несущая способность балки, усиленной шпренгелем, должна проверяться на сочетаниях нагрузок, действующих на балку в момент установки шпренгеля (усилия от натяжения и фактическая нагрузка) и на максимально возможную нагрузку после усиления.

3.46. При усилении шпренгелем необходимо создание в нем усилий, разгружающих балку моментом, обратным по знаку моменту от внешней нагрузки. Это усилие первоначально создается предварительным натяжением, которое назначается в соответствии с требованиями п. 3.37. Расчетное сопротивление для стержней шпренгеля рекомендуется снижать путем умножения на коэффициент условий работы g_sr4 = 0,8.

3.47. Величину требуемых деформаций при натяжении элементов шпренгеля следует назначать с учетом их потерь, определяемых по п. 3.14, а также положений СНиП 2.03.01-84*.

3.48. Методика расчета шпренгеля предполагает рассматривать балку как самостоятельный внецентренно сжатый элемент, находящийся под воздействием заданной внешней нагрузки и усилий, передаваемых на балку шпренгелем (рис. 62), так же, как внешней нагрузки.

3.49. Расчет балки, усиленной шпренгелем (см. рис. 62) в случае, когда усилия, передаваемые на балку от шпренгеля, рассматриваются как внешние, осуществляют в следующей последовательности:

выбирают габариты шпренгеля и его сечение l₁, l₃, a_str, h_str,j, A_sp,ad;

определяют изгибающие моменты в пролете балки до и после усиления соответственно М₁ и M_tot;

назначают величину предварительного напряжения в шпренгельной затяжке s_sp;

с учетом указанных величин определяют распор в шпренгеле N_st в предельном состоянии по формуле

N_st = [(М_tot - M₁) / h_str + s_sp A_sp,ad] £ s_s A_sp,ad,                                 (38)

где s_s определяется по формуле (31);

определяют усилия S₁ и М₁, передаваемые на балку от шпренгеля в предельном состоянии:

S₁ = F_h tg j;                                                             (39)

M₁ = F_h a_str;                                                             (40)

определяют воздействия шпренгеля на балку: изгибающий момент M_str, поперечную силу Q_str:

M_str = M_tot - M₁ = F_h tg j l₂;                                            (41)

Q_str = F_r = F_v - S₁;                                                     (42)

проверяют сечения в усиленной балке от внецентренного сжатия в предельном состоянии на усилия M_str и Q_str, при e = N₁ / N; е = е₀ + h₀ + h₁; e = e₀ + h₁ - а′, где е₀ - эксцентриситет относительно геометрической оси, проходящей по центру тяжести сечения.

3.50. При усилении железобетонных балок разгружающими предварительно напряженными кронштейнами требуется определить необходимую разгружающую нагрузку, прикладываемую к усиливаемому элементу.

Величины усилий от разгружающих нагрузок M_unl и Q_unl должны быть такими, чтобы в сочетании с усилиями, вызываемыми предельной нагрузкой на усиливаемые элементы М и Q, была обеспечена несущая способность усиленной конструкции, т.е.

M_unl = M - M_cr;                                                         (43)

Q_unl = Q - Q_cr,                                                          (44)

где M_cr и Q_cr - момент и поперечная сила, вызывающие разрушение в усиливаемом элементе.

Предварительно определяют разгружающие значения моментов  и поперечных сил  от единичной силы Р = 1, приложенной к балке в точке дополнительной опоры и направленной как реакция снизу вверх.

По известным значениям  и  величины F_unl:

                                                       (45)

                                                          (46)

Рис. 63. Расчетная схема кронштейна

Рис. 64. Основная система при расчете кронштейна методом сил (верхняя наклонная ветвь - х₁, нижняя - x₂)

Несущая способность балки должна удовлетворять большему из двух указанных условий, обеспечивающих несущую способность усиленной конструкции по моменту и поперечной силе.

3.51. В случаях, когда кронштейн усиления опирается непосредственно на колонну, необходимо проверить балку на отрыв ее от опоры разгружающими силами при отсутствии временной нагрузки.

3.52. Расчет кронштейнов выполняется на усилие F_unl; расчетную схему кронштейнов с гибкими элементами решетки рекомендуется принимать в виде статически неопределимой системы. Для расчета принимается половина кронштейна, а поскольку сечение нижнего пояса кронштейна на оси симметрии не поворачивается или поворачивается на относительно малую величину, то его можно считать защемленным в этом месте (рис. 63, 64).

Расчет рекомендуется выполнять методом сил, принимая неизвестными усилия в растянутых элементах. При определении перемещений от единичных неизвестных усилий следует учитывать продольные силы и изгибающие моменты. Влиянием поперечной силы можно пренебречь.

Для предварительного подбора сечений можно принять расчетную схему кронштейна в виде фермы с шарнирами в узлах, но при этом сечение нижнего пояса, подбираемое по нормальной силе, следует увеличить примерно в два раза.

3.53. Учитывая возможные потери усилия от обмятия опор и обжатия упорных устройств, предварительное натяжение кронштейнов осуществляют силой, которая на 15 % больше расчетной.

Особенности расчета усиления внецентренно сжатых элементов

Усиление железобетонными обоймами, рубашками и наращиванием

3.54. Прямоугольные железобетонные центрально-сжатые со случайными эксцентриситетами и внецентренно сжатые усиленные элементы рассчитываются как монолитные. При расчете следует учитывать влияние прогиба на их несущую способность, как правило, путем расчета конструкций по деформированной схеме.

Допускается производить расчет конструкций по недеформированной схеме, учитывая при гибкости l₀ / i > 14 влияние прогиба конструкций на его прочность, определяемую из условий (39) и (50) путем умножения на коэффициент η по СНиП 2.03.01-84*.

3.55. При определении расчетных сопротивлений бетона обойм и наращиваний, а также расчетных сопротивлений рабочей арматуры, находящихся в сжатой зоне сечения, следует учитывать коэффициенты условий работы бетона и арматуры g_bi и g_si по СНиП 2.03.01-84* и дополнительные коэффициенты условий работы g_bri и g_sri, учитывающие особенности работы усиленных элементов (см. п. 3.13).

3.56. Методика расчета внецентренно и центрально-сжатых элементов, усиленных обоймами, рубашками и наращиванием, приведенная в настоящих Рекомендациях, предполагает плотное примыкание бетона усиления к опорным частям конструкций, а также заделку арматуры в бетон в соответствии с СНиП 2.03.01-84* при ее расположении в растянутой зоне.

3.57. Несущую способность по нормальным сечениям внецентренно сжатых конструкций, усиленных обоймами, рубашками и наращиванием, рекомендуется определять по СНиП 2.03.01-84* и настоящим Рекомендациям. При этом должны быть учтены особенности, связанные с применением различных видов арматуры и классов бетона в усиливаемых и усиливающих частях сечения (пп. 3.7, 3.11 - 3.13).

Расчет усиленных обоймами, рубашками и двухсторонним наращиванием прямоугольных внецентренно сжатых элементов с двойной арматурой в усиливаемых и усиливающих частях сечения рекомендуется осуществлять:

а) при ξ £ ξ_R из условия

Ne £ R_b,red b x (h_0,red - 0,5 x) + R_sc А′_s,red (h_0,red - a′),                            (47)

где N - продольная сила; е - расстояние от точки приложения продольной силы N до оси, параллельной прямой, ограничивающей сжатую зону и проходящей через центр тяжести сечения растянутого стержня, наиболее удаленного от указанной прямой, а при отсутствии растянутой зоны - через центр тяжести наименее сжатого стержня; A_s,red и А′_s,red находятся по формулам (5) и (6); h_0,red - по (4) и (7); R_b,red - по (10).

