Л24 Файл
advertisement
Лекция 24 Конспект лекций по дисциплине «Железобетонные и каменные конструкции ». Составлен Биленко В.А. 1 Лекция 24. РЕКОНСТРУКЦИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ И КАМЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ Задача обеспечения сохранности конструкций построенных зданий ставилась и решалась издревле. С самого начала возведения зданий и сооружений постоянно возникали непредвиденные ситуации: низкое качество материалов, ошибки в возведении, различные стихийные бедствия, приводящие к повреждению конструкций или разрушению зданий, после которых проводились работы по их восстановлению и укреплению. Аварийные ситуации также возникают в результате ошибок проектирования. Рациональные конструктивные решения обеспечивают требуемую работоспособность всех элементов зданий в течение установленной продолжительности их эксплуатации при минимальных затратах труда и средств на поддержание их нормального состояния. В то же время, нерациональные и ошибочные конструктивные решения могут являться причиной быстрой утраты работоспособности или разрушения отдельных конструктивных элементов. На рис. 24.1 приведены виды факторов, воздействующих на здания и сооружения в процессе их эксплуатации. Действие указанных на рис. 24.1 факторов окружающей среды и климатических факторов на работоспособность элементов и конструкций зданий проявляется или непосредственно, или путем воздействия на интенсивность протекания процессов, являющихся причиной изменения их работоспособности. Соответствующими конструктивными решениями отрицательное воздействие этих факторов может быть значительно снижено или вовсе исключено. Производственные факторы вносят значительные коррективы в значения характеристик работоспособности конструктивных элементов. Условия эксплуатации зданий и конструкций (режимы использования и нагружения, квалификация эксплуатационного персонала, качество обслуживания) оказывают большое влияние на интенсивность изменения характеристик их работоспособности. В процессе эксплуатации и реконструкции зданий изменяются их объемно-планировочные решения или функциональное назначение, возникает необходимость восстановления или повышения несущей способности конструкций, обеспечения антикоррозийной защиты, соответствующей изменяющимся условиям эксплуатации. Необходимость в усилении и восстановлении конструкций в процессе их эксплуатации возникает как при реконструкции и техническом перевооружении зданий, так и вследствие их физического износа и накопления в них различных повреждений, вызванных коррозией материалов, различными воздействиями, некачественным изготовлением конструкций, нарушением требований технологии производства и возведения, а также правил эксплуатации. Работы по усилению и восстановлению конструкций характеризуются определенными особенностями, которые усложняют их производство по сравнению с новым строительством, они требуют учета требований специальных инструктивно-нормативных документов, разработки специфических технических решений и подготовки инженерных кадров. Лекция 24 Конспект лекций по дисциплине «Железобетонные и каменные конструкции ». Составлен Биленко В.А. 2 Условные обозначения: - Физико-химические воздействия, - Механические (силовые) воздействия Рис. 24.1. Факторы, воздействующие на здания и сооружения Проектированию реконструкции (восстановлению или усилению) конструкций обычно предшествует их обследование с выявлением дефектов и повреждений и причин, их вызвавших, оценка технического состояния, разработка предложений (проекта) на проведение ремонтновосстановительных работ и усиление конструкций, а также прогнозирование их дальнейшей работоспособности и долговечности. Нами не рассматривается методика проведения технического обследования, а некоторые приводятся причины, вызывающие проявление дефектов и повреждений, их классификация, правила оценки прочности материалов как одного из этапов проведения обследования, и несущей способности конструкций с дефектами и повреждениями, а также принципиальные конструктивные решения по усилению и восстановлению как отдельных элементов каменных конструкций, так и повышению пространственной жесткости зданий. Ниже приводятся основные термины и определения, используемые при обследовании и оценке технического состояния строительных конструкций зданий, разработке и осуществлении мероприятий по их усилению и восстановлению. Долговечность зданий и сооружений - срок службы зданий и сооружений, в течение которого экономически целесообразно их техническое обслуживание и ремонт. Износ зданий и сооружений - величина, характеризующая потери ими первоначальных эксплуатационных качеств. Различают два вида износа зданий и сооружений: физический износ - Лекция 24 Конспект лекций по дисциплине «Железобетонные и каменные конструкции ». Составлен Биленко В.