«ПРОЕКТИРОВАНИЕ РЕКОНСТРУКЦИИ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ Учебно-методический комплекс В трех частях Часть 2 Д. Н. Лазовский ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ И УСИЛЕНИЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ Допущено Министерством образования Республики ...»

Если в результате расчета окажется, что сжатая зона находится только на участке бетона одного класса, то в расчетах вместо f cd, red следует принимать расчетное сопротивление бетона этого участка f cdi и уточнить высоту сжатой зоны бетона.

При повреждении арматуры коррозией, обрыве части стержней арматуры поверочный расчет производится с учетом фактического уменьшения сечения или отсутствия части арматуры железобетонного элемента.

В случае повреждения поперечной арматуры (или мест ее сварки), закрепляющей продольные сжатые стержни от их бокового выпучивания в любом направлении, и увеличении расстояния между хомутами более допустимого по [8] продольные сжатые стержни в расчете не учитываются.

При нарушении анкеровки (сварки, охвата продольной арматуры) поперечной арматуры, предусмотренной для восприятия поперечных сил, по концам к расчетному сопротивлению поперечной арматуры вводится понижающий коэффициент, вычисляемый по формуле где l x, i – меньшее из расстояний от начала зоны анкеровки i-того поперечного стержня до места пересечения его расчетным наклонным сечением;

lbd, i – требуемая длина зоны анкеровки i-того поперечного стержня;

n – количество поперечных стержней по длине расчетного сечения.

3.4. Алгоритм оценки технического состояния В результате поверочных расчетов железобетонных конструкций в соответствии с алгоритмом, представленным на рис. 3.1, категория технического состояния конструкции уточняется.

Ремонтно-восстановительные работы планируются исходя из категории состояния.

Так, I категория состояния свидетельствует об отсутствии необходимости выполнения ремонтно-восстановительных работ. Малозначительные дефекты устраняются в процессе технического обслуживания.

II категория – дефекты и повреждения устраняются, конструкции покрываются защитными составами в процессе технического обслуживания и текущего ремонта.

III категория – необходимо восстановление защитных свойств бетона по отношению к арматуре (штукатурка сколов, инъецирование трещин, окраска и т.д.) в процессе ремонта.

IV категория – необходимо ограничение нагрузок, капитальный ремонт, усиление или замена конструкций при отсутствии угрозы безопасности работающих.

V категория – необходимо вывести людей из опасной зоны, выполнить противоаварийные мероприятия (разгрузка, временные крепления и т.д.) до проведения работ по усилению или замене конструкций.

Для железобетонных конструкций с разработанными расчетнотеоретическими основами или испытанных до разрушения критерием аварийности является коэффициент K, равный отношению усилий, соответствующих прочности с учетом фактического состояния конструкции, определяемых расчетом по средним значениям прочности бетона ( f cm, f ctm ) и арматуры ( f yR = 1,1 f yk, f pR = 1,0 f yk или f yR = f ym ) или испытанием, к усилиям от фактически действующих нагрузок.

Значение коэффициента K, меньшее, чем C, свидетельствует о предаварийном состоянии конструкций (V категория состояния).

C = 1,3 – при внезапной, хрупкой схеме разрушения конструкции по сжатой зоне в нормальном сечении, в зоне среза при действии поперечной силы или по анкеровке арматуры, по пространственному сечению от действия крутящего момента и поперечной силы, при продавливании;

C = 1,15 – при пластичном разрушении от текучести арматуры в нормальном сечении, по пространственному сечению от действия крутящего и изгибающего моментов.

Рис. 3.1. Алгоритм оценки технического состояния железобетонных конструкций 1. По каким нормативным документам производятся поверочные расчеты строительных конструкций эксплуатируемых зданий и сооружений, запроектированных по ранее действовавшим нормам?

2. Как определяются расчетные характеристики бетона железобетонных конструкций эксплуатируемых зданий и сооружений?

3. Как определяются расчетные характеристики арматуры железобетонных конструкций эксплуатируемых зданий и сооружений?

4. Как в поверочных расчетах железобетонных конструкций эксплуатируемых зданий и сооружений учитывается наличие продольных трещин в зоне анкеровки арматуры?

5. Как в поверочных расчетах железобетонных конструкций эксплуатируемых зданий и сооружений учитывается местное снижение прочности бетона сжатой зоны?

6. Изложите алгоритм выполнения поверочных расчетов железобетонных конструкций эксплуатируемых зданий и сооружений с целью уточнения их категории состояния.

7. Какие виды ремонтно-восстановительных работ производятся в зависимости от категории состояния железобетонных конструкций эксплуатируемых зданий и сооружений?

8. Как расчетным путем устанавливается предаварийное состояние железобетонных конструкций эксплуатируемых зданий и сооружений?

ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

НА ОСНОВЕ ДЕФОРМАЦИОННОЙ МОДЕЛИ

В соответствии с [8] расчет прочности бетонных и железобетонных элементов производится на основе деформационной модели из общего условия метода предельных состояний где Sd – внутреннее усилие, вызванное расчетным воздействием в рассматриваемом сечении конструкции; Rd – предельное усилие, которое способна воспринять конструкция, и определяемое в общем случае:

при нелинейных расчетах конструкций где f cm – прочность бетона, которую следует принимать по [8, табл. 6.1] исходя из класса бетона (условного класса бетона) или по результатам испытания бетона; f yR, f pR – прочность арматуры (обычной и предварительно напряженной); ad – геометрические размеры сечения; R – коэффициент, который следует принимать равным 1,35.

при линейно-упругом расчете конструкций или нелинейном, пластическом расчетах сечений Метод расчета железобетонных элементов на основе деформационной модели с использованием диаграмм «напряжение-деформация» для бетона и арматуры позволяет производить поверочные расчеты конструкций с произвольной формой поперечного сечения из тяжелых и легких бетонов с различными физико-механическими характеристиками бетона по сечению элемента и произвольным расположением арматуры любых классов.

Согласно принятой деформационной модели сечение железобетонного элемента рассматривается как совокупность элементарных площадок, в пределах которых напряжения считаются равномерно распределенными, а относительные деформации по высоте сечения элемента связанны гипотезой плоских сечений.

При расчете сечений простой формы с арматурой, сосредоточенной у наиболее растянутой и наиболее сжатой граней конструкции, и усилиями, действующими в плоскости симметрии, допускается применять альтернативную модель с прямоугольной эпюрой распределения напряжений в пределах эффективной высоты сжатой зоны сечения.

При выполнении нелинейных расчетов конструкций в качестве полной диаграммы бетона, устанавливающей зависимость между напряжениями и деформациями, принимается диаграмма состояния бетона с ниспадающей ветвью, рекомендованная Европейским комитетом по бетону (ЕКБ-ФИП) (рис. 4.1):

Рис. 4.1. Диаграмма состояния бетона при нелинейных расчетах конструкций Начальный модуль деформаций для тяжелого и мелкозернистого бетонов (МПа) вычисляется по формуле Предельные деформации бетона при сжатии принимаются по [8] в зависимости от класса бетона в пределах cu1 = (3,5... 2,8) 103, при растяжении – ctu = 2 f ctm Ecm, n.

Основные базовые точки в вершинах диаграммы имеют ординаты, соответствующие средней прочности бетона при осевом однородном сжатии f cm или растяжении f ctm, и соответствующие им деформации Для обследуемых конструкций, подвергающихся специфическим воздействиям, когда изменяются исходные физико-механические свойства бетона, нелинейную диаграмму его состояния следует трансформировать с учетом опытных данных и коэффициентов условий работы.

При выполнении линейно-упругих расчетов конструкций или нелинейного, пластического расчета сечений допускается работу бетона на растяжение не учитывать, а при сжатии применять параболически линейную диаграмму (рис. 4.2, а), для которой взаимосвязь между напряжениями и деформациями описывается следующими зависимостями:

где n – показатель степени, принимаемый по [8], (n = 2…1,4); с2 – относительные деформации, соответствующие максимальным напряжениям на диаграмме; f cd – расчетное сопротивление бетона; – коэффициент, учитывающий длительное действие нагрузки.

При выполнении расчетов прочности сечений может быть использована также эквивалентная упрощенная билинейная диаграмма деформирования бетона при сжатии (рис. 4.2, б) с относительными деформациями, соответствующими максимальным напряжениям на диаграмме с3.

Рис. 4.2. Диаграммы деформирования для бетона при сжатии, применяемые при расчете прочности сечений: а – параболически-линейная;

б – упрощенная билинейная; 1 – нормативная диаграмма; 2 – расчетная диаграмма Величина предельных относительных деформаций сжатого бетона cu2 (cu3) принимается по [8]. При этом предельные относительные деформации сжатого бетона не должны превышать:

а) для центрально-сжатых сечений – значений cu2 (cu3);

б) для внецентренно сжатых сечений (с двузначной эпюрой относительных деформаций) – cu2 (cu3).

Во всех промежуточных ситуациях принято такое распределение относительных деформаций по высоте, когда на расстоянии, равном 1 c 2 h или 1 c3 h от наиболее сжатой грани сечения, значения относительных деформаций не должны превышать cu2 (cu3).

Переход от диаграмм для расчета прочности сечений к расчетным диаграммам, используемым в расчетах деформаций и трещиностойкости, производится заменой расчетных сопротивлений нормативными. При этом расчетные значения деформационных параметров базовых точек диаграмм бетона остаются неизменными.

4.3. Диаграммы деформирования арматуры В качестве диаграммы деформирования арматуры, имеющей физический предел текучести, принимается билинейная диаграмма Прандтля с основной и дополнительной базовыми точками (рис. 4.3, а), для арматуры с условным пределом текучести – диаграмма, состоящая из двух прямолинейных отрезков с двумя базовыми точками (рис. 4.3, б). Форма и основные параметрические точки диаграмм деформирования арматуры при растяжении и сжатии принимаются одинаковыми.