Высота сжатой зоны бетона х определяется по зависимости

x = (N + R_s А_s,red - R_sc А′_s,red) / (R_b,red b);                                       (48)

б) при ξ > ξ_R расчет элементов выполняется также по условию (47), при этом высота сжатой зоны х определяется из совместного решения уравнений (49) и (50); (51) и (52) или (49), (51), (52).

x = (N + s_s А_s,red - R_sc А′_s,red) / (R_b,red b),                                      (49)

где s_s для элементов из бетона класса В30 и ниже с ненапрягаемой арматурой вида A-I, А-II, A-III определяется по формуле

                                                   (50)

для элементов из бетона класса выше В30, а также для элементов, с арматурой выше A-III как напрягаемой, так и ненапрягаемой, высота сжатой зоны х и напряжение s_si определяются из уравнений

R_b,red b x - Σs_si A_si ± N = 0;                                              (51)

                                              (52)

где ω = a - b R_b.

Коэффициенты a и b, а также величины s_sc,u и s_spi принимаются по СНиП 2.03.01-84*.

Если s_si > b R_si, то s_si следует определять по

                                            (53)

В случае, когда найденное по формуле (53) напряжение в арматуре превышает R_si без учета коэффициента g_s6 по СНиП 2.03.01-84*, в условие (51) подставляется значение s_s = R_si. При этом следует учитывать коэффициенты условий работы по СНиП 2.03.01-84*, а также дополнительные коэффициенты условий работы усиленных конструкций g_sri (см. п. 3.13).

В формуле (53) ξ_i и ξ_eli определяются по СНиП 2.03.01-84*.

3.58. Площадь дополнительной растянутой арматуры усиления элемента прямоугольного сечения с двухсторонним наращиванием при наличии двойной арматуры в усиливаемой и усиливающей частях сечения при ξ £ ξ_R определяется по формуле (12) и рис. 65, где

A = (N + R_s A_s - R_sc А′_s,red - R_b,red b h_0,red) / (0,5 R_s,ad);                                 (54)

B = {0,5 (R_s A_s - R_sc А′_s,red)² + [R_sc А′_s,red a′ - R_s A_s h_0,red + N (e - h_0,red)] R_b,red b +                 

+ N (R_s A_s - R_sc А′_s,red) + 0,5 N²} / (0,5 R²_s,ad).                                       (55)

Рис. 65. Схемы усилий и эпюры напряжений в сечении, нормальном к продольной оси внецентренно сжатого элемента, при расчете его по прочности

а - усиленного двухсторонним наращиванием при условии ξ £ ξ_R; б - то же, при условии ξ > ξ_R; в - усиленного обоймой с расположением арматуры на различных уровнях, по общему случаю расчета

3.59. Площадь дополнительной арматуры вида A-I, A-II, A-III усиления (бетоном класса ниже В30) элемента прямоугольного сечения двухсторонним наращиванием с двойной арматурой в усиливаемой и усиливающей частях сечения при ξ > ξ_R определяется по зависимости (12) (см. рис. 65), где

A = (N + s_s A_s - R_sc А′_s,red - R_b,red b h_0,red) / (0,5 s_s,ad);                             (56)

B = {0,5 (s_s A_s - R_sc А′_s,red)² + [R_sc А′_s,red a′ - s_s A_s h_0,red +                                

+ N (e - h_0,red)] R_b,red b + N (s_s A_s - R_sc А′_s,red) + 0,5 N²} / (0,5 s²_s,ad).              (57)

3.60. При различной геометрии поперечного сечения и расположении арматуры на разных уровнях расчет прочности изгибаемых и внецентренно сжатых элементов, усиленных обоймами, рубашками и наращиванием (см. рис. 65), рекомендуется производить по общему случаю расчета из условия

M £ R_b,ad S_b,ad + R_b S_b - Σs_si S_si - Σs_s,adi S_s,adi,                                (58)

где М - в изгибаемых элементах - проекция момента внешних сил на плоскость, перпендикулярную прямой, ограничивающей сжатую зону сечения; во внецентренно сжатых и растянутых элементах - момент продольной силы N относительно оси, параллельной прямой, ограничивающей сжатую зону и проходящей во внецентренно сжатых элементах через центр тяжести сечения наиболее растянутого или наименее сжатого стержня продольной арматуры; S_b,ad - статический момент площади бетона обоймы или наращивания, расположенной в сжатой зоне относительно указанной оси; S_b - то же, бетона усиливаемой конструкции, расположенной в сжатой зоне относительно указанной оси; S_si - то же, сечения i-го ряда стержней продольной арматуры усиливаемого элемента относительно указанной оси; s_s,adi - напряжения в i-м ряду стержней продольной арматуры усиления; s_si - то же, усиливаемого элемента.

Высота сжатой зоны х и напряжения s_si и s_s,adi определяются из совместного решения уравнений:

R_b,ad A_b + R_b A_b - Σs_si A_si - Σs_s,adi A_s,adi + N = 0;                             (59)

                                        (60)

                                      (61)

ξ_i = x / h_0i,

где h_0i - расстояние от оси, проходящей через центр тяжести сечения рассматриваемого i-го стержня арматуры и параллельной прямой, ограничивающей сжатую зону, до наиболее удаленной точки сжатой зоны сечения; ω - характеристика сжатой зоны бетона усиливаемого элемента; ω_ad - то же, элемента усиления.

Кроме того, для определения положения границы сжатой зоны при косом изгибе требуется соблюдать параллельность плоскости действия моментов внешних и внутренних сил, а при косом внецентренном сжатии - условия, что точки приложения внешней продольной силы, равнодействующей сжимающих усилий в бетоне и арматуре и равнодействующей усилий в растянутой арматуре (либо внешней продольной силы, равнодействующей сжимающих усилий в бетоне и равнодействующей усилий по всей арматуре), должны лежать на одной прямой.

Если значения s_si и s_s,adi, полученные по формулам (60) и (61), превышают b R_si и b R_s,adi для арматуры вида выше А-III, то напряжения следует определять по формуле (53), предварительно заменив в ней s_s и R_si на s_si, s_s,adi и R_si, R_s,adi.

Напряжения s_si и s_s,adi вводятся в расчет со своим знаком, полученным при расчете по формулам (53), (60), (61); при этом в любом случае необходимо соблюдать условия:

R_si ³ s_si ³ - R_sсi;

R_s,adi ³ s_s,adi ³ - R_sс,adi.

В случае, когда найденные напряжения в арматуре превышают R_si и R_s,adi без учета коэффициента условий работы арматуры g_s6 по СНиП 2.03.01-84*, в условия (51) и (58) подставляются значения s_si и s_s,adi, равные соответственно R_si и R_s,adi с учетом соответствующих коэффициентов условий работы, в том числе g_s6 по СНиП 2.03.01-84*.

3.61. Расчет конструкций, усиленных обоймами с косвенным армированием, должен производиться по СНиП 2.03.01-84* с учетом коэффициентов условий работы усиленной конструкции (см. п. 3.13).

Усиление металлическими обоймами и предварительно напряженными распорками

3.62. Металлические обоймы разрешается учитывать в работе только при наличии упора их в перекрытия и в случае приварки к опорным закладным деталям.