А. 3 потеря конструкциями и зданием в целом физико-технических параметров; моральный износ (старение) - потеря технологического (функционального) соответствия здания своему назначению. Диагностика - установление и изучение признаков, характеризующих состояние строительных конструкций зданий и сооружений для определения возможных отклонений и предотвращения нарушений нормального режима их эксплуатации (ГОСТ 20911-89). Обследование - комплекс мероприятий по определению и оценке фактических количественных и качественных значений контролируемых параметров, характеризующих эксплуатационное состояние, пригодность и работоспособность объектов обследования и определяющих возможность их дальнейшей эксплуатации или необходимость восстановления или усиления. Дефект конструкции - любое отклонение от проекта или стандарта, превышающее допускаемое нормированное отклонение, возникающее в конструкции на стадии проектирования, изготовления, транспортировки и монтажа. Повреждение конструкции - изменение в конструкции и ее защите по сравнению с первоначальным состоянием, возникающее в период эксплуатации и ухудшающее ее надежность, эксплуатационные свойства и сокращающее срок службы. Натурные обследования конструкций - комплекс работ по сбору и обработке данных о техническом состоянии конструкций, необходимых для разработки проектов строительной реконструкции, восстановления несущей способности конструкций, усиления, а также для оценки их состояния. Натурные освидетельствования конструкций - осмотр и обмер конструкций в натурных условиях с применением в необходимых случаях специальных приборных методов с целью выявления в конструкциях дефектов и повреждений. Критерии оценки - установленные проектом или нормативным документом количественное или качественное значение параметра, характеризующего прочность, деформативность и другие нормируемые характеристики строительной конструкции. Техническое состояние конструкций - совокупность свойств, характеризующих соответствие конструкций требованиям норм и условиям обеспечения технологического процесса. Оценка технического состояния - установление степени повреждения и категории технического состояния строительных конструкций или зданий и сооружений в целом на основе сопоставления фактических значений количественно оцениваемых признаков со значениями этих же признаков, установленных проектом или нормативным документом. Нормативный уровень технического состояния - категория технического состояния, при котором количественные и качественные значения параметров всех критериев оценки технического состояния строительных конструкций зданий и сооружений соответствуют требованиям нормативных документов (СНиП, ВСН, ГОСТ, ТУ и т.д.). Поверочный расчет - расчет существующей конструкции по действующим нормам проектирования с введением в расчет полученных в результате обследования или по проектной и исполнительной документации геометрических размеров, прочности строительных материалов, Лекция 24 Конспект лекций по дисциплине «Железобетонные и каменные конструкции ». Составлен Биленко В.А. 4 нагрузок, уточненной расчетной схемы с учетом имеющихся дефектов и повреждений. Категория технического состояния - степень эксплуатационной пригодности строительной конструкции или здания и сооружения в целом, установленная в зависимости от доли снижения несущей способности и эксплуатационных характеристик конструкций. Исправное состояние - категория технического состояния строительной конструкции или здания в целом, характеризующаяся отсутствием дефектов и повреждений, влияющих на снижение несущей способности и эксплуатационной пригодности. Работоспособное состояние - категория технического состояния, при которой некоторые из численно оцениваемых контролируемых параметров не отвечают требованиям проекта, норм и стандартов, но имеющиеся нарушения требований, например, по деформативности, а в железобетоне и по трещиностойкости, в данных конкретных условиях эксплуатации не приводят к нарушению