Разработка проектов усиления
Расчет сжатых и внецентренно сжатых элементов
В случае потери части сечения арматуры из-за коррозии или для повышения несущей способности здания могут применяться композитные материалы, армированные стеклотканью, углеродными или арамидными волокнами, которые помогут восстановить утерянную несущую способность колонн.
Для круглых поперечных и прямоугольных сечений с соотношением сторон (h/b) менее 1,5, при наибольшей ширине не более 900 мм наиболее эффективна обойма ФАП. Полное обертывание ФАП вокруг определенных типов элементов, работающих на сжатие, ограничивает деформирование в поперечном направлении, создавая обойму с ориентацией волокон в поперечном направлении и увеличивая прочность при сжатии. При повышении сжимающих нагрузок обойма растягивается, сдерживая поперечные деформации. Для надежной работы обоймы необходим ее плотный контакт с элементом.
При использовании обойм из ФАП увеличивается общая пластичность сечения, т.к. она может развивать при сжатии более высокую деформацию вплоть до разрушения. Также обойма ФАП может отсрочить искривление стальной продольной арматуры, работающей на сжатие, и усилить место нахлесточного соединения стальной продольной арматуры.
Обоймы ФАП используются для повышения сейсмостойкости колонн, опор мостов и т.п.. Они рассчитаны на восприятие ограничивающего напряжения, достаточного для развития деформации сжатия при заданных смещениях.
Композиционными материалами можно усилить металлические и деревянные конструкции. Также перспективно предварительное напряжение элементов внешнего армирования. Натяжение углеродных лент и ламелей производится гидродомкратами с использованием специальных захватов и анкерных устройств. При натяжении элементов внешнего армирования и их последующим закреплении на конструкции достигается не только повышение несущей способности, но и повышение жесткости и трещиностойкости усиливаемого элемента.
Усиление строительных конструкций
Данное действие может потребоваться в следующих случаях:
- повреждение, которое привело к снижению несущей способности строительной конструкции, жесткости и трещиностойкости
- изменение условий эксплуатации
- изменение расчетной схемы конструкции
- необходимость повысить надежность и долговечность конструкции
- ошибки при проектировании
Усиление может осуществляться следующими способами:
- увеличение и наращивание сечений элементов;
- установка дополнительного армирования в существующие конструкции;
- устройство обойм из металлических уголков или труб;
- устройство дополнительных опор, подкосов с целью изменения конструктивной схемы элемента;
- устройство дополнительных связей ребер, диафрагм и распорок для увеличения местной и общей устойчивости металлических конструкций;
- обетонирование стальных и каменных конструкций,
Часто необходимо комбинировать и совмещать способы усиления, чтобы решить поставленную задачу.
Основные положения по расчету укрепление строительных конструкций композиционными материалами
В литературе композиционные материалы, армированные стеклотканью, углеродными или арамидными волокнами получили наименования «композиционные материалы с фиброй»(КМФ), «фиброармированные пластики»(ФАП). Наиболее распространены углепластики армированные углеволокном композиты.
Внешние ФАП используются для продольного и поперечного армирования стержневых элементов, для создания армирующих усиляющих оболочек на колоннах и опорах, консолях колонн, для усиления элементов ферм, плит, оболочек и других конструкций.
Рациональной степенью усиления с помощью системы ФАП является диапазон 10–60% от начальной несущей способности усиливаемой конструкции. Определение усилий в элементах конструкций производится с учётом данных, полученных при обследовании, предшествующем усилению.
Расчет производится по методу предельных состояний. Расчет конструкций, усиленных ФАП, по первой группе предельных состояний производится во всех случаях. Расчет по второй группе предельных состояний производится только в тех случаях, когда расчетная нагрузка после усиления увеличивается. Расчет системы усиления на основе ФАП требует рассмотрения нескольких видов разрушения и предельных состояний усиленного элемента. Поэтому вначале ориентировочно назначается площадь сечения ФАП выбранного типа, и затем она итерационно корректируется в соответствии с результатами проверок соответствующих предельных состояний.
При растяжении ФАП имеют линейную зависимость между напряжениями и деформациями вплоть до разрушения. Свойства ФАП в основном определяются типом, ориентацией и количеством армирующих волокон.
Соблюдение конструктивных требований - важное условие надежной эксплуатации усиленных с помощью ФАП конструкций. В проектирование обязательно входят рекомендации по конструированию.
Расчет прочности сечений, наклонных к продольной оси изгибаемого элемента
В предельном состоянии изгибаемого элемента усилия в сжатой зоне воспринимаются бетоном и сжатой стержневой арматурой, а в растянутой – стержневой арматурой и внешней композиционной арматурой. Расчет по прочности нормальных к продольной оси сечений железобетонных элементов, усиленных ФАП, следует производить на основе нелинейной деформационной модели. Допускается расчет элементов прямоугольного, таврового и двутаврового сечений, проведенный на основе условий равновесия усилий в предельном состоянии.
Расчет прочности сечений, наклонных к продольной оси изгибаемого элемента
Системы ФАП используются для усиления наклонных к продольной оси сечений. Усиление может достигаться наклеиванием ФАП в поперечном направлении к оси элемента или перпендикулярно потенциальным трещинам в опорном сечении. При усилении нормального сечения конструкции необходима проверка обеспечения несущей способности сечений, наклонных к продольной оси элемента на действие поперечной силы по наклонной полосе между наклонными трещинами, на действие поперечной силы по наклонной трещине и на действие изгибающего момента по наклонной трещине.