3.63. Расчет усиления железобетонных элементов стальной обоймой осуществляется как для самостоятельной системы по СНиП II-23-81*, но гибкость продольных элементов принимают с учетом их упора в железобетон в местах расположения поперечных планок.

Если между обоймами из металла и железобетонной колонной имеются зазоры (например, в случае расположения на колонне большого числа коммуникаций), то расчет обоймы осуществляется полностью в соответствии со СНиП II-23-81*.

3.64. Предварительно напряженные распорки разгружают колонну на величину, равную созданному в распорках усилию сжатия.

Для предварительного напряжения ветвям распорок дается уклон, величина которого в зависимости от требуемого предварительного напряжения определяется по графику (см. рис. 59). При этом упорные башмаки будущей распорки (обоймы) должны быть до предварительного напряжения установлены на раствор (бетон) класса не менее В15.

3.65. Расчет предварительно напряженных распорок производится по главе СНиП II-23-81* с гибкостью ветвей, определяемой по расчетной длине ветви от места перегиба до точки упора в бетон. При этом необходимо учитывать коэффициент условий работы g_sr5 = 0,9.

3.66. После передачи обжатия распорки могут рассчитываться по полному поперечному сечению, так как ослабленные места (надрезы) восстанавливаются привариваемыми накладками.

3.67. Распорки можно рассматривать как самостоятельные разгружающие конструкции, если к моменту усиления на колонну действует полная нагрузка. В этом случае нагрузка F_v, воспринимаемая распорками, равна:

F_v = s_sp A_cb,                                                           (62)

где A_cb - площадь поперечного сечения распорок.

3.68. Для центрально-сжатых колонн расчет распорок осуществляется в соответствии с п. 3.60 Рекомендаций. При этом распорки рассматриваются как дополнительная арматура со своим расчетным сопротивлением. Устанавливать распорки в растянутой зоне сечения колонн не рекомендуется, а если они установлены, то в расчете их учитывать не следует.

Особенности расчета усиления железобетонных ферм

Усиление растянутых элементов металлическими затяжками

3.69. Несущую способность элементов N_r,el, усиленных металлической затяжкой, рекомендуется определять по формуле

N_r,el = R_s1 A_s + R_s2 A_sp + R_s,ad A_sp,ad,                                           (63)

где R_s1, R_s2, R_s,ad - расчетное сопротивление соответственно ненапряженной, напряженной и дополнительной напряженной арматуры; A_s, A_sp, A_sp,ad - площадь сечения соответственно ненапряженной, напряженной и дополнительной напряженной арматуры.

3.70. Деформации усиленных элементов Dl рекомендуется определять по следующим формулам:

а) для ненапряженных элементов без трещин

Dl = [(F - N_ad) / (E_b A_red)] l;                                              (64)

б) для ненапряженных элементов с трещинами

Dl = [(F - N_ad) / (E_s A_s)] ψ_s l;                                              (65)

в) для предварительно напряженных элементов без трещин

Dl = [(F - N_ad - N₀) / (E_b A_red)] l;                                          (66)

г) для предварительно напряженных элементов с трещинами

                                           (67)

где l - длина усиливаемого элемента; F - внешняя нагрузка на элемент; N_ad - усилие, воспринимаемое дополнительной арматурой (затяжкой); N₀ - усилие обжатия элемента в момент приложения эксплуатационной нагрузки; A_red = (Е_s А_b) / Е_b - площадь приведенного сечения в соответствии с главой СНиП 2.03.01-84*; ψ_s - коэффициент, учитывающий работу бетона между трещинами и определяемый по СНиП 2.03.01-84*.

3.71. Величина оптимального предварительного напряжения в затяжке s_sp определяется с учетом приращения напряжения при изменении внешней нагрузки и потерь напряжений в затяжках

s_sp = R_s - Ds_sp + s_l,sp £ 0,9 R_s,                                          (68)

где Ds_sp - приращение напряжения в затяжке при изменении нагрузки; s_l,sp - потери напряжения в затяжке.

Величина Ds_sp определяется по формулам:

а) для элементов без трещин

                                       (69)

б) для элементов с трещинами

                                    (70)

где E_s,ad, l_s,ad - модуль упругости и длина затяжки.

В расчетах усиления железобетонных ферм длину усиливаемого элемента решетки или пояса допускается принимать без учета размеров узла.

3.72. Потери напряжений в затяжке рекомендуется определять по формуле

s_l,sp = (Dl_s,ad1 + Dl_s,ad2) (E_s,ad / l_s,ad),                                    (71)

где Dl_s,ad1 и Dl_s,ad2 - деформации анкерных устройств двух концов затяжек, состоящие из начальных Dl_0r и упругих Dl_el деформации.

3.73. Деформации анкерных устройств при усилении ферм предварительно напряженными затяжками необходимо определять с учетом способа их установки. При установке «насухо» начальные деформации следует принимать по 0,5 мм на каждый анкер, при установке «на раствор» - по 0,25 мм. При обжатии опорных пластин анкерных устройств обжимными болтами нагрузкой с интенсивностью 10 МПа величину Dl_0r допускается снижать на 0,25 мм на каждый анкер.

Упругие деформации анкерных устройств Dl_el при любом способе установки определяются по формуле

Dl_el = [(DN_ad l₂) / (2E_s J_s)] / (l₁ / 2 + l₂ / 2),                            (72)

где DN_ad - изменения усилия в затяжке при увеличении нагрузки; E_sJ_s - жесткость опорной пластины анкера;

l₁ = b - 2 t₂;                                                         (73)

l₂ = t₂ / 2 + a₁ + t₂,                                                   (74)

где t₁ - толщина боковой пластины анкера; t₂ - толщина опорной пластины; a₁ - расстояние от поверхности усиливаемого элемента до боковой пластины анкера; b - ширина опорной части усиливаемого элемента (рис. 66).

Рис. 66. Расчетная схема и конструкция опорного анкера усиления фермы

1 - усиливаемая конструкция; 2 - затяжка; 3 - боковая пластина; 4 - опорная пластина

Упругие деформации анкерных устройств с ребрами жесткости, определенные по формуле (72), следует уменьшать в два раза.

3.74. При усилении элементов нижнего пояса и решетки длиной до 6 м необходимо учитывать влияние упругих деформаций анкерных устройств на напряжение в затяжках.

Усиление сжатых элементов металлическими обоймами и распорками

3.75. Распределение приращения усилия DN между усиливаемым элементом и обоймой, а также распорками обойменного типа рекомендуется определять по следующим формулам:

DN_r = [(DN E_b A_red) / (E_b A_red + E_s,rin A_s,rin)] j;                                (75)

DN_rin = [(DN E_s,rin A_s,rin) / (E_s,rin A_s,rin + E_b A_red)] δ_inc j,                         (76)

где DN_r - приращение усилия в усиливаемом элементе; DN_rin - то же, в обоймах; E_s,rin, A_s,rin - модуль упругости и площадь сечения ветвей обоймы; δ_inc - коэффициент неплотности опор, равный 0,5; принимается только для обойм с упором концов в узлы; j - коэффициент продольного изгиба ветвей обоймы, определяемый по главе СНиП II-23-81*.

Площадь сечения ветвей обоймы A_s,rin подбирается методом последовательных приближений.