Рис. 4.3. Нормативная (1) и расчетная (2) диаграммы деформирования арматуры:

а – с физическим пределом текучести; б – с условным пределом текучести При выполнении линейно-упругих расчетов конструкций или нелинейного, пластического расчета сечений основная базовая точка диаграммы состояния арматуры имеет координаты, равные принятому в [8] нормативному сопротивлению арматуры растяжению f yk ( f 0.2 k ) и соответствующие ему деформации sy :

для арматуры с физическим пределом текучести для арматуры с условным пределом текучести Параметры дополнительной базовой точки диаграммы деформирования арматуры вычисляются по формуле ftk = kf 0.2k, где k принимается равным:

1,05 – для стержневой арматуры класса S500;

1,1 – для арматуры класса S800, S1200, S1400.

Расчетные значения прочностных параметров диаграммы состояния арматуры определяют с учетом частного коэффициента безопасности по арматуре s, равного:

1,1 – для стержневой ненапрягаемой S240, S400, S500;

1,2 – для проволочной ненапрягаемой S500 и напрягаемой S800, S1200, S1400.

Величину предельных относительных деформаций растянутой арматуры следует принимать равной su = sR 0,01, где sR – предельная относительная деформация растянутой арматуры, установленная экспериментально или в соответствии со стандартами.

Начальный модуль деформаций для горячекатаной, термомеханически упрочненной и холоднодеформированной арматуры принимается равным 2105 МПа, для арматурных канатов – 1,9105 МПа или по результатам испытаний.

Расчетные значения деформационных параметров диаграмм состояния арматуры определяются по расчетным значениям прочностных параметров.

При нелинейных расчетах конструкций основная базовая точка диаграммы состояния арматуры имеет координаты, равные f yR = 1,1 f yk, f pR = 1,0 f pk или f yR = f ym (при выполнении поверочных расчетов по результатам испытаний стержней арматуры) и соответствующие им относительные деформации.

4.4. Расчет прочности железобетонных элементов по сечению, Расчет прочности железобетонных элементов по сечению, нормальному к продольной оси, производится из условий равновесия, гипотезы плоских сечений и диаграмм состояния бетона и арматуры (рис. 4.4).

Для изгибаемых элементов Для внецентренно сжатых и внецентренно растянутых Алгоритм определения прочности железобетонных элементов по сечению, нормальному к продольной оси, предусматривает шаговый метод последовательных нагружений, на каждом этапе которого реализован итерационный процесс вычисления относительных деформаций в элементарных площадках.

При заданном усилии от внешней нагрузки первоначально вычисляется положение центра тяжести сечения элемента в предположении упругой работы бетона и арматуры Ecn = Ecm и Esk = Esm :

где Ecn и Esk – секущие модули деформации элементарной площадки соответственно бетона и арматуры; yn и yk – расстояния от выбранной оси элемента до центра тяжести элементарной площадки бетона и арматуры; Acn и Ask – площади сечения элементарной площадки бетона и арматуры; n и k – количество элементарных площадок бетона и арматуры.

Рис. 4.4. Расчетное поперечное сечение и распределение деформаций и напряжений: а – изгибаемого железобетонного элемента; б – внецентренно сжатого При заданном положении нейтральной линии определяется кривизна изгибаемого железобетонного элемента На основе гипотезы плоских сечений относительные деформации элементарной площадки бетона и арматуры:

секущие модули деформаций бетона и арматуры:

Если деформации растяжения в бетоне элементарной площадки превышают предельные значения, это свидетельствует об образовании трещины в этой площадке. В дальнейших расчетах осевая жесткость этой элементарной площадки принимается равной нулю, то есть Ecn Acn = 0.

Найденные секущие модули деформаций вводятся в расчет в новом расчетном цикле. Критерием окончания процесса последовательных приближений является сравнение общих деформационных параметров на смежных этапах.

После окончания итерационного процесса при заданном усилии от внешней нагрузки производится увеличение усилия на одну ступень и расчет повторяется. Максимальное усилие от внешней нагрузки, при котором относительные деформации в бетоне или арматуре достигают предельных значений, соответствуют прочности железобетонного элемента.

Для внецентренно нагруженных железобетонных элементов алгоритм оценки прочности аналогичный изгибаемым элементам. Относительные деформации элементарной площадки согласно гипотезе плоских сечений определяются по формуле где N – продольная сила (растягивающая сила принимается со знаком «плюс», сжимающая – «минус»); eN – расстояние от места приложения силы до выбранной оси.

Рис. 4.5. Расчетное поперечное сечение кососжатого железобетонного элемента Уравнения напряженно-деформированного состояния для сечения, нормального к продольной оси элемента, имеют вид:

для косоизгибаемых элементов для кососжатых элементов Относительные деформации i -той элементарной площадки бетона или арматуры согласно гипотезе плоских сечений определяются по формулам:

для косоизгибаемых элементов для кососжатых элементов где M y и M x – составляющие изгибающего момента соответственно в плоскости оси y и x ; eNy и eNx – расстояние от места приложения продольного усилия до принятых осей, y0 и x0 – расстояние от центра тяжести сечения до принятых осей.

Поверочные расчеты железобетонного элемента по сечению, нормальному к продольной оси, на аварийность (установление категории состояния V или IV) производятся для усилий от фактически действующих нагрузок по диаграммам деформирования для нелинейных расчетов конструкций при средних значениях прочностных характеристик бетона и арматуры.

Поверочные расчеты по раскрытию трещин, нормальных к продольной оси железобетонного элемента, следует производить из условия где wk – расчетная ширина раскрытия трещин; wlim – предельно допустимая ширина раскрытия трещин.

Расчетная ширина раскрытия трещин, нормальных к продольной оси элемента, равна где srm – среднее расстояние между трещинами; sm – средние деформации арматуры, определяемые при соответствующей комбинации нагрузок; – коэффициент, учитывающий отношение расчетной ширины раскрытия трещин к средней.

Значение средней деформации растянутой арматуры sm следует определять по формуле где s – деформация растянутой арматуры в сечении с трещиной, определяемая в общем случае из решения расчетной системы уравнений деформационной модели; s – коэффициент, учитывающий неравномерность распределения деформаций растянутой арматуры на участках между трещинами.

Среднее расстояние между нормальными трещинами в изгибаемых и растянутых элементах (в мм) равно где – диаметр стержня (в мм) (при использовании в одном сечении стержней разных диаметров допускается принимать их средний диаметр);

k1 – коэффициент, учитывающий условия сцепления арматуры с бетоном;

k2 – коэффициент, учитывающий вид напряженно-деформированного состояния элемента; eff – эффективный коэффициент армирования, равный отношению значения площади сечения арматуры As, заключенной внутри эффективной площади растянутой зоны сечения Ac, eff, к значению этой площади (рис. 4.6):

в) элементы, подвергнутые растяжению Рис. 4.6. К определению эффективной площади растянутой зоны сечения Поверочный расчет железобетонных конструкций по деформациям следует производить из условия где ak – прогиб (перемещение) железобетонной конструкции от действия внешней нагрузки; alim – предельно допустимый прогиб (перемещение).

Вычисление прогибов (перемещений) железобетонных элементов от действия внешних нормативных нагрузок производится по общим правилам строительной механики по значениям кривизны по длине железобетонных конструкций, определяемым в общем случае из решения расчетной системы уравнений деформационной модели при нормативных диаграммах деформирования бетона и арматуры.

1. Из какого общего условия метода предельных состояний производится расчет прочности бетонных и железобетонных элементов?

2. При каких расчетах предельного усилия, воспринимаемого железобетонными конструкциями, применяется общий коэффициент безопасности к прочности всего сечения?

3. При каких расчетах предельного усилия, воспринимаемого железобетонными конструкциями, применяются частные коэффициенты безопасности к прочности бетона и арматуры?

4. В каких случаях для железобетонных элементов допускается применять альтернативную модель расчета прочности по сечению, нормальному к продольной оси, с прямоугольной диаграммой распределения напряжений в пределах эффективной высоты сжатой зоны сечения?

5. Какие предпосылки положены в основу расчета прочности железобетонных элементов по сечению, нормальному к продольной оси, согласно деформационной модели?

6. Назовите основные базовые точки полной диаграммы деформирования бетона при нелинейных расчетах конструкций.

7. Каким образом в расчете по деформационной модели учитываются специфические воздействия, изменяющие исходные физико-механические свойства бетона?

8. Какой формы диаграмму деформирования бетона допускается использовать при линейно-упругих расчетах конструкций и нелинейном расчете сечений?

9. Каким образом при линейно-упругих расчетах конструкций и нелинейном расчете сечений осуществляется переход от диаграмм для расчета прочности сечений к расчетным диаграммам, используемым в расчетах деформаций и трещиностойкости?

10. Какой формы диаграммы деформирования арматуры (с физическим пределом текучести; с условным пределом текучести) применяются при расчетах железобетонных конструкций по деформационной модели?

11. Запишите основные условия расчета параметров напряженно-деформированного состояния для сечения, нормального к продольной оси, для изгибаемых (внецентренно сжатых) железобетонных элементов по деформационной модели.

12. Изложите алгоритм определения прочности железобетонных элементов по сечению, нормальному к продольной оси, на основе деформационной модели.

13. Изложите методику расчета раскрытия трещин, нормальных к продольной оси, железобетонных элементов на основе деформационной модели.

14. Как производится поверочный расчет железобетонных конструкций по деформациям?

Тема 5. ОЦЕНКА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ

КАМЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

5.1. Дефекты и повреждения каменных конструкций Фактическое техническое состояние каменных и армокаменных конструкций зданий и сооружений (аналогично выше рассмотренным железобетонным конструкциям) устанавливается в результате их обследования, поверочных расчетов и натурного испытания.

Дефекты и повреждения каменных и армокаменных конструкций, оказывающие влияние на их техническое состояние, появляются в результате следующих воздействий: механических (статических и динамических), коррозионных, температурно-влажностных, а также неравномерных осадок основания под фундаментами (по характеру расположения трещин в кирпичных стенах здания можно судить о причинах их возникновения, рис. 5.1).

