Усиление металлических конструкций реферат

Обновлено: 02.07.2024

Методы усиления металлических конструкций ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )

При недостаточной несущей способности отдельных элементов, конструкций или зданий и сооружений производится их усиление, при этом, так же как и при конструкциях из других материалов, необходимо предусмотреть минимальные потери из-за остановок технологического цикла.

Элементы сварных конструкций, испытывающие растяжение, сжатие или изгиб, могут быть усилены увеличением сечений путем приварки новых дополнительных деталей. Несущая способность элемента при этом возрастает с увеличением его сечения или жесткости. Однако нагрев элемента в процессе сварки может снижать его несущую способность. Степень снижения зависит от режима сварки, толщины и ширины элемента, направления сварки. Для продольных швов снижение прочности не превышает 15%, для поперечных может достигать 40%. Поэтому наложение швов поперек элемента при его усилении под нагрузкой категорически запрещается.

В связи с некоторой потерей прочности элементов при сварке, а также перераспределением напряжений как по сечению элемента, так и между элементами усиление под нагрузкой производят при напряжениях, не превышающих 0,8 Rу, где Rу — расчетное сопротивление для стали, из которой изготовлен элемент.

Усиление сжатых стоек Эффективным средством усиления сжатых стальных стержней является применение предварительно напряженных телескопических труб и элементов из других жестких профилей.

Сущность способа (рис. 1) заключается в том, что разгружающая предварительно напряженная стойка со-стоит из двух труб требуемого диаметра, причем внутренняя труба сжата, а наружная растянута. Достигается это следующим образом: наружную трубу устанавливают в горизонтальное положение, с одного торца трубы приваривают фланец с центральным отверстием диаметром 30…40 мм, с другого торца на расстоянии 2…3 м строго по оси наружной трубы устанавливают внутреннюю трубу чуть меньшего диаметра, чтобы она могла с небольшим зазором входить в наружную. Затем газовыми горелками производят нагрев наружной трубы до расчетного удлинения, вводят в нее внутреннюю трубу и обваривают по всему периметру свободного торца. Сокращаясь при остывании, наружная труба обжимает внутреннюю. В таком виде предварительно напряженный элемент устанавливают рядом с усиливаемой стойкой и плотно подклинивают под разгружаемую конструкцию. Затем двумя газовыми горелками наружную трубу разрезают в нижней части по окружности, освобождая таким образом усилие предварительного напряжения во внутренней трубе. Удлиняясь, она разгружает рядом стоящую стойку. После этого наружная труба в сечении разрезки заваривается и в состоянии воспринять часть добавочной нагрузки на колонну (стойку) после усиления. Этот способ может применяться также при усилении внецентренно сжатых элементов.

Эффективным способом увеличения жесткости каркасов промышленных зданий является устройство предварительно напряженных тяжей и оттяжек. Однако оттяжки требуют массивных анкерных устройств, увеличения площади застройки, а также они увеличивают сжимающие усилия в колоннах. Более эффективны тяжи, которые крепятся к соседним устойчивым зданиям. Натяжение таких затяжек осуществляют механическим, электротермическим или комбинированным способом, а контроль эффективности усиления — по уменьшению смещений верхних узлов каркаса при горизонтальных нагрузках.

Повышения жесткости продольных и поперечных рам возможно добиться установкой крестовых диагональных жестких связей, а когда это невозможно, — жестких распорок (ригелей) в сочетании с диагональными раскосами.

Эффективный способ увеличения прочности и жесткости металлических ригелей — подведение под них прокатных или сварных балок с приваркой под нагрузкой в нагретом состоянии. При ограниченных габаритах помещений усиливающую балку устанавливают сверху, вскрывают пол и приваривают ее к верхней полке усиливаемого ригеля в предварительно напряженном состоянии. Усиливающие балки в первом и во втором случаях заводят и жестко закрепляют в узлах рамы.

Повышения несущей способности стропильных балок и ригелей перекрытия возможно добиться устройством сплошного железобетонного настила, жестко связанного с верхним поясом балки. В этом случае жесткость ригеля существенно повышается, и его можно рассматривать как тавровую железобетонную балку с жесткой арматурой.

Наиболее часто требуют усиления сжатые стальные элементы. Традиционным способом их усиления является увеличение сечения приваркой полос, уголков и других элементов без предварительного напряжения.

Однако такой способ усиления обладает существенным недостатком: элементы усиления поздно включаются в работу, приварка этих элементов вызывает в сжатых стойках дополнительные деформации, что снижает эффективность усиления. Поэтому традиционные способы усиления применяют, если временная нагрузка на стойки составляет не менее 40% от постоянной и во время выполнения работ по усилению она отсутствует.

Усиление стальных стоек ненапряженными элементами осуществляют увеличением их сечения и уменьшением их свободной длины, при этом следует стремиться к максимальному увеличению радиусов инерции сечения (рис. 2). При выполнении усиления нагрузка на стойке не должна превышать 50…60% расчетной.