3.76. При расчете элементов, усиленных односторонними распорками, необходимо учитывать дополнительный изгибающий момент от распорки как в усиливаемом элементе, так и в смежных элементах.

3.77. Распределение приращения усилия DN_r и DN_cb между усиливаемым элементом и односторонней распоркой рекомендуется определять по следующим формулам:

DN_r = (DN E_b A_red) / (E_b A_red + E_s,cb A_cb);                                         (77)

DN_cb = (DN E_s,cb A_cb) / [E_s,cb A_cb + E_b A_red (l_cb / l)],                                 (78)

где l_cb - длина распорки; E_cb, A_s,cb - модуль упругости и площадь сечения распорки.

3.78. Усилие в распорке от предварительного напряжения DN_sp,cb определяется по формуле

DN_sp,cb = s_sp,cb A_cb δ_inc,                                                     (79)

где δ_inc - коэффициент неплотности опор, равный 0,5.

3.79. Расчетное усилие в распорке N_cb и дополнительный изгибающий момент в элементе M_ad определяются по формулам:

N_cb = N_sp,cb + DN_cb;                                                       (80)

M_ad = N_cb a_cb,                                                            (81)

где a_cb - расстояние между продольными осями усиливаемого элемента и распорки.

3.80. Проверка сечения распорки производится по напряжениям в распорке s_x,cb и s_y,cb, определяемым по формулам:

s_x,cb = N_cb / (2 j_x A_cb);                                                    (82)

s_y,cb = N_cb / (2 j_y A_cb),                                                    (83)

где j_x и j_y - коэффициенты продольного изгиба, определяемые согласно главе СНиП II-23-81*.

Усиление узлов ферм напряженными хомутами

3.81. Расчетное усилие в напрягаемых хомутах усиления опорных узлов ферм определяется по формулам:

а) из условия прочности в наклонном сечении по линии отрыва А - В (рис. 67)

N_sp,tr = (N - N_sp - N_s - N_tr) / ctg a;                                          (84)

б) из условия прочности на изгиб в наклонном сечении по линии А - С

N_sp,w = [F_r a₂ - N_sp (h_0,sp - x / 2) - N_s (h₀ - x / 2) - N_w z_w,red) / z_rw,red,              (85)

x = (N_sp + N_s) / R_b b;                                                    (86)

где a₂ - плечо действия опорной реакции; F_r - опорная реакция; N - расчетное усилие в первой панели нижнего пояса; N_sp = R_s A_sp (l_win,sp / l_em,sp) - усилие в существующей продольной напряженной арматуре; N_s = R_s A_s (l_win / l_em) - то же, ненапряженной арматуре; N_w = R_sw A_sw n_AB ctg a - усилие в существующей поперечной арматуре (см. рис. 67); l_em, l_em,sp - длина заделки соответственно ненапряженной и напряженной арматуры; l_win, l_win,sp - длина запуска соответственно ненапряженной и напряженной арматуры за линии разрушения АВ и ABC (см. рис. 67); z_w,red, z_rw,red - приведенное плечо внутренней пары соответственно для существующей поперечной арматуры и поперечной арматуры усиления; n_AB - число поперечных стержней, пересекаемых линией АВ.

Рис. 67. Расчетные схемы узлов фермы

а - опорного; б - промежуточного

3.82. Расчетное усилие N_r,w в напрягаемых хомутах усиления промежуточных узлов ферм рекомендуется определять по формуле

                          (87)

где N_t - усилие в растянутом раскосе; δ₁ = s_s / 196, где s_s - напряжение в существующей арматуре раскоса от действия расчетной нагрузки, уменьшенное на величину 196 МПа; δ₂ - коэффициент, учитывающий возможное увеличение заделки стержня а₃ в сжатой зоне (для узлов со сжатой стойкой и растянутыми раскосами принимается равным 1,1, для всех остальных случаев - равным 1); d - диаметр продольной арматуры раскоса, м; b - угол между поясом и растянутым раскосом (см. рис. 67); A_sw1 - площадь сечения одного поперечного стержня; R_sw - расчетное сопротивление поперечной арматуры; п_AB - число поперечных стержней, пересекаемых линией АВ (см. рис. 67), исключая стержни, расположенные ближе 100 мм к точке А.

Особенности расчета усиления балок и ферм предварительно напряженными шарнирно-стержневыми цепями

3.83. Конструкции, усиленные предварительно напряженными шарнирно-стержневыми цепями, рекомендуется рассматривать как комбинированные статически неопределимые системы. Допускается их расчет по упрощенному методу, приведенному в пп. 3.84 - 3.86.

3.84. Натяжение цепи рекомендуется осуществлять при действии на усиливаемую конструкцию не менее 70 - 80 % полной нагрузки.

При проектировании усиления цепью стрелу прогиба цепи f рекомендуется принимать максимальной с учетом допускаемых габаритов, а количество узлов равным трем, пяти или семи.

Распор цепи H_ch рекомендуется передавать на усиливаемую балку ниже центра тяжести приведенного сечения или не выше верхней границы ядра этого сечения.

3.85. При расчете усиления по упрощенному методу рекомендуется: определить необходимую степень разгружения балки; наметить очертание цепи; установить усилия в подвесках (стойках) F_sus (рис. 68) и вычислить первоначальную длину цепи L_ch; по известным усилиям в подвесках определить усилие во всех звеньях цепи и подобрать их сечение; учитывая деформации цепи, откорректировать расчет и наметить положение цепи после натяжения.

Необходимую степень разгружения конструкции определяют из условия прочности.

Рис. 68. Схема расчета балки, усиленной предварительно напряженной шарнирно-стержневой цепью

Для балок значения изгибающего момента M_ch и поперечной силы Q_сh, возникающих в них от натяжения цепи, определяют по формулам:

M_ch = M_tot - M_max;                                                   (88)

Q_ch = Q_tot - Q_max,                                                     (89)

где M_tot и Q_tot - соответственно полный момент и поперечная сила; M_max и Q_max - максимально воспринимаемые сечением без усиления момент и поперечная сила.

Неизвестные усилия в подвесках цепи F_sus рассматриваются как внешняя нагрузка, приложенная к балке снизу вверх. Внешние усилия F_sus будут одинаковыми во всех подвесках цепи в том случае, если будут соблюдаться рекомендуемые в п. 2.38 тангенсы углов наклона звеньев цепи. Эта нагрузка должна создавать изгибающий момент и поперечную силу, которые в соответствующих расчетных сечениях равны M_ch и Q_сh. Из полученных с учетом M_ch и Q_сh двух значений F_sus принимают большее. По F_sus находят распор цепи Н_ch, т.е. продольную силу сжатия (см. рис. 68). Далее необходимо проверить прочность сечений балки как внецентренно сжатого элемента с учетом силы H_ch по СНиП 2.03.01-84*. Если увеличенная высота сжатой зоны бетона х = (R_s A_s + H_ch) / (R_b b) в результате действия продольной силы N = H_ch x_max, проверку сечения можно не делать.

Если до усиления высота сжатой зоны х ³ х_тах, то значение усилия в подвеске F_sus находят путем последовательных приближений. В первом приближении F_sus рекомендуется вычислять по моменту, равному 1,2 M_ch.

Начальную длину цепи L_ch достаточно точно можно определить по формулам:

при трех подвесках

L_ch = l [1 + 2,45 (f / l)²];                                                   (90)

при пяти подвесках

L_ch = l [1 + 2,55 (f / l)²];                                                   (91)

при семи подвесках

L_ch = l [1 + 2,66 (f / l)²];                                                   (92)

где l - пролет балки.

