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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Усиление железобетонных конструкций

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

Общие правила производства работ по усилению железобетонных конструкций

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

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

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

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

Усиление фундаментных конструкций распределительными поясами

Основные причины усиления фундаментов поясами:

Неравномерная осадка основания;

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

Основные способы усиления фундамента поясами :

Устройство металлического распределительного пояса;

Устройство железобетонного распределительного пояса.

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

Последовательность устройства железобетонных распределительных поясов (рис. 6.10)

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

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

3. Устраивают штрабы для устройства поясов.

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

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

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

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

8. После набора передаточной прочности бетоном снимают опалубку.

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

а - стального; б – железобетонного;

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

Увеличение площади опирания железобетонных элементов

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

Основные причины уменьшения площади опирания элементов :

Неравномерные деформации грунтов основания;

Динамическое воздействие на конструкции каркаса здания.

Область применения способа :

При дефектах монтажа элементов здания.

Основные способы увеличения площади опирания :

Устройство металлического опорного столика;

Подвеска опорных столиков с помощью тяжей.

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

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

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

Последовательность исправления узлов опирания плит покрытия (рис. 6.11)

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

5. Все элементы усиления огрунтовать и окрасить масляной краской.

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

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

Основные причины усиления железобетонных конструкций:

Снижение прочности бетона;

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

Увеличение нагрузки на конструкции.

Область применения способа :

При незавершенном строительстве;

При перерыве в строительстве;

При дефектах материала и соединительных деталей железобетонных элементов каркаса.

Основные способы усиления железобетонных конструкций:

Наращивание бетонного слоя (см. рис.6.13);

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

Усиление прокатными элементами (см. рис. 6.15);

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

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

Усиление железобетонной обоймой.

В результате усиления восстанавливается прочность железобетонных конструкций.

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

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

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

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

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

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

Рис. 6.13. Схема усиления стеновых панелей наращиванием:

а - наружной с одной стороны;

б - внутренней с двух сторон;

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

Усиление стеновых панелей с помощью стержней производится подобным образом.

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

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

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

Рис. 6.14. Схема скрепления расслоившихся наружных стеновых панелей:

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

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

Последовательность усиления плит перекрытия (рис. 6.15)

1. Произвести разметку усиления плит перекрытия (1).

2. Демонтировать участки плит над пустотами для пропуска двутавров.

3. Установить двутавры (2) в пробитые пустоты.

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

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

Рис. 6.15. Усиление железобетонных пустотных плит перекрытия:

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

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

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

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

Последовательность усиления балок перекрытия (рис. 6.17)

1. Произвести разметку усиления балки перекрытия (1).

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

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

4. Окрасить элементы усиления защитным составом.

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

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

Рис. 6.17. Усиление железобетонной балки прямым шпренгелем:

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

Рис. 6.18. Усиление железобетонной стропильной фермы установкой затяжек:

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

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

Технология усиления ферм затяжками

1. Произвести разметку усиления элементов фермы (1).

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

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

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

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

6. Окрасить элементы усиления защитным составом.

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

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

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

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

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

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

Главный недостаток – значительное увеличение веса усиливаемого элемента.

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

Технология устройства железобетонной обоймы

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

2. Производят разметку усиления колонны.

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

4. Устанавливают опалубку, проверяют вертикальность установки.

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

Усиление железобетонных конструкций

Общие положения. В практике реконструкции промышленных зданий и сооружений часто возникает Необходимость усиления конструкций и их отдельных элементов. Необходимость усиления основных несущих элементов зданий (фундаментов, колонн, подкрановых балок) может быть вызвана следующими причинами:

• увеличением нагрузок на них в результате замены либо усилением вышерасположенных конструкций (перестройка помещений, надстройка зданий);
• модернизацией технологического оборудования в реконструируемом здании, изменением технологических процессов;
• эксплуатационным износом (потерей несущей способности от воздействия динамических и вибрационных нагрузок, агрессивной воздушной среды и т. п.);
• приобретенными конструктивными дефектами, возникшими в результате неправильной эксплуатации конструкций, разбрызгивания и разлива агрессивных жидкостей;
• случайными повреждениями (выходом из строя отдельных конструктивных элементов при демонтаже, транспортировке и установке технологического оборудования).

Различные сочетания причин необходимости усиления, а также тип и состояние строительных конструкций промышленных предприятий обусловливают, применение различных способов усиления.

Увеличение несущей способности усиливаемых конструкций может осуществляться как без изменения их напряженного состояния или конструктивной схемы (железобетонные или металлические обоймы, железобетонные рубашки, наращивание), так и с изменением напряженного состояния или конструктивной схемы конструкций (преднапряженные распорки, металлические балки, опираемые на сваи, консоли, стойки, подкосы, горизонтальные шпренгельные и комбинированные затяжки).

Усиление конструкций обычно требует значительно меньше затрат, чем замена их новыми, но связано с выполнением сложных строительных процессов. Усиление конструкций производится без остановки производства (эксплуатации цеха) или при кратковременных остановках.

Наиболее часто усиливают железобетонные фундаменты, колонны, балки, ригели и плиты перекрытий. Железобетонные подкрановые балки обычно не усиливают, а заменяют другими. Железобетонные фермы, находящиеся в аварийном состоянии, снимают и заменяют новыми (чаще металлическими) или ремонтируют.

Наиболее сложны работы по усилению фундаментов, балок и ригелей, менее сложны - по усилению колонн и плит перекрытий. Решения по усилению конструкций или их замене должны быть обоснованны проектом (с учетом затрат и потерь при остановке производства).

Усиление конструкций относится к числу сложных, ответственных и опасных работ, поэтому они должны производиться под личным руководством мастера или прораба.

Использование обойм, рубашек и наращивания. Монолитный железобетон часто применяется для усиления железобетонных конструкций путем устройства обойм, рубашек, одностороннего и двустороннего наращивания. Эти методы усиления при сравнительно небольшом расходе металла позволяют значительно увеличить несущую способность усиливаемых конструкций и, кроме того, обеспечить устойчивость к воздействию агрессивной среды и, следовательно, наибольшую надежность в эксплуатации.

Обоймы, рубашки, наращивания состоят из арматуры и тонкого слоя (обычно 30-100 мм, в отдельных случаях до 300 мм) бетона.

Железобетонная обойма состоит обычно из арматуры и тонкого слоя бетона, охватывающего усиливаемый элемент с четырех сторон, и применяется для усиления балок, ригелей и колонн.

Рабочая арматура обойм служит для усиления конструкций в растянутых зонах. Благодаря усадке бетона железобетонные обоймы плотно обжимают усиливаемый элемент и работают с ним совместно.

Прочность сцепления нового бетона со старым зависит от многих факторов: условий укладки бетонной смеси, методов ее уплотнения, тщательности обработки поверхности сопряжения, класса бетона и т. д.

При усилении колонны железобетонной обоймой (рис. 7.1) поверхность усиливаемой колонны сначала очищают и насекают для лучшего сцепления бетонной смеси обоймы с колонной. По периметру колонны устанавливают арматуру и разборно-переставную опалубку из щитов. Затем бетонируют обойму методом инъецирования мелкозернистой бетонной смеси, нагнетая ее в опалубку через инъекционные отверстия в щитах. Уплотняют бетонную смесь наружным вибратором.

Металлические обоймы (рис. 7.2, а) состоят из стоек углового профиля, соединительных планок и опорных подкладок. Применяют их для усиления железобетонных колонн, а также кирпичных простенков и столбов. В местах установки подкладок арматуру колонны обнажают и приваривают к подкладке и стойке обоймы. Эффект усиления колонн достигается после монтажа и сварки соединительных планок. В ряде случаев планки нагревают до 120 °С и затем приваривают к вертикальным уголкам с последующим торкретированием, создавая напряженную металлическую обойму. При этом способе усиления производство не останавливают или сокращают его остановку до минимума.

Иногда производят усиление железобетонной колонны предварительно напряженными распорками (рис. 7.2, б).