работоспособности, и несущая способность конструкций, с учетом влияния имеющихся дефектов и повреждений, обеспечивается. Ограниченно работоспособное состояние - категория технического состояния конструкций, при которой имеются дефекты и повреждения, приведшие к некоторому снижению несущей способности, но отсутствует опасность внезапного разрушения и функционирование конструкции возможно при контроле ее состояния, продолжительности и условий эксплуатации, параметров технологического процесса. Недопустимое (неработоспособное) состояние - категория технического состояния строительной конструкции или здания и сооружения в целом, характеризующаяся снижением несущей способности и эксплуатационных характеристик, при которой существует опасность для пребывания людей и сохранности оборудования (необходимо проведение страховочных мероприятий, восстановление и усиление конструкций). Аварийное состояние - категория технического состояния строительной конструкции или здания и сооружения в целом, характеризующаяся повреждениями и деформациями, свидетельствующими об исчерпании несущей способности, и опасностью обрушения (необходимо проведение срочных противоаварийных мероприятий). Степень повреждения - установленная в процентном отношении доля потери проектной или нормативной несущей способности строительной конструкцией. Восстановление комплекс мероприятий, обеспечивающих повышение эксплуатационных качеств конструкций, пришедших в ограниченно работоспособное (в отдельных случаях неработоспособное) состояние, до уровня первоначального состояния этих качеств. Усиление - комплекс мероприятий, обеспечивающих повышение несущей способности и эксплуатационных свойств строительной конструкции или здания и сооружени я в целом по сравнению с фактическим состоянием или проектными показателями. 24.1. Факторы, обуславливающие проявление дефектов и повреждений в элементах конструкций и в зданиях По степени воздействия на строительные конструкции факторы, обуславливающие Лекция 24 Конспект лекций по дисциплине «Железобетонные и каменные конструкции ». Составлен Биленко В.А. 5 проявление дефектов и повреждений в элементах конструкций и в зданиях различают на: воздействие агрессивной среды; биоповреждения каменных конструкций; нарушения технологии возведения каменных конструкций; силовые факторы воздействия на каменные конструкции и др. 24.1.1. Воздействие агрессивной среды По степени воздействия на строительные конструкции среды разделяются на неагрессивные, слабоагрессивные, среднеагрессивные и сильноагрессивные. Характеристика указанных сред и характер их воздействия на здания и сооружения показаны на рис. 24.2. Рис. 24.2. Характеристика сред и их воздействие на здания и сооружения По физическому состоянию агрессивные среды классифицируют на газовлажные, жидкие и твердые. Для строительных конструкций это природные и промышленные водные растворы, Лекция 24 Конспект лекций по дисциплине «Железобетонные и каменные конструкции ». Составлен Биленко В.А. 6 содержащие различное количество растворимых веществ (кислот, солей, щелочей) или некоторые органические жидкости. Указанные виды агрессивных сред оказывают различное воздействие на конструкции, при этом они могут спровоцировать возникновение биологических сред, вызывающих биоповреждения конструкций. Для каменных конструкций, как для бетонных и железобетонных, возможно возникновение преждевременного разрушения или значительного снижения несущей способности даже при соблюдении требований норм при проектировании, строительстве и эксплуатации. Такие случаи наблюдаются при обследовании ограждающих конструкций зданий калийных комбинатов, металлургических заводов, в которых проявлялась повышенная влажность конструкций. Натурные обследования таких зданий выявили наличие водорастворимых солей на внутренних поверхностях конструкций и в их толще, наличие протечек конденсата в межоконном пространстве, конденсат в стыковых соединениях панелей и на их внутренней поверхности. В качестве примера приведем обследования на заводе «Автоцветлит» в г. Мелитополе, здание рудника № 1 Березниковского калийного комбината. Поверочные расчеты ограждающих конструкций обследованных зданий показали, что их расчетное сопротивление теплопередаче превышает требуемое в два раза и режим работы конструкций соответствовал проектному. Тем не менее, на них наблюдалось образование конденсата. Химический анализ конденсата выявил в