Таблица 3

Сечения отдельных элементов цепи определяются по величинам усилий S в звеньях цепи, установленным на основе известных значений F_sus и первоначальных размеров звеньев.

По известным усилиям в звеньях определяется общее удлинение цепи DL_ch

                                                       (93)

где l_i - длина звена цепи.

3.86. Расчет ферм, усиленных цепями, рекомендуется проводить по аналогии с расчетом балок, но значения F_sus в этом случае подбираются по разности возникающих в элементах фермы усилий (сжимающих, растягивающих) от действия на ферму полной нагрузки и усилий, воспринимаемых ею без усиления цепью.

При проектировании следует учитывать, что силы F_sus, прикладываемые к узлам нижнего пояса, в ряде случаев могут не уменьшать, а увеличивать первоначальные усилия в отдельных стержнях. Поэтому при усилении ферм цепями для отдельных элементов может потребоваться их усиление (обоймами, затяжками и пр.) в соответствии с приращениями усилий от сил, прикладываемых в узлах (табл. 3).

Особенности расчета усиления хранилищ для сыпучих материалов

3.87. Расчет усиления стен хранилищ сыпучего материала выполняется в зависимости от конструктивного решения самой емкости, схемы усиления, статической схемы конструкции после усиления. При этом рассматриваются емкости прямоугольного и круглого в плане сечения.

3.88. При усилении стен прямоугольных в плане емкостей наращиванием, внутренними гильзами или наружными железобетонными рубашками в расчетах на изгиб учитывается жесткость в виде суммы жесткостей старого и нового сечений в том случае, если не предусматриваются специальные мероприятия по обеспечению совместной работы составного сечения по поверхности контакта старого и нового бетона. Если такие мероприятия предусмотрены, а их эффективность может быть оценена расчетным путем, жесткость можно принимать как для общего сечения h₁ + h₂, где h₁ - высота сечения бетона усиливаемой стены; h₂ - высота сечения наращивания.

3.89. При усилении наращиванием круглых и прямоугольных в плане емкостей (внутренних гильз или наружных рубашек) на восприятие вертикальных сжимающих нагрузок в расчете по первому предельному состоянию необходимо учитывать полное сечение в виде суммы сечений усиливаемой конструкции и наращивания. При этом длина зоны должна обеспечить передачу сдвигающих напряжений с усиливаемой конструкции на элементы усиления и наоборот.

3.90. При расчете усиления прямоугольных в плане емкостей тяжами, диафрагмами или перегородками последние учитываются как несмещаемые опоры. Расчетная схема стены устанавливается в зависимости от конструкции примыкания элемента усиления к стене.

3.91. Горизонтальную нагрузку от сыпучего материала на стены емкостей при усилении перегородками и диафрагмами определяют в соответствии с указаниями СНиП 2.09.03-85 и с учетом фактического после усиления гидравлического радиуса сечения емкости. При этом вертикальная нагрузка сверху и снизу сечения диафрагм определяется согласно соотношению геометрических размеров емкостей (силосных или бункерных).

3.92. При усилении горизонтальными перфорированными диафрагмами горизонтальную нагрузку на стены определяют и пределах высоты, равной расстоянию между диафрагмам) по схеме работы бункеров. Вертикальную нагрузку на стены емкостей определяют по полной массе сыпучего материала.

3.93. При усилении экраны, подвешенные с зазором к стене, рассчитывают только на вертикальную нагрузку. Если экраны опираются на колонны, стены на сжатие не работают, нагрузка от экранов передается через колонны на плиту подсилосного этажа или на обвязочную балку.

3.94. Расчет усиления круглых в плане стен хранилищ обоймами или бандажами рекомендуется выполнять на часть усилия (нагрузки), не воспринимаемую усиливаемой конструкцией.

3.95. Расчет усиления стен внутренними гильзами или наружными рубашками ведется в зависимости от степени и характера повреждения стен на полную нагрузку от сыпучего материала или на ее часть. Часть нагрузки на конструкцию усиления F₂ определяется по зависимости

F₂ = F - F₁,                                                             (94)

где F - полная расчетная нагрузка; F₁ - часть расчетной нагрузки, воспринимаемая усиливаемой конструкцией.

Примеры расчета

Усиление изгибаемых элементов

Пример 1. Дано: размеры сечения усиленного элемента b = 0,4 м; h = 0,8 м; бетон усиливаемого элемента условного класса В′20 с R_b = 11,0 МПа; высота наращивания х₂ = 0,1 м, бетон усиления класса В25 с R_b,ad = 15,0 МПа.

Расположение арматуры показано в сечении на рис. 69: h₀ = 0,67 м; h_0,ad = 0,77 м; а = а′ = 0,03 м; арматура усиливаемого элемента вида А-II R_s = R_sc = 280 МПа, A_s = A′_s = 6,06 · 10^-4 м² (3 Ø 16); арматура усиливающего элемента вида А-II с R_sc,ad = 280 МПа, A′_s,ad = 12,57 · 10^-4 м² (4 Ø 20), вида А-III с R_s,ad = 365 МПа, A_s,ad = 21,99 · 10^-4 м² (7 Ø 20).

Усиление железобетонного элемента осуществлялось без его разгружения. Предварительная нагрузка на усиливаемый элемент не превышала 65 % разрушающей нагрузки, следовательно g_br0 = g_sr0 = 1 (см. п. 3.13 Рекомендаций).

Требуется определить прочность элемента.

Расчет.

По формуле (5) определяем A_s,red:

A_s,red = 6,06 · 10^-4 + (365 / 280) 21,99 · 10^-4 = 34,73 · 10^-4 м².

По формуле (6) находим A′_s,red:

A′_s,red = 6,06 · 10^-4 + (280 / 280) 12,57 · 10^-4 = 18,63 · 10^-4 м².

По формуле (7) вычисляем а_red:

Определяем h_0,red по формуле (4):

h_0,red = 0,67 + 0,082 = 0,752 м.

Согласно формуле (8) вычисляем ξ, при этом по п. 3.29 Рекомендаций принимаем R_b = 15 МПа.

Определяем по формуле (25) СНиП 2.03.01-84* ξ_R:

где w = a - 0,008 R_b по формуле (26) СНиП 2.03.01-84*. Коэффициент a = 0,85 для тяжелого бетона; s_sr = R_s = 280 МПа, s_sc,u = 400 МПа.

Рис. 69. Схемы усилий и эпюры напряжений в сечении, нормальном к продольной оси изгибаемого элемента

а - усиленного двухсторонним наращиванием при условии ξ < ξ_R; б - то же, при условии ξ > ξ_R; в - усиленного предварительно напряженной арматурой без сцепления с бетоном

Следовательно, ξ_R > ξ, что позволяет производить расчет усиленной конструкции по формулам (9) и (11) настоящих Рекомендаций.

Определим приведенное расчетное сопротивление бетона сжатой зоны усиленного элемента по формуле (10)

R_b,red = (R_b A_b + R_b,ad A_b,ad) / A_b,tot,

где

А_b = b x₁;                      A_b,ad = b x - A_b;                A_b,tot = A_b + A_b,ad;                         x₁ = x - x₂;

А_b = 0,4 (x - 0,1); A_b,ad = 0,4 x - 0,4 (x - 0,1) = 0,04 м²;

A_b,tot = 0,4 (x - 0,1) + 0,04 м²;

R_b,red = [11 · 0,4 (x - 0,1) + 15 · 0,04] / [0,4 (x - 0,1) + 0,04] = (11 + 0,4 / x) МПа.