При небольшой гибкости усиливаемого элемента необходимо уменьшать эксцентриситет от смещения, а при гибкости >80 — увеличивать его устойчивость.

Присоединение элементов усиления осуществляют в основном сваркой. Сварочный прогиб для элементов которые усиливаются под нагрузкой, является нагружающим фактором, поэтому сначала усиливаемый элемент приваривают точечной сваркой, а затем накладывают основной шов. При этом предпочтение следует отдавать шпоночным (прерывистым) швам, которые уменьшают деформации элементов, сокращают сроки сварочных работ и уменьшают массу наплавленного металла.

Усиление металлических балок осуществляют увеличением сечения, при этом необходимо выполнить их разгрузку не менее чем на 60% или установить временные дополнительные опоры. При проектировании усиления необходимо придерживаться следующих технологических правил: объем сварки должен быть минимальным, сварные швы следует располагать в удобных доступных местах, необходимо избегать потолочной сварки, сначала надо усиливать нижний пояс, а затем верхний, что исключает прогиб балки в момент усиления.

Проверку прочности и устойчивости усиленной балки производят как для цельного сечения, так как критические усилия не зависят от величины напряжений, существовавших до усиления.

Для повышения местной устойчивости локальных участков стенки балки устанавливают на этих участках короткие ребра жесткости, окаймляя их продольными ребрами (рис. 4).

Эффективным способом усиления сплошных балок являются натяжные устройства, которые обеспечивают стабильную величину предварительного напряжения, не зависящую от податливости анкеров и вытяжки затяжек. Такие способы позволяют регулировать усилие предварительного напряжения в нижнем поясе балки. Один из вариантов усиления представлен на рис. 5.

Распорные элементы выполняют в виде секторов с гнездами, образующих с осью разрезные шарниры, расположенные между скошенными торцами распираемых балок, натяжное устройство требуемой массы располага-ют внутри колонны. Этот способ наиболее эффективен при усилении подкрановых балок, так как требует минимальных трудовых и материальных затрат.

Усиление стальных ферм осуществляют подведением новых конструкций, введением дополнительных элементов решетки, изменением схемы конструкции и увеличе-нием сечений отдельных элементов. Выбор того или иного способа усиления зависит от причин, вызвавших усиление стропильных конструкций.

Подведение новых конструкций осуществляют в том случае, если другие способы усиления не дают требуемого эффекта и если по условиям производства допустима установка дополнительных промежуточных стоек.

Дополнительные элементы решетки вводятся дли уменьшения гибкости стержней в плоскости фермы, для усиления верхнего пояса фермы на местный изгиб, я также для увеличения жесткости и несущей способности фермы в целом. Усиление нижнего пояса осуществляют, как правило, увеличением его сечения. Верхний не усиливают шпренгельной решеткой. Дополнительную перекрестную решетку устанавливают для повышения несущей способности и жесткости фермы в целом. В этом случае ферма превращается в статически неопределимую систему и возникает опасность перераспределения усилий в элементах решетки (растянутые элементы испытывают сжимающие усилия, и наоборот).

Поэтому иногда возникает необходимость дополнительного усиления отдельных элементов решетки. Наиболее распространенный характер повреждений стропильных ферм — погнутость стержней решетки, которая достигает 50…70 мм. В этом случае увеличивают сечение решетки или устанавливают предварительно напряженные элементы, снижающие искривления элементов решетки.

Существенного увеличения несущей способности фер-мы можно добиться установкой третьего пояса (шпренгельной системы) в пределах высоты фермы или (если попускает высота помещения) путем его закрепления в нижних опорных узлах.

Такое усиление не требует дополнительных опор и может выполняться из высокопрочных канатов (пучков), обеспечивая минимальную материалоемкость усиления. Стойки шпренгельной системы выполняют из жестких профилей. Разгрузку существующей фермы осуществляют предварительным напряжением третьего пояса, поэтому его сечение должно быть достаточным для воспринятия максимальных напряжений при полной нагрузке фермы. Усилия в различных элементах конструкции суммируются из усилий, возникающих при предварительном напряжении третьего пояса, а также усилий, в статически неопределимой усиленной конструкции от всех нагрузок, приложенных после усиления.

Одним из способов усиления ферм является надстройка висячих (вантовых) систем, к которым подвешивается усиливаемая конструкция. Этот способ особенно эффективен, если ванты можно подвешивать к рядом стоящим более высоким и устойчивым сооружениям. Усиления ферм можно добиться включением в их работу светоаэрационных фонарей. Наиболее эффективен этот метод при расположении фонарей не по середине пролета, а над колоннами в двухи многопролетных цехах.

Как уже отмечалось, усиления верхнего пояса ферм можно добиться за счет включения в его работу железобетонных плит покрытия. При недостаточной прочности сварных швов их усиливают увеличением длины.