нем содержание солей магния, в основном МgС12. Согласно справочным данным насыщенный раствор МgС12 в значительной степени понижает значение максимальной упругости паров. Равновесная относительная влажность воздуха над его раствором становится равной 33% вместо 100%, что и приводит к увлажнению конструкций. Кроме того, весьма важным является тот факт, что, несмотря на производимые ремонты, внешний вид стен свидетельствовал о постоянном поврежденном техническом состоянии, при этом степень повреждения была такова, что вызывала необходимость в оценке их прочности. Само понятие коррозионного повреждения неоднозначно для различных материалов. Для стальных конструкций в качестве этого показателя принимают толщину прокорродировавшего слоя за определенное время. Такое понятие не может быть принято для пористых материалов каменных и бетонных конструкций, поскольку распространение коррозионных процессов проходит не только на поверхности, но и распространяется вглубь. Следует отметить, что основными причинами коррозии конструкций из каменных материалов является наличие в них влаги и агрессивных веществ, а скорость ее распространения зависит от структуры материала и внешних факторов. Содержащиеся в материалах конструкций поры могут быть разделены в зависимости от их размера на микропоры, макропоры, капиллярные поры, из которых только капиллярные поры способствуют большему приему влаги и в состоянии транспортировать воду и другие жидкости. Также следует отметить, что процесс насыщения водой протекает гораздо быстрее и интенсивнее, чем процесс высыхания материала. Результаты опытов по определению водопоглощения кирпича показали, что после 30 циклов увлажнения-высушивания материал Лекция 24 Конспект лекций по дисциплине «Железобетонные и каменные конструкции ». Составлен Биленко В.А. 7 кирпича остается постоянно влажным. Кирпич уже не отдает воду, и его влажность постоянно находится в пределах 10-15 %. Несмотря на существующую классификацию агрессивных сред с подразделением их на газовлажные, жидкие и твердые, фактически все коррозионные процессы протекают в присутствии жидкой фазы. Агрессивные вещества, содержащиеся в окружающей среде, вступают в химическую реакцию с материалами конструкций зданий с образованием солей, из которых наиболее характерными являются сульфаты (85%), карбонаты (3%), нитраты (10%) и хлориды (2%). Зарубежными исследователями отмечается также и то, что чаще всего составы высолов представлены солями натрия и калия (65%), несколько меньше солями кальция (26%), а наиболее распространенными соединениями является тенардит Nа2SO4 (40%), гипс СаSО4 х 2Н2О (25%) и нитрат калия КNОз (10%). При этом максимальная концентрация отмечается как на внешней поверхности материала, так и на глубине 1-2 см от нее, вследствие чего происходит совпадение солевого максимума и зоны выкрашивания, что приводит к уменьшению расчетного сечения конструкции. Все это указывает на то, что образующиеся на здании высолы не только нарушают его внешний вид, но и в значительной степени снижают его долговечность. Расчеты, учитывающие только силовые факторы, требуют корректировки и определения степени снижения прочностных характеристик каменных конструкций, работающих в агрессивной среде. 24.1.2. Биоповреждения каменных конструкций Одним из видов коррозионных процессов в структуре материалов каменных конструкций является биокоррозия, приводящая к биоповреждениям (биодеструкции) являющимся одной из актуальных проблем микологии. Микробиологический фактор воздействий характерен для предприятий мясомолочной, пищевой, рыбной, кожевенной, сельхозперерабатывающей, нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности и других отраслей, связанных с использованием нефти, газа, горючих и смазочных материалов органического происхождения. В коррозионных процессах принимают участие бактерии, грибы, актиномицеты, водоросли. В определенных условиях, наряду с физическими и химическими факторами, значительную роль в разрушении материалов каменных конструкций в атмосферных условиях могут играть микроорганизмы и низшие растения, живущие на поверхности и в порах камня. Общим свойством каменных материалов является их пористость. Чем она больше, тем сильнее на камень воздействуют факторы разрушения, не только абиотические, но и биологические. Чем крупнее поры, тем больше они удерживают влаги и органической пыли, которые являются необходимым условием роста микроорганизмов, и тем глубже в породу могут проникать микробы и, следовательно, тем интенсивнее протекает процесс биоповреждения. Поселяясь на каменных материалах, микроорганизмы и низшие растения разрушают их химически и механически. Химическое разрушение камня возникает в результате действия на него кислых продуктов, образующихся в процессе роста микроорганизмов: неорганических и органических кислот, а также углекислого газа. Наиболее сильное разрушение каменных материалов производят азотная и Лекция 24 Конспект лекций по дисциплине «Железобетонные и каменные конструкции ». Составлен Биленко В.