Находим высоту сжатой зоны бетона по формуле (11)

х = (280 · 34,73 · 10^-4 - 280 · 18,63 · 10^-4) / [(11 + 0,4 / х) 0,4] = 0,066 м.

Следовательно, сжатая зона бетона усиленного элемента находится полностью в бетоне усиления, вследствие чего требуется ее уточнение, так как вместо R_b,red необходимо принять A_b,ad = 15 МПа согласно п. 3.30 Рекомендаций.

Тогда

х = (280 · 34,73 · 10^-4 - 280 · 18,63 · 10^-4) / (15 · 0,4) = 0,08 м.

Из условия (9) определяем несущую способность М усиленного элемента

M = 15 · 0,4 · 0,08 (0,752 - 0,5 · 0,08) + 280 · 18,63 · 10^-4 (0,752 - 0,03) =

= 0,7164 МПа·м³ = 716,4 кНм.

Пример 2. Для условий, сформулированных в примере 1, определить площадь дополнительной растянутой арматуры A_s,ad, если изгибающий момент М = 716,4 кНм.

Расчет.

По формуле (13) вычисляем коэффициент А

A = (280 · 6,06 · 10^-4 - 280 · 18,63 · 10^-4 - 15 · 0,4 · 0,752) / (0,5 · 365) =

= - 0,0266 м² = - 266 · 10^-4 м².

Согласно формуле (14), находим коэффициент В

В = {2 [0,7164 + (280 · 18,63 · 10^-4 · 0,03 - 280 · 6,06 · 10^-4 · 0,752)] 15 · 0,4 +

+ (280 · 6,06 · 10^-4 - 280 · 18,63 · 10^-4)²} / 365² = 5500 · 10^-8 м².

По формуле (12) определяем количество дополнительной растянутой арматуры A_s,ad

A_s,ad = (- 266 · 10^-4) / 2 ±  = [(266 · 10^-4) / 2 ± 110,4 · 10^-4] м²

или A_s,ad = 22,6 · 10^-4 м² = 22,6 см².

Пример 3. Для условий, сформулированных в примере 1, определить площадь дополнительной арматуры A_s,ad, если арматура в сжатой зоне бетона усиливаемого и усиливающего элемента отсутствует, т.е.

A′_s = A′_s,ad = 0.

Изгибающий момент М = 0,7164 МПа·м³ = 716,4 кНм.

Расчет.

По формуле (17) определяем высоту сжатой зоны усиленного элемента х

х = (280 · 6,06 · 10^-4 + 365 · 21,99 · 10^-4) / [(11 + 0,4 / х) 0,4] = 0,13 м.

Следовательно, сжатая зона бетона усиленного элемента находится как в усиливающем, так и в усиливаемом элементе.

По формуле (15) определяем

A = [280 · 6,06 · 10^-4 - (11 + 0,4 / 0,13) 0,4 · 0,752] / (0,5 · 365) = - 0,0241 = - 241 · 10^-4 м².

По формуле (16) вычисляем

В = [2 (0,7164 - 280 · 6,06 · 10^-4 · 0,752) (11 + 0,4 / 0,13) 0,4 +

+ (280 · 6,06 · 10^-4)²] / 365² = 4900 · 10^-8 м².

A_s,ad = 241 · 10^-4 / 2 ±  = 241 · 10^-4 / 2 ± 98 · 10^-4 м²;

A_s,ad = 22,5 · 10^-4 м² = 22,5 см².

Пример 4. Дано: размеры сечения усиливаемого элемента b = 0,5 м; h = 0,7 м; бетон условного класса В′10; R_b = 6,0 МПа; высота наращивания х₂ = 0,1 м; бетон усиления класса В12,5; R_b,ad = 7,5 МПа.

Расположение арматуры показано в сечении на рис. 69: h₀ = 0,57 м; h_0,ad = 0,67 м; а = а′ = 0,03 м; арматура усиливаемого элемента вида А-II, R_s = R_sc = 280 МПа, A_s = 15,73 · 10^-4 м² (5 Ø 20); A′_s = 9,43 · 10^-4 м² (3 Ø 20); арматура усиливающего элемента: вида А-II, R_sc,ad = 280 МПа; A′_s,ad = 9,43 · 10^-4 м² (3 Ø 20); вида А-III, R_s,ad = 365 МПа; A_s,ad = 49,48 · 10^-4 м² (7 Ø 30).

Усиление железобетонного элемента осуществлялось без его разгружения. Предварительная нагрузка на усиливаемый элемент не превышала 65 % разрушающей нагрузки, следовательно g_br0 = g_sr0 = 1 (см. п. 3.13 Рекомендаций).

Требуется определить прочность элемента.

Расчет.

По формуле (5) определяем A_s,red:

A_s,red = 15,73 · 10^-4 + (365 / 280) 49,48 · 10^-4 = 80,25 · 10^-4 м².

Находим A′_s,red по зависимости (6):

A′_s,red = 9,43 · 10^-4 + (280 / 280) 9,43 · 10^-4 = 18,86 · 10^-4 м².

Вычисляем а_red по формуле (7):

а_red = [280 · 49,48 · 10^-4 (0,67 - 0,57)] / (280 · 15,73 · 10^-4 + 365 · 49,48 · 10^-4) = 0,08 м.

Определяем приведенную высоту h_0,red по формуле (4):

h_0,red = 0,57 + 0,08 = 0,65 м.

По формуле (8) определяем ξ с учетом п. 3.29 Рекомендаций.

ξ = (280 · 80,25 · 10^-4 - 280 · 18,86 · 10^-4) / (7,5 · 0,5 · 0,65) = 0,7052.

По формуле (25) СНиП 2.03.01-84* находим ξ_R:

где w = a - 0,008 R_b по формуле (26) СНиП 2.03.01-84*. Коэффициент a = 0,85 для тяжелого бетона; s_sr = R_s = 280 МПа, s_sc,u = 400 МПа.

Следовательно, ξ_R < ξ и расчет прочности сечения элемента проводим по зависимостям (9) и (18).

По формуле (10) определяем R_b,red, где

А_b = 0,5 (x - 0,1); A_b,ad = 0,5 x - 0,5 (x - 0,1) = 0,05 м²;

A_b,tot = 0,5 (x - 0,1) + 0,05 м²;

R_b,red = [6 · 0,5 (x - 0,1) + 7,5 · 0,05] / [0,5 (x - 0,1) + 0,05] = (6 + 0,16 / x) МПа.

По зависимости (19) определяем s_s

s_sр = 0;

s_s = (0,2 + 0,6598) 280 / (0,2 + 0,7052) = 266 МПа.

Определяем s_s,ad по формуле (20)

s_s,ad = (0,2 + 0,6598) 365 / (0,2 + 0,7052) = 347 МПа.

По зависимости (18) находим высоту сжатой зоны усиленного элемента х

х = (347 · 49,48 · 10^-4 + 266 · 15,73 · 10^-4 - 280 · 18,86 · 10^-4) / [(6 + 0,16 / х) 0,5] = 0,51 м.