Наращивание швов следует производить электродами Э42, Э42А или Э46Т диаметром не более 4 мм при силе тока не более 220 А со скоростью, при которой за один проход размер катета не превышает 8 мм. Для элементов из уголков новые швы следует накладывать, начиная со стороны обушка от края фасонки в направлении существующих швов. Сварку последующего шва производят только после охлаждения предыдущего до 100 °C. При усилении швов напряжения в усиливаемом элементе не должны превышать 0,8 Rу, где Rу — расчетное сопротивление стали.

Усиление должны производить высококвалифицированные сварщики не ниже 5-го разряда. Усиление заклепочных соединений осуществляют высокопрочными болтами с предварительным напряжением. Болты устанавливают от середины узла к краям с помощью тарировочных ключей для измерения крутящих моментов. Из-за ослабления старых заклепок при установке новых высокопрочных болтов последние должны быть рассчитаны на воспринятие полной нагрузки. Из-за различной жесткости сварных и болтовых соединений усиление последних при помощи сварки не рекомендуется.

Содержание
Введение.
1. Методы усиления металлических конструкций.
Усиление сжатых стоек.
Усиление балок.
Усиление ферм.
2. Расчет усиливаемых металлических элементов.
3. Принципы усиления деревянных конструкций.

Анциперовский В.С., Осипов В.О., Якобсон К.К. Содержание и реконструкция железнодорожных мостов

формат djvu
размер 2.55 МБ
добавлен 26 февраля 2009 г.

Учебник. М.: Транспорт, 1975. -240с., ил. В книге изложены основные вопросы содержания, обследований, испытаний, а также ремонта, усиления и реконструкции металлических, железобетонных, бетонных, каменных и деревянных мостов на железных дорогах.

Бобриков Б.В. Строительство мостов

формат djvu
размер 10.41 МБ
добавлен 02 февраля 2012 г.

М, Транспорт 1978. Изготовление сборных мостовых конструкций. Сооружение опор. Сооружение железобетонных пролетных строений. Монтаж стальных пролетных строений. Строительство деревянных мостов и водопропускных труб.

Гибшман Е.Е. Проектирование деревянных мостов

формат djvu
размер 42.5 МБ
добавлен 22 января 2012 г.

Учебник Гибшман Е.Е. "Проектирование деревянных мостов", М.: "Транспорт", 1976 г., 272 с. В учебнике изложены сведения о деревянных автодорожных мостах. Приведены системы мостов, их конструкции и условия применения. Подробно рассмотрена теория и методы расчета мостов различных систем. Общие сведения об искусственных сооружениях на автомобильных дорогах Основные данные для проектирования мостов Общие сведения о деревянных мостах Конструкция бало.

Кириллов В.С. Эксплуатация и реконструкция мостов и труб на автомобильных дорогах

формат doc
размер 10.58 МБ
добавлен 21 января 2011 г.

Изд-во "Транспорт" 1971 г. В учебнике изложены вопросы эксплуатации, содержания и ремонта деревянных, металлических, железобетонных, бетонных и каменных мостов и труб на автомобильных дорогах, способы усиления и реконструкции их, а так же методы испытаний как в полевых, так и в лабораторных условиях. RAR архив, формат doc.

Колоколов Н.М., Вейнблат Б.М. Строительство мостов

формат djvu
размер 8.97 МБ
добавлен 29 августа 2010 г.

Изложена технология строительства железобетонных, стальных и деревянных мостов различных систем с учетом индустриального изготовления сборных элементов их конструкций. Приведены сведения об инвентарных вспомогательных сооружениях, мостостроительном оборудовании и технологической оснастке, расчет вспомогательных сооружений и устройств. В файле присутствуют все 504 страницы в отличие от имеющегося в этом разделе

Колоколов Н.М., Вейнблат Б.М. Строительство мостов

формат djvu
размер 1.77 МБ
добавлен 27 июня 2009 г.

Учебник. — М: Транспорт, 1981. ВНИМАНИЕ! В файле, к сожалению, присутствуют только с 1 по 117 стр из 504. Изложена технология строительства железобетонных, стальных и деревянных мостов различных систем с учетом индустриального изготовления сборных элементов их конструкций. Приведены сведения об инвентарных вспомогательных сооружениях, мостостроительном оборудовании и технологической оснастке, расчет вспомогательных сооружений и устройств. Первое.

Колоколов Н.М., Вейнблат Б.М. Строительство мостов

формат djvu
размер 7.52 МБ
добавлен 13 февраля 2011 г.

Учебник. — М: Транспорт, 1984. Изложена технология строительства железобетонных, стальных и деревянных мостов различных систем с учетом индустриального изготовления сборных элементов их конструкций. Приведены сведения об инвентарных вспомогательных сооружениях, мостостроительном оборудовании и технологической оснастке, расчет вспомогательных сооружений и устройств. Первое издание опубликовано в 1975 г. Во втором издании нашли отражение новые нор.