Рубашки представляют собой незамкнутые с одной стороны обетонки конструкции и применяются для усиления ригелей, балок перекрытий, колонн и фундаментов. Наращивание (рис. 7.3) представляет собой увеличение сечения усиливаемых конструкций сверху, снизу и с боков слоем монолитного железобетона и применяется для усиления балок, ригелей, колонн, стен и плит перекрытия.

При усилении железобетонных конструкций выполняют ряд технологических процессов: подготовку поверхности усиливаемой конструкции, установку арматуры и опалубки, укладку и уплотнение бетонной смеси, уход за бетоном в период достижения необходимой прочности и разборку опалубки.

Подготовка поверхности усиливаемой конструкции производится для обеспечения надежного сцепления с ней бетона слоя усиления. При этом выполняются следующие операции: снятие поверхности защитного слоя и удаление отслоений бетона; очистка арматуры от поверхностной коррозии; обдувка сжатым воздухом и увлажнение поверхности.

Снятие защитного слоя бетона и удаление его отслоений выполняется при помощи механизированного инструмента (молотков фуговальных электрических ИЭ-4207 и ИЭ-4210, рубильных молотков ИП-4119, ЭП-1027, ЭП-1056 и др.).

Очистку арматуры от ржавчины рекомендуется выполнять способом гидроабразивной обработки, используя при этом оборудование для торкретирования, а в качестве рабочей смеси - кварцевый песок или песчано-гравийную смесь влажностью до 6 %. При гидроабразивной обработке соблюдают соотношение давления сжатого воздуха (на ресивере компрессора) и подаваемой к соплу воды 4: 0,5.

Для очистки арматуры от ржавчины при усилении конструкций в стесненных условиях эффективно применяется малогабаритный пескоструйный аппарат с вакуумным пистолетом, работающим по принципу эжектора.

При небольших объемах работ для очистки арматуры от ржавчины применяют пневматические ручные угловые металлические щетки ИП-2104 (масса щеток 4 кг, давление сжатого воздуха в пневмосистеме 0,6 МПа).

Укладку бетонной смеси при усилении железобетонных конструкций наиболее целесообразно выполнять с применением установок для пневмонабрызга бетона: при толщине слоя усиления до 80 мм торкретированием с использованием цемент-пушки; при толщине слоя усиления массивных конструкций до 250 мм и его общей поверхности не менее 10-15 м2 -бетоном с использованием бетон-шприц-машин.

Особенностью этих установок является подача по шлангам с помощью сжатого воздуха сухой бетонной смеси, которая на выходе из концевого сопла смешивается с водой. Бетонная смесь выбрасывается из сопла со скоростью 50- 70 м/с и образует на поверхности плотный слой. Машины выполняют одновременно четыре процесса - транспортируют бетонную смесь к месту укладки, перемешивают ее с водой, производят набрызг и уплотнение. При применении данных установок полностью исключаются опалубочные работы, существенно сокращаются трудозатраты и сроки производства работ, что особенно важно при реконструкции. Набрызг-бетон имеет повышенную прочность и сцепление, а также обеспечивает повышенные защитные функции и улучшает эксплуатационные качества конструкций по сравнению с обычным бетоном.

Для торкретирования конструкций в стесненных условиях эффективно применение цемент-пушки СБ-117.

Укладку торкретбетона на вертикальные и потолочные поверхности выполняют в два слоя и более. На вертикальные поверхности первый слой следует укладывают толщиной 10 1!) мм при водоцементном отношении (В/Ц) 0,6- (Uvl с расстояния 0,5-0,6 м, второй - при В/Ц 0,4-0,43 с расстояния 0,7-0,8 м. На потолочную поверхность первый слой укладывают толщиной 5-40 мм при В/Ц 0,5-0,53 с расстояния 0,4 0,5 м, а второй - при В/Ц 0,4-0,43 с расстояния 0,5 0,0 м. Укладку торкретбетона на горизонтальную поверерхность выполняют в один слой проектной толщины при В/Ц 0,4-0,5 с расстояния 0,7-0,8 м.

Для нанесения набрызг-бетона применяют установки СБ-67 и СБ-68. Толщина наносимого слоя набрызг-бетона данными установками за один раз составляет 50-70 мм, расстояние между соплом и бетонируемой поверхностью 1 - 1,2 м.

Для выполнения набрызг-бетонных работ бетон-шприц-машины и цемент-пушки комплектуются передвижным компрессором с рабочим давлением 0,9 и 0,6 МПа (для СБ-117), цистерной для воды, передвижными подмостями или автогидроподъемниками для работы на высоте. Сухие бетонные смеси поставляются централизованно: при объемах работ до 2,5 м 3 - в мешках, при больших объемах работ - в специализированных контейнерах.

Несущие конструкции покрытий как стропильных, так и подстропильных балок и ферм можно усилить установкой предварительно напряженного шпренгеля из швеллера и уголка или с помощью предварительно напряженной затяжки. Элементы железобетонной фермы можно усилить с помощью стальных обойм. Для усиления конструкций покрытия используют мостовой кран, временно оборудованный передвижной площадкой-опорой (рис. 7.4).

Ее устанавливают на рельсы тележки крана и оснащают домкратами, которые разгружают узлы ферм в местах, где необходимо усиление. Перемещение площадки-опоры по мостовому крану, а крана вдоль пролета обеспечивает хороший доступ к конструкциям покрытия по всему цеху. Это создает возможность удобного и безопасного выполнения работ, связанных с усилением отдельных элементов фермы и установкой предварительной напряженной затяжки по ее нижнему поясу.

Усиление железобетонных ферм, находящихся в аварийном состоянии, может быть выполнено путем их разгрузки и передачи усилий на дополнительные стальные фермы, устанавливаемые с двух сторон у аварийной.

Этот метод достаточно надежен, однако требует довольно сложных и трудоемких подготовительных работ. Поданные на кровлю монтажные балки при помощи ручных рычажных лебедок доставляют к месту установки, перемещая их по настилу из досок. Для подъема балок и их установки на шпальные клетки используют оборудованные ручными талями треноги, которые размещают на этих клетках. Установленные монтажные балки крепят к шпалам костылями и раскрепляют расчалками.

Перед установкой разгрузочных ферм монтируют элементы усиления колонн с опорными столиками для разгрузочных ферм. Последние поднимают поочередно двумя ручными рычажными лебедками. Затем элементы усиления раскрепляют и монтируют распорки и связи, располагаемые между ними.

Передачу нагрузки от плит покрытия на установленные фермы осуществляют путем равномерного подклинивания, ликвидирующего зазоры между опорными стойками установленных ферм и продольными ребрами плит покрытия. Подклинивание ведут одновременно по обеим фермам от середины к краям. Далее образуют зазоры между плитами покрытия и аварийной фермой.

После завершения процесса усиления монтажные балки, лебедки и блоки демонтируют и затем восстанавливают нарушенные участки кровли.

Последние материалы

• Основные закономерности татического деформирования грунтов

  За последние 15...20 лет в результате многочисленных экспериментальных исследований с применением рассмотренных выше схем испытаний получены обширные данные о поведении грунтов при сложном напряженном состоянии. Поскольку в настоящее время в…

• Упругопластическое деформирование среды и поверхности нагружения

  Деформации упругопластических материалов, в том числе и грунтов, состоят из упругих (обратимых) и остаточных (пластических). Для составления наиболее общих представлений о поведении грунтов при произвольном нагружении необходимо изучить отдельно закономерности…

• Описание схем и результатов испытаний грунтов с использованием инвариантов напряженного и деформированного состояний

  При исследовании грунтов, как и конструкционных материалов, в теории пластичности принято различать нагружение и разгрузку. Нагружением называют процесс, при котором происходит нарастание пластических (остаточных) деформаций, а процесс, сопровождающийся изменением (уменьшением)…

• Инварианты напряженного и деформированного состояний грунтовой среды

  Применение инвариантов напряженного и деформированного состояний в механике грунтов началось с появления и развития исследований грунтов в приборах, позволяющих осуществлять двух- и трехосное деформирование образцов в условиях сложного напряженного состояния…