Определяем несущую способность усиленного элемента M по формуле (9)

M £ R_b,red b x (h_0,red - 0,5 x) + R_sc А′_s,red (h_0,red - a′);

M = (6 + 0,16 / 0,51) 0,5 · 0,51 (0,65 - 0,5 · 0,51) + 280 · 18,86 · 10^-4 (0,65 -

- 0,03) = 0,98620 МПа·м³ = 962 кНм.

Пример 5. Для условий, сформулированных в примере 4, определить площадь дополнительной арматуры A_s,ad. Изгибающий момент М = 962 кНм.

Расчет.

По формуле (21) определяем коэффициент A

A = [266 · 15,73 · 10^-4 - 280 · 18,86 · 10^-4 - (6 + 0,16 / 0,51) 0,5 ´

´ 0,65] / (0,5 · 347) = - 0,0124 = - 124 · 10^-4 м².

Коэффициент В вычисляем по формуле (22)

В = {2 [0,9862 + (280 · 18,86 · 10^-4 · 0,03 - 266 · 15,73 · 10^-4 · 0,65)] (6 +

+ 0,16 / 0,51) · 0,5 + (266 · 15,73 · 10^-4 - 280 · 18,86 · 10^-4)²} / 347² = 3600 · 10^-8 м².

Находим площадь дополнительной арматуры A_s,ad по зависимости (12)

A_s,ad = (124 · 10^-4) / 2 ±  = (124 · 10^-4 / 2 ± 12 · 10^-4) м²

или A_s,ad = 50 · 10^-4 м² = 50 см².

Пример 6. Дано: балка прямоугольного сечения b = 0,18 м; h = 0,3 м; длина балки l = 3,8 м; бетон условного класса В′50, R_b = 27,5 МПа; R_b,ser = 36 МПа; E_b = 39 · 10^-3 МПа; R_bt,ser = 2,3 МПа.

Расположение арматуры показано в сечении на рис. 69: h₀ = 0,277 м; h_0,ad = 0,250 м; а = а′ = 0,025 м; арматура усиливаемой балки вида А-III, R_s = R_sc = 365 МПа; E_s = 2 · 10⁵ МПа; A_s = 4,02 · 10^-4 м² (2 Ø 16); A′_s = 1,57 · 10^-4 м² (2 Ø 10); арматура усиления вида К-7, R_s,ad = 1110 МПа; R_s,ser,ad = 1335 МПа; E_s,ad = 1,8 · 10^-4 МПа; A_sp,ad = 1,812 · 10^-4 м² (2 Ø 12), предварительное напряжение арматуры с учетом всех потерь s_sp,ad = 970 МПа.

Дополнительная арматура установлена по боковым граням без контакта с ними.

Требуется определить прочность балки.

Расчет.

По формуле (32) определяем коэффициент δ_b.

Согласно п. 3.42 Рекомендаций

δ_a = 820 МПа; δ_cl = 0,55; E_s,st = 1,8 · 10⁵ МПа;

δ_b = (820 · 1,8 · 10⁵ · 4,02 · 10^-4) / (1330 · 1,8 · 10⁵ · 1,812 · 10^-4) - 0,55 + 1,3 = 2,098.

Определяем коэффициент армирования μ согласно п. 3.42 Рекомендаций

μ = (4,02 · 10^-4 + 1,812 · 10^-4) / (0,18 · 0,277) = 0,012.

Находим рабочую высоту сечения усиленной конструкции h_0,red по формуле (4), для чего определяем a_red по формуле (34)

a_red = [1110 · 1,812 (0,250 - 0,277)] / (1110 · 4,02 + 365 · 1,812) = - 0,011 м;

h_0,red = 0,277 - 0,011 = 0,266 м.

Определяем напряжение в дополнительной напрягаемой арматуре s_lim в момент исчерпания несущей способности усиленной конструкции по формуле (31)

Граничное значение относительной высоты сжатой зоны ξ_R определяем по формуле (25) СНиП 2.03.01-84*, принимая коэффициент g_br2 = 1.

Затем по формуле (26) СНиП 2.03.01-84* определяем

w = a - 0,008 R_b = 0,85 - 0,008 · 27,5 = 0,63

и с учетом п. 3.12 СНиП 2.03.01-84* вычисляем ξ_R

при s_sR = R_sp,ad + 400 - s_sp,ad - Ds_sp,ad = s_lim,ad + 400 - s_sp,ad - Ds_sp,ad =

= 1069 + 400 - 970 - 0 = 499 МПа;

Определяем относительную высоту сжатой зоны бетона ξ согласно формуле (33) Рекомендаций

ξ = (365 · 4,02 · 10^-4 + 1,069 · 1,812 · 10^-4 -

- 365 · 1,57 · 10^-4) / (27,5 · 0,18 · 0,269) = 0,213.

Поскольку ξ < ξ_R (0,213 < 0,413), высоту сжатой зоны определяем по формуле (35), предварительно найдя коэффициент g_s6 для дополнительной высокопрочной арматуры согласно СНиП 2.03.01-84*.

х = (1,145 · 1069 · 1,812 · 10^-4 + 365 · 4,02 · 10^-4 - 365 · 1,57 · 10^-4) / (27,5 · 0,18) = 0,063 м.

Находим несущую способность усиленного элемента M по формуле (9) Рекомендаций

М = 27,5 · 0,18 · 0,063 (0,269 - 0,5 · 0,065) + 365 · 1,57 · 10^-4 ´

´ (0,269 - 0,025) = 0,0881 МПа·м³ = 88,1 кНм.

Усиление внецентренно сжатых элементов

Пример 7. Дано: размеры сечения усиленного элемента b = 0,6 м; h = 0,9 м; бетон усиливаемого элемента условного класса В′12,5; R_b = 7,5 МПа; высота наращивания х₂ = 0,15 м; бетон усиления класса В20; R_b,ad = 15 МПа.

Расположение арматуры показано в сечении на рис. 70. h₀ = 0,72 м; h_0,ad = 0,87 м; а = а′ = 0,03 м; арматура усиливаемого элемента вида А-II, R_s = R_sc = 280 МПа; A_s = 12,568 · 10^-4 м² (4 Ø 20); A′_s = 9,426 · 10^-4 м² (3 Ø 20); арматура усиливающего элемента вида А-III, R_s,ad = R_sc,ad = 365 МПа; A_s,ad = 26,545 · 10^-4 м² (5 Ø 26); A′_s,ad = 21,236 · 10^-4 м² (4 Ø 26).

Внецентренная нагрузка на элемент N = 1000 кН = 1 МН.

Усиление железобетонного элемента осуществлялось при первоначальном его загружении, превышающем 65 % разрушающей нагрузки. Следовательно, согласно п. 3.13 Рекомендаций коэффициент условий работы усиленной конструкции g_br1 = g_sr1 = 0,8.

Расчет. По формуле (5) определяем A_s,red

A_s,red = 12,558 · 10^-4 +  21,236 · 10^-4 = 47,17 · 10^-4 м².

Рис. 70. Схемы усилий и эпюры напряжений в сечении, нормальном к продольной оси внецентренно сжатого элемента, усиленного двухсторонним наращиванием, при расчете его по прочности

По формуле (6) определяем A′_s,red

A′_s,red = 9,426 · 10^-4 +  21,326 · 10^-4 = 44,03 · 10^-4 м².

Находим по формуле (7) а_red

а_red = [365 · 26,545 · 10^-4 (0,87 - 0,72)] / (0,8 · 280 · 12,568 · 10^-4 +

+ 365 · 26,545 · 10^-4) = 0,12 м.