Максарев Е.Д., Миронов В.В., Никитин М.К. Деревянные мосты (разработка вариантов)

формат pdf
размер 5.23 МБ
добавлен 16 мая 2011 г.

Учебное пособие. Санкт-Петербург, 2000г. Введение Краткие сведения о системах деревянных мостов Системы деревянных мостов под железную дорогу Системы деревянных мостов под автомобильную дорогу Устои деревянных мостов Устои мосто под железную дорогу Устои мостов под автомобильную дорогу Общая компоновка моста и методика разработки вариантов Технико-экономическое сравнение вариантов Пример разработки вариантов моста Список литературы Приложение №1.

Руководство (неполное) по определению грузоподъёмности металлических пролётных строений ж.д. мостов

формат pdf
размер 14.26 МБ
добавлен 12 февраля 2010 г.

Издание неполное. Разработано Гланым управлением пути МПС СССР Даны только таблицы приложений из этого издания. Рекомендую студентам МИИТа и других транспортных ВУЗов, обучающимся по специальности 270201 "Мосты и транспортные тоннели" при выполнении курсового проекта "Оценка грузоподъёмности и усиление элементов металлических пролётных строений железнодорожных мостов" на IV курсе (8 семестр).

Саламахин П.М. Инженерные сооружения в транспортном строительстве (Книга 1)

формат pdf
размер 24.32 МБ
добавлен 25 августа 2010 г.

Р.1 Мостовые сооружения и трубы на автомобильных и городских дорогах Основные понятия о мостовых сооружениях и трубах на автомобильных и городских дорогах Основы проектирования мостовых сооружений и труб Р.2 Деревянные мосты Общие сведения о деревянных мостах Конструкция деревянных мостов и способов их строительства Основы расчёта деревянных мостов Р.3 Железобетонные мосты Общие сведения о железобетонных мостах Конструкция пролётных строений бало.

Содержание

Причины, вызывающие необходимость усиления металлических конструкций. 2
Оценка состояния металлических конструкций.3
Восстановление и усиление стальных конструкций5
Список литературы20

Прикрепленные файлы: 1 файл

реферат мргунов.docx

Причины, вызывающие необходимость усиления металлических конструкций. 2
Оценка состояния металлических конструкций.3
Восстановление и усиление стальных конструкций5
Список литературы20

Причины, вызывающие необходимость усиления металлических конструкций.

В ряде случаев необходимость местного (реже общего) усиления металлических конструкций диктуется ошибками или дефектами, возникшими на стадии их проектирования, изготовления или монтажа.

К характерным дефектам конструкций, возникшим на стадии их изготовления, относятся использование элементов из стали пониженной по сравнению с проектом марки или меньшего сечения и начальные погнутия стержней. Начальные искривления являются следствием неправильно организованной технологии сборки, сварки и правки сварных и прокатных профилей.

Накопление повреждений и погнутий происходит в процессе погрузочно-разгрузочных работ, при транспортировке или монтаже конструкций. возрастают как число деформированных стержней, так и стрелки их прогибов. В ряде случаев перегрузка конструкций и необходимость их усиления возникают вследствие утяжеления ограждающих конструкций, стяжек, утеплителя и т.п. по сравнению с проектом.

Следующей причиной, вызывающей необходимость усиления металлических конструкций является их физический износ в результате длительной интенсивной или неправильной эксплуатации. В первую очередь износ связан с поражением металла коррозией, резко снижающей несущую способность элементов, узлов или конструкций в целом. Особенно большие объемы работ по усилению корродированных стальных конструкций характерны для предприятий химической промышленности.

Оценка состояния поврежденных стальных конструкций производится на основании визуального, визуально-инструментального обследования, а в необходимых случаях испытанием конструкций, проведением проверочных расчетов и испытанием на прочность образцов металла обследуемых конструкций.

При визуальном обследовании определяются:

общий характер повреждений для предварительного определения возможности и способов восстановления и усиления стальных конструкций;
наличие разрывов элементов по всему сечению;
наличие искривлений элементов по всей длине;
наличие местных механических дефектов (вмятин, искривлений, трещин или надрывов, пробоин);
пригодность сварных, болтовых и заклепочных соединений к дальнейшей эксплуатации.

При визуально-инструментальном обследовании с использованием геодезических инструментов и специальных приборов определяют следующие дефекты взаимного расположения конструкций и элементов конструкций:

отклонения отметок опорных узлов ферм и ригелей;
отклонения расстояний между осями ферм по верхнему поясу;
отклонения расстояний между прогонами;
отклонения опорной поверхности колонн по высоте и оси колонн по вертикали;
стрелы прогиба колонн и ригелей;
разности отметок крановых рельсов, нижних поясов подвесных путей;
смещения осей кранового рельса с оси подкрановой балки и от прямой;
выпучивание стенок сплошных балок.