• О коэффициентах устойчивости и сопоставление с результатами опытов

  Так как во всех рассмотренных в этой главе задачах грунт считается находящимся в предельном напряженном состоянии, то все результаты расчетов соответствуют случаю, когда коэффициент запаса устойчивости к3 = 1. Для…

• Давление грунта на сооружения

  Особенно эффективны методы теории предельного равновесия в задачах определения давления грунта на сооружения, в частности подпорные стенки. При этом обычно принимается заданной нагрузка на поверхности грунта, например, нормальное давление р(х), и…

• Несущая способность оснований

  Наиболее типичной задачей о предельном равновесии грунтовой среды является определение несущей способности основания под действием нормальной или наклонной нагрузок. Например, в случае вертикальных нагрузок на основании задача сводится к тому…

• Процесс отрыва сооружений от оснований

  Задача оценки условий отрыва и определения требуемого для этого усилия возникает при подъеме судов, расчете держащей силы «мертвых» якорей, снятии с грунта морских гравитационных буровых опор при их перестановке, а…

• Решения плоской и пространственной задач консолидации и их приложения

  Решений плоской и тем более пространственных задач консолидации в виде простейших зависимостей, таблиц или графиков очень ограниченное число. Имеются решения для случая приложения к поверхности двухфазного грунта сосредоточенной силы (В…

Усиление железобетонных конструкций

Отнесение по результатам обследования конструктивных элементов зданий и сооружений к ограниченно-работоспособному или аварийному техническому состоянию может потребовать либо замены (воссоздания) конструкций, либо их восстановления (усиления).

Основные способы усиления и обеспечения дальнейшей эксплуатации железобетонных и каменных конструкций приведены в таблице 1.3.1.

Таблица 1.3.1

Восстановление (усиление) несущей способности конструкций	Устранение основных причин, приводящих к повреждению строительных конструкций
без изменения расчетной схемы	с изменением расчетной схемы	с изменением напряженного состояния
Восстановление площади сечения элемента и арматуры	Устройство дополнительных опор	Создание шпренгельных систем с напряженными затяжками	Устранения перегрузок строительных конструкций
Устройство обоймы сечений из различных материалов	Разгрузка конструкций с передачей нагрузки на другие элементы	Применение предварительно напряженных распорок	Восстановление закладных деталей, креплений и т.д.
Устройство рубашек в сечениях из различных материалов	Устройство металлических кронштейнов и подкосов	Применение предварительно напряженных затяжек и хомутов	Защита конструкций от намокания
Одностороннее наращивание сечений	Включение в совместную работу отдельных конструкций		Защита конструкций от воздействия агрессивных сред
Усиление узлов сопряжения конструктивных элементов	Устройство тяжей, железобетонных и металлических поясов		Восстановление нормальных температурно-влажностных условий

Традиционные конструктивные решения усиления колонны, балки, монолитной и сборной многопустотной плиты перекрытия, кирпичной стены и ленточного фундамента показаны на рисунке 1.3.1 . Приведенные на рисунке 1.3.1 конструктивные решения, в основном, реализуют усиление через увеличение поперечного сечения восстанавливаемой конструкции и добавление к имеющейся в конструкции арматуры дополнительных стержней.

При значительных разрушениях, когда трещины располагаются по всей высоте железобетонной колонны, она восстанавливается с использованием железобетонной обоймы (рис.1.3.1а). Толщина обоймы принимается не менее 90-100 мм. Арматурный каркас обоймы закрепляется в пробитых в перекрытии отверстиях. Установка опалубки выполняется по частям, по мере заливки бетона обоймы. После заливки бетона на всю высоту колонны отверстия в перекрытии зачеканиваются цементным раствором.

Для увеличения несущей способности балки монолитного перекрытия сечение балки наращивают с помощью хомутов (рис.1.3.1б). Толщина наращиваемого слоя бетона должна быть не менее 100 мм, а нижняя продольная арматура существующей балки - оголена. Усиление балки производится в условиях полной ее разгрузки. Дополнительная продольная арматура объединяется с существующей арматурой с помощью хомутов посредством сварки.

Рис.1.3.1. Усиление железобетонных конструкций: а - усиление колонны с использованием железобетонной обоймы (1 - существующая колонна, 2 - арматурный каркас, 3 - бетон обоймы); б - усиление балки монолитного перекрытия наращиванием с помощью хомутов (4 - существующая балка, 5 - арматура балки, 6 - дополнительная продольная арматура, 7 - хомуты, 8 - новый бетон); в - усиление монолитной плиты перекрытия односторонним наращиванием снизу (9 - существующая плита, 10 - арматура плиты, 11 - новая арматура (сетка), 12 - коротыш для сопряжения старой и новой арматуры, 13 - бетон наращивания); г - усиление сборной многопустотной плиты перекрытия: 1-й вариант - без набетонки (14 - плита, 15 - арматурный каркас, 16 - новый бетон плиты); 2-й вариант - с набетонкой (17 - арматурная сетка, 18 - набетонка)

На рисунке 1.3.1в показано усиление монолитной плиты перекрытия односторонним наращиванием снизу. При выполнении усиления плита перекрытия должна быть свободна от нагружения. Нижняя поверхность плиты должна быть подготовлена для сопряжения с новым бетоном. Для обеспечении связи новой арматуры с арматурой усиливаемой плиты сначала обнажается существующая арматура плиты, затем к ней привариваются коротыши и новая арматурная сетка, после чего выполняется укладка бетона в заранее подготовленную опалубку. Надежному объединение арматуры и бетона для совместной работы в конструкции способствует вибрирование уложенной в опалубку бетонной смеси.

Усиление сборной многопустотной плиты перекрытия (рис. 1.3.1г) выполняется следующем образом: вдоль плиты над пустотами пробиваются борозды шириной 80-100 мм. Во вскрытые пустоты в пределах длины плиты устанавливаются вертикально плоские арматурные каркасы, закладывается бетон с последующим уплотнением. При этом контактные поверхности пустот должны быть очищены сжатым воздухом.

Вторым вариантом усиления сборной многопустотной плиты перекрытия посредством замоноличивания каналов пустот является добавление набетонки. По верхней поверхности плиты укладывается арматурная сетка, которая объединяется с расположенными в пустотах арматурными каркасами. Затем выполняется набетонка. Толщина наращиваемого слоя набетонки должна быть не менее 50 мм

В условиях возведения строительных объектов в ходе проведения строительного контроля могут быть выявлены конструктивные элементы зданий и сооружений, несущая способность которых ниже требуемой по проекту. В этом случае может приниматься решение о замене конструктивных элементов с недостаточной несущей способностью на заново возводимые, с параллельной оценкой последствий такой замены для других несущих конструкций зданий и сооружений.

В других случаях при усилении конструкций стремятся увеличить их несущую способность, прежде всего, за счет установки дополнительной арматуры при минимально возможным увеличении поперечного сечения восстанавливаемого элемента.

Так, сложность усиления плит перекрытия в жилых зданиях связана с необходимостью сохранения исходной высоты жилых помещений и, соответственно, поперечного сечения плит перекрытия, хотя классические варианты усиления железобетонных плит выполняются, в основном, наращиванием размеров поперечного сечения. Кроме того, на приопорных участках плит перекрытия арматура усиления должна быть пропущена через стену.

Усиление плит путем закрепления к ее поверхности металлических полос, полимерных сеток, стеклоткани незначительно увеличивает высоту поперечного сечения, но требуется точно соблюдать конкретные практические рекомендации по выбору соответствующего клеевого состава и технологии выполнения работ.

Пример усиления монолитных плит перекрытия путем закрепления к ее поверхности металлических полос приведен на рисунке 1.3.2а . Этот способ усиления заключается в проведении следующих операций. Плита поддомкрачивается. Стальные полосы -100×6 (1) укладываются на верхнюю поверхность плиты. В местах расположения полос под ними должны быть выдолблены канавки (6). Стальные полосы укладываются в канавки и фиксируются в них клеем (3). В качестве клея могут использоваться смолы эпоксидные, полиэфирные, полиуретановые. Концы металлических полос фиксируются болтами-анкерами М12 (2) в заранее пробитых отверстиях (4). После чего канавки заполняются цементно-песчаным раствором (5).