Рис. 5.1. Расположение трещин в кирпичной кладке стен и причины их возникновения:

а – слабый грунт под средней частью здания; б – то же у торца здания;

в – твердый грунт под средней частью здания; г – просадка части здания;

д – разные давления в подошве фундаментов при разнонагруженных стенах Дефекты и повреждения, характерные для каменных конструкций, принято классифицировать по следующим признакам:

по происхождению дефектов и повреждений:

низкое качество выполнения работ (нарушение толщины швов, правила перевязки, отклонение от вертикали и т.д.), низкое качество материалов (искривление граней кирпича, низкая морозостойкость и т.д.), низкое качество эксплуатации (замачивание кладки, размораживание в водонасыщенном состоянии, выветривание швов и т.д.), ошибки проектирования (неправильный учет нагрузок, их эксцентриситетов приложения и т.д.);

по времени проявления дефектов и повреждений:

в период строительства, при длительном перерыве в строительстве без консервации, в период плановой эксплуатации, после выработки сроков эксплуатации;

по способам обнаружения дефектов и повреждений:

явный дефект (обнаруживается при визуальном наблюдении), скрытый дефект (выявляется с применением известных методов и средств);

по степени влияния дефектов и повреждений:

незначительная степень (прочность кладки снижена до 5 %, усиление не требуется), слабая степень (прочность снижена до 15 %, усиление требуется при наличии трещин в зависимости от величины действующей нагрузки), средняя степень (прочность снижена до 25 %, усиление обязательно), сильная степень (прочность снижена до 50 %, усиление обязательно), аварийная степень (прочность кладки снижена более чем на 50 %, необходимы противоаварийные мероприятия, технико-экономическое обоснование усиления или замены);

по возможности устранения дефектов и повреждений:

устранимые (устранение которых возможно и целесообразно), неустранимые;

по видам повреждений:

повреждения защитных и отделочных слоев кладки, повреждения основного материала, повреждения, связанные с увлажнением и размораживанием, повреждения, вызванные деформациями стен и нарушением их сплошности.

5.2. Особенности обследования каменных конструкций Обследование каменных конструкций, также как и железобетонных, выполняется в два этапа: предварительное (визуальное) и детальное (инструментальное). Кроме этого производят отбор и лабораторное испытание образцов материалов. На стадии предварительного обследования выявляют конструкции, находящиеся в предаварийном состоянии, принимают меры, предотвращающие обрушение. Инструментальное обследование производится однократно, если деформации, вызвавшие повреждения, прекратились, иначе организовывается длительное наблюдение с установкой маяков.

Предаварийное состояние каменных и армокаменных конструкций характеризуется следующими признаками:

силовые трещины раскрытием более 2 мм, пересекающие более 8 рядов кладки (рис. 5.2, а);

образование под опорами пролетных конструкций вертикальных и наклонных трещин, пересекающих более 4 рядов (рис. 5.2, б);

краевое повреждение кладки под опорами на глубину более 1 5 опирания (рис. 5.2, в);

повреждение кладки на глубину более 50 % толщины (рис. 5.2, г);

отклонение от вертикали и выпучивание стен в пределах этажа более 1 3 их толщины (рис. 5.2, д);

смещение конструкций перекрытия на опорах более 1 2 глубины заделки в стене (рис. 5.2, е);

разрушение анкерных связей крепления стен к колоннам и перекрытиям (рис. 5.2, ж).

5.3. Определение расчетных характеристик материалов Каменная кладка является неоднородным материалом. Она состоит из отдельных камней, находящихся под воздействием нагрузки в условиях сложного напряженно-деформированного состояния, которые объединены слоем раствора. Поэтому прочность и деформативность каменной кладки зависит от многих факторов: вида, прочности и деформативности камня, прочности и деформативности раствора, вида напряженного состояния, качества выполненной кладки (заполнения, толщины и необходимой перевязки швов, соблюдение горизонтальности рядов) и др. Методика определения непосредственно прочности каменной кладки эксплуатируемых конструкций отсутствует, поэтому прочность определяется косвенно по характеристикам камня и раствора.

Рис. 5.2. Признаки предаварийного состояния каменных конструкций Расчетное сопротивление каменной кладки для поверочных расчетов определяется исходя из марки кирпича М и марки раствора М (при выполнении расчетов по проектным данным) или из условной марки кирпича M и условной марки раствора M (при выполнении поверочных расчетов по результатам испытаний) по [12] с учетом коэффициентов условий работы. Для промежуточных значений условных марок кирпича и раствора, отличающихся от значений параметрического ряда, расчетное значение каменной кладки определяется линейной интерполяцией.

Условная марка кирпича определяется по результатам испытания – не менее 5 образцов-двоек при сжатии и не менее 5 образцов при изгибе в соответствии с требованиями ГОСТ 8462-85. Допускается определять прочность кирпича при сжатии на образцах-цилиндрах диаметром 50 мм, высверленных из кирпича кладки, или ультразвуковым методом. Значения предела прочности кирпича единичного испытания при сжатии Rсж,i, изгибе Rизг,i и среднее R определяются по формулам:

где P – разрушающее усилие, A – площадь поперечного сечения образца-двойки, l – расстояние между опорами при испытании кирпича на изгиб; b, h – ширина и высота поперечного сечения кирпича, n – количество испытаний.

Условная марка раствора устанавливается по результатам испытания не менее 5 образцов-кубов с ребром 30…40 мм, изготовленных из двух-трех пластинок раствора, отобранных из горизонтальных швов кладки и склеенных гипсовым тестом. Условная марка определяется как среднее значение, умноженное на коэффициент 0,7.

5.4. Поверочные расчеты каменных конструкций Прочность каменных конструкций эксплуатируемых строительных сооружений определяется поверочными расчетами на основании данных, полученных при обследовании. При этом учитываются дефекты и повреждения, снижающие прочность:

– разрушение поверхностных слоев кладки;

– наличие эксцентриситетов, вызванных отклонением от вертикали;

– нарушение конструктивной связи между стенами;

– повреждение опор балок, перемычек, смещение элементов.

Вертикальные силовые трещины учитываются введением понижающего коэффициента K тр к расчетному сопротивлению каменной кладки R в соответствии с [39] (табл. 5.1).

2. Волосные трещины, пересекающие не более 4. Трещины раскрытием до 2 мм, пересекающие Разрушение поверхностных слоев кладки учитывается введением в расчет фактической площади поперечного сечения элемента за вычетом площади сечения разрушенных слоев A расч, а при несимметричном разрушении поверхностных слоев – дополнительного эксцентриситета из-за смещения центра тяжести расчетного сечения.

Условие прочности имеет вид где R – расчетное сопротивление каменной кладки.

Коэффициент запаса прочности каменных и армокаменных конструкций равен отношению усилия N Rm, соответствующего фактической прочности каменной кладки, рассчитанной по средним значениям, к действующему усилию N Sm от фактической нагрузки.

Если K < C, состояние элемента характеризуется как предаварийное, где C – коэффициент аварийности:

– C = 1,7 – для неармированной кладки;

– C = 1,5 – для армированной кладки.

При известных марках кирпича и раствора среднее значение предела прочности кладки R принимается равным При отклонении от вертикали или выпучивании стен в пределах этажа на величину до 1 3 толщины прочность определяется с учетом фактического эксцентриситета от вышерасположенной нагрузки.

В случае образования вертикальных трещин в местах пересечения стен или разрыва поперечных связей между стенами прочность и устойчивость стен определяются с учетом фактической свободной высоты стены между точками сохранившихся связей.

При смещении прогонов, плит перекрытий и покрытий на опорах должна выполняться проверка прочности каменных элементов на местное смятие и внецентренное сжатие по фактической величине эксцентриситета и площади опирания прогонов и плит перекрытий.

1. Приведите примеры дефектов и повреждений, характерных для каменных конструкций эксплуатируемых зданий и сооружений.

2. По каким признакам классифицируются дефекты и повреждения каменных конструкций эксплуатируемых зданий и сооружений?

3. Назовите признаки, характеризующие предаварийное состояние каменных конструкций эксплуатируемых зданий и сооружений.

4. Как определяется расчетное сопротивление каменной кладки для поверочных расчетов конструкций эксплуатируемых зданий и сооружений?

5. Как определяется условная марка кирпича по результатам лабораторных испытаний?

6. Как определяется условная марка раствора по результатам лабораторных испытаний?

7. Каким образом в поверочных расчетах каменных конструкций эксплуатируемых зданий и сооружений учитываются дефекты и повреждения каменной кладки?

8. Изложите методику определения предаварийного состояния каменных конструкций эксплуатируемых зданий и сооружений.

9. Каким образом в расчете прочности и устойчивости стен учитывается влияние вертикальных трещин в местах их пересечения?

10. Как в расчете прочности стен учитывается влияние их выпучивания и отклонения от вертикали?

Тема 6. ОЦЕНКА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ

МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ

6.1. Особенности обследования металлических конструкций Отличия проектирования, возведения и эксплуатации металлических конструкций налагают определенные особенности на их обследование.

Основные особенности заключаются:

– в доступности сечений металлических элементов, что облегчает их обследование, обмеры и отбор образцов для испытаний;

– в повышенных требованиях к качеству исполнения и соответствию проектным решениям, поскольку металлические конструкции имеют минимальные запасы прочности;

– в исключительном значении прямолинейности металлических элементов, наличия соединительных планок, т. к. ввиду тонкостенности, как правило, лимитируются не прочностью, а устойчивостью.

Дефекты и повреждения металлических конструкций, в основном, являются следствием отступления от правил производства работ при изготовлении, транспортировании и монтаже, а также правил технической эксплуатации или ошибок при проектировании.

Характерными дефектами являются:

– отклонения геометрических размеров от проектных;

– непрямолинейность элементов;

– отклонения от проектного положения;

– расцентровка узлов сопряжения;

– отсутствие отдельных элементов;

– некачественное выполнение болтовых и заклепочных соединений, сварных швов.