Отклонения от вертикали замеряют отвесами или теодолитами; разности отметок – нивелированием.

Оценку состояния поврежденных стальных конструкций и, соответственно, выбор мероприятий по их восстановлению следует производить исходя из характера и размеров повреждений элементов.

Небольшие вмятины второстепенных и не сильно загруженных элементов, местные искривления, не снижающие несущей способности конструкции, свидетельствуют о слабой степени повреждения; ремонт в таких случаях можно не делать.

Повреждения, снижающие несущую способность конструкций, но не сопровождающиеся потерей несущей способности основных элементов (разрыв второстепенных элементов по всему сечению или их искривление на большой длине, местные искривления основных элементов и т.д.), свидетельствуют о средней степени повреждения и необходимости ремонта конструкций по месту. Последний выполняется без демонтажа, в необходимых случаях с подведением дополнительных стоек, распорок, упоров и т.д.

Сильная степень повреждения сопровождается полной потерей несущей способности конструкции при эксплуатационных нагрузках:

разрушением узлов и соединений, разрывом по всему сечению или искривлением на большой длине основных элементов. при этом необходим ремонт конструкций, как правило, с демонтажем или установкой временных креплений и опор.

Разрушение отдельных конструкций и частей здания следует классифицировать как полное, нуждающееся в замене соответствующих конструкций.

Восстановление и усиление стальных конструкций

Для конструкций, подвергшихся аварии и пожару, ремонтно-восстановительные работы, как правило, разделяют на два этапа:

подъем и общее выправление конструкций;
собственно ремонт и усиление элементов.

Работы по каждому из указанных этапов можно осуществлять без разгрузки, с разгрузкой, с частичным или полным демонтажем. Рекомендуется производить восстановление и ремонт по возможности без разгрузки и демонтажа конструкций. К разгрузке следует прибегать лишь в случаях возникновения больших дополнительных напряжений вследствие исключения поврежденных элементов, при отсутствии подъемного оборудования достаточной грузоподъемности и т. д. К частичному или полному демонтажу следует прибегать в случаях тяжелых повреждений, когда элемент проще снять, чем устраивать сложные приспособления для его ремонта на месте.

Восстановление конструкций без демонтажа следует предусматривать с разгрузкой от временных нагрузок и приведением в проектное положение при помощи домкратов, талей, стоек, распорок и т. д. (рис. 1).

Рис.1. Пример выправления фахверка без его демонтажа и разборки кирпичного здания

Следует различать следующие способы усиления стальных конструкций:

постановку дополнительных ребер, диафрагм и распорок;
увеличение сечения элементов;
усиление соединений элементов;
подведение новых конструкций и изменение конструктивной схемы;
увеличение пространственной жесткости.

При восстановлении конструкций применяют, как правило, сочетание нескольких способов усиления.

При выборе способа усиления следует проанализировать все возможные способы и из нескольких вариантов принять наиболее экономичный. Кроме стоимости строительных работ при усилении необходимо учитывать и потери от остановки производства.

Постановку дополнительных поперечных и продольных ребер жесткости производят в случае недостаточной местной устойчивости стенок балок. Перед приваркой ребер жесткости к существующим балкам последние следует частично разгрузить при помощи временных промежуточных опор с целью уменьшения поперечной силы в ослабленных местах стенки балки.

Жесткость составных колонн увеличивают постановкой дополнительных диафрагм. Для увеличения жесткости нижнего сжатого пояса ригелей рам в углах примыкания ригеля к стойкам устраивают подкосы (распорки), при этом обязателен учет изменения статической схемы рамы при ее расчете.

Способ подведения новых конструкций и введения новых дополнительных элементов для усиления отдельных конструкции рекомендуется применять тогда, когда непосредственное усиление конструкций не представляется возможным, например, подведение дополнительных балок для усиления перекрытия, подведение новых подстропильных ферм вместо удаленных колонн, введение новых дополнительных элементов решетки для усиления стропильных, крановых, мостовых ферм и решетчатых подкрановых балок.

Способ изменения конструктивной схемы рекомендуется применять во всех случаях усиления: неотложно-аварийном, временном, постоянном и перспективном, особенно при усилениях под нагрузкой.

Следует различать приемы усиления:

без превращения в новые конструктивные формы (например, увеличением жесткости какой-либо одной колонны в поперечной схеме пролетного сооружения цеха можно достичь необходимого перераспределения усилий во всей конструктивной схеме);
с частичным превращением в новые конструктивные формы (например, установка затяжки в раме и защемление концов стоек превращают двухшарнирную раму в такую же конструкцию, но с защемленными опорами и затяжкой);
с полным превращением в новые конструктивные формы (подведение шпренгеля к однопролетному ригелю).