Другой пример усиления монолитной плиты перекрытия показан на рисунке 1.3.2б . Плита перекрытия усиливается прокладкой дополнительных стержней (1), которые с помощью вязальной проволоки (2) присоединяются к верхней сетке армирования плиты. Дополнительные стержни прокладываются в штрабах (3) со шпонками (4). Они соединяются хомутами (5) со стержнями нижней сетки армирования плиты. Усиление плиты производится в условиях ее полной разгрузки. Перед бетонированием все контактные поверхности должны быть специальным образом подготовленными.

Подготовка поверхности существующего бетона в месте контакта с новым бетоном и металлом заключается в нанесении насечек (5…10 мм), в обработке бетона металлическими щетками, в очистке от пыли и грязи, в обильном смачивании за 1-1,5 …8-12 часов до бетонирования для насыщения водой старого бетона. Поверхность должна быть влажной, но не мокрой. Имеются рекомендации по нанесению на поверхность старого бетона слоя цементного раствора (состав 1:2) непосредственно перед бетонированием. Работы по подготовке поверхности старого бетона оформляются актом на скрытые работы.

Строительный рынок предлагает различные жидкости-пропитки для улучшения контакта нового с существующей бетонной поверхностью, но, следует отметить, что это должна быть пропитка, обеспечивающая контакт материалов в условиях работы несущей изгибаемой конструкции.

Укладываемый бетон должен быть достаточно пластичным (осадка конуса в пределах 8-10 см) на обычном или расширяющемся цементе. Не рекомендуется применять быстротвердеющие цементы из-за возможного уменьшения прочности бетона по контактным поверхностям.

Уплотнение вновь уложенного бетона осуществляется вибрированием, однако лучшим вариантом считается использование торкрет-бетона, который наносится слоями 7-15 мм, каждый последующий слой после схватывания предыдущего. Торкретирование уменьшает влияние усадочных явлений на связь старого и свежеуложенного бетона.

Монолитность усиливаемой плиты достигается наличием шпоночного соединения. Шпоночное соединение между новым и старым бетоном при изгибе плиты воспринимает касательные усилия и тем самым обеспечивает совместную работу. Эффективность работы монолитной плиты (рис.1.3.2а) достигается также надежным соединением дополнительной арматуры усиления с существующей в плите арматурой.

В последние годы в качестве альтернативного варианта традиционному усилению железобетонных конструкций с использованием металлических элементов рассматривается применение элементов из композиционных материалов. Основными компонентами таких материалов являются полимерные смолы (эпоксидная, полиэфирная и др.) и армирующий материал (стекловолокно, углеродное и арамидное волокно) . Для усиления железобетонных конструкций применяются листы, полосы, ткани из этих материалов, как альтернативная замена металлических листов, полос, арматурных сеток.

Конструктивные решения по усилению железобетонных конструкций композиционными материалами, нормативная база расчета, технология производства работ в настоящее время активно разрабатывается. Применение композиционных материалов для усиления железобетонных конструкций считается перспективным направлением.

Усиление ленточного фундамента «рубашкой» представлено на рисунке 1.3.3. Такое усиление может быть предпринято при разрушении фундамента в процессе его эксплуатации вследствие коррозии бетона фундамента под действием агрессивных вод. Перед усилением поврежденные участки поверхности ступеней освобождаются от слабого бетона. Для обеспечения прочной связи между старым и новым бетоном выполняется обработка бетонных поверхностей фундамента: насечкой, пескоструйным аппаратом, увлажнением и обработкой цементным тестом или применением клеевых композиций. На уступы фундамента укладывается арматурная сетка в один или два ряда, после установки опалубки укладывается бетон.

На рисунке 1.3.4 показано усиление кирпичных стен растворной обоймой, а также усиление простенка железобетонными сердечниками.

Усиление стен с использованием растворной обоймы (рис.1.3.4а) предпринимается тогда, когда в стене имеются сквозные трещины на всю ее толщину. Последовательность усиления стены с применением растворной обоймы следующая: на наружной и внутренней поверхности стены отбивается старая штукатурка; выполняется расшивка швов кладки и трещин на глубину 10-15 мм; на стену снаружи и изнутри (после очистки) закрепляются сетки (из арматурных стержней Æ5В500 с шагом 100 мм), которые объединяются между собой анкерами через просверленные в стене отверстия; тщательно заполняются отверстия с установленными анкерами; после увлажнения поверхности стены производится ее торкретирование цементно-песчаным раствором.

При небольшой площади простенка кирпичной стены и при значительном увеличении нагрузки на простенок, можно выполнить его усиление с использованием железобетонного сердечника (сердечников). Для организации сердечника в стене пробиваются вертикальные борозды с одной или двух сторон стены. В борозды сначала устанавливаются арматурные каркасы, затем борозды заполняются бетоном. На рисунке 1.3.4б показано усиление простенков железобетонными сердечниками в двух вариантах с одной или двух сторон стены.

Отличительные особенности железобетонных конструкций зданий и сооружений:

использование в качестве несущих элементов двух компонентов стали и бетона, обладающих разными физико-механическими
свойствами (прочностью, деформативностью,
коррозиоустойчивостью и т.д.). В реальных условиях это
обуславливает значительную зависимость их совместной работы от
технологических факторов, условий эксплуатации; соответственно,
действительная работа железобетонных конструкций часто
отличается от расчетных предпосылок;
недоступность одного из основных элементов - арматуры для
осмотра и ремонта, следовательно, наличие некоторой
неопределенности в оценке его состояния и действительной работы;
слабая прочность бетона на удары, хрупкость;
слабая трещиностойкость бетона;
подверженность бетона и арматуры коррозии;
большая трудоемкость производства усилительных работ.

Наиболее распространенными повреждениями железобетонных конструкций, вызывающими необходимость усиления являются:

коррозионное разрушение бетона и арматуры;
трещинообразование бетона от развития начальных
трещин и перегрузок;
разрушения опорных участков;
дефекты монтажа и изготовления (отсутствие закладных
деталей, пониженная прочность бетона, недостаточное
армирование и пр.).
Особенностью железобетонных конструкций является
сложность установления и оценки их эксплуатационного
состояния, связанная со слабым приборным обеспечением
обследований.

УСИЛЕНИЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ (Пособие П 1-98 к СНиП 2.03.01-84*)

Республика Беларусь
Содержит наиболее полные материалы по
оценке технического состояния
железобетонных конструкций с учетом
дефектов и повреждений, расчету и
конструированию усиления железобетонных
конструкций, включая усиление
композиционными материалами.

Особенности оценки несущей способности

В отличие от вновь проектируемых элементов в расчетах
существующих конструкций учитываются:
пониженная прочность бетона, при наличии повреждений
и коррозии коэффициентом 01 на который умножается
расчетное сопротивление бетона Rb ;
потери сечения арматуры в результате коррозии
коэффициентами 02 и kd на которые умножается
расчетное сопротивление арматуры Rs;
нарушение сцепления арматуры и бетона при коррозии
арматуры коэффициентом 03 на который умножаются
расчетные сопротивления бетона и арматуры Rb ,Rs ;.

Величина коэффициента kd принимается:
kd = (d02 - dk2)·100% / d02
где d0 - исходный диаметр арматуры; dk - минимальный
сохранившийся диаметр прокорродированной арматуры,
определенный с доверительной вероятностью Р = 0,95.
dk= dm – (1/√n)t0,95 ·Sd
где dm и Sd – соответственно среднее значение и
среднеквадратическое отклонение диаметра арматуры; n количество измерений; t0,95 - коэффициент Сььюдента.
Если оставшаяся площадь сечения арматуры менее 50%
исходной, то она в расчете не учитывается.