Качество сварных швов устанавливается визуальным осмотром и методом засверливания по оси шва сверлом диаметром большим ширины наружной поверхности шва. Для определения границ сварного шва поверхность засверливания обрабатывают 20 %-ным раствором азотной кислоты с последующим осмотром через лупу.

Для контроля качества сварных соединений применяется специальное оборудование, которое позволяет просвечивать их рентгеновскими и -лучами, порошковая и магнитная дефектоскопия, а также магнитографический, радиографический, электромагнитный и ультразвуковой методы.

Характерные дефекты сварных швов приведены на рис. 6.1.

Рис. 6.1. Дефекты сварных швов: а – подрезы, б – неполномерные швы, в – чрезмерное усиление валика, г – несплавление по кромке, д – непровары, Характерными повреждениями, влияющими на прочность и устойчивость, эксплуатационную пригодность и долговечность являются:

– разрушение защитных покрытий с признаками коррозии металла;

– разрывы, трещины в основном металле и сварных швах;

– искривления, местные погибы;

– ослабления болтовых и заклепочных соединений;

– вырезы в элементах;

– деформации, вызванные неравномерной осадкой и креном фундаментов;

– абразивный износ;

– пластинчатая ржавчина на конструкции, сварных швах и деталях соединений, потеря площади сечения вследствие коррозии более 5 %;

– уменьшение длины площадки опирания конструкции по сравнению с проектной;

– прогиб конструкций превышает предельно допустимое значение более чем на 30 %.

По результатам обследования и поверочных расчетов металлические конструкции (аналогично железобетонным) относятся к одной из пяти категорий состояния. Ниже приведены их характерные признаки.

I категория состояния:

– отсутствуют дефекты и повреждения, свидетельствующие о снижении прочности, гибкость элементов не выше предельно допустимой;

– антикоррозионная защита конструкций, сварных швов и деталей соединений не нарушена, при вскрытии поверхность конструкции не имеет признаков коррозии.

II категория состояния:

– антикоррозионная защита конструкций, сварных швов и деталей соединений в отдельных местах нарушена, поверхность конструкции в местах нарушения защитных покрытий имеет признаки коррозии в виде тонкого налета, отдельных точек и пятен;

– язв и пластинок ржавчины нет, нет уменьшения площади поперечного сечения вследствие коррозии.

III категория состояния:

– антикоррозионная защита конструкций, сварных швов и деталей соединений в основном нарушена, поверхность конструкции имеет коррозию в виде сплошной или пятнами, имеются язвы и пластинки ржавчины, уменьшение площади поперечного сечения вследствие коррозии не превышает 5 %;

– прочностные характеристики металла не ниже проектных;

– гибкость элементов не выше предельно допустимой;

– прогиб не превышает предельно допустимых значений.

IV категория состояния:

– имеются дефекты и повреждения (см. выше), свидетельствующие о снижении прочности и устойчивости, но на момент обследования не угрожающие безопасности работающих.

V категория состояния:

– конструкция не удовлетворяет предъявляемым к ней требованиям по прочности (устойчивости). Существует угроза безопасности работающих.

6.2. Определение расчетных характеристик материалов Оценка качества материалов эксплуатируемых металлических конструкций может производиться:

– по проектным данным (рабочим чертежам КМ и КМД, сертификатам качества металла, электродов и т. п.), – по результатам испытаний (натурных, лабораторных).

При испытании металла определяют следующие характеристики:

– марку стали, способ выплавки и степень раскисления;

– механические свойства: предел текучести, временное сопротивление и относительное удлинение при испытании стали на растяжение, ударную вязкость для температур, соответствующих группе конструкций;

– химический состав (для малоуглеродистой стали – содержание углерода, марганца, кремния, серы и фосфора, а для низколегированной стали, кроме того, содержание легирующих добавок).

Образцы для испытаний должны быть вырезаны из мест с наименьшими напряжениями, где не произошли пластические деформации и не образовался наклеп, вдоль проката (из сортового и фасонного металлопроката) или поперек проката (из листового и широкополосного металлопроката) и иметь размеры не менее 50 мм 20 ( – толщина проката).

Кроме того, для конструкций 1 и 2 групп, выполненных из кипящей стали толщиной свыше 12 мм и эксплуатируемых при отрицательной температуре, следует определять:

– распределение сернистых включений (способом отпечатка по Бауману). На предварительно подготовленное очищенное и отшлифованное место на торце сортового или фасонного проката (вдоль проката – для листовой стали) накладывают и прижимают обычную фотобумагу, вымоченную в 5 %-ном растворе серной кислоты, после 5…10 мин выдержки полученный отпечаток (бледно-коричневого цвета с темными полосами в местах скопления серы) закрепляют в растворе кислого фиксажа. Отпечатки по Бауману целесообразно снимать прямо с конструкции (без вырезки образцов);

– микроструктуру с уточнением размеров зерен.

Допускается не производить испытания металла для конструкций, напряжения в которых не будут превышать 165 МПа при расчетных температурах выше минус 30°С. При этом конструкция должна находиться в эксплуатации не менее 3-х лет.

Расчетное сопротивление стали для поверочных расчетов по проектным данным конструкций, изготовленных после 1982 г., определяется по [11]. При расчетах по проектным данным для конструкций более раннего срока изготовления, а также при расчетах конструкций по результатам испытаний металла расчетное сопротивление стали принимается исходя из нормативного сопротивления и коэффициента надежности по материалу в соответствии с табл. 6.1.

Растяжение, сжатие Сдвиг Смятие торцевой поверхности Нормативное значение предела текучести или временного сопротивления определяется:

– по результатам статистической обработки испытаний (при достаточном их количестве);

– по минимальному значению характеристик, указанных в СТБ (ГОСТ, ТУ) на сталь (если результаты испытаний удовлетворяют этим требованиям);

– по минимальному значению, полученному при испытании (если результаты испытаний не удовлетворяют требованиям СТБ (ГОСТ, ТУ).

Коэффициент надежности по материалу принимается равным для рассчитываемых с использованием расчетного сопротивления R y стальных конструкций, изготовленных:

Коэффициент надежности по материалу для конструкций, рассчитываемых на прочность с использованием расчетного сопротивления Ru, принимается равным u = 1,3.

Для элементов, имеющих коррозионный износ с потерей более 25 % площади поперечного сечения или остаточную после коррозии толщину 5 мм и менее, расчетные сопротивления снижают путем умножения на коэффициент d, равный для среды:

Поверочный расчет сварных швов производится из условий:

Расчетные сопротивления сварных соединений эксплуатируемых конструкций Rwf, Rwz, Rwy принимают по [11] с учетом марки стали, сварочных материалов, вида сварки и положения шва и способов их контроля по проектным данным или исходя из нормативных значений по результатам статистической обработки испытаний.

При отсутствии проектных данных допускается принимать:

для растянутых стыковых швов, изготовленных:

где R yo – расчетное сопротивление основного металла.

Расчетное сопротивление срезу и растяжению болтов при наличии проектных данных следует принимать по [11] или по результатам испытания на растяжение (при этом расчетное сопротивление срезу принимают равным Rbs = 0,8 Rbt ). Если отсутствуют проектные данные и невозможно установить класс прочности болтов, то их расчетные сопротивления принимают равными:

6.3. Поверочные расчеты металлических конструкций Поверочные расчеты стальных элементов эксплуатируемых конструкций производятся в соответствии с [11].

6.3.1. Учет ослабления сечения и искривления элементов Поверочные расчеты элементов, имеющих ослабления в виде вырезов, подрезов, следует проводить по площади netto с учетом эксцентриситетов от смещения центра тяжести ослабленного сечения относительно центра тяжести первоначального сечения.

Для элементов с известными геометрическими характеристиками первоначального сечения целесообразно применять условие прочности с использованием компенсирующих добавок усилий N осл, M x, М у [15], (рис. 6.2).

Значения n, cx, c y принимают по [11, табл. 66] для неослабленного сечения.

Поверочные расчеты сжатых сплошностенчатых элементов металлических конструкций, имеющих общее искривление, производятся как внецентренно сжатых. Эксцентриситет e сжимающего усилия в предельном состоянии от искривления определяют умножением стрелки искривления стержня f o в ненагруженном состоянии на коэффициент перехода k от максимальной стрелки к эквивалентному эксцентриситету [15], (рис. 6.3).

A, W и – соответственно площадь, момент сопротивления сечения и приведенная гибкость элемента; m f – относительный эксцентриситет;

mef – приведенный относительный эксцентриситет для определения коэффициента продольного изгиба e внецентренно сжатых элементов. Если усилие N o в элементе в момент замера стрелки определить невозможно, допускается принимать o = 1.

Рис. 6.2. Поперечное сечение Рис. 6.3. Расчет стальных элементов, 6.3.2. Поверочный расчет на хрупкую прочность При исследовании разрушенных конструкций или опытных образцов необходимо установить характер разрушения основного металла, сварных швов, болтов и заклепок (пластический, хрупко-пластический или хрупкий).

К особенностям пластического разрушения относятся длительность процесса разрушения, наличие «шейки» и матовый, волокнистый излом.

При хрупко-пластическом разрушении имеется небольшая «шейка», на изломе прослеживается две области: наружная – имеет матовый, волокнистый вид, внутренняя – блестящий кристаллический вид. Хрупкое разрушение происходит мгновенно без образования «шейки» при напряжениях намного меньших предела текучести, излом имеет блестящий кристаллический вид.

Одним из основных факторов, вызывающих переход стали в хрупкое состояние, является воздействие отрицательных температур. При понижении температуры происходит уменьшение показателя ударной вязкости (рис. 6.4). Для характеристики хладостойкости для каждой стали установлен порог хладостойкости (температура, при которой ударная вязкость составляет значение Ak 0,3 кДж/м 2.

Рис. 6.4. Зависимость ударной вязкости от температуры Значение порога хладостойкости стали зависит от ряда факторов:

– способа выплавки (более хладостойки – мартеновские и кислородно-конверторные, менее хладостойки – электростали (бессемеровские);

– степени раскисления (менее хладостойкая – кипящая, более хладостойкая – спокойная);

– толщины металлопроката (чем толще прокат, тем менее хладостоек);

– наличия термообработки (закаленные стали более хладостойки).