Для увеличения пространственной жесткости здания или сооружения рекомендуется использовать следующие приемы:

постановку дополнительных или перестановку существующих связей;
увеличение жесткости горизонтальных связевых дисков покрытия или перекрытия;
использование диафрагм жесткости;
включение в пространственную работу каркаса таких элементов, как антресольные площадки, тормозные конструкции подкрановых балок, несущие конструкции под технологическое оборудование и т. п.

Для усиления конструкций рекомендуется использовать следующие приемы их предварительного напряжения:

применение предварительно напряженных тяжей, затяжек и оттяжек;
предварительное напряжение регулируемыми распорками;
регулировку опор путем их принудительного смещения;
устройство шпренгелей;
электротермический способ;
предварительный выгиб и последующую сварку профилей балок.

Соединение элементов стальных конструкций следует предусматривать, как правило, с помощью сварки с учетом мероприятий по подготовке восстанавливаемых конструкций к сварочным работам (зачистка, выравнивание краев разрыва, засверливание трещин или узких длинных отверстий и т. д.).

Не исключается применение болтовых соединений.

Для элементов усиления следует применять сталь того же класса, что и сталь восстанавливаемой конструкции. Тип электродов выбирается в соответствии с классом стали элемента усиления.

Балки и прогоны.

Ремонт (усиление) балок и прогонов следует выполнять при наличии в них следующих повреждений:

общие искривления в плоскости большего или меньшего моментов инерции;
скручивание;
погнутости, трещины, пробоины; надрывы в стенке.

Повреждения могут быть частичными и комбинированными.

При разработке проектов усиления изгибаемых элементов следует учитывать следующие требования:

Балки настила воспринимают следующие нагрузки: постоянная нагрузка - вес настила и собственный вес балки; временная нагрузка - вес оборудования, людей и др.

При определении постоянной нагрузки исходим из того, что настил состоит из железобетонных плит сплошного сечения. Тогда вес 1 м 2 настила:

g '= t_n ·ρ = 2,20·24=4,8 кН/м 2 ;

где t_n -толщина плиты (м), ρ =0,24 кН/м 3 -объемный вес железобетона.

Собственный вес балки настила приближенно принимаем равным 2% от полной нагрузки на балку:

g "= ( P + g ') ·0,02= (16+4,8)·0,02=0,416 кН/м 2 .

Нормативная постоянная нагрузка на балку, приведенная к 1 м 2 перекрытия:

g =( g '+ g ")= 4,8+0,416=5,216 кН/м 2 .

Суммарная (временная и постоянная) погонная нормативная нагрузка:

q _н =( P + g ) · a = (16+5,216) · 1,6=33,9 кН/м;

где a - шаг балок настила (м).

Суммарная расчетная нагрузка:

q = (P·n_p +g·n_g ) ·a= (16· 1,2+5,216· 1,1) · 1,6=39,9 кН/м;

где n_p =1,2 и n_g =1,05 - коэффициенты перегрузки для временной и постоянной нагрузки.

Максимальный изгибающий момент в балке от расчетной нагрузки:

;

где l = 6,3 м – пролет балок настила.

Местоположение опорных реакций определяем из условия, что опорное давление распределяется по стене равномерно по всей площадке контакта балки и стены. Глубину заделки балку в стену принимаем 0,3 м.

1.2 Подбор сечения балки настила

Расчет балок производим в предположении упругой или упругопластической работы материала. В этом случае, прочность балок проверяем по следующей формуле:

где с₁ - коэффициент, учитывающий развитие пластических деформаций в расчетном сечении балки;R_y = 240МПа- расчетное сопротивление для С245.

Определяем требуемый момент сопротивления балки, принимая приближенно с₁ =1,1:

По сортаменту прокатных двутавров подбираем двутавр с W_x W _тр .

Таблица 1. Характеристики выбранного двутавра. Балка горячекатаная двутавровая по ГОСТ 8239-89

Принятое сечение балки проверяем по второму предельному состоянию:

Предельный относительный прогиб для балок перекрытий принимается по СНиП II-23-81: .

Фактический относительный прогиб зависит от геометрических параметров балки и нормативной нагрузки:

Принятое сечение удовлетворяет СНиП II-23-81 по прочности и жесткости.

усиление конструкция балка сечение

2. Расчет и конструирование усиления балок

2.1 Определение нагрузок и расчетных усилий, воспринимаемых балками настила после реконструкции здания

По условию задания на проектирование временная нагрузка на перекрытие в результате реконструкции здания увеличивается на 60%:

При определении постоянной нагрузки предполагается, что толщина настила после реконструкции не изменяется, а увеличением массы балки в результате ее усиления можно пренебречь. Погонная нормативная нагрузка на балку:

q _1н =(Р₁ + g ) ·а=(25,6+5,216)·1,6=49,3 кН/м.

Погонная расчетная нагрузка:

q ₁ = (Р₁ · n_p + g·n_g ) ·a=(25,6·1,2+5,216·1,1) ·1,6=58,3 кН/м.