А. 8 серная кислоты, продукты окисления микроорганизмами газов, присутствующих в атмосфере. Грибы, водоросли, лишайники разрушают каменные материалы не только химически, действием продуктов метаболизма, но и непосредственно, механически. Рост биомассы микроорганизмов, внедрившихся в поры и микротрещины, способствует их расширению. Периодическое увлажнение и высыхание лишайников, сопровождающееся значительным изменением объема клеток, приводит к циклическому давлению на стенки трещин и усталостному разрушению камня. Между биологическими, химическими и механическими факторами, несомненно, существует взаимодействие. Трещины, проявившиеся в результате температурных напряжений и выветривания, облегчают химические реакции между каменным материалом и продуктами жизнедеятельности микроорганизмов. В свою очередь биологические повреждения камня делают его более податливым к действию химических и механических факторов и тем самым увеличивают интенсивность разрушений. Кроме того, грибы, водоросли и лишайники, растущие на каменных материалах, способствуют задержанию пыли и грязи, заносимых ветром и птицами. Такие микропылевые ассоциации начинают служить дополнительным источником питания и причиной прогрессирующего разрушения. Кроме негативного влияния на каменные конструкции агрессивных сред, факторами и причинами, обуславливающими проявление дефектов и повреждений в них, являются: нарушение технологии возведения, силовые факторы, длительный срок возведения или перерывы в строительстве, деформации зданий при неравномерных осадках оснований и т. д. 24.1.3. Нарушения технологии возведения каменных конструкций При возведении каменных конструкций в условиях строительной площадки могут иметь место отклонения в технологии и в правилах производства каменных работ, оказывающие негативное влияние на работу кладки под нагрузкой. Отметим наиболее часто встречающиеся нарушения технологии возведения каменных конструкций: 1. Низкое качество работ: отклонение от горизонтали и вертикали поверхностей, рядов кладки и углов элементов из-за слабого геодезического контроля; при допустимом отклонении по вертикали на 1 этаж 10 мм и не более 30 мм на всю высоту здания отмечаются отклонения в гораздо больших размерах; отклонения стен от вертикали приводят к образованию эксцентриситета продольных усилий со снижением несущей способности; толщина горизонтальных и вертикальных швов в кладке превышает допустимую толщину в 10-12 мм; швы заполняются раствором не полностью, что приводит в дальнейшем к перенапряжениям в конструкции, образованию трещин и возможному разрушению; нарушение проектных требований перевязки швов и кладки как на отдельных участках стен, так и в местах примыканий несущих пилястр к стенам или несущих поперечных стен к продольным стенам, что приводит к образованию вертикальных трещин и отделению одного участка кладки от Лекция 24 Конспект лекций по дисциплине «Железобетонные и каменные конструкции ». Составлен Биленко В.А. 9 другого; кладка столбов и узких простенков стен выполняется часто по многорядной системе перевязки в 5-6 рядов вместо требуемой трехрядной или цепной системы перевязки; применение кирпича-половняка и кирпичного боя в несущих ответственных конструкциях, хотя это и допускается только в кладке забутовки и для малонагруженных элементов; плохое сцепление кирпича с раствором, которое возникает по разным причинам, чаще всего в зимнее время это укладка обледеневшего кирпича на неочищенную от снега поверхность; в жаркую летнюю погоду, наоборот, укладка в дело чрезмерно сухого кирпича, который быстро забирает влагу из раствора и обезвоживает его. Обезвоженный раствор, особенно цементный, практически не имеет сцепления с кладкой и легко отделяется от кирпича, что резко снижает несущую способность конструкции. 2. Отклонение от проектных требований: применение кирпича и раствора меньшей марки и других видов (например, силикатного кирпича вместо керамического) по сравнению с предусмотренным в проекте. Это происходит при отсутствии постоянного контроля за прочностью кирпича и раствора со стороны строительных лабораторий и может привести к существенному снижению несущей способности стен, простенков, столбов. Возможное снижение несущей способности при снижении прочности кирпича и раствора показано на рис. 24.3, а; нарушение требований проекта при возведении армокаменных конструкций с поперечным сетчатым армированием чаще всего сводится к увеличению шага сеток по высоте стен и столбов сверх допустимого, равного 40 см. На диаграмме (рис. 24.3, б) показан характер снижения несущей способности кирпичной кладки при дефектах армирования; Рис. 24.3. Диаграммы снижения несущей способности кирпичной кладки: а - при снижении марок кирпича и раствора; б - при нарушении правил армирования; 1 - при проектных марках кирпича и раствора; 2 - при снижении прочности кирпича на одну марку; 3 - при снижении прочности кирпича на одну марку, а раствора - на две марки; 4 - при снижении прочности кирпича и раствора на две марки; 5 - при проектном армировании; 6 - при пропуске одной сетки; 7 - при пропуске двух сеток Лекция 24 Конспект лекций по дисциплине «Железобетонные и каменные конструкции ». Составлен Биленко В.А. 10 анкерные металлические связи в углах здания или в местах примыкания внутренних стен к наружным либо вообще не устанавливаются, либо не заделываются на требуемую длину 1 м, считая от внутреннего угла; отсутствие связей или малая их анкеровка приводят к образованию вертикальных трещин, отделяющих более нагруженные стены от менее нагруженных; отсутствие опорных железобетонных подушек в местах передачи на кладку больших сосредоточенных нагрузок (под опорами стропильных балок и прогонов, под ребрами плит покрытия и др.) или установка опорных подушек, не содержащих арматуры, с возможным их раздавливанием и последующим разрушением расположенной под ней кирпичной кладки. загружение каменных конструкций постоянной нагрузкой до достижения кладкой необходимой прочности; возможность или невозможность загружения кладки до набора раствором проектной прочности особенно при внецентренном сжатии должно быть оговорено в проекте и строго соблюдаться при производстве работ, так как при недостаточной прочности кладки возможно ее разрушение. 3. Нарушение правил производства работ в зимних условиях: применение раствора для зимней кладки методом замораживания без подогрева и без химических добавок, снижающих температуру замерзания раствора, что не позволяет раствору набрать до замерзания даже минимальную прочность, в связи с чем в период первого оттаивания в конструкциях возникает неравномерная осадка при резком снижении прочности кладки; использование раствора, доставленного на самосвалах, после длительного открытого хранения раствора на строительном объекте, после разбавления частично смерзшегося раствора дополнительным количеством воды для придания ему пластичности; игнорирование выполнения мероприятий по обеспечению устойчивости и усилению несущих конструкций в период первого оттаивания во избежание перегрузок, а также мероприятий по предупреждению последствий перераспределения нагрузок на конструкции и связанного с этим возможного появления деформаций в здании при неравномерном оттаивании различных конструктивных элементов. 24.1.4. Силовые факторы воздействия на каменные конструкции Дефекты и повреждения каменной кладки от воздействия силовых факторов возникают в наиболее нагруженных элементах каменных конструкций: несущих каменных столбах, простенках, пилястрах и др. Эти элементы работают в основном на центральное и внецентренное сжатие. Повреждение каменных сжатых элементов от силовых воздействий обычно сводится к образованию продольных трещин, которые с увеличением нагрузки развиваются по высоте, соединяются между собой и разделяют кладку на отдельные вертикальные гибкие столбики (рис. 24.4). Рис. 24.4. Характер силовых повреждений сжатого кирпичного столба Лекция 24 Конспект лекций по дисциплине «Железобетонные и каменные конструкции ». Составлен Биленко В.А. 11 Из-за потери устойчивости столбики последовательно разрушаются, что приводит в конечном итоге к разрушению всей конструкции. Наиболее часто встречающимся силовым повреждением элементов из каменной кладки является повреждение, вызванное местной перегрузкой при опирании на них металлических или железобетонных балок без устройства опорных железобетонных подушек, применения неармированных бетонных подушек, стальных распределительных пластин или армирования кладки (рис. 24.5). Рис. 24.5. Повреждение кирпичной пилястры при местной перегрузке из-за разрушения неармированной бетонной подушки Влияние длительного срока возведения или перерыва в строительстве объектов без надлежащей консервации конструкций на их последующую работу При длительном (многолетнем) сроке возведения или при перерыве в строительстве объектов незащищенные строительные конструкции подвергаются атмосферным и климатическим воздействиям. Основными негативными факторами, влияющими на состояние конструкций, являются атмосферные осадки в виде дождя и снега и попеременное воздействие положительных и отрицательных температур. Наибольшее повреждение каменные конструкции при этом получают на незавершенном строительстве при отсутствии на объекте кровельного покрытия, в этом случае конструкции при дожде замачиваются на всех этажах здания, а высыхание их продолжается длительное время. При этом наиболее часто встречающимися повреждениями каменных конструкций являются: • разрушение поверхностных слоев кладки под воздействием попеременного замораживания и оттаивания при значительном их увлажнении атмосферными осадками; замачивание вертикальных плоскостей кладки недостроенных стен происходит из-за отсутствия водоотвода с кровли или отсутствия карнизной части стены, а также при косых дождях; • выветривание и разрушение кирпича и растворных швов; развитие микро- и макротрещин в материалах каменной кладки за счет температурных воздействий окружающей среды; • повреждение камней и раствора в швах каменной кладки за счет развития корневой системы низших и высших представителей флоры (мхи, лишайники, травы, кустарники); • повреждение материалов каменной кладки при агрессивных воздействиях на них окружающей воздушной среды и кислотных осадков. 24.2. Усиление элементов конструкций Усиление элементов выполняют с целью увеличения их несущей способности и Лекция 24 Конспект лекций по дисциплине «Железобетонные и каменные конструкции ». Составлен Биленко В.А. 12 жесткости, а также в связи с повреждениями, полученными элементами при возведении конструкций, эксплуатации или пожаре и т. п. Решение о технической возможности и экономической целесообразности усиления железобетонных конструкций должно приниматься в каждом конкретном случае в зависимости от их состояния и эксплуатационных требований, а также по результатам сравнения стоимости усиления со стоимостью возведения новой конструкции. Усиление можно выполнять двумя основными способами: изменением конструктивной схемы или наращиванием элементов. По первому способу усиливают элементы, главным образом, исправных конструкций без остановки производства. По второму способу увеличивают размеры поперечного сечения элементов с добавлением арматуры; таким способом усиливают как исправные, так и поврежденные конструкции. При усилении элементов конструкций изменением конструктивной схемы значительное увеличение несущей способности изгибаемых элементов (балок, ригелей и т. п.) достигают введением затяжек, подвергаемых предварительному натяжению на бетон. При этом изменяется напряженное состояние балочной конструкции — она становится внецентренно сжатой. Усиливающие затяжки выполняют из двух, а в некоторых случаях из четырех тяжей, предварительное напряжение которых осуществляют стягиванием их попарно с помощью болтового устройства. По своему расположению на балочной конструкции усиливающие затяжки могут быть горизонтальными, шпренгельными и комбинированными (рис. 24.6). Затяжки покрывают антикоррозионным составом. Рис. 24.6. Способы усиления балок и ригелей затяжками а — горизонтальными; б — шпренгельными; в — комбинированными; 1 — натяжной болт; 2 — шайбаупор; 3 — тяжи-затяжки; 4 — опорный анкер из швеллера; 5 — подкладки из круглого стержня; 6 — отверстие в плите. заделываемое после установки анкера; 7 — уголковый упор; 8 — анкеры уголкового упора; 9 — тяжи-затяжки; 10 — подкладка из полосовой стал Лекция 24 Конспект лекций по дисциплине «Железобетонные и каменные конструкции ». Составлен Биленко В.А. 13 Новая конструктивная схема при надежном соединении затяжки с опорами работает как единая система. Нагрузка вызывает натяжение затяжки, сжатие и изгиб элемента. Колонны усиливают устройством предварительно напряженных распорок ломаного очертания, расположенных с одной или с двух сторон (рис. 24.7). Каждую ветвь распорок составляют из уголков, связанных между собой планками на сварке. В местах перелома в боковых полках уголков делают надрезы. Предварительного напряжения в ветвях распорок достигают взаимным стягиванием ветвей попарно, а при односторонних распорках — подтягиванием к боковой поверхности колонны. Рис. 24.7. Усиление колонн распорками а – сжатых; б – внецентренно сжатых; I — стяжные болты; 2 — упоры из уголков; 3 — планки; 4 — распорки; 5 — натяжной болт; 6 — планки, привариваемые после установки распорок Выпрямляясь, распорки воспринимают часть вертикальных нагрузок и разгружают колонну. Устройство односторонних распорок возможно для усиления внецентренно сжатых колонн с большими эксцентриситетами. При усилении элементов конструкций наращиванием на плитах ребристых монолитных перекрытий и сборных плит, уложенных по железобетонным или стальным балкам, устраивают новую монолитную плиту по старому бетону. После снятия слоев прежнего пола и нарушенного верхнего слоя бетона укладывают арматуру и слой нового бетона толщиной не менее 30 мм (рис. 24.8, а). Усиленную плиту рассматривают как монолитную. Рис. 24.8. Способы усиления железобетонных плит наращиванием Если из-за промасленности или глубокой загрязненности старой плиты невозможно обеспечить надежное сцепление нового бетона со старым, то новую плиту выполняют толщиной Лекция 24 Конспект лекций по дисциплине «Железобетонные и каменные конструкции ». Составлен Биленко В.А. 14 не менее 50мм с пролетной и опорной арматурой (рис. 24.8,6). При этом усилении полезная нагрузка распределяется между старой и новой плитами пропорционально их жесткостям. Плиты сборных перекрытий усиливают таким же способом (рис. 24.8, в). Усиление балок и ригелей возможно приваркой к освобожденной от защитного слоя обнаженной арматуре дополнительных продольных стержней с последующим их оштукатуриванием цементным раствором или нанесением слоя торкрет-бетона (рис. 24.9, а). Значительного повышения несущей способности можно достичь увеличением сечения снизу с установкой дополнительной арматуры (рис. 24.9, 6). Отогнутые стержни и поперечные хомуты дополнительной арматуры приваривают к стержням старой арматуры. Рис. 24.9. Деталь армирования при усилении железобетонных балок а — с приваркой к арматуре дополнительных продольных стержней; б — с наращиванием сечения снизу и установкой дополнительной арматуры Для усиления колонн прибегают к устройству рубашек, армированных продольными стержнями и хомутами или спиралью. Толщина рубашки должна быть не менее 50 мм при бетонировании в опалубке и не менее 30 мм при торкретировании (рис. 24.10). Для усиления колонн многоэтажных зданий и пропуска дополнительной продольной арматуры в плите перекрытия пробивают отверстая, а в пределах сечения балок с колонной устраивают местные уширения. Рис 24.10. Усиление колон наращиванием Лекция 24 Конспект лекций по дисциплине «Железобетонные и каменные конструкции ». Составлен Биленко В.А. 15 Особенности производства работ Работы по усилению железобетонной конструкции выполняют с учетом ее напряженнодеформированного состояния под нагрузкой. В местах приварки дополнительной арматуры удаляют защитный слой бетона и обнажают продольные стержни существующей арматуры до половины площади их сечения. Следует иметь в виду, что удаление защитного слоя бетона со стороны растянутой зоны не оказывает существенного влияния на прочность только в том случае, если армирование старой конструкции выполнено без стыков внахлестку. Удаление же защитного слоя со стороны сжатой зоны всегда вызывает временное снижение прочности конструкции. Сцепление нового бетона со старым обеспечивают достаточно надежно, если поверхность старого бетона специально подготовлена. Для этого необходимо удалить с поверхности старого бетона, отстающие и поврежденные куски бетона, пыль и т. п. Затем поверхность старого бетона следует насечь и обработать металлической щеткой. После установки арматуры поверхность старого бетона промывают струей воды под напором и поддерживают во влажном состоянии. Непосредственно перед бетонированием с поверхности старого бетона удаляют оставшиеся лужицы воды. В течение первых дней после бетонирования бетон ежедневно увлажняют поливкой.