Расчетные коэффициенты железобетонных конструкций в
зависимости от состояния бетона и арматуры
Внешние признаки
Показания приборов
01
Отсутствуют
видимые
дефекты и повреждения.
Глубина
нейтрализации
бетона
не
превышает
половины
толщины
защитного слоя; имеются
отдельные
волосяные
трещины.
Прочность
бетона
и
арматуры не ниже проектной,
скорость УЗВ более 4 км/с.
1
1
1
Работоспособное
Антикоррозионная защита
частично повреждена. На
бетоне
в
отдельных
участках
мелкие
и
маслянистые пятна, волосы:
проступают следы коррозии
не
расчетной
арматуры
отдельными
точками
и
пятнами.
Прочность бетона основного
сечения не ниже проектной,
скорость УЗВ 3 … 4 км/с.
Потеря площади сечения
рабочей
арматуры
и
закладных
деталей
не
превышает 5%. Прогибы и
ширина
раскрытия
нормальных
трещин
превышают допустимые.
0,9
0,95
0,9
Ограниченноработоспособное
Имеются признаки снижения
эксплуатационной
пригодности
конструкции.
Пластинчатая
коррозия
расчетной
арматуры
и
закладных деталей.
Прочность бетона основного
сечения ниже проектной,
скорость УЗВ менее 3 км/с,
потери сечения арматуры и
закладных деталей более
5%, трещины в сжатой зоне и
в
зоне
главных
растягивающих напряжений.
0,8
0,9
0,8
Категория
состояния
Исправное
02
03

Усиление увеличением сечения

По статической схеме работы усиление осуществляется обетонированием или армированием.
Армирование выполняется
– по схеме работы - продольным и (или) поперечным, по виду
арматуры - из канатов, гибких стержней, профилированных или
листовых материалов;
– по материалу арматуры - из стали или синтетических материалов.
Обетонирование выполняется
– по виду материала армированным или неармированным бетоном;
– по способу укладки - заливкой, инъецированием,
торкретированием, а также устройством сборного бетона или
железобетона.
Перечисленные методы применяются как по отдельности, так и в
сочетании. В последнем случае получают наибольший эффект от
усиления. Например, обетонирование сочетают с установкой
дополнительной арматуры, продольное армирование с поперечным и
т.д. Арматура усиления, как правило, покрывается защитным слоем
бетона. Торкретирование или набрызгивание целесообразно
применять при необходимости бетонирования снизу вверх или при
усилении широких вертикальных поверхностей.

Способы усиления растянутой зоны или
растянутых элементов
увеличение площади сечения рабочей арматуры
путем устройства дополнительных затяжек,
закрепленных по концам конструкции;
установка дополнительной арматуры соединением
через коротыши с рабочей арматурой и с
последующим обетонированием;
приклеивание листовой стали;
вклеивание стержневой арматуры в
подготовленных пазах;
установка самоанкерующихся устройств с
реализацией бокового обжатия зоны рабочей
арматуры конструкции.

10. Крепление ПН затяжки к усиливаемой балке

Крепление дополнительной арматуры к существующей конструкции: а –
схема усиления; б – вклеивание в пазы; в,г – соединение на сварке через
коротыши и скобы д – приклеивание листовой стали с дополнительной
анкеровкой

11.

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

12.

Стержни арматуры в местах установки на сварке соединительных скоб
вскрываются не менее чем на половину диаметра. Арматура
очищается от ржавчины или остатков бетона механическим способом.
Соединение существующей и вновь устанавливаемой арматуры
осуществляют с помощью коротышей или внахлестку (с применением
ручной дуговой сварки).
Приварка дополнительной арматуры к существующей предварительно
напряженной арматуре, а также не заведенной за грань опоры
ненапряженной арматуре усиливаемой конструкции не допускается.
Коротыши и участки соединения скоб из арматуры класса А-I
принимаются длиной 50...200 мм и располагаются по длине
конструкции "вразбежку" с расстоянием между ними вдоль стержней не
менее 20d, где d - больший диаметр свариваемых стержней.
При усилении под нагрузкой приварку дополнительной арматуры
рекомендуется осуществлять за два прохода симметрично в
направлении от концов конструкции к середине.
Сварка допускается при уровне напряжений, за вычетом усиливаемой
арматуры, не более 0,85Rs.
Сварку под нагрузкой производят при температуре не ниже - 15°С, в
слабонагруженных элементах, воспринимающих до 25% расчетной
нагрузки - не ниже - 25°С.

13. Усиление растянутой зоны конструкции приклеиванием дополнительной арматуры

1 – усиливаемая конструкция,
2 – шурф,
3 – анкер,
4 – листовая арматура,
5 – полимерраствор,
6 – уголок,
7 – швеллер,
8 – паз,
9 – стержневая арматура,
10 – обмазка из
полимерраствора,
11 – сборный железобетонный
элемент,
12 – стеклоткань,
13 – тонкий лист с
выштамповками,
14 – анкерная пластина

14. Усиление многопустотных плит перекрытия установкой дополнительной арматуры

а
б
в
а
–
плита
после
усиления;
б – установка сварных
каркасов без вскрытия
пустот по всей длине;
в – установка вязанных
каркасов
1 – плита после усиления,
2 – сварной каркас,
3 – бетон,
4 – отверстия,
5 – вязаный каркас или
отдельные стержни,
6 – опалубка

15. Усиление растянутой зоны многопустотных плит установкой дополнительной арматуры

а – при устройстве щелей
сверху плиты;
б – при устройстве щелей
снизу плиты
1 – усиливаемая плита,
2 – щель,
3 – дополнительная
арматура,
4 – фиксатор,
5 – ограничительная
пластина,
6 – патрубок,
7 – полимерраствор
:
Толщина слоя полимерраствора определяется из условия прочности контактного
шва и должна быть не менее 3d, где d -диаметр дополнительной арматуры.

16. Усиление сборных многопустотных плит предварительно напряженной арматурой

а
б
а – плиты в момент предварительного напряжения
арматуры;
б – усиленная плита
1 – усиливаемая плита, 2 – дополнительная арматура,
3 – временная ограничительная пластина, 4 – бетон,
5 – натяжной болт, 6 – опалубка

17.

Способы усиления сжатой зоны или сжатых
элементов:
увеличение площади сечения сжатой зоны бетона;
установка дополнительной сжатой арматуры;
ограничение поперечных деформаций устройством
наращиваний, обойм, рубашек или, применяя
распорки из жесткой арматуры (для изгибаемых и
внецентренно сжатых - односторонним распором,
для центрально-нагруженных - двусторонним), и т.д.

18.

Наиболее распространенными видами усиления железобетонных
конструкций увеличением сечения являются устройство
наращиваний, рубашек и обойм.
Наращивание - способ усиления, при котором сечение усиливаемой
конструкции увеличивается по высоте или ширине сечения с одной
или двух сторон.
Рубашка - способ усиления, в котором усиливающий элемент
охватывает усиливаемую конструкцию с трех сторон.
Обойма - способ усиления, в котором усиливающий элемент
устраивается по периметру усиливаемого элемента.
Наращиванием могут быть усилены любые железобетонные
конструкции: балки, плиты, стойки, стены и др.
Рубашки выполняются в балках или стойках при отсутствии доступа с
одной стороны, например, в пилястрах или колоннах у стенового
ограждения, а также в балках при необходимости повышения
несущей способности по нормальным и наклонным сечениям
одновременно.
Обоймами усиливаются, в основном, сжатые стойки или простенки,
элементы стропильных ферм.

19. Усиление железобетонных элементов увеличением сечения: а, б – наращиванием; в – устройством обоймы; г – устройством рубашки; д – устройст

Усиление железобетонных элементов увеличением сечения:
а, б – наращиванием; в – устройством обоймы; г –
устройством рубашки; д – устройством балки рядом

20.

Поперечная арматура принимается диаметром не менее 6 мм и
устанавливается с шагом не более:
15d
S 3t
500 мм
где d и t - соответственно диаметр продольной арматуры
и толщина обоймы (рубашки).
В местах возможной концентрации напряжений, а также по концам
усиливаемой конструкции на длине шаг хомутов уменьшается вдвое.
Для усиления поврежденного участка устраивается местная
железобетонная обойма или рубашка, которая должна выходить за
пределы поврежденного участка на длину не менее:
15t
l
an
lsh
2h
400 мм
,
где t - толщина обоймы, рубашки;
lan- длина анкеровки арматуры обоймы или рубашки;
h - больший размер поперечного сечения усиливаемой
конструкции.
Для улучшения сцепления нового бетона со старым, кроме насечки,
для местной обоймы рекомендуется выполнять адгезионную промазку
(грунтовку) полимерраствором.