Максимальный изгибающий момент в балке от расчетной нагрузки:

кНм.

Максимальная поперечная сила:

кН.

Проверка прочности балки на увеличенную нагрузку:

Усиление балок необходимо.

2.2 Усиление балки увеличением сечения

Усиление балки путем увеличения сечения проводится двумя листовыми элементами. Ширину листов принимаем различными для верхнего и нижнего пояса балки - для удобства выполнения сварочных работ. Сварка при этом выполняется в нижнем положении. Площади сечения элементов усиления для верхнего и нижнего поясов проектируем одинаковыми, чтобы центр тяжести сечения балки не смещался, нормальные напряжения от нагрузки в этом случае будут иметь наиболее рациональное распределение. Элементы усиления изготавливаем из материала с расчетным сопротивлением, близким расчетному сопротивлению материала балки.

Расчет усиления ведем с учетом пластической деформации материала, принимаем с₁ =1,1.

Площадь сечения элементов усиления зависит от требуемого момента сопротивления:

;

где R_y = 230 M П a - расчетное сопротивление листовых элементов усиления.

Момент сопротивления сечения связан с моментом инерции и высотой сечения:

;

где А_ус - площадь сечения одного листа усиления:

Ширину верхнего и нижнего листов усиления принимаем с таким расчетом, чтобы разместить фланговые швы. Для этого ширину площадок, на которых располагаются фланговые швы, принимаем 10 мм.

Таким образом, для верхнего листа:

b _в = ( b_f - 2 · 10) = 155 - 20 = 135мм,

для нижнего листа:

b _н = ( b_f + 2 · 10) = 155 + 20 = 175мм,

При этих размерах b _в и b _н требуемая толщина листов:

; .

Окончательно принимаем: верхний лист - 135 х 4 мм А_ус.в = 5,4· 10 -2 м 2 ;

нижний лист - 175 х 4 мм А_ус.н = 7,0· 10 -2 м 2 .

При определении размеров листов усиления их ширину принимаем кратной 10 мм., толщину принимаем по сортаменту.

2.3 Определение длины элементов усиления

Теоретическая длина элементов усиления определяется длиной участка балки, на котором выполняется условие М_х М_пр ,

М_пр - предельный изгибающий момент, который может воспринять балка без элементов усиления.

Находим продольный изгибающий момент из условия (принимая с₁ = 1):

М_пр = W_x · R_y = 953·10 -3 ·240=228,72кНм.

где М_1мах - максимальный изгибающий момент в пролете от расчетной нагрузки.

После подстановки исходных данных получим:

Фактическую длину элементов усиления принимаем несколько больше теоретической (на 200-300 мм с каждой стороны) для обеспечения полного включения элементов усиления в работу балки.

Поэтому: l _ус = l -2 x = 6,3-2·1,42=3,463,5м,

где x =[ x ₁ -(0,2…0,3)]= 1,71-0,29=1,42м

Принимаем длину элементов усиления 3,5 м (кратно 100мм).

2.4 Проверка прочности и жесткости усиленной балки

При проверке прочности усиленной балки геометрические характеристики сечения (момент инерции и момент сопротивления) вычисляем без учета смещения положения центра тяжести двутавра вследствие того, что площади сечения верхнего и нижнего листов усиления практически не отличаются. Момент инерции усиленного сечения:

=23396 см 4 .

см 3 .

Максимальные напряжения в середине пролета :

Проверку жесткости балки можно производить по геометрическим характеристикам усиленного сечения с учетом влияния длины элементов усиления с помощью коэффициента , значения которого зависят от отношения:

;

2.5 Расчет поясных швов

Поясные швы, прикрепляющие листовые элементы усиления к нижнему поясу балки, работают на срез от действия поперечной силы. В соответствии со СНиП-II-23-81 расчет угловых швов проводим по двум сечениям: по металлу шва и по границе сплавления металла шва и основного металла. При ручной и полуавтоматической сварке определяющим является расчет по металлу шва. Поэтому для поясных швов условие прочности:

где Q ₁ _x - максимальная поперечная сила на участке;

S_B - статический момент листа усиления относительноцентра тяжести сечения балки;

J ₁ - момент инерции сечения;

- коэффициент провара шва ( при ручной сварке = 0,7);

- катет шва;

- расчетное сопротивление углового шва.

В данной курсовой работе принимаем, что швы выполняются ручной сваркой электродами типа

Э-42А с = 180 МПа.

Поперечная сила Q ₁ _x определяется для сечения балки в месте обрыва усиления на расстоянии х от опоры:

кН.

Статический момент листа усиления:

см 3 .

Требуемый (минимальный) катет шва:

Исходя из минимальных требований, принимаем для крепления листовых элементов усиления угловые швы с катетом k_f = 4мм .