Определим расстояние h_0,red от сжатой грани усиленного элемента до общего центра тяжести растянутой арматуры по формуле (4)

h_0,red = 0,72 + 0,12 = 0,84 м.

По формуле (8) определяем относительную высоту сжатой зоны бетона ξ, при этом R_b принимаем согласно положениям п. 3.30 Рекомендаций

ξ = (0,8 · 280 · 47,17 · 10^-4 - 0,8 · 280 · 44,03 · 10^-4) / (0,8 ´ 15 · 0,6 · 0,84) = 0,01.

По СНиП 2.03.01-84* определяем ξ_R

где w = a - 0,008 R_b по формуле (26) СНиП 2.03.01-84*.

Коэффициент a = 0,85 для тяжелого бетона; R_sR = R_s = 280 МПа; s_sc,u = 400 МПа.

Следовательно, ξ < ξ_R и расчет прочности сечения усиленного элемента осуществляем по формулам (47) и (48).

По формуле (10) определяем приведенное расчетное сопротивление сжатой зоны усиленного элемента R_b,red, где

А_b = 0,6 (x - 0,15);    A_b,ad = 0,6 x - 0,6 (x - 0,15) = 0,09 м²;

A_b,tot = 0,6 (x - 0,15) + 0,09 м²;   x₁ = x - x₂;

R_b,red = [0,8 · 7,5 · 0,6 (x - 0,15) + 15 · 0,09] / [0,6 (x - 0,15) + 0,09] = (6 + 1,35 / x) МПа.

Определяем высоту сжатой зоны бетона усиленного элемента х по формуле (48)

х = (1 + 280 · 47,17 · 10^-4 - 280 · 44,03 · 10^-4) / [(6 + 1,35 / х) 0,6] = 0,08 м.

Определяем несущую способность элемента Ne по формуле (47)

Ne = (6 + 1,35 / 0,08) 10⁶ · 0,6 · 0,08 (0,84 - 0,5 · 0,08) +

+ 280 · 10⁶ · 44,03 · 10^-4) (0,84 - 0,03) = 1,8766 · 10⁶ Нм = 1877 кНм.

Пример 8. Для условий, сформулированных в примере 7, определить площадь дополнительной растянутой арматуры A_s,ad, если нагрузка на элемент составляет N = 1000 кН, а эксцентриситет приложения нагрузки равен е = 1,877 м.

Расчет. Определяем коэффициент А по формуле (54)

A = [1 + 0,8 · 280 · 12,568 · 10^-4 - 280 · 44,03 · 10^-4 -

- (6 + 1,35 / 0,08) 0,6 · 0,84] / (0,5 · 365) = - 0,0629 = - 629 · 10^-4 м².

По зависимости (54) находим коэффициент В

В = {0,5 (0,8 · 280 · 12,568 · 10^-4 - 280 · 44,03 · 10^-4)² +

+ [280 · 44,03 · 10^-4 · 0,03 - 0,8 · 280 · 12,568 · 10^-4 · 0,83 +

+ 1 (1,877 - 0,84)] (6 + 1,35 / 0,08) 0,6 + 1 (0,8 · 280 · 12,568 ´

´ 10^-4 - 280 · 44,03 · 10^-4) + 0,5 · 1²} / (0,5 · 365)² = 0,000174 м² =

= 17400 · 10^-8 м².

По формуле (12) определяем A_s,ad

A_s,ad = 629 · 10^-4 / 2 ±  = 629 · 10^-4 / 2 ± 285,5 · 10^-4 м².

Или A_s,ad = 29,5 · 10^-4 м² = 29,5 см².

Рис. 71. Схема усилий и эпюра напряжений внецентренно сжатой колонны

Пример 9. Дана колонна с размером сечения b = 0,6 м; h = 0,8 м; a = а′ = 0,04 м; бетон усиливаемого элемента условного класса В′15, R_b = 9 МПа; бетон усиления класса В25, R_b,ad = 13,5 МПа.

Расположение арматуры показано в сечении на рис. 71.

h₀₁ = 0,04 м; h₀₂ = 0,13 м; h₀₃ = 0,4 м; h₀₄ = 0,67 м;

h₀₅ = 0,76 м; a = а′ = 0,03 м; b₀₁ = 0,09 м; b₀₂ = 0,17 м;

b₀₃ = 0,26 м; b₀₄ = 0,34 м; b₀₅ = 0,42 м; b₀₆ = 0,52 м.

Толщина обоймы x₂ = 0,1 м.

Арматура усиливаемой колонны вида A-I, R_s = R_sc = 210 МПа; арматура усиления вида A-III, R_s,ad = R_sc,ad = 350 МПа.

Колонна при усилении находилась под нагрузкой, не превышающей 65 % разрушающей, следовательно, коэффициенты условий работы усиленной конструкции согласно п. 3.13 Рекомендаций g_br0 = g_sr0 = 1.

После усиления на колонну действует внецентренно приложенная нагрузка N = 2500 кН и изгибающий момент в плоскости, параллельной размеру b, M_y1 = 1050 кНм.

Расчет.

Все стержни обозначим номерами, как показано на рис. 71. Через центр тяжести одного из наиболее растянутых стержней № 19 проводим ось х параллельно размеру h и ось y параллельно размеру b. Угол g между осью у и прямой, ограничивающей сжатую зону бетона в сечении, равен нулю.

Расчет производим с учетом фактической прочности бетона и арматуры согласно п. 3.12 Рекомендаций.

Напряжения в арматуре вычисляем по формулам (60) и (61), при этом характеристику сжатой зоны бетона w определяем в соответствии с классом бетона, в котором расположена арматура.

Определяем по СНиП 2.03.01-84* характеристику сжатой зоны бетона для усиливаемой колонны w и обоймы w_ad

w = a - 0,008 R_b = 0,85 - 0,008 · 9 = 0,778;

w_ad = a - 0,008 R_b,ad = 0,85 - 0,008 · 13,5 = 0,742.

Согласно п. 3.12 СНиП 2.03.01-84*, s_sc,u = 400 МПа. Предварительное напряжение арматуры отсутствовало, следовательно, s_spi = 0.

По формуле (60) определяем

По формуле (61) вычисляем s_s,adi

При R_si ³ s_si ³ - R_sci принимаем R_s, R_sc cо своим знаком, при R_s,adi ³ s_s,adi ³ - R_sc,adi принимаем R_s,ad, R_sc,ad согласно п. 3.60 Рекомендаций.

Задаемся в первом приближении высотой сжатой зоны бетона х = 0,2 м и определяем для каждого стержня ξ_i.

Результаты расчетов напряжения в стержнях и статических моментах относительно осей х и у даны в табл. 4.

Определяем площадь сжатой зоны бетона, находящейся в сечении усиленной колонны. Согласно рис. 71

А_b = (0,6 - 2 · 0,1) (0,2 - 0,1) = 0,04 м².

Определяем площадь сжатой зоны бетона, находящейся в сечении обоймы А_b,ad

А_b,ad = 0,6 · 0,2 - 0,04 = 0,08 м².

Проверяем соблюдение условия равновесия сил, спроектированных на ось у согласно уравнению (59).

13,5 · 10³ · 0,08 + 9 · 10³ · 0,04 - 144,79 - 84,46 = 1210,75 < 2500 кН.

Следовательно, сжатая зона бетона занижена и условие равновесия сил на ось не соблюдается.