Концентраторы местных напряжений (особенно, расположенные перпендикулярно к направлению растягивающих напряжений) способствуют хрупкому разрушению стали. В процессе обследования таким участкам необходимо уделять особое внимание. Хрупкая трещина возникает при действии растягивающих напряжений в местах резкой концентрации напряжений в стальных элементах толщиной более 6…7 мм. Примеры концентраторов напряжений в сварных конструкциях приведены на рис. 6.5.

Рис. 6.5. Стыки сварных конструкций с концентраторами местных напряжений:

Поверочный расчет на хрупкую прочность для центрально и внецентренно растянутых элементов, обладающих пониженной хладостойкостью производится из условия где max – наибольшие напряжения по сечению netto, Ru, R y – расчетное сопротивление металла на растяжение соответственно по временному сопротивлению и пределу текучести; u – коэффициент надежности по материалу при расчете по временному сопротивлению; T – температура эксплуатации (средняя температура наиболее холодной пятидневки); Tcr – критическая температура хрупкости, определяемая толщиной элемента и модификацией конструктивной формы.

Для элементов, имеющих коррозионный износ с потерей более 25 % площади поперечного сечения или остаточную после коррозии толщину 5 мм и менее, снижение сопротивляемости хрупкому разрушению учитывается в соответствии с [15] увеличением критической температуры Tcr на Tcr = 15 C – для стали марки Вст3 или Tcr = 20 C – для стали марки 09Г2.

T = 0,005град -1 – для стали марки Вст3кп, T = 0,0044град -1 – для стали марки Вст3сп, T = 0,0028град -1 – для стали марки 09Г2С.

Для низколегированных сталей других марок коэффициент T определяется линейной интерполяцией в соответствии с расчетным сопротивлением между значениями T = 0,0041град -1 при Ry = 234 МПа и T = 0,0028град -1 при R y = 310 МПа.

Если условия (6.6), (6.7) не выполняются, дальнейшая эксплуатация конструкции без специальных мероприятий не допускается.

1. Назовите основные особенности обследования металлических конструкций.

2. Приведите примеры характерных дефектов изготовления металлических конструкций.

3. Назовите основные дефекты сварных швов металлических конструкций.

4. Приведите примеры характерных повреждений металлических конструкций, полученных при их монтаже или эксплуатации.

5. Как классифицируются металлические конструкции эксплуатируемых зданий и сооружений по категориям состояния?

6. Как отбираются образцы металла для лабораторных испытаний?

7. В каких случаях при отсутствии рабочих чертежей допускается не производить испытания металла конструкций эксплуатируемых зданий и сооружений?

8. Как определяется нормативное значение предела текучести или временного сопротивления металла конструкций эксплуатируемых зданий и сооружений?

9. Изложите методику поверочных расчетов для элементов с известными геометрическими характеристиками первоначального сечения и вырезами с использованием компенсирующих добавок.

10. Изложите алгоритм поверочных расчетов сжатых сплошностенчатых элементов металлических конструкций, имеющих общее искривление.

11. Как визуально по излому установить характер разрушения металла?

12. Назовите факторы, способствующие хрупкому разрушению металла.

13. Как производится поверочный расчет на хрупкую прочность для растянутых стальных элементов?

Тема 7. ОЦЕНКА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ

ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ, ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ

7.1. Особенности обследования деревянных конструкций Деревянные конструкции являются легкими, надежными и долговечными. Из них возводятся здания и сооружения различного назначения, в том числе большепролетные конструкции (из клееной древесины). В зданиях старой постройки они встречаются в качестве стропильных элементов чердачной кровли, балочных конструкций перекрытий и покрытий.

В процессе обследования выявляются дефекты и повреждения, снижающие прочность, жесткость и долговечность деревянных конструкций:

– трещины (расслоение) деревянных элементов;

– сколы в узловых сопряжениях;

– прогибы, превышающие предельно допустимые;

– следы замачивания элементов;

– наличие гнили и грибковых образований в деревянных элементах;

– ослабление болтовых и гвоздевых соединений.

Основной причиной загнивания и поражения древесины грибками является повышенная влажность, поэтому при обследовании деревянных конструкций следует особое внимание обращать на их условия эксплуатации и выявлять:

– плохо вентилируемые помещения с повышенной влажностью;

– места систематического замачивания деревянных элементов.

Причины повреждений определяются путем лабораторного микологического анализа отобранных образцов древесины с грибными образованиями.

Обследование деревянных конструкций в труднодоступных местах производится выборочно после вскрытия полов, подшивки потолков и обшивки перегородок. Целесообразно вскрытие производить в местах прохождения водопровода и канализации.

Кроме того, в процессе обследования необходимо обращать внимание на состояние металлических соединительных элементов (накладок, болтов, скоб). В случае их значительного повреждения поверочные расчеты производятся с учетом фактического ослабления сечения соединительных элементов.

7.2. Определение расчетных характеристик древесины Расчетные сопротивления древесины можно установить:

– по сорту, породе и виду напряженного состояния по [9];

Испытания проводятся неразрушающими методами (ультразвуковым методом, методом пластических деформаций – по отпечатку при падении шарика диаметром 25 мм с высоты 0,5 м с использованием градуировочных зависимостей) или с помощью вырезанных образцов на сжатие, растяжение и изгиб.

Расчетное сопротивление древесины вычисляют из нормативного fi,, k с учетом коэффициента надежности по материалу m и коэффициента C, учитывающего сортность древесины.

Нормативное сопротивление древесины определяется для чистых от пороков участков при влажности 12 % с учетом статистической изменчивости по формуле i,, Si, – соответственно среднее арифметическое значение предела где прочности, среднее квадратическое отклонение, – коэффициент учета количества испытаний древесины.

Если испытания древесины производятся при иной влажности, предел прочности ( i, ) w приводят к пределу прочности древесины влажностью 12 % по формулам:

меньше предела гигроскопичности (W = 30 % );

при сжатии вдоль волокон, = 0,04 – при изгибе; K12 = 0, 45 – для бука, сосны, K12 = 0,55 – для дуба, липы, ольхи, K12 = 0, 4 – для березы и лиственницы.

Расчетное сопротивление древесины для поверочных расчетов, вычисленное по формуле (7.1) по результатам испытаний, не должно превышать значений, приведенных в [9].

К расчетному сопротивлению древесины конкретного сооружения, установленного по испытаниям или проектным данным, вводят коэффициf ент надежности по назначению i,, d.

7.3. Поверочные расчеты деревянных конструкций Поверочные расчеты деревянных элементов производят с применением коэффициентов условий работы, учитывающих влажность древесины, длительность действия нагрузки, высоту сечения более 0,5 м, толщину слоев клееных конструкций, особенность работы гнутых элементов и другое, в соответствии с [9].

Поверочные расчеты эксплуатируемых деревянных элементов следует производить с учетом дефектов и повреждений, ослабляющих поперечное сечение, из условий:

(при расчете площади поперечного сечения элемента netto Ainf ослабления сечения, расположенные на участке длиной до 0,2 м принимаются совмещенными в одном сечении);

где kc – коэффициент продольного изгиба; Ad – расчетная площадь поперечного сечения, принимаемая равной:

а) площади сечения brutto Asuр, если ослабления не выходят на кромки и их площадь не превышает 25 %, б) площади сечения netto Ainf с коэффициентом 4/3, если ослабления не выходят на кромки и площадь ослабления превышает 25 %, в) площади сечения netto Ainf, если ослабления выходят на кромки.

В случае несимметричного ослабления, выходящего на кромки, расчет деревянного элемента производится как внецентренно нагруженного.

Для изгибаемых элементов условие прочности имеет вид Момент сопротивления сечения с ослаблением принимается по сечению netto. В случае ослаблений сечений, расположенных на участке до 0,2 м, их также принимают совмещенными в одном сечении.

7.4. Обследование оснований и фундаментов В результате обследования выявляется состояние грунтов основания и фундаментов, характер и величины их осадок за период эксплуатации.

Сбор исходных данных включает в себя изучение сведений по истории возведения здания или сооружения, проектной документации, материалов инженерно-геологических изысканий прошлых лет, имеющихся дефектов и повреждений осадочного происхождения в близлежащих строительных объектах, материалов инженерных мероприятий, проводимых в пределах площадки или района.

Предварительная оценка состояния оснований и фундаментов производится по состоянию надземных конструкций, по характеру развития осадок во времени, наличию повреждений, возникших при неравномерной осадке здания.

В процессе предварительного обследования устанавливаются:

– состояние отмостки по периметру здания;

– функционирование дренажной системы, места утечки воды;

– изменения в планировке близлежащей территории, наличие в непосредственной близости от здания выработок, траншей, а также сооружений, вызывающих дополнительную пригрузку основания (пристройки, насыпи и т. д.).

В процессе предварительного обследования намечаются места откопки шурфов, бурения скважин.

При детальном обследовании основания определяют физикомеханические характеристики грунтов полевыми или лабораторными методами согласно действующим стандартам. Исследованию подлежат грунты сжимаемой толщи, находящиеся как в естественном состоянии за пределами контура существующего фундамента, так и под его подошвой. В шурфах и скважинах определяют уровень грунтовых вод, степень их агрессивности по отношению к материалам подземных конструкций.

При сохранившихся материалах инженерно-геологических изысканий прошлых лет допускается ограничиваться исследованием физикомеханических свойств грунта на уровне подошвы фундамента, если:

– реконструируемое здание относится ко II или III степени ответственности;

– не имеет повреждений от неравномерных осадок;

– средняя стабилизированная осадка не превышает 50 % от предельной.

В процессе обследования фундаментов в шурфах определяют прочностные характеристики материала фундамента, наличие дефектов и повреждений, а также, при необходимости, физико-механические характеристики грунтов основания.

