1. Арматурная сталь в железобетонных конструкциях

2. Б) Узлы трубобетонных конструкций

3. Безвибрационные методы формования бетонных и железобетонных изделий. Центрифугирование, литьевая технология, вакуумирование, нагнетание, экструзия, торкретирование.

4. Болтовые соединения металлических конструкций

5. Виды оценки и показатели технологичности сварных конструкций

6. Возведение монолитных железобетонных конструкций

7. Характерные дефекты и повреждения железобетонных конструкций

8. Основные виды коррозии бетонных и железобетонных конструкций представлены на рис. 6.2.

9. 

10. Рис. 6.2. Основные виды разрушений бетонных и железобетонных конструкций

11. Химическую коррозию разделяют на три вида (по классификации В.М. Москвина):

12. - коррозия I вида – возникает из-за вымывания составных частей цементного камня;

13. - коррозия II вида – вызвана реакциями обмена между заполнителем бетона и составляющих клинкера;

14. - коррозия III вида – спровоцирована накоплением солей в составе бетонного раствора, разрушающих структуру цементного камня.

15. Коррозия I вида обусловлена повреждением материала конструкций от действия воды и мороза.

16. Вода, проникая в тело бетона и двигаясь по его порам, вступает в реакцию с составляющим клинкера - гидроксидом кальция Са(ОН)₂ и образует насыщенный раствор, который постепенно вымывается вновь поступающей водой. Бетон вследствие этого воздействия постепенно ослабевает и разрушается. Этот вариант разрушения возможен при достаточно интенсивной фильтрации воды, то есть при постоянном воздействии подземных вод, например, в межсезонный период.

17. С другой стороны при медленной фильтрации и непродолжительном действии воды в глубине бетона гидроксид кальция Са(ОН)₂ выпадает в осадок из пересыщенного раствора, уплотняя тем самым поры бетона. Под действием углекислого газа СО₂ из гидроксида кальция Са(ОН)₂ образуется карбонат кальция. При этом в результате процесса карбонизации происходит увеличение объема твердого вещества примерно на 11%. Появляется внутреннее напряжение, которое при сохранении условий превышает предел прочности бетона на растяжение и обуславливает появление трещин.

18. Морозное разрушение бетонных конструкций происходит из-за воздействия отрицательных температур на поровую воду материала, уже содержавшуюся в структуре бетона или попавшую извне в виде атмосферных осадков. Увеличение объема поровой воды вызывает рост внутреннего напряжения, что так же приводит к образованию трещин.

19. Процесс коррозии II вида состоит в том, что аморфные и скрытокристаллические формы кремнезема могут химически взаимодействовать со щелочами цемента и образовывать силикаты натрия и калия, которые в присутствии кальция поглощают воду, увеличиваются в объеме и вызывают его повреждения. Процесс развивается медленно, разрушение бетона может наступить через 10 лет и более.

20. Коррозия III вида вызвана повреждением железобетонных конструкций от воздействия солей хлоридов.

21. Соли хлоридов, содержащиеся в противогололедных реагентах, способны легко проникать в бетоны, вступать в реакцию с цементным камнем, имеющим щелочной характер, и вызывать коррозию стальной арматуры.

22. Электрохимическая коррозия арматуры железобетонных конструкций во влажной среде вызвана воздействием блуждающих постоянных и переменных токов. Роль проводника ионов (электролита) тока выполняет грунтовая влага. Электродами (анодом и катодом) являются стержни арматуры конструкций или любые другие металлические изделия.

23. В проводнике ионов или электролите при воздействии тока возникает соответствующий электродный потенциал или электродное напряжение. Если электроды соприкасаются между собой, то разность между электродными потенциалами действует как возбудитель коррозионной реакции. Образуется коррозионная пара, в которой один из электродов (анод) является разъедающим металл.

24. Наибольшее воздействие на железобетонные конструкции оказывает физическая коррозия арматуры элементов.

25. Причинами возникновения коррозии этого вида являются различные физические факторы, такие как перепад температуры, воздействие нефтепродуктов, механические повреждения материала конструкции и т.д.

26. Физико-химическая коррозия железобетонных элементов вызывается в основном одновременным воздействием физических факторов и химически агрессивных сред. Например, выщелачивание составляющих бетонного теста.

27. Другие факторы, вызывающие коррозию бетонных и железобетонных конструкций, см. на рис. 6.3.

28. 