21.

Минимальные толщины обойм и набетонок,
определяемые технологическими требованиями
Конструктивный элемент
Колонна
Боковые стенки балок
Нижние пояса балок
Плиты перекрытий при
наращивании:
- сверху
-снизу
Минимальная толщина, см бетона при
устройстве
в опалубке с
вибрированием
Торкретированием и
набрызгом
8
6
12,5
5
3
5
3,5
6
3,5

22. Пневмонабрызг бетона

Бетонирование вертикальных и потолочных поверхностей
целесообразно выполнять с применением установок для
пневмонабрызга (торкретирования) бетона: при толщине слоя
усиления до 80 мм с использованием цемент-пушки; при толщине слоя
усиления до 250 мм и его общей поверхности не менее 10-15 м2 -
бетоном с использованием бетон-шприц-машин.
Сухая бетонная смесь подаваемая по
шлангам с помощью сжатого воздуха
на выходе из концевого сопла
смешивается с водой и смесь
выбрасывается из сопла со скоростью
50- 70 м/с образуя на поверхности
плотный слой. Толщина слоя за один
раз 50-70 мм.
При применении данных установок
полностью исключаются опалубочные
работы, существенно сокращаются
трудозатраты и сроки производства
работ, что особенно важно при
реконструкции.
Нанесение торкрет-бетона

23. Торкрет работы в Якутске

24. Обеспечение надежного сцепления между старым и новым бетоном

Важнейшим условием эффективности усиления
железобетонных конструкций является обеспечение
надежного сцепления усиливающего и усиливаемого
элементов.
Это достигается:
соответствующей подготовкой бетонной
поверхности усиливаемого элемента;
применением адгезионной промазки;
надежным закреплением усиливающей арматуры к
существующей или надежной ее анкеровкой;
тщательной анкеровкой или закреплением
устанавливаемых закладных деталей.

25. Подготовка поверхности бетона.

Порядок выполнения работ:
Удаляют слабопрочный бетон в дефектных участках, цементное
тесто, защитный слой бетона, отслоения при помощи
механизированного инструмента - молотков фуговальных или
рубильных электрических или пневматических;
С целью повышения шероховатости поверхность бетона, а также
очистки арматуры от коррозии подвергают механической
обработке при помощи электрических или пневматических машин
- при малых объемах работ и гидроабразивным, пескоструйным
или термоабразивным способом - при больших объемах работ.
Смывают пыль гидроструйным способом;
Рабочие поверхности перед бетонированием увлажняют в течение
12...24 ч до полного водопоглощения;
Поверхность продувают сжатым воздухом для удаления капель и
пленок воды.

26.

Разрушаемый бетон по периметру сечения удаляют
перпендикулярно, а на боковых поверхностях - параллельно
продольной оси усиливаемых конструкций. Особенно тщательно
обрабатывают бетонные поверхности в зоне максимальных
касательных напряжений.
При отсутствии указаний в проекте неровности поверхности
должны составлять 2,5...5 мм на длине 200 мм, а волнистость
до 1 см.
Для улучшения адгезии на подготовленную поверхность старого
бетона рекомендуется нанести слой клея (силоксанового или
акрилового) с толщиной слоя 3...5 мм. Бетон укладывается
непосредственно после нанесения клея.
Поверхность рабочих швов, выполняемых при укладке бетонной
смеси с перерывами, должна быть перпендикулярна оси
бетонирования, в плоских набетонках (в любом месте) параллельна меньшей стороне плиты.
При перерывах в бетонировании больше сроков схватывания
(ориентировочно 4 ч) требуется обработка поверхностей.

27.

В случае, когда старый бетон подвержен
замасливанию, рекомендуется
термохимическая обработка его
поверхности, включающая следующие
операции:
обработка 0,1%-м раствором ПАВ (ОП-7 или ОП10) -1...1,5 ч;
прогрев при температуре 180°С - 1 ч;
обработка органическим растворителем трихлорэтиленом, перхлорэтиленом – 1 ч;
сушка при температуре около 100°С – 0,5 ч;
промывка водой под давлением.

28. Усиление монолитной балки и колонны железобетонной рубашкой

1 – усиливаемая балка, 2 – усиливаемая колона, 3 – отверстие в плите, 4 –
монтажная арматура, 5 – насечка поверхности, 6 – оголенная арматура
колонны, 7 – наружная стена

29. Усиление ребристых плит и колонны железобетонной обоймой

.
Усиление ребристых плит и колонны
железобетонной обоймой
1 – усиливаемая
плита,
2 – усиливаемая
колонна,
3 – бетон обоймы,
4 – продольная
арматура обоймы,
5 – поперечная
арматура обоймы,
6 – насечка
поверхности
При увеличении поперечного сечения сжатой зоны минимальный
процент продольного армирования наращивания, рубашек или обойм
составляет min 0.05%

30.

Усиление железобетонной колонны стальной обоймой

31.

Усиление
поврежденного
участка колонны
местной
железобетонной
обоймой
1 – поврежденный
участок,
2 – бетон обоймы,
3 – уголок,
4 – соединительные
стержни,
5 – насечка
поверхности

32.

Способы усиления на восприятие
поперечных сил:
увеличение поперечного сечения бетона;
устройство поперечной арматуры;
устройство наращиваний, обойм, рубашек;
установка поперечных балок, стержней и т.д.

33. Усиление зоны среза конструкций увеличением поперечного сечения

а
б
в
а – рубашкой при прямоугольном сечении;
б – рубашкой при тавровом сечении;
в – обоймой
1 – усиливаемая конструкция, 2 – монолитный бетон, 3 – дополнительная
поперечная арматура, 4 – насечка поверхности, 5 – анкерная пластина

34. Усиление коротких консолей колонн установкой дополнительной предварительно напряженной поперечной арматуры

а
б
в
а, в – наклонной; б – горизонтальной
1 – усиливаемая консоль, 2 – наклонная арматура, 3 –
горизонтальная арматура, 4 – уголок-накладка, 5 – упор, 6 –
уголок, 7 – стяжной болт, 8 – гайка

35. Усиление при продавливании устройством опорной железобетонной обоймы

1 – усиливаемая конструкция, 2 – бетон обоймы, 3 – колонна,
4 – арматура обоймы, 5 – окаймляющая арматура, 6 –
коротыши, 7 – оголенная арматура колонны, 8 – насечка
поверхности

36. Подведение дополнительных стальных столиков под железобетонные балки при недостаточной прочности опорных участков

а – на сварке; б – устройством анкеров; в – на подвесках; г –
на дополнительных консолях; д – на тяжах; е – на стойках

37.

Усиление изменением конструктивной
схемы
Жесткие опоры выполняются в виде стоек как в металле,
так и в железобетоне. Упругие опоры под изгибаемые
чаще выполняются из металлических балок и ферм, а
гибкие опоры - из арматурной или круглой стали,
стальных канатов.
Опорыв виде отдельных балок, ферм, плит применяются
обычно для разгрузки небольших участков перекрытий,
отдельных элементов. По возможности разгружающие
конструкции устанавливаются сверху разгружаемых, так
как нижнее их расположение требует дополнительного
усиления стоек.
Усиление считается достаточно эффективным, если
усиливающая конструкция воспринимает не менее 30%
усилий, действующих в усиливаемой конструкции.

38. Усиление конструкции дополнительной жесткой опорой в виде подкосов: а – у опоры; б – в пролете

б
1 – усиливаемая
конструкция,
2 – подкос,
3 – затяжка,
4 – клиновидные
прокладки,
5 – заполнение
бетоном,
6 – надрез по оси
опоры

39. Усиление конструкций дополнительными жесткими опорами в виде подвесок

1 – усиливаемая
конструкция,
2 – подвеска из
уголков,
3 – клиновидные
подкладки,
4 – швеллер,
5 – отверстия в
перекрытии

40. Усиление конструкций дополнительной упругой опорой в виде балок

а
1 – усиливаемая
конструкция,
2 – балка,
3 – стропильная балка,
4 – опорный хомут,
5 – клиновидные
подкладки
б

41. Усиление конструкций дополнительными упругими опорами

а
б
1 – усиливаемая
конструкция,
2 – треугольная
ферма,
3 – клиновидная
подкладка,
4 – опора фермы,
5 – болт,
6 – отверстия,
7 – подвеска,
8 – стяжная муфта,
9 – стальная обойма

42. Усиление конструкций дополнительными упругими опорами в виде двухконсольных кронштейнов

а – из прокатных профилей;
б – из треугольных ферм
б
в
1 – усиливаемая конструкция,
2 – стальная балка,
3 – ребра жесткости,
4 – соединительный стержень,
5 – опорный столик,
6 – соединительная накладка,
7 – уголок,
8 – опорный элемент,
9 – тяж,
10 – упор

43. Усиление регулированием напряжений

Эффективный вид усиления, не требующий предварительной
разгрузки. Совместная работа дополнительной арматуры
(затяжки) с усиливаемой конструкцией обеспечивается только
закреплением по концам с помощью анкерных устройств, без
сцепления ее в пролете с бетоном конструкции. Затяжка
размещается снаружи конструкции.
В зависимости от места закрепления концов дополнительной
арматуры может быть горизонтальная и шпренгельная затяжки,
а также их сочетание.
Предварительное напряжение выполняется с обязательным
контролем величины натяжения.
Затяжки выполняются, в основном, из арматурных стержней
диаметром 12...40 мм, реже - из прокатных профилей. На
концах затяжки, как правило, имеют резьбу с гайками для
ликвидации начальных прогибов стержней и обжатия анкеров в
узлах сопряжения с конструкцией. После корректировки длины
гайки на концах затяжки завариваются с болтом

44. Усиление изгибаемых конструкций затяжками:

б
в
а – горизонтальная
затяжка;
б – шпренгельная затяжка;
в – сочетание
горизонтальной и
шпренгельной затяжек
1 – усиливаемая
конструкция, 2 –
горизонтальная затяжка, 3
– шпренгельная затяжка, 4
– стяжной болт, 5 –
анкерное устройство, 6 –
прокладка, 7 ограничитель

45. Конструкция концевых анкеров

а
в
б
г
д
1 – усиливаемая
конструкция,
2 – затяжка,
3 – швеллер,
4 – лист,
5 – оголенная
арматура
конструкции,
6–
соединительный
стержень,
7 – уголок,
8 – лист,
9 – колонна,
10 – держатель
анкера

46. Усиление сборных плит шпренгельными затяжками в швах между плитами: а – без обетонирования; б – с обетонированием

а
б
1 – усиливаемая
конструкция,
2 – затяжка,
3 – уголок,
4 – подкладка- упор,
5 – гайка,
6 – опалубка,
7 – натяжной болт,
8 - бетон

47. Усиление сборных многопустотных плит затяжками

а
б
в
1 – усиливаемая
конструкция,
2 – встречно-наклонные
пластины,
3 – дополнительная
арматура,
4 – уголок,
5 – бетон,
6 – гайка,
7 – ограничительная
пластина,
8 – анкер,
9 – шайба,
10 – упорный уголок
а, в – с предварительным напряжением;
б – без предварительного напряжения

48. Расчет при обеспечении совместной работы старого и нового бетона

49. Расчет при отсутствии надежного сцепления между новым и старым бетоном

Допущение: частичное зацепление бетона не учитывается
в запас прочности, а прогибы старого и нового элементов
одинаковы. Тогда несущая способность усиливаемого и
усиливающего элементов распределяется
пропорционально жесткостям.
Mr/Ir Er = M0/I0 E0
где M0, I0 , E0 и Mr , Ir , Er =– изгибающие моменты,
моменты инерции и модули деформаций соответственно
усиливаемого и усиливающего элементов.
Требуемый момент инерции усиливающего элемента при
Er =E0 определяется
.
Ir = (M-M0)I0 /M0
где M0, - общий изгибающий момент на усиленную балку.

50. Расчет при установке дополнительной арматуры в растянутой зоне

При усилении установкой арматуры в растянутой зоне
(наращиванием арматуры) удобнее в начале задаваться
площадью дополнительной арматуры. Тогда условия
прочности сечения
M ≤ Rb bx(h0 – 0,5x) + Rsr Asr (h0r -h0)
где h0r – рабочая высота усиливающей арматуры.
Высота сжатой зоны определяется
x = (Rs As + Rsr Asr)/Rb b
Видно, что усиление достигается за счет увеличения
высоты сжатой зоны бетона. При этом важно соблюдать
условие x < x R.

51.

В случае нарушения сцепления с бетоном отдельных стержней
рабочей арматуры в растянутой зоне на участке по длине элемента
(откол защитного слоя, коррозия арматуры) при обеспеченной
анкеровке по концам железобетонный элемент рассматривают как
статически неопределимую комбинированную систему, состоящую из
железобетонного элемента и арматуры с нарушенным сцеплением.
а
б
В
результате
железобетонный элемент на
рассматриваемом
участке
рассчитывается как сжатоизогнутый
реактивной
сжимающей
силой
от
дополнительного
неизвестного усилия Nx в
стержнях
арматуры
с
нарушенным сцеплением.

52. Усиление элементов зданий

53. Усиление плит перекрытий и покрытий

Сборные железобетонные пустотные плиты часто усиливаются с
использованием пустот. Для этого сверху в зоне расположения канала
пробивают полку и устанавливают арматурный каркас. При
усилении только опорной части плиты каркасы располагаются на
части ее пролета в приопорной зоне, а при необходимости усиления
по нормальным и наклонным сечениям - по всей длине плиты.
После этого канал заполняют пластичным бетоном на мелком щебне.
При необходимости может быть выполнено наращивание бетоном
сжатой полки плиты. Арматурная сетка устанавливается
конструктивно для восприятия усадочных деформаций.
При недостаточной площади опирания пустотные плиты
усиливаются путем выноса каркасов за торцы плит с последующей
установкой вертикальных каркасов параллельно торцам плит и
бетонированием анкерной балки и опорных участков плиты. Для
средних пролетов анкеровка может производиться к примыкающей
плите.

54. Усиление пустотных плит с использованием пустот: а – без увеличения рабочей высоты; б – с увеличением рабочей высоты наращиванием сжатой

Усиление пустотных плит с использованием пустот: а – без увеличения
рабочей высоты; б – с увеличением рабочей высоты наращиванием
сжатой полки. 1 – усиливаемая плита; 2 – арматура; 3 – бетон усиления
Усиление ребристых плит устройством плоского (а) и пространственного
(б) арматурного каркаса и бетонированием швов

55. Усиление опорных частей пустотных плит крайних (а) и средних (б) пролетов:

1 – усиливаемая плита; 2 – опора; 3 – анкерная балка

56.

Ребристые плиты в продольном направлении эффективно
усиливать установкой дополнительных арматурных
каркасов в швах между плитами с бетонированием швов.
Повышение жесткости и несущей способности плит также
может быть осуществлено подведением выносных опор,
уменьшающих пролет продольных ребер, устройством
металлических балок шпренгельных конструкций,
наращиванием бетона колонн и дополнительным
армированием. Усиление продольных ребер на действие
поперечных сил производят путем установки
дополнительных хомутов, которые рекомендуются
предварительно напрягать. Недостаточная площадь
опирания ребристых плит может быть скомпенсирована
устройством металлических столиков или консолей.

57.

Усиление плит монолитных железобетонных перекрытий
производится:
бетонированием по верху утолщающей плиты,
армированной противоусадочной сеткой и, при
необходимости, арматурой над опорами, рассчитанной
на отрицательный момент при обеспечении совместной
работы старого и нового бетона;
бетонированием второй самостоятельно армированной
плиты поверх старой в случае, если сцепление бетона
старой и новой плит не может быть обеспечено (из-за
промасливания, загрязнения и т.п.);
приваркой дополнительной арматуры снизу и
торкретированием нижней поверхности плиты;
подведением железобетонных или стальных балок с
изменением расчетной схемы плиты с балочной на
опертую или заделанную по контуру.

58.

Усиление плит
монолитных
перекрытий
а, б – укладкой
дополнительной
армированной плиты;
в, г – подведением
железобетонных и
стальных поперечных
ребер
1 – усиливаемая
плита;
2 – дополнительная
плита;
3 – дополнительное
железобетонное
поперечное ребро;
4 – дополнительное
стальное поперечное
ребро

59. Усиление балок

Усиление балок производят для увеличения их несущей
способности по изгибающему моменту и по поперечной силе в
зависимости от характера повреждений.
Балки усиливаются односторонним или двусторонним
наращиванием железобетоном (сверху, снизу или с боков),а
также с помощью четырехсторонних обойм. При усилении без
разгрузки наращиванием арматуры, дополнительную
арматуру обычно предварительно напрягают.
Приварку дополнительной арматуры осуществляют
посредством коротышей или арматурных отгибов через
200...1000 мм, начиная с концов и постепенно переходя к
середине.
При применении высокоуглеродистых сталей классов A-600 и
выше, а также высокопрочной проволоки и канатов сварка не
допускается. Крепление производится с применением
наружных металлических или железобетонных
поддерживающих систем.

60.

При усилении железобетонных балок наклейкой стальных листов на
полимеррастворе для улучшения сцепления листов с балкой
устраиваются анкерные устройства.
Усиление приопорных участков балок на действие поперечных усилий
может быть осуществлено с использованием: железобетонных обойм
или рубашек с усиленным поперечным армированием, стальных
хомутов, полимерных армированных шпонок, наклейкой листового
металла или стеклоткани. Поперечные хомуты рекомендуется
предварительно напрягать стягиванием хомутов, натяжкой болтов.
При недостаточной несущей способности приопорных участков балок
или при необходимости уменьшения их расчетной длины
устраиваются выносные опоры в виде шпренгельных систем или
консольных балок.
При усилении балок путем изменения конструктивной схемы могут
быть использованы все схемы, показанные в п.5. Подкосы и стойки
прикрепляются к балке непосредственно через стальные детали на
растворе. Включение стоек и подкосов в работу осуществляется
через клиновые стальные прокладки, стальные хомуты, а также
стягиванием или раздвижкой подкосов по металлической прокладке на
графитовой смазке.

61. Включение усиливающих подкосов в работу железобетонных балок через клиновые прокладки – а; раздвижкой подкосов - б

62.

Усиление ребер
сборных плит
установкой хомутов 1 –
хомуты; 2 – прокладки
из уголков
Увеличение опорной
площади ребристых
плит средних пролетов
устройством
металлических
столиков
Увеличение опорной
площади ребристых
плит крайних пролетов
устройством
металлических
консолей

63. Усиление колонн

Наибольшее применение находит усиление
железобетонных колонн устройством железобетонных и
металлических обойм. Усиление обоймами наиболее
рационально для колонн небольшой гибкости.
Арматура или стальные элементы усиления обойм
устанавливаются обычно без связи с арматурой
усиливаемых колонн, поэтому нет необходимости их
вскрывать. При таком способе усиления важно обеспечить
совместную работу "старого" и "нового" бетона (см.
ниже). Для улучшения адгезии и защиты бетона и
арматуры в агрессивных условиях эксплуатации
рекомендуется применение полимербетонов.

64.

Толщина железобетонной обоймы колонн определяется
расчетом и конструктивными требованиями и, как
правило, не превышает 300 мм. Диаметр арматуры
принимают не менее 16 мм для стержней, работающих на
сжатие, и 12 мм для стержней, работающих на
растяжение. Поперечную арматуру диаметром не менее
6 мм для вязаных каркасов и 8 мм для сварных
устанавливают с шагом 15 диаметров продольной
арматуры и не более трехкратной толщины обоймы,
но не более 200 мм.
При местном усилении обойму заводят за пределы
поврежденного участка на длину не менее пяти ее толщин
и не менее длины анкеровки арматуры, а также не менее
двух ширин большей грани колонны, но не менее 400 мм.
Для лучшего сцепления рекомендуется адгезионная
промазка из полимерных материалов.

65.

Поперечная арматура железобетонной обоймы
может быть выполнена в виде спиральной обмотки.
Спирали в плане должны быть круглыми и
охватывать всю рабочую продольную арматуру.
Расстояние между ветвями спирали должно быть не
менее 40 мм и не более 100 мм, оно не должно также
превышать 0,2 диаметров сечения ядра обоймы,
охваченного спиралью.
При сильном повреждении защитного слоя,
железобетонные обоймы выполняются с
обеспечением связи существующей и
дополнительной арматуры.

66.

При необходимости устройства "рубашек" особое
внимание должно быть уделено анкеровке поперечных
хомутов. Это осуществляется обычно путем приварки
хомутов к арматуре колонн или пропуском хомутов
через стену и приваркой к анкерным уголкам.
Наиболее технологичны металлические обоймы из
уголков и соединительных планок между ними.
Эффективность включения металлической обоймы в
работу колонны зависит от плотности прилегания
уголков к телу колонны и от предварительного
напряжения поперечных планок. Для плотного
прилегания уголков поверхность бетона предварительно
по граням колонн тщательно выравнивается
сглаживанием неровностей и зачеканкой цементным
раствором.
Для усиления колонн эффективно использование
предварительно напрягающих элементов.

67. Усиление железобетонных стоек устройством железобетонных (а,б) и стальных обойм

1 – бетон
усиления;
2 – продольная
арматура;
3 – хомуты;
4 спиральная
арматура;
5 – уголок;
6 – планки;
7 –опорный
уголок

68.

Установка дополнительных закладных деталей.
При усилении часто возникает необходимость в установке
дополнительных закладных деталей. При этом детали разделяются
на конструктивные, на которые не передаются значительные усилия,
и на расчетные, которые воспринимают значительные сдвигающие,
отрывающие усилия и изгибающие моменты.
К первой группе относятся закладные детали для фиксации
элементов, которые устанавливаются на несущие конструкции
(например, плиты перекрытия на балки). Эти детали испытывают
сжимающие и незначительные сдвигающие усилия.
Закладные детали крепятся с помощью сварки к существующей
арматуре и с помощью накладных металлических хомутов. В первом
случае скалывается защитный слой арматурных стержней, к ним
привариваются круглые коротыши или ребра из полосовой стали и
к последним - лист (уголок) новой закладной детали. При установке
закладной детали заподлицо с поверхностью элемента устраивается
борозда, и пластина вдавливается в свежий цементный раствор.
Устройство закладных деталей на хомутах менее трудоемко, но
требует большего расхода стали.

69.

Дополнительные закладные детали, а также арматура
усиления могут быть заанкерованы в существующую
железобетонную конструкцию путем пробуривания
скважины и заделки в нее арматурного стержня.
Скважина пробуривается перфоратором на глубину не
менее 20 диаметров.
Арматура или анкерный стержень заделываются на
эпоксидном клее или путем виброчеканки жесткой
цементно-песчаной смесью. На эпоксидном клее
закрепляется арматура к горизонтальной, вертикальной
плоскости бетона, а также к нижней плоскости,
расположенной под углом 45° и более к горизонту.
На цементно-песчаном растворе допускается закрепление
анкера только к горизонтальной плоскости бетона.
Эффективно к концу анкера приварить шайбу.

70.

Установка дополнительной закладной детали с
помощью сварки по верхней плоскости (а) и
заподлицо с поверхностью (б)
1 – сколотая зона бетона, заделываемая раствором; 2 – коротышпрокладка из круглого стержня; 3 – коротыш-прокладка из полосовой
стали; 4 – продольная арматура; 5 –дополнительная ЗД

71. Устройство дополнительных ЗД с помощью хомутов в балках (а) и стойках (б): 1 – листовой держатель; 2 – стержневой держатель; 3 – стяжной болт; 4

– боковая планка; 5 – листовая ЗД; 6 – угловая ЗД