В соответствии с [10] в зависимости от цели обследования основания и фундаментов строительных сооружений виды и объемы работ могут определяться по табл. 7.1.

Цель обследования Виды, объемы и характеристика работ 1. Не предполагается 2-3 контрольных шурфа на сооружение. Глубина шурувеличение нагрузок и за- фа – 0,5 м ниже подошвы фундамента, площадь сечения мена несущих конструкций шурфа: не менее 1,25 м2 при глубине заложения фундамента d1 < 2,5м, не менее 2,5 м2 – при d1 > 2,5м.

сооружения Расположение шурфов: в местах обнаруженных дефектов, на участках с наибольшей нагрузкой на основание.

Виды работ: установление износа и физикомеханических характеристик материалов фундаментов, 2. Предполагается увели- Бурение (не мене 3-х скважин) и отрывка шурфов по чение нагрузок, замена не- п. 1 настоящей таблицы.

сущих конструкций, нали- Расположение шурфов: дополнительно в местах наичие оснований III категории больших деформаций и устройства новых опор.

сложности, существенные Цель: определение границ ослабления грунта и дедеформации основания и фектов в конструкциях фундаментов.

конструкций, изменение Виды работ: исследование грунтов, воды и материафункционального назначе- лов фундамента по п. 1 лабораторными и полевыми ния сооружения методами, выполнение обмерочных чертежей и поверочных расчетов 3. Установление мест Обследование гидроизоляции, отмостки, исследоваутечек и причин появления ние грунтов.

воды или сырости в соору- Виды работ: визуальное обследование, бурение, зонжении дирование, отрывка шурфов (не менее одной скважины, шурфа или 3-х точек зондирования); испытание 7.5. Поверочные расчеты оснований и фундаментов Уточнение технического состояния оснований и фундаментов и решение о необходимости усиления производят на основании поверочных расчетов, выполненных по двум группам предельных состояний.

I группа – проверка прочности конструкций фундамента, несущей способности основания.

II группа – расчет дополнительной осадки здания, в т.ч. неравномерной в изменившихся условиях.

Проверку несущей способности грунтов основания рекомендуется производить в следующих случаях:

– на основание предполагается передать значительные горизонтальные нагрузки;

– фундаменты в результате изменения планировки прилегающей территории (откопка котлованов, траншей) будут находиться на бровке откоса;

– увеличение нагрузки на основание, сложенное слабыми водонасыщенными глинистыми или заторфованными грунтами, при Sr 0,8 и – пригрузка основания с различных сторон фундамента неодинакова, причем интенсивность большей из них превышает расчетное сопротивление R.

Расчет по второй группе предельных состояний (по деформациям) для оснований реконструируемых зданий производится во всех случаях, когда в изменившихся условиях может произойти дополнительная осадка.

Расчет по деформациям в соответствии с [10] производится из условия Осадки основания рассчитывают с учетом ограничения давления p под подошвой фундамента, а также по кровле слабого подстилающего слоя расчетным сопротивлением грунта R из условия При этом если деформации основания реконструируемого здания полностью стабилизировались, то расчет осадки производят только от дополнительной нагрузки. Дополнительные осадки S ad согласно [17] не должны превышать 40 % (для оснований простых и средней сложности) и 30 % (для сложных оснований) их предельно допустимых значений S u, принимаемых для нового строительства. При анализе неравномерных деформаций учитывают и деформации, произошедшие до реконструкции.

Расчетное сопротивление грунтов основания эксплуатируемого здания допускается определять с учетом произошедшего за период эксплуатации обжатия грунтов длительно действующей нагрузкой [16].

где K R – коэффициент, учитывающий изменение прочностных свойств грунта под подошвой фундамента за период эксплуатации, принимается в зависимости от отношения среднего дополнительного давления под подошвой до реконструкции po к расчетному сопротивлению грунта R по табл. 7.2.

Формула (7.9) справедлива для оценки расчетного сопротивления грунта под подошвой фундаментов реконструируемых зданий и сооружений, если срок их эксплуатации составляет не менее: для песчаных грунтов – 3-х лет, для супесей и суглинков – 5-ти лет, для глин – 8-ми лет.

Увеличение расчетного сопротивления грунта не производится в следующих случаях:

– осадки не стабилизировались;

– здание имеет повреждения, свидетельствующие о неравномерной осадке;

– основание сложено заторфованными и водонасыщенными грунтами;

– прочностные характеристики грунта определялись по образцам, отобранным под подошвой.

Снижение сжимаемости грунта, обжатого длительно действующей нагрузкой для зданий III степени ответственности, претерпевших равномерные осадки, величина которых составляет не более 50 % предельной, допускается учитывать путем введения повышающего коэффициента K E = 1,3 к значению модуля деформаций, определенного для грунта в естественном состоянии [23]:

Обжатие учитывается на глубине не более ширины подошвы фундамента.

1. Назовите основные причины загнивания и поражения грибами деревянных конструкций.

2. Приведите примеры дефектов и повреждений, снижающих прочность и жесткость деревянных конструкций.

3. Как установить расчетное сопротивление древесины для поверочных расчетов, эксплуатируемых деревянных конструкций, при наличии проектных данных о сорте и породе древесины?

4. Как установить расчетное сопротивление древесины для поверочных расчетов, эксплуатируемых деревянных конструкций при отсутствии проектных данных?

5. Каким образом в поверочных расчетах учитывается влияние на прочность фактической влажности древесины конструкции и длительности действия нагрузки?

6. Как производится проверка прочности на растяжение эксплуатируемых деревянных элементов с ослаблениями сечения?

7. Изложите методику проверки прочности на сжатие и устойчивости эксплуатируемых деревянных элементов с ослаблениями сечения.

8. По каким признакам производится предварительная оценка состояния оснований и фундаментов?

9. Какие параметры основания устанавливаются при детальном обследовании?

10. При каких условиях в процессе детального обследования основания допускается ограничиваться исследованием физико-механических свойств грунта на уровне подошвы фундамента?

11. В каких случаях рекомендуется производить проверку несущей способности грунтов основания?

12. В каких случаях производится проверка осадки основания реконструируемых зданий?

13. При каких условиях расчет осадки основания реконструируемых зданий производится только от дополнительной нагрузки?

14. Каким образом в поверочных расчетах основания фундаментов учитываются произошедшее за период эксплуатации обжатие грунтов основания длительно действующей нагрузкой?

15. В каких случаях в поверочных расчетах основания не учитывается возможное увеличение расчетного сопротивления грунта основания от обжатия длительно действующей нагрузкой?

16. При каких условиях в расчете осадки основания реконструируемых зданий учитывается снижение сжимаемости грунта, обжатого длительно действующей нагрузкой?

ТЕСТОВЫЙ КОНТРОЛЬ

После изучения первого раздела теоретического курса предусмотрен тестовый контроль в виде произвольной с применением ЭВМ выборки из общего количества вопросов (более 300) 36…40 вопросов и 3…5 ответов на каждый, один из которых верный. Тестирование проводится в компьютерном классе. Время, отводимое для выполнения теста, составляет 30 минут.

Изучение первого раздела теоретического курса считается успешным, если количество правильных ответов более 80 %. Система оценок приведена в таблице.

Пример теста:

1) Проектный срок службы строительных конструкций для I класса сооружений составляет:

а) более 30 лет; б) более 40 лет; в) более 60 лет; г) более 80 лет; д) более 90 лет.

2) Какой государственный орган призван независимо контролировать качество проектно-сметной документации, в т.ч. с целью предотвращения аварий?

а) государственная вневедомственная экспертиза; б) Госстройнадзор; в) Центр метрологии, стандартизации и сертификации продукции; г) Высшая аттестационная комиссия; д) «Белстройлицензия».

3) Слабоагрессивная среда снижает прочность материала в течение одного года:

а) более 5 %; б) более 30 %; в) не снижает; г) от 5 до 20 %; д) менее 5 %.

4) Какой из названных агрессивных газов нейтрализует щелочность бетона?

а) серный ангидрид; б) хлористый водород; в) углекислый газ; г) пары брома;

д) сернистый ангидрид.

5) Какой из ниже перечисленных нефтепродуктов наиболее агрессивен к железобетону?

а) бензин; б) минеральное масло; в) дизельное топливо; г) керосин; д) ацетон.

6) Наиболее устойчивая к агрессивному воздействию конструктивная форма поперечного сечения стальных элементов:

а) прямоугольное; б) квадратное; в) уголок; г) круглое; д) швеллер.

7) Характерные признаки эксплуатируемых железобетонных конструкций:

на поверхности бетона отсутствуют дефекты, повреждения, раковины, поры, выбоины, трещины;

антикоррозионная защита конструкций и закладных деталей находится в исправном состоянии;

при вскрытии поверхность арматуры чистая;

отсутствует нейтрализация бетона защитного слоя;

прочность бетона не ниже проектной.

К какой категории технического состояния по результатам предварительного обследования относятся конструкции?

а) I категория; б) II категория; в) III категория; г) IV категория.

8) Визуальным признаком предаварийного состояния изгибаемых железобетонных конструкций являются трещины вдоль рабочей арматуры:

а) в средней трети пролета конструкции; б) в зоне анкеровки рабочей арматуры;

в) в средней четверти пролета.

9) По какому нормативному документу производятся поверочные расчеты железобетонных конструкций эксплуатируемых зданий и сооружений, запроектированных по СНиП II-В.1-62*?

а) по СНиП II-В.1-62* «Бетонные и железобетонные конструкции»; б) по СНиП II-21-75 «Бетонные и железобетонные конструкции»; в) по СНиП 2.03.01-84* «Бетонные и железобетонные конструкции»; г) по СНБ 5.03.01-02 «Бетонные и железобетонные конструкции»; д) по любому из ранее действовавших документов.

10) Как в поверочных расчетах железобетонных конструкций эксплуатируемых зданий и сооружений учитывается наличие продольных трещин в зоне анкеровки арматуры?

а) повышающим коэффициентом к расчетному сопротивлению арматуры;

б) понижающим коэффициентом к расчетному сопротивлению арматуры; в) понижающим коэффициентом к расчетному сопротивлению бетона; г) не учитывается.

11) Какой процент площади (линейного размера, количества) в элементе (группе, на участке или в здании в целом) занимают дефекты (повреждения), относящиеся к массовым?

а) свыше 10 %; б) до 20 %; в) свыше 30 %; г) свыше 40 %; д) до 40 %.

12) В каких случаях допускается не производить поверочный расчет железобетонных конструкций по предельным состояниям второй группы?

а) если прогибы и ширина раскрытия трещин меньше предельно допустимых, а новые нагрузки превышают действующие на момент обследования; б) если прогибы и ширина раскрытия трещин меньше предельно допустимых, а новые нагрузки не превышают действующие на момент обследования; в) если прогибы меньше предельно допустимых, трещины отсутствуют, а новые нагрузки превышают действующие на момент обследования.

13) Расчетное сопротивление арматуры растяжению при отсутствии проектных данных и невозможности отбора образцов допускается назначать в зависимости от профиля арматуры. Если профиль на поверхности арматуры в виде «елочки», – какому значению принимается равным расчетное сопротивление арматуры растяжению?

а) 155 МПа; б) 245 МПа; в) 295 МПа; г) 315 МПа.

14) Чему равен критерий аварийности при внезапной, хрупкой схеме разрушения железобетонной конструкции эксплуатируемого здания, находящегося в предаварийном состоянии?

а) более 1,3; б) более 1,15; в) менее 1,3; г) равен 1,3.

15) Из какого общего условия метода предельных состояний производится расчет прочности бетонных и железобетонных элементов, если Sd – внутреннее усилие, вызванное расчетным воздействием; Rd – предельное расчетное усилие, которое способна воспринять конструкция?

16) Чему равен общий коэффициент безопасности при нелинейных расчетах железобетонных конструкций?

а) 1,5; б) 1,35; в) 1,3; г) 1,15.

17) В каких случаях для железобетонных элементов допускается применять альтернативную модель расчета прочности по нормальному сечению с прямоугольной диаграммой распределения напряжений в пределах эффективной высоты сжатой зоны сечения?

а) при расчетах сечений симметричной формы и несимметрично действующими (относительно плоскости симметрии сечения) усилиями; б) при расчетах сечений симметричной формы и усилиями, действующими в плоскости симметрии, а также с арматурой, распределенной по высоте сечения; в) при расчетах сечений симметричной формы и усилиями, действующими в плоскости симметрии, а также с арматурой, сосредоточенной у наиболее растянутой и наиболее сжатой граней конструкции; г) при расчетах сечений несимметричной относительно плоскости приложения усилий формы с арматурой, сосредоточенной у наиболее растянутой и наиболее сжатой граней конструкции.

18) По какому условию выполняется поверочный расчет железобетонных элементов по раскрытию трещин?

19) Какие из нижеприведенных конструкций имеют минимальные расчетные запасы прочности?

а) бетонные и железобетонные; б) металлические; в) каменные и армокаменные; г) деревянные.

20) Чем, как правило, лимитируются металлические конструкции, работающие на сжатие?

а) прочностью; б) жесткостью; в) трещиностойкостью; г) устойчивостью.

21) В каких случаях при отсутствии рабочих чертежей допускается не производить испытания металла конструкций эксплуатируемых зданий и сооружений?

а) если напряжения в конструкции не превышают 165 МПа при действующих на момент обследования нагрузках; б) если конструкция эксплуатируется не менее 3-х лет;

в) если конструкция эксплуатируется не менее 3-х лет и напряжения в элементах не будут превышать 165 МПа при расчетных температурах выше минус 30°С; г) если конструкция эксплуатируется при расчетных температурах выше минус 30°С.

22) Характерные визуальные признаки места излома после разрушения стальных элементов: наличие «шейки» и матовый, волокнистый излом.

Какой характер разрушения стального элемента?

а) пластический; б) хрупко-пластический; в) хрупкий.

23) Укажите верное распределение стали по порогу хладостойкости в зависимости от степени раскисления (от более хладостойкой к менее хладостойкой).

а) 2. полуспокойная ; б) 2. полуспокойная ; в) 2. кипящая.

24) Какое положение трещин на фасаде кирпичного здания свидетельствует о наличии слабого грунта под средней частью здания?

а) наклонные трещины, расходящиеся к верху; б) наклонные трещины, расходящиеся к низу; в) вертикальные трещины, раскрывающиеся в большей степени вверху здания; г) горизонтальные трещины.

25) Укажите признак, характеризующий предаварийное состояние каменных конструкций эксплуатируемых зданий и сооружений.

а) осадочные трещины раскрытием более 2 мм, пересекающие более 8 рядов кладки; б) силовые трещины раскрытием более 1 мм, пересекающие более 4-х рядов кладки;

в) осадочные трещины раскрытием более 4 мм, пересекающие более 12 рядов кладки;

г) силовые трещины раскрытием более 2мм, пересекающие более 8 рядов кладки.

26) Каким образом в поверочных расчетах каменных конструкций эксплуатируемых зданий и сооружений учитывается наличие вертикальных трещин силового происхождения, пересекающих более 2-х рядов?

а) не учитывается; б) введением повышающего коэффициента к расчетному сопротивлению кладки; в) введением понижающего коэффициента к расчетному сопротивлению кладки.

27) На какую величину глубины заделки смещение конструкций перекрытий кирпичных зданий считается предаварийным?

а) более 1/2; б) более 1/3; в) более 1/5; г) более 20мм.

28) Как определяется расчетное сопротивление каменной кладки эксплуатируемых зданий и сооружений при наличии проектных данных о марке кирпича и марке раствора?

а) теоретическим расчетом; б) по СНиП II-22-81 «Каменные и армокаменные конструкции»; в) путем визуального осмотра; г) по СНиП 2.01.07 «Нагрузки и воздействия».

29) Чему равен коэффициент запаса прочности (отношение усилия, соответствующего фактической прочности каменной кладки, к действующему усилию), характеризующий предаварийное состояние неармированной кирпичной кладки?

а) менее 1,3; б) менее 1,7; в) менее 1,5; г) более 1,5.

30) Назовите основную причину загнивания и поражения грибами деревянных конструкций.

а) повышенная возгораемость; б) повышенная влажность; в) пониженная прочность; г) чрезмерная вентиляция помещений.

31) Какая площадь поперечного сечения деревянного растянутого элемента используется в поверочных расчетах на прочность?

а) brutto (без учета ослаблений в сечении); б) netto (с учетом совмещения в сечении ослаблений, расположенных на участке длиной до 0,2 м); в) brutto (без учета ослаблений в сечении), если площадь ослабления не превышает 25 %; г) brutto (без учета ослаблений в сечении), если ослабления не выходят на кромки.

32) В процессе предварительного обследования выявлено разрушение отмостки в отдельных местах по периметру эксплуатируемого здания.

К каким последствиям для здания это может привести?

а) к уменьшению осадок здания; б) к улучшению физико-механических характеристик грунтов основания здания; в) к неравномерной осадке здания; г) без последствий для здания.

33) На какую глубину подлежат исследованию грунты основания фундамента при детальном обследовании основания и фундамента эксплуатируемого здания?

а) на глубину залегания подошвы фундамента; б) до уровня грунтовых вод;

в) на глубину сжимаемой толщи; г) на глубину 2 м от поверхности земли; д) на глубину 2 м от нулевой отметки здания.

34) В каком случае производится поверочный расчет осадки основания фундамента реконструируемого здания?

а) уменьшается нагрузка на основание; б) глубина заложения подошвы фундамента больше глубины промерзания грунта; в) если в изменившихся условиях может произойти дополнительная осадка; г) глубина заложения подошвы фундамента больше глубины уровня грунтовых вод.

35) Какое влияние на расчетное сопротивление грунтов основания эксплуатируемого здания может оказывать обжатие их длительно действующей нагрузкой, составляющей более 80 % от расчетного сопротивления?

а) уменьшать расчетное сопротивление грунтов основания; б) увеличивать расчетное сопротивление грунтов основания; в) не влияет на расчетное сопротивление грунтов основания.

36) В каком случае в поверочных расчетах основания реконструируемых зданий не учитывается возможное увеличение расчетного сопротивления грунтов основания от обжатие их длительно действующей нагрузкой и учета сниженных (по сравнению с предельными) деформационных свойств грунтов основания?

а) прочностные характеристики грунта определялись по образцам, отобранным под подошвой; б) увеличивается нагрузка на основание; в) уменьшается нагрузка на основание; г) осадки здания стабилизировались.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ УСИЛЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

РЕКОНСТРУИРУЕМЫХ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

Тема 8. УСИЛЕНИЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

УВЕЛИЧЕНИЕМ ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ В РАСТЯНУТОЙ ЗОНЕ

Усиление конструкций достаточное дорогое и трудоемкое мероприятие. В ряде случаев имеется возможность обеспечить дальнейшую надежную эксплуатацию строительных конструкций без усиления путем изменения условий их работы: уменьшением постоянных и временных нагрузок (например, заменой тяжелых утеплителей на легкие, перекрытий, кровельных настилов); уменьшением грузоподъемности кранов, если это возможно по условиям эксплуатации, или ограничением их сближения; уменьшением вибрации путем применения эффективной виброизоляции и т. д.

При невозможности обеспечения надежной работы конструкций изменением условий их эксплуатации для восстановления проектных эксплуатационных свойств, а также их повышения по сравнению с проектными, выполняется усиление конструкций.

В зависимости от цели расчет усиления железобетонных конструкций производят по условиям прочности, жесткости или трещиностойкости.

При проектировании усиления конструкции выбор способа производится после стадии поверочных расчетов, которыми устанавливается вероятная схема ее разрушения. В общем случае разрушение изгибаемых, внецентренно (центрально) сжатых и растянутых элементов происходит: по растянутой зоне, по сжатой зоне, в зоне среза от действия поперечных сил, по пространственному сечению от действия крутящего момента, местного смятия, отрыва и продавливания. Усилению подлежит наиболее слабая зона конструкции.

Известные методы усиления железобетонных конструкций для облегчения выбора в конкретных условиях наиболее эффективного условно классифицированы, исходя из предполагаемой схемы разрушения конструкции, подлежащей усилению. Классификация методов усиления приведена на рис. 8.1.

Рис. 8.1. Классификация методов усиления железобетонных конструкций Усиление растянутой зоны конструкций производится увеличением площади поперечного сечения рабочей арматуры путем установки дополнительной арматуры с обеспечением ее совместной работы с усиливаемыми конструкциями.

Усиление сжатой зоны железобетонных конструкций производится увеличением поперечного сечения путем устройства наращивания, обойм, рубашек, установкой дополнительной сжатой арматуры, ограничением поперечных деформаций.

Усиление железобетонных конструкций в зоне среза на восприятие поперечных сил производится увеличением размеров поперечного сечения конструкций, установкой дополнительной поперечной арматуры в зоне среза с обеспечением совместной работы с усиливаемыми конструкциями.

Усиление конструкций на восприятие крутящего момента выполняется увеличением поперечного сечения элемента, его армирования, а также устройством стальных обойм, гильз и т. д.

Усиление конструкций при местном сжатии и продавливании производится уширением площади опирания.

В случае невозможности достижения требуемой степени повышения прочности путем усиления только одной зоны, а также при возможном разрушении железобетонных конструкций по двум и более зонам, применяется комбинированное усиление (двух и более зон) конструкций.

Отдельной группой выделены методы усиления, изменяющие первоначальную расчетную схему конструкций: изменение места передачи нагрузки на конструкцию; повышение степени внешней статической неопределимости введением дополнительных связей; повышение степени внутренней статической неопределимости устройством затяжек, распорок, шпренгелей, шарнирно-стержневых цепей. Эти методы позволяют эффективно повысить прочность железобетонных конструкций, но, как правило, уменьшают габариты помещений.

При усилении для эффективного включения в совместную работу дополнительных элементов следует стремиться к максимальной разгрузке конструкций. Если усиление железобетонных конструкций с целью повышения их прочности, жесткости и трещиностойкости производят под нагрузкой, все вышеперечисленные группы методов усиления эффективно выполнять с предварительным напряжением дополнительных элементов или связей (дополнительную арматуру и затяжки предварительно растягивают, распорки сжимают, дополнительные опоры подклинивают).

Сильно поврежденные конструкции (при разрушении более 50 % сечения сжатой зоны или 50 % площади рабочей арматуры) в большинстве случаев целесообразно заменять новыми. Замена железобетонных конструкций может осуществляться: разборкой заменяемых конструкций с последующим возведением новых; возведением новых с временным использованием в качестве опалубки и последующей разборкой заменяемых конструкций или возведением новых конструкций без разборки существующих с выполнением мероприятий, предотвращающих их обрушение.

При этом заменяющая конструкция рассчитывается на полную действующую нагрузку.

При выборе метода усиления конструкции в конкретных условиях необходимо учитывать приемлемость того или иного метода с точки зрения технического состояния усиливаемой конструкции, агрессивности, пожаро- и взрывоопасности среды, возможности достижения необходимой степени увеличения прочности, выполнения усиления без остановки производства, в минимальные сроки, с минимальным уменьшением габаритов помещения, технологичности и экономичности, эстетичности и др.

Усиление растянутой зоны производится увеличением площади поперечного сечения рабочей арматуры усиливаемой конструкции путем установки дополнительной арматуры в этой зоне с обеспечением ее совместной работы с конструкцией. Дополнительная арматура размещается в поперечном сечении усиленного элемента симметрично.

Совместная работа дополнительной арматуры с усиливаемой конструкцией обеспечивается:

приваркой к существующей арматуре;

приклеиванием к бетону растянутой зоны.

8.2.1. Обеспечение совместной работы дополнительной арматуры приваркой к существующей арматуре Приварка дополнительной растянутой арматуры к существующей арматуре усиливаемой конструкции в зависимости от состояния и толщины защитного слоя, а также возможности увеличения размеров поперечного сечения производится: непосредственно нахлесточным соединением с отбивкой защитного слоя по длине дополнительной арматуры (рис. 8.2, а);

с помощью коротышей диаметром, превышающим толщину защитного слоя (рис. 8.2, б, в); с помощью скоб (рис. 8.2, г). После приварки в проектном положении дополнительная арматура обетонируется.

Рис. 8.2. Усиление растянутой зоны конструкций приваркой дополнительной арматуры:

а – нахлесточным соединением; б – посредством коротышей со стороны растянутой зоны;

в – посредством коротышей со стороны бокового защитного слоя; г – с помощью скоб Приварка дополнительной арматуры к существующей предварительно напряженной арматуре, а также не заведенной за грань опоры на требуемую длину ненапряженной арматуре усиливаемой конструкции, не допускается.

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

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

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

С целью уменьшения концентрации напряжений, охрупчивания металла и ослабления сечения при выполнении сварных швов не допускается наличие ожогов и подплавлений от дуговой сварки на поверхности рабочих стержней. Ожоги должны зачищаться абразивным кругом вдоль стержня.

При усилении конструкции под нагрузкой приварку дополнительной арматуры осуществляют за два прохода симметрично в направлении от концов конструкции к середине. Приварку дополнительной арматуры к существующей арматуре усиливаемой конструкции, разгружаемой во время выполнения работ по усилению, допускается выполнять за один проход.

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

При усилении конструкции без разгрузки дополнительную арматуру целесообразно предварительно напрягать термическим, механическим или комбинированным термомеханическим способами. При термическом способе дополнительный стержень предварительно приваривают одним концом к существующей арматуре, затем нагревают стержень и приваривают его второй конец. При электротермическом способе для нагревания по стержню пропускают ток от сварочного трансформатора. Величина предварительного напряжения контролируется по удлинению стержня или температуре его нагрева. Необходимое удлинение дополнительного стержня определяется по формуле p – требуемое предварительное напряжение, l – длина стержня межгде ду внутренними концами сварных швов; Es – модуль упругости арматуры.

Необходимую температуру нагрева дополнительной арматуры определяют по формуле где = 0,0012 – коэффициент температурного расширения для арматурной стали; t – температура окружающей среды в момент натяжения арматуры. Температура нагрева не должна превышать 400°С.

При механическом способе предварительного напряжения к дополнительному стержню, приваренному одним концом к существующей арматуре, с противоположного конца приваривают натяжное устройство в виде болта с гайкой, а к существующей арматуре приваривают упор в виде отрезка трубы с внутренним диаметром несколько большим диаметра болта.

После закрепления концов дополнительная арматура приваривается к существующей по длине. После натяжения дополнительной арматуры натяжное устройство отрезают и используют повторно. Для создания предварительного натяжения возможно использование стяжной муфты, включенной в напрягаемый стержень.

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

Величина предварительного напряжения дополнительной арматуры принимается в пределах Максимальная величина предварительного напряжения для проволочной арматуры не должна превышать 0,7 f 0.2 k, ad.

С целью уменьшения прогиба и повышения трещиностойкости усиливаемой конструкции величину предварительного напряжения дополнительной арматуры принимают максимальной.

Потери предварительного напряжения в дополнительной арматуре определяются по [8], как для конструкций с натяжением арматуры на бетон.

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

Рис. 8.3. Усиление растянутой зоны конструкции приклеиванием дополнительной арматуры: 1 – усиливаемая конструкция; 2 – шурф; 3 – анкер; 4 – листовая арматура;

5 – полимерраствор; 6 – уголок; 7 – швеллер; 8 – паз; 9 – стержневая арматура;

10 – обмазка из полимерраствора; 11 – сборный железобетонный элемент;

12 – стеклоткань; 13 – тонкий лист с выштамповками; 14 – анкерная пластина Для повышения эффективности анкеровки дополнительной листовой арматуры применяют анкерные связи в виде отрезков стержневой арматуры периодического профиля, приваренных к листу и заанкеренных в предварительно высверленных в бетоне отверстиях, заполненных полимерраствором, или стальных листов, соединенных сваркой с дополнительной листовой арматурой и приклеенных по боковым граням усиливаемой конструкции.

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

В качестве дополнительной рабочей арматуры, приклеиваемой в растянутой зоне усиливаемой конструкции, применяют стержневую арматуру, арматурные канаты, листовой прокат толщиной 3...20 мм, прокатные профили в виде швеллеров, уголков, а также неметаллическую арматуру на основе стеклянных, базальтовых, углеродных и других волокон.

Работы по усилению растянутой зоны конструкций приклеиванием дополнительной арматуры или сборных железобетонных элементов с дополнительной арматурой производят в следующей последовательности.

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

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

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

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

Рис. 8.4. Усиление многопустотных панелей перекрытия установкой дополнительной арматуры: 1 – плита; 2 – сварной каркас; 3 – бетон С целью уменьшения расхода материалов при усилении многопустотных панелей дополнительная арматура может устанавливаться не по всей длине панели, а пустоты заполняться не на весь объем. Для этого по концам зоны усиления со стороны верхней или нижней грани плиты выполняют щели, на арматуру устанавливают фиксаторы, вводят арматуру в пустоты в средней зоне панели, устанавливают временные ограничительные пластины, через щели с помощью патрубков пустоты между ограничительными пластинами заполняют полимерраствором, после твердения которого, ограничительные пластины извлекают, а щели заделывают (рис. 8.5).

Рис. 8.5. Усиление растянутой зоны многопустотных панелей установкой дополнительной арматуры: а – при устройстве щелей сверху плиты; б – при устройстве щелей снизу плиты, 1 – усиливаемая плита, 2 – щель, 3 – дополнительная арматура, 4 – фиксатор, 5 – ограничительная пластина, 6 – патрубок, 7 – полимерраствор Толщина слоя полимерраствора определяется из условия прочности контактного шва и должна быть не менее 3, где – диаметр дополнительной арматуры.

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