29. Рис. 6.3. Основные факторы образования коррозии в бетонных и железобетонных конструкциях

30. В табл. 6.2 приведены категории технического состояния железобетонных конструкций в соответствии с обнаруженными дефектами и повреждениями.

32. Таблица 6.2

33. Оценка технического состояния железобетонных конструкций по внешним дефектам

Категория	Признаки состояния конструкций
I – нормальное	На поверхности бетона незащищенных конструкций видимых дефектов и повреждений нет или имеются небольшие выбоины, сколы, волосяные трещины (≤0,1 мм). Антикоррозионная защита конструкций и закладных деталей не нарушена. Поверхность арматуры чистая, коррозии нет, глубина нейтрализации бетона не превышает половины толщины защитного слоя. Прочность бетона не ниже проектной. Цвет бетона не изменен. Величина прогибов и ширина раскрытия трещин не превышает допустимую.
II – удовлетворительное	Антикоррозионная защита элементов имеет частичные повреждения. На отдельных участках проступают следы коррозии рабочей арматуры отдельными точками и пятнами; потери сечения арматуры не более 5%; глубоких язв, пластинок и ржавчины нет. Антикоррозионная защита закладных деталей не обнаружена. Глубина нейтрализации бетона не превышает толщины защитного слоя. Изменен цвет бетона вследствие пересушивания, местами происходит отслоение защитного слоя бетона при простукивании, шелушение граней и ребер конструкций, подвергшихся замораживанию. Прочность бетона ниже проектной на 10%. Требования норм I группы предельных состояний удовлетворены; требования норм II группы могут быть частично нарушены, но обеспечиваются нормальные условия эксплуатации.
III – неудовлетворительное		Трещины в растянутой зоне бетона превышают их допустимое раскрытие. Трещины в сжатой зоне и зоне главных растягивающих напряжений, прогибы элементов, вызванные эксплуатационными воздействиями, превышают допустимые более чем на 30%. Бетон в растянутой зоне легко крошится. Имеется пластинчатая ржавчина или язвы на стержнях рабочей арматуры. Уменьшена площадь сечения стержней от 5 до 15%. Снижена прочность бетона в сжатой зоне изгибаемых элементов до 30 и на остальных участках – до 20%. Наблюдается провисание отдельных стержней распределительной арматуры, выпучивание хомутов, разрыв отдельных из них, за исключением хомутов сжатых элементов ферм вследствие коррозии стали (при отсутствии в этой зоне трещин). Уменьшена против требований норм и проекта площадь опирания сборных элементов. Водо- и воздухопроницаемость стыков стеновых панелей высокая.
IV – предаварийное		Трещины в конструкциях, испытывающих знакопеременные воздействия, трещины, пересекающие опорную зону анкеровки растянутой арматуры; разрыв хомутов в зоне наклонной трещины в средних пролетах многопролетных балок и плит, а также слоистая ржавчина или язвы, вызывающие уменьшение площади сечения арматуры более 15 %; выпучивание арматуры сжатой зоны конструкций; деформация закладных и соединительных деталей из-за коррозии стали в сварных швах, расстройство стыков сборных элементов с взаимным смещением последних; смещение опор, значительные (1/50 пролета) прогибы изгибаемых элементов при наличии трещин в растянутой зоне с раскрытием более 0,5 мм; разрыв хомутов сжатых элементов ферм; разрыв хомутов в зоне наклонных трещин.
V - аварийное			Разрыв отдельных стержней рабочей арматуры в растянутой зоне; раздробление бетона и выкрашивание заполнителя в сжатой зоне. Снижена прочность бетона в сжатой зоне изгибаемых элементов и на остальных участках более 30%; уменьшена против требований норм и проекта площадь опирания сборных элементов. Существующие трещины, прогибы и другие повреждения свидетельствуют о явной опасности разрушения конструкций и возможности их обрушения.
Примечания: 1. Для отнесения конструкции к перечисленным в таблице категориям состояния достаточно наличие хотя бы одного признака, характеризующего эту категорию. 2. Преднапряженные железобетонные конструкции с высокопрочной арматурой, имеющие признаки II категории состояния, относятся к III категории, а имеющие признаки III категории – соответственно к VI и V категориям в зависимости от опасности обрушения. 3. При уменьшенной против требований норм и проекта площади опирания сборных элементов необходимо провести ориентировочный расчет опорного элемента на срез и смятие бетона. В расчете учитываются фактические нагрузки и прочность бетона. 4. Отнесение обследуемой конструкции к той или иной категории состояния при наличии признаков, не отмеченных в таблице, в сложных и ответственных случаях должно производиться на основе анализа напряженно-деформированного состояния конструкций, выполняемых специализированными организациями.

Деформации и повреждения балок, плит

В изгибаемых элементах, работающих по балочной системе, могут возникать трещины (см. рис. 6.4):

- нормальные трещины (перпендикулярные продольной оси) в зоне максимальных растягивающих напряжений;

- наклонные трещины в зоне действия перерезывающих сил и изгибающих моментов [45, 46].

Нормальные трещины имеют максимальную величину раскрытия на пролетных участках балок и прогонов и свидетельствуют о недостаточной несущей способности бетона по изгибающему моменту (см. рис. 6.4) [47].

Наклонные трещины на опорных частях балок и прогонов свидетельствуют о недостаточной несущей способности по наклонным сечениям и изгибающему опорному моменту (см. рис. 6.4).

Появление трещин в сжатой зоне указывает на исчерпание несущей способности материала конструкций.

Рис. 6.4. Трещины при разрушении железобетонных балок и прогонов:

а - и б - нормальные трещины в пролетах балок от изгибающих моментов на различных стадиях работы

Рис. 6.4 (окончание). Трещины при разрушении железобетонных балок и прогонов (предаварийное и аварийное состояние):

в - нормальные трещины и разрушение бетона в сжатой части верхнего пояса балки от изгибающего момента (здесь l_тр – расстояние между трещинами, в_тр – ширина трещины);

г - наклонные трещины у опор балки от перерезывающих сил и изгибающего момента, разрушение балки из-за продергивания арматуры;

1 – продольные трещины в сжатой зоне балки, разрушение участков бетона; 2 – нормальная трещина, в которой арматура достигла предела текучести; 3 – продольные трещины в сжатой зоне; 4 – наклонная трещина выходит за растянутую грань сечения

Трещинообразование в плитах, в зависимости от схемы работы, приведены на рис. 6.5.

Рис. 6. 5. Трещины при разрушении железобетонных плит с разной системой работы:

а - балочной при l₂/l₁ ≥ 3;

б - с опиранием по контуру;

в - с опиранием по трем сторонам

Для плит характерно трещинообразование в следующих местах:

- в средней части поля плиты;

- поперек поля плиты с максимальным раскрытием на нижней поверхности;

- на опорных участках в поперечном направлении рабочего пролета с раскрытием на верхней поверхности плиты;

- радиальные и концевые трещины с выпадением защитного слоя бетона;

- трещины вдоль арматуры по нижней плоскости плиты чаще силового происхождения, с различным соотношением сторон (см. рис. 6.5).

В результате трещинообразования железобетонные конструкции получают деформации, в частности – прогибы (рис. 6.6). Допустимые значения прогибов приведены в табл. 6.5.

Рис. 6.6. Прогиб и разрушения железобетонных балок:

а - прогиб балки;

б - разрушение бетона балки, коррозия арматуры и бетона;

1 - выпучивание; 2 - выкрашивание; 3 - оголение арматуры

Таблица 6.3

Предельно допустимые прогибы ЖБК

N п/п	Элементы конструкций	Предельно допустимые прогибы
	Перекрытия, элементы покрытия при пролетах (ℓ)	ℓ < 6 6 ≤ ℓ ≤ 7,5 ℓ > 7,5	ℓ / 200 30 мм ℓ / 250
	Перекрытия с ребристым потолком, элементы лестниц	ℓ < 5 5 ≤ ℓ ≤ 10 ℓ > 10	ℓ / 200 25 мм ℓ / 400
	Подкрановые балки	ℓ / 600
	Стеновые навесные панели (из плоскости)	ℓ < 6 6 ≤ ℓ ≤ 7,5 ℓ > 7,5	ℓ / 200 30 мм ℓ / 250

Примечание: При действии всех нагрузок прогиб балок и плит не должен превышать ℓ/150 пролета и ℓ/75 вылета консоли.

Деформации и повреждения колонн, панелей, ферм

В колоннах проявляются наклонные, вертикальные и горизонтальные трещины. Вертикальные трещины образуются в результате изгиба стержневой арматуры, особенно в тех сечениях, где большой шаг хомутов. Горизонтальные трещины в основном не опасны, однако через них проникает влага, способствующая коррозии арматуры (см. рис. 6.7).

В предварительно напряженных элементах трещина на опорных участках вдоль арматуры указывает на нарушение анкеровки арматуры; об этом также говорят и наклонные трещины в приопорных участках, пересекающие зону расположения преднапряженной арматуры.

Рис. 6.7. Трещины при разрушении железобетонных колонн:

а - горизонтальные трещины при разрушении растянутой колонны;

б - вертикальные и наклонные трещины при разрушении центрально-сжатой колонны;

в - наклонные трещины в короткой консоли колонны;

г - горизонтальные трещины при разрушении внецентренно-сжатого элемента

Трещины и отслоения бетона могут быть вызваны также коррозионным разрушением арматуры, когда происходит нарушение сцепления продольной и поперечной арматуры с бетоном (определяется глухим звуком при простукивании).

В опорных узлах ферм также могут возникнуть наклонные трещины, совместно с лучеобразными и вертикальными (рис. 6.8).

Появление горизонтальных трещин в нижнем поясе свидетельствует об отсутствии или недостаточности поперечного армирования в бетоне.

Нормальные трещины появляются в растянутых стержнях при необеспеченности их трещиностойкости.

Появление лещадок говорит об исчерпании прочности бетона на участках сжатого пояса фермы или на опоре.

 

 

Рис. 6.8. Трещины при разрушении железобетонных ферм:

а - горизонтальные, вертикальные и наклонные трещины в опорном узле фермы;

б - вертикальные трещины и лещадка в сжатом узле пояса фермы;

1 - горизонтальная трещина;

2 -серия вертикальных трещин;

3 - откол лещадок;

4 - наклонная трещина, доходящая до нижней грани пояса;

5 - серия вертикальных трещин

 

Рис. 6.8 (окончание). Трещины при разрушении железобетонных ферм:

в - трещины по нижнему поясу в узле сопряжения с растянутым раскосом;

г - трещины в растянутом поясе и узле фермы;

6 - трещина в месте сопряжения раскоса и пояса;

7 - трещины в поясе фермы;

8 - вертикальные трещины по поясу фермы;

9-горизонтальные трещины по поясу фермы

 

Рис. 6.9. Разрушения железобетонных колонн:

а - разрушение защитного слоя бетона; б - скол бетона участка колонны в сжатой зоне при потере устойчивости арматурных стержней; 1 - коррозия бетона и арматуры колонны; 2 -сжатая арматура; в – шаг хомутов

Предельно допустимые значения повреждений балок и плит приведены в табл. 6.6, для колонн – в табл. 6.7.

Таблица 6.4

Предельные допустимые значения параметров дефектов для различных категорий технического состояния железобетонных балок и плит

№ п/п	Вид разрушения	Категории
	Ширина раскрытия нормальных трещин, мм	0,1	0,3	0,5	1,0	>1
	Ширина раскрытия наклонных трещин, мм	-	0,2	0,3	0,4	>0,4
	Прогиб балок	-	>1/150	>1/100	1/75	>1/50
3а	Прогиб подкрановых балок		>1/400	>1/300	>1/200	>1/200
	Снижение прочности бетона, %	-	-			>30
	Уменьшение сечения арматуры из-за коррозии, %	-				>20

Предельные значения дефектов железобетонных колонн и их характерные повреждения приведены в табл. 6.7.

Таблица 6.5

Предельно допустимые значения параметров дефектов для различных категорий технического состояния железобетонных колонн

№ п/п	Вид разрушения	Категории
	Ширина раскрытия продольных (вертикальных) трещин, мм		0,2	0,3	0,4	>0,4
	Ширина раскрытия поперечных (горизонтальных) трещин, мм	0,1	0,3	0,4	0,5	>0,5
	Уменьшение сечения колонн в результате коррозии бетона, %					>25
	Уменьшение сечения продольной арматуры из-за коррозии, %	-				>20
	Выпучивание сжатой арматуры	−	−	−	+	+

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 незавершенном строительстве;

- при перерыве в строительстве;

- 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

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.

РЕКЛАМА

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) [47]

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.

Пример расчета усиления колонны железобетонной обоймой

Исходные данные

Железобетонная колонна сечением 0,3х0,3 м.

Расчетная длина колонны Н = 4,0 м.

Класс бетона В15.

Расчетное сопротивление бетона R_b = 8,5 МПа.

Площадь рабочей арматуры класса АIII диаметром 12 мм A_s = 4,52 см².

Дополнительная нагрузка при реконструкции N = 1000 кН.

Цель расчета

Определить возможность эксплуатации железобетонной колонны при реконструкции. При необходимости запроектировать усиление.

Порядок расчета

1. Определение расчетной схемы колонны – см. рис. 6.14.

2. Определение фактической несущей способности колонны.

3. Проверка условия прочности колонны (N_нес > N) с учетом дополнительной нагрузки при реконструкции.

4. Конструирование схемы усиления (обоймы) железобетонной колонны (при необходимости).

5. Проверка условия прочности после усиления железобетонной колонны с учетом работы обоймы.

Расчет

1. Расчетная схема колонны изображена на рис. 6.19, а.

2. Оценка несущей способности сжатой железобетонной колонны производится согласно СНиП 2.03.01-84* «Бетонные и железобетонные конструкции» по формуле

 (6.1)

где

j

−

коэффициент, определяемый по формуле

 (6.2.)

где	jb	−	коэффициент, принимаемый по табл. 6.6;
	jsb	−	коэффициент, принимаемый по табл. 6.7;
	αs	−	коэффициент, вычисляемый по формуле

 , (6.3)

где	Rs	−	расчетное сопротивление арматуры растяжению, МПа;
	Аs	−	площадь сечения стержней арматуры, м2;
	Rb	−	расчетное сопротивление бетона сжатию, МПа (см. табл. 6.1);
	А	−	площадь сечения колонны h×b, м;
	Rsс	−	расчетное сопротивление арматуры сжатию, МПа.

Таблица 6.6

Коэффициент j_b при Н/h

Н/h
jb	0,92	0,91	0,89	0,86	0,82	0,76	0,69	0,61

Таблица 6.7

Коэффициент j_sb при Н/h

Н/h
jsb	0,92	0,91	0,90	0,89	0,87	0,84	0,79	0,74

Примечание: коэффициент j_b и j_sb при промежуточных величинах гибкостей определяются интерполяцией.

Здесь	Н	−	расчетная длина элемента, м;
	h	−	высота сечения элемента, м.

Рис. 6.19. Расчетная схема железобетонной колонны:

а - сечение колонны до усиления, б - сечение колонны после усиления

Определяем несущую способность колонны до усиления (см. формулу (6.1))

Н/h = 4,0/0,3 = 13,33; j_b = 0,847, j_sb = 0,883;

R_S = 365 МПа.

 ;

 ;

j = 0,862 < j_sb = 0,883;

   кН.

3. Проверяем условие прочности

Nнес = 751,00 кН < N = 1000 кН.

Вывод: прочность колонны недостаточна, требуется усиление.

4. В качестве варианта усиления рассмотрим железобетонную обойму толщиной 60 мм из бетона класса В15 и арматурных стержней класса АIII (8 стержней).

Определим размеры сечения колонны с учетом толщины обоймы 60 мм (см. рис. 6.19)

b₁=h₁= b+2·0,06 = 0,30+2·0,06 = 0,420 м;

Минимальная общая площадь сечения продольной арматуры обоймы с учетом оптимального коэффициента армирования для колонн 0,9% определяется по формуле

А^мин_S1 =0,009·(h₁·b₁ - h·b) = 0,009·(42·42-30·30) = 7,78 см²;

Армирование обоймы осуществляется арматурными стержнями - 8 шт. Площадь одного стержня обоймы

А₁ = А^мин_S1/8 = 7,78/8 = 0,973 см².

Принимаем армирование обоймы стержнями 8 шт. диаметром 12 мм. Расчетная площадь сечения одного стержня 1,131 см².

Общая расчетная площадь сечения восьми стержней

А₁ = 1,131 х 8 = 9,05 см².

Определяем прочность колонны после усиления с учетом работы обоймы

Н/h₁ = 4,0/0,42 = 9,52, j_b = 0,895, j_sb = 0,902;

 ;

 < j_sb = 0,902;

Общая площадь армирования колонны

А_s,tot = А_s + А_s1 = 4,52 + 9,05 = 13,57·10^-4 м².

   кН;

4. Проверяем условие прочности

 = 1634,65 кН>N=1000 кН.

Вывод: прочность колонны после усиления достаточна для восприятия нагрузки при реконструкции здания. Сечение колонны после усиления показано на рис. 6.19, б.