2.6 Расчет опорного узла

В данной курсовой работе нагрузка от перекрытия передается на несущие стены через сравнительно небольшую площадку, размеры которой определяются глубиной заделки балки и шириной нижнего пояса. Возникающие при этом напряжения на площадке контакта балки настила и стены ограничиваются прочностью материала стены. Материал стены в месте контакта - бетон класса Б20 R _пр =0,9 кН/см 2 =9 M Па - призменная прочность бетона. Напряжение в бетоне от нагрузки принимаем равномерно распределенным по всей площадке.

; .

Напряжение на площадке в месте контакта балки настила и стены не превышает призменной прочности бетона, соответственно условие прочности выполнено.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Сегодня в современной строительной индустрии наблюдается постоянный рост применения металлоконструкций при возведении зданий различного назначения. Такие конструкции используются повсеместно: в качестве каркасов быстровозводимых сооружений, пролетных конструкций транспортных мостов, конструктивных элементов покрытий и перекрытий. Разнообразные эксплуатационные факторы — силовые и температурные воздействия, действия агрессивной окружающей среды, снижают несущую способность и сокращают жизненный цикл любой металлической конструкции. Помимо этого к причинам усиления конструкций из металла можно отнести:

– их повреждения от механических воздействий;

– прогибы, вмятины, искривления, истирания и др.;

– ошибки проектирования, монтажа и эксплуатации металлоконструкций;

– реконструкция, расширение, техническое перевооружение, вызывающие увеличение нагрузок на конструкции в действующих предприятиях.

К наиболее распространенным традиционным способам усиления металлоконструкций относятся: увеличение и наращивание сечений элементов, устройство дополнительных связей, ребер, диафрагм, распорок, усиление соединений элементов, установка дополнительных элементов в существующие конструкции. Принципиально новым способом усиления металлических конструкций является способ, основанный на использовании армированных фибрами полимерных материалов. Усиление композитами металлических конструкций, в отличие от железобетонных, получило наименьшее распространение. Внешнее армирование из фиброармированных пластиков в основном используется для усиления колонн, балок, стропильных и подстропильных ферм (элементов чаще всего нуждающихся в усилении) и других конструкций. Однако при проектировании усиления конструкций из металла с использованием этого материала необходимо учитывать остаточную несущую способность и жесткость элементов, подвергаемых усилению. Такое проектирование включает следующие этапы:

Для обеспечения требуемой прочности и долговечности усиливаемых конструкций необходимо учитывать модуль упругости материала вышеуказанных композитов, предел его прочности при растяжении, их формы и конфигурации.

Предварительная подготовка поверхности усиляемого элемента.

Процессы обработки поверхности оказывают большое влияние на надежность соединения фиброармированных пластиков с конструкцией, что в свою очередь существенно влияет на характеристики усиливаемой конструкции.

Профилактикой появления гальванической коррозии является изолирование различных металлов друг от друга, нанесение между ними стойкого герметика или использование клея с хорошими изоляционными свойствами.

При усилении производственного здания необходимо учитывать время отверждения клея, толщину слоя покрытия клеем и напряжение сдвига, вызванное циклической нагрузкой. Все эти факторы влияют на окончательную жесткость и прочность конструкции.

Контролировать качество металлоконструкций позволяют частично разрушающие или неразрушающие испытания. В ходе контроля оценивают прочность композитных материалов против расслаивания. Для последующего проведения полу-разрушающих испытаний предварительно подготавливают специальные испытательные зоны (свидетели), усиленные фиброармированными пластиками, которые имеют аналогичную систему усиления и подвержены аналогичным воздействиям окружающей среды, что и фактически работающие системы усиления.

Применение композитов в качестве материалов усиления металлоконструкций имеет множество преимуществ:

– Высокая прочность (выше прочности стали)

– Высокая стойкость к коррозии

– Небольшие вес и толщина конструкций усиления

– Возможность усиления конструкций во время производственного процесса

– Возможность применения на труднодоступных криволинейных поверхностях

– Высокая работоспособность при широком спектре температур и напряжений

Несомненно, следует отметить и недостатки использования фиброармированного пластика:

– Необходимость устранения гальванической коррозии

– Трудоемкий подбор материала

– Соблюдение точной технологии

Также необходимо учесть: относительно небольшой опыт применения в России, ограниченная нормативная документация для проектирования и расчетов.

Усиление композиционными материалами, как метод восстановления и увеличения несущей способности конструкций, успешно используется по всему миру в течение более двух десятилетий и является неоспоримым инновационным достижением в области строительных технологий. Однако отсутствие теоретических и экспериментальных исследований и, как следствие, нормативной базы является основной причиной относительно небольшого российского опыта применения композитов для усиления металлических конструкций. Тем не менее композиты нашли широкое применение в нашей стране в качестве материалов усиления железобетонных конструкций, что дает надежду что данный метод усиления обретет признание и повсеместное использование в реконструкции и металлических сооружений.

Читайте также: