Усиление жбк углехолстом реферат

Обновлено: 05.07.2024

Балки, ригели применяют для создания горизонтальных перекрытий, возведения многоэтажных этажей, поддержки плит. На бетонные, ж/б элементы действуют давящие (вертикальные), в меньшей степени — изгибающие, сжимающие механические нагрузки. Их сила зависит от массы размещённой вверху конструкции, с наращиванием этажности возрастает. Чтобы предотвратить обрушение здания, используют усиление балок композитными материалами. В Москве и Московской области внешнее укрепление лентами, уголками из углепластика проводит REINFORCE. Цена строительных работ рассчитывается после обследования объекта нашими экспертами.

Информация о услуге усиления углеволокном балок, ригелей:

Когда целесообразно усиление балок углепластиком
Как проводится усиление углепластиком
Стоимость усиления балок, ригелей

Усиление конструкций углеволокном необходимо при:

…неправильных исходных расчётах.

Армирование композитом балок, ригелей, колонн применяют, когда номинальная прочность меньше реальной. В такой ситуации перекрытия будут проседать, пока не обвалятся. Монтаж углеродных холстов позволяет добавить необходимую прочность, увеличив текущую в 2–2,5 раза.

…угрозе обрушения несущих элементов.

В результате надстройки этажей, утяжеления кровли, разрушающих ударных перегрузок в бетонных, железобетонных, металлических балках возникают разрывающие усилия, появляются трещины. Усиление углеволокном проводят для восстановления и увеличения исходной прочности.

…запланированном увеличении нагрузки.

Чтобы не демонтировать, вывозить установленные элементы, не заменять на новые, можно их усилить углехолстом. Технология, используемая REINFORCE, не разрушает прилегающие элементы, не требует полного демонтажа перекрытий.

УСИЛЕНИЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ КОМПОЗИТНЫМИ МАТЕРИАЛАМИ – МАТЕРИАЛЫ:

Углеродная сетка

Клеевой состав на цементной основе

Эпоксидный клей для пропитки углеродной сетки

Как проводится усиление углепластиком

Усиление железобетонных балок углеродным холстом проводится так:

На продольные участки подвергающихся нагрузке конструкций монтируют ленты углепластика. Установку проводят с использованием адгезивных материалов. После просыхания волокно приобретает требуемую жёсткость, прочно пристаёт к укрепляемому элементу.
На поперечные участки, фиксации анкерных, арматурных соединений монтируют бандажи, воспринимающие нагрузку на малой площади.

По сравнению с другими способами применяемое REINFORCE усиление балок углеволокном имеет преимущества:

крайне высокая эффективность при ликвидации усталостных деформаций, разрушений;
химическая инертность, устойчивость к водным, органическим растворам, кислотным, щелочным средам;
отсутствие влияния на толщину и массу укрепляемых конструкций: толщина холста — до 1 миллиметра, а удельный вес — 230 граммов на квадратный метр;
возможность применения на любых материалах: бетоне, армированном бетоне, искусственном, натуральном камне, дереве, металлах.

Усиление балок, ригелей, других несущих конструкций композитным волокном REINFORCE проводит с использованием нетоксичных клеящих соединений. Полимерное вещество обеспечивает прочное сцепление, выполняет герметизирующую функцию, не разрушается под действием влажных сред. Метод подходит для укрепления элементов квадратного, двутаврового, прочих сечений.

Сфера применения технологии усиления композиционными материалами

Ленты и холсты из композитов используются при строительстве и ремонте объектов промышленного, гражданского, сельскохозяйственного и дорожного строительства. Практически универсальное усиление углеволокном применяется для:

восстановления эксплуатационных свойств и несущих способностей конструкций;
усиления строительных конструкций в ходе строительства объекта или на этапе ремонтных работ;
армирование поверхности.

Проводится усиление углеволокном перекрытий, стен, пилонов, колонн согласно проектной документации строительных или ремонтных работ. Порой это единственный способ сохранения исторических зданий, памятников архитектуры. Методика усиления конструкций композитными материалами является оптимальным вариантом для обеспечения сейсмической безопасности зданий и сооружений.

REINFORCE — прочность и современные композиты

На счету подрядчика — более 30 с успехом завершённых проектов по армированию углеродным волокном. Усиление балки, ригеля REINFORCE проводит с использованием новых полимерных материалов, устойчивых к механическим нагрузкам, химически активным средам. В нашей команде — опытные инженеры, регулярно проходящие подготовку в европейских странах. На все материалы, виды работ мы даём расширенную гарантию на 5 лет. Возможно постгарантийное обслуживание.

Комплексный ремонт зданий и сооружений из дерева, бетона, камня и железобетона может включать в себя:

предварительный ремонт поверхности;
восстановление защитного арматурного слоя;
антикоррозийную защиту металлических элементов;
усиление железобетонных конструкций, а также кирпичной и каменной кладки, металлоконструкций композиционными материалами с нанесением защитного покрытия;
финишную обработку поверхности — при необходимости.

Мы даем гарантии на все виды своих работ по внешнему армированию сооружений из камня, кирпича и металла. Результаты превзойдут ваши ожидания.

Суть метода

При эксплуатации существующих зданий возникают дефекты несущих/не несущих конструкций. Укрепление поврежденного объекта проводится после обследования, проверочных расчетов.

Мы используем усиление композитными материалами из углеродных волокон. Этот способ сохраняет объемно-планировочное решение строения, исключает использование грузоподъемной техники и проведение огневых работ. Метод сокращает срок выполнения задания и стоимость.

Целесообразно проводить укрепление поврежденного объекта в Москве при:

обрыве или коррозии арматуры;
снижении прочности;
нарушении анкеровки, сцепления армирующего пояса с конструкцией;
раскрытии трещин.

Что такое углеволокно?

Углеродное волокно – это искусственный материал, который состоит из очень тонких нитей. Выравнивание кристаллов придает материалу невероятную прочность на растяжение. Используется в промышленности.

Впервые использование углеволокна датируется 1880 годом. Оно получилось в результате пиролиза хлопкового или вискозного волокна и отличались высокой пористостью и хрупкостью. После этого на недолгое время про углеродные волокна забыли, но вторичное его появление состоялось в 1958 год, когда велись поиски новых материалов. Углеродные волокна оказались одними из наиболее подходящих. Благодаря их термостойкости, хорошим теплоизоляционным свойствам, коррозионной стойкости к воздействию газовых и жидких сред, высокой удельной прочности и жёсткости.

В качестве клея стали использоваться специальное связующее – конструкционные адгезивы.

Грамотный выбор компании-исполнителя – залог качества и длительной службы конструкции.

Усиление строительных конструкций углеволокном – сравнительно новый вид работ на современном рынке. Взирая на ее эффективность и популярность, все большее количество крупных компаний и мелких предпринимателей внесли ее в свой перечень предлагаемых услуг. Выбор подрядчика должен основываться на профессионализме персонала, репутации фирмы, откликах постоянных клиентов.

Кажущаяся простота работы с углеволокном может быть обманчива. Для получения долговечного и прочного монолитного усилительного слоя необходимо придерживаться точности пропорций смешивания компонентов вяжущего вещества, а также следить за правильной параллельностью волокон укрепляющего полотна. Специалисты нашей компании проходят обязательное обучение работы с композитными материалами.

Сотрудничество с известными проверенными производителями углеволокнистого сырья позволяют нам быть уверенными в качестве предоставляемой услуги. Именно поэтому мы смело берем на себя гарантийные обязательства и предлагаем обслуживание объекта в процессе эксплуатации.

Особенности усиления конструкций углеродными волокнистыми материалами

Углеволокно может поставляться в виде лент (полос), сеток, ламелей.

Предварительная подготовка объекта к упрочнению проходит в несколько шагов:

Обозначение укрепляемых участков;
Очистка усиляемых зон от загрязнений, отделочных материалов;
Тщательная шлифовка подготовленной поверхности для придания ей максимальной гладкости;
Пылеуборка.

Нанесение углеволокнистых лент производится в местах наибольшей нагрузки растяжения сухим или мокрым способом. В обоих случаях необходима обработка укрепляемой поверхности вяжущим веществом. При сухом способе усиления конструкций углехолстом материал приклеивается к обработанному участку и лишь после этого тщательно пропитывается эпоксидными веществами.

При мокром нанесении полос из полимерных волокон клеем смачивается как поверхность конструкции, так и укрепляющих лент, которые впоследствии прикрепляются к основе и разравниваются при помощи валика.

Стоит заметить, что в результате полимеризации связующих смол усиленная поверхность становится абсолютно гладкой. Это немного утрудняет нанесение финишных отделочных материалов, поэтому рекомендуется нанести немного песка на еще влажный слой эпоксидных пропиток.

Укрепление плит углепластиком

При укреплении плит строители используются холсты из углеволокна:

Улеродное волокно наклеивается на плиты снизу с определенным шагом.
При необходимости используется лента – она проклеивается продольно по всей поверхности.
Если плиты ребристые, композитный материал наклеивается на нижней части ребер жесткости. Дополнительно укрепляется хомутами из однонаправленной ленты опорная часть конструкций.

В первую очередь необходимо найти участки, которые находятся под большим напряжением, следовательно, с ними и будет происходить дальнейшая работа. Сразу же эти места необходимо пометить и начать подготавливать конструкцию. Данные участки тщательно отчищаются от прежней отделки, краски, грязи и т. д. (для этого используется специальное шлифовальное оборудование).

От начального этапа будет зависеть и дальнейшая работа. Шлифовка должна происходить по точной технологии, с соблюдением всех правил. В процессе работы не допускается попадание влаги, в завершение этого этапа происходит очистка поверхности от грязи и пыли.

После того, как была подготовлена поверхность, настает очередь компонентов. Углеродное волокно привозится с завода в виде скрученной трубы. Перед началом выбирается отдельное место, где будет раскатываться материал, после этого зона застилается полиэтиленовой пленкой. Материал нарезается на куски необходимо размера. Для того чтобы сцепить материал и поверхность используются двухкомпонентные клеящие составы. Приобрести все необходимые ингредиенты можно в строительном магазине.

Усиление конструкции – один из основных (если не самый основной) этапов любого процесса строительства, который связан со стабилизацией и ростом общей прочности сооружения. Усиление конструкций углетканью – технология, которой чуть больше 20 лет и которая справедливо считается прогрессивной.

Особенности

У этого простого, но супердейственного метода внушительный перечень преимуществ, который объясняется свойствами материала. Чтобы выполнить действия по усилению, не нужно пользоваться специальной техникой с большими возможностями грузоподъемности, так как углеродное волокно маловесно. Сами работы ведутся в10 раз быстрее по сравнению с другими технологиями. При этом углеткань не только делает конструкцию прочнее – она улучшает и несущую способность.

Углеродное волокно – это полиакрилонитрил (обработанный высочайшими температурами). В ходе армирования волокно подвергается пропитке двухкомпонентной эпоксидной смолой, после чего фиксируется на поверхность самого объекта. Та же эпоксидная смола демонстрирует очень эффективную адгезию относительно железобетона, и когда случается химическая реакция, углеродное волокно становится жестким пластиком, который по своей прочности в 6, а то и 7 раз превышает прочность стали.

Углеволокно ценится и за то, что оно не боится коррозии, устойчиво к агрессивным факторам окружающей среды. Нагрузка на объект по массе не растет, а эксплуатироваться усилитель способен 75 лет и более.

Требования к углеволокну:

волокна должны располагаться параллельно;
чтобы сохранить структуру элементов армирования, используется особая стеклосетка;
углеволокно производится строго по требованиям технологий и соответствует стандартам качества.

Среди других замечательных свойств материала – защита конструкции от влаги. Волокно прекрасно справляется с такой функцией, как создание плотного водонепроницаемого слоя. Это высокопрочный материал, если дело касается характеристик растяжения, значение углеродного волокна достигает 4900 МПа.

Привлекают и простота, действительно высокая скорость монтажного процесса, то есть всякий объект можно усилить в сжатые сроки, не тратясь на аренду техники и вызов большого числа специалистов. И эта экономия на трудозатратах, на ресурсах временных и денежных делает углеродное волокно топовым продуктом в своем сегменте.

Отдельно стоит отметить эффективность технологии армирования углеволокном. Она будет таковой, если соблюдено несколько условий: это и естественная влажность сооружения, не препятствующая самой возможности монтажа армирующего материала, и надежность крепления, и стабильные по временным параметрам свойства как волокна, так и клея.

Где применяется?

Основное направление применения – усиление железобетонных конструкций. Укладывается волокно на те участки конструкции, на которые приходится наибольшее напряжение.

Какие основания для усиления строительных конструкций можно выделить:

физическое старение объекта, фактический износ материала и отдельных элементов конструкции (плит перекрытия, колонн и т. д.);
такое повреждение бетонной конструкции, которое снизило ее несущую способность;
перепланировка помещения, при которой в несущие конструктивные узлы вносятся коррективы;
ситуации, когда поступает запрос на увеличение этажности зданий;
усиление конструкций, продиктованное аварийной ситуацией и ее срочным разрешением;
грунтовые подвижки.

Но не только с железобетоном так удачно взаимодействует углеволокно. То же относится и к металлоконструкциям, обладающим родственным к углеродному волокну модулем прочности и упругости. Можно работать и с каменными конструкциями, например столбами, стенами домов из кирпича.

Деревянные балки перекрытия тоже нужно усиливать, если состояние балочной системы требует вмешательства, если несущая способность очевидно снижена.

То есть углеволокно является отличным и многофункциональным материалом внешней защиты конструкций из бетона, металла, камня, дерева.

Технология армирования

Рекомендации – это теоретическая основа процесса, не очень трудоемкого, но все же требующего внимания ко всем деталям.

Подготовка основания

До начала внешнего армирования углеродным волокном нужно осуществить конструкционную разметку, то есть надо очертить участки, где будут зафиксированы укрепляющие элементы. Замеры производятся вместе с очищением поверхности от старой отделки, от цементного молочка. Для этого используется углошлифовальный прибор с алмазной чашкой. Другой вариант – водо-пескоструйный аппарат. И очищение происходит до того момента, пока не будет обнаружен крупный бетонный заполнитель.

Все вышеуказанные действия нуждаются в очень ответственном исполнении, так как уровень подготовки основания к армированию напрямую влияет на конечный результат. Работа по эффективности усиления начинается еще с подготовительных действий.

На что надо обратить внимание:

каковы характеристики целостности/прочности материала объекта, который предстоит усиливать;
ровной ли является поверхность, куда будет монтироваться углеродное волокно;
каковы температурные и влажностные показатели поверхности, куда фиксируют усиливающий материал;
есть ли на месте наклеивания пыль, грязь, достаточно ли она очищена перед предстоящими процедурами, не будет ли недостаточная очистка мешать адгезии основания и углеродного волокна.

Конечно, производится и расчет усиления конструкций, на основании которого и осуществляются работы. Этим делом должны заниматься только высококвалифицированные специалисты. Безусловно, любые самостоятельные расчеты чреваты непростительными ошибками. Обычно такие задачи решают профи проектных организаций.

Для расчета усиления объекта углеволокном нужны:

результаты экспертиз и обследования самих объектов усиления;
качественные, детализированные фото поверхности объекта;
детальные пояснения.

Расчет обычно занимает 1-5 рабочих дней, это зависит от востребованности специалистов, их занятости и пр.

Приготовление компонентов

Само углеволокно реализуется рулонами, запакованными в полиэтилен. Важно, чтобы в ходе подготовки рабочей поверхности на материал армирования не попадала пыль. А она будет – и чаще всего в ходе бетонной шлифовки. Если поверхность не обеспылить, не защитить от ее попадания, материал просто не сможет пропитаться веществом – работа будет бракованной.

Потому перед раскроем сетки/ленты рабочая поверхность всегда застилается полиэтиленом, и лишь затем можно приступать к замерам. Чтобы обрезать углеводородную сетку и ленту, подготовить надо или ножницы по металлу, или канцелярский нож.

А вот углеволокно в виде ламелей режется углошлифовальной машинкой с отрезным кругом.

Адгезивом служат составы из двух компонентов, потому придется самому эти компоненты смешивать в нужных пропорциях. Чтобы эти пропорции не нарушить, в процессе дозирования надо пользоваться весами. Правило железное, и оно такое: смешиваются компоненты плавно, постепенно соединяясь, масса перемешивается дрелью со специальной насадкой. Если в этом процессе допущены ошибки, это может стать причиной закипания адгезива.

Важно! На стройрынке сегодня можно найти адгезивный материал, который продается в двух ведрах. Нужные пропорции двух компонентов уже отмеряны, их просто останется перемешать по инструкции.

Еще одно средство, которое берется в процессе приготовления смеси, – это полимерцементный адгезив.

Он реализуется в мешках, отличается от предыдущего состава тем, что его разводят водой по инструкции.

Монтаж материалов

Монтажная технология зависит от того, какой тип материала выбран. Углеродная лента крепиться к базе может двумя способами: сухим либо мокрым. Технологии имеют общее свойство: на поверхность базы наносится адгезивный слой. Но при сухом методе лента крепится к базе и пропитывается адгезивом исключительно после прикатки валиком. При мокром способе эта же лента изначально пропитывается адгезивным составом и уже потом прикатывается валиком к обрабатываемому основанию.

Вывод: эти способы отличаются последовательностью монтажного процесса.

Особенности монтажа:

Чтобы пропитать углеволокно адгезивом, слой этого состава наносят на поверхность волокна, проходятся валиком, добиваясь следующего: верхний слой адгезива попадает вглубь материала, а нижний – появляется снаружи.

Углеродную ленту клеят и в несколько слоев, но все же больше двух делать не стоит. Это чревато тем, что при фиксации к потолочной поверхности материал просто сползет под своим же весом.

Когда адгезив полимеризуется, он будет идеально гладким, то есть отделка в дальнейшем фактически исключена.

Потому не надо ждать засыхания, а на только что обработанную поверхность нужно нанести песочный слой.

Когда монтируются углеродные ламели, связующий состав наносится не только на тот объект, который предстоит усилить, но и на сам монтируемый элемент. Ламель после фиксации нужно прикатить шпателем/ валиком.

Углеродная сетка крепится на бетонную, изначально увлажненную базу. Как только нанесен адгезив (вручную или механически), тут же нужно раскатить сетку, не дожидаясь высыхания состава сцепления. Сетка должна немного вдавиться в адгезивный состав. Специалисты предпочитают на этом этапе пользоваться шпателем.

После этого надо дождаться, пока состав первично схватится. А понять это можно путем надавливания – это не должно быть легко. Если палец продавливается с большими усилиями, значит, материал схватился.

И это служит сигналом, что пора наносить финишный слой полимерного цемента.

Защитные покрытия

Адгезив, сделанный на базе эпоксидных смол, является горючим веществом. Под ультрафиолетовым воздействием он еще и рискует стать очень хрупкими. Потому использовать такие составы нужно с предусмотренной огнезащитой объектов, которые предстоит усилить.

В целом усиление сооружения углеродным волокном – это прогрессивный, со многих точек зрения экономичный способ упрочнения сооружения и его элементов. Композиты, которые применяются при усилении, гораздо легче и гораздо тоньше более привычных материалов. К тому же внешнее армирование – это универсальная современная методика. Она используется как на этапе строительства здания, так и при ремонте, при реставрационных работах, то есть чтобы усилить конструкцию, во многих случаях даже нет необходимости приостанавливать ее эксплуатацию.

Углеродное волокно усиливает элементы жилых и производственных зданий, архитектурных сооружений, транспортных и гидротехнических объектов и даже объектов атомной промышленности.

Ну а те, кто считает, что использование новых материалов и технологий – это всегда дороже традиционных решений, априори ошибаются в расчетах. Прочность конструкций повышается в разы, здание не перестает эксплуатироваться во время ремонта (а это могло бы вызвать финансовые потери более серьезных размеров), по времени такой ремонт очень быстр.

Специалисты считают, что экономия средств составляет около 20%.

О том, как усилить доски углеволокном, вы можете узнать из видео ниже.

При дополнительной нагрузке на стропильные фермы и балки часто возникает необходимость усиления конструкций в целом или их отдельных элементов и узлов.
Эффективным и достаточно простым способом усиления являются предварительно напряженные шарнирно-стержневые цепи, располагаемые в пределах высоты ферм (при наличии мостовых кранов) или ниже конструкции (рис.1).
При больших пролетах или значительном увеличении нагрузки шарнирно-стержневые цепи усиления располагаются в двух уровнях.

Рис.1 Усиление ферм шарнирно-стержневыми цепями:
а—одноярусное в пределах высоты ферм
б—тоже, двухъярусное
в—одно ярусное ниже пояса фермы

Усиление состоит из двух одинаковых цепей по обе стороны от конструкции, анкерных устройств в верхней зоне на опорах, подвесок из круглой стали или стоек из профильного металла, расположенных в местах перегиба ветвей цепей.

Ветви обычно выполняют из уголков, вертикальные полки которых подрезают в местах изгиба цепей, а также из арматурных стержней диаметром до 36 мм или канатов из высокопрочной проволоки. Анкеры изготовляют из листовой или профильной стали.
Арматуру элементов усиления принимают классов A-I, A-II, A-III, К7, К.19, металлические конструкции — из сталей ВСтЗсп, ВСтЗпс и ВСтЗкп. Шарнирно-стержневые цепи разгружают усиливаемые элементы, создавая анти нагрузку, приложенную в заранее намеченных точках, которые определяются очертанием цепей.
Величина разгрузочных реактивных сил задается расчетом и достигается путем предварительного напряжения статически определимой шарнирно-стержневой цепи.
Очертание цепи принимают с таким расчетом, чтобы тангенсы углов наклона отдельных звеньев, начиная от середины, относились между собой как 1:3:5 и т. д.
Это обеспечивает примерно одинаковую величину реактивных сил в стойках и подвесках, при этом основное натяжение можно производить в месте расположения центральной стойки (подвески).
Величину усилия предварительного напряжения цепи определяют расчетом.

Предварительное напряжение шарнирно-стержневой системы осуществляют путем закручивания гаек динамометрическим ключом, домкратом с оттарированным манометром или штучными грузами.

Усиление сжатых поясов ферм производят путем установки металлических обойм из листового или профильного металла.
Усиление нижнего пояса осуществляют предварительно напряженными затяжками (рис.2 и 3).
Опорные части анкерных устройств затяжек выполняют из пластин толщиной 10-24 мм, подкрепленных ребрами. Для включения затяжек в работу ферм в них необходимо создавать предварительноенапряжениепорядка15-20МПа.
Анкерные устройства должны плотно прилегать к опорным частям ферм, для чего в некоторых случаях между опорными плитами и бетоном выполняют слой цементного растворамарки25.
Растянутые раскосы фермы усиливают предварительно напряженными затяжками, крепление которых к узлам фермы осуществляют путем приварки к фасонным деталям или опорным уголкам (рис.5).
Концевые участки затяжек снабжают коротышами с резьбой, причем диаметр коротышей долженпревышатьдиаметрзатяжкаминеменеечемна4мм.
Металлические обоймы сжатых элементов ферм включаются в работу за счет распорных сил, возникающих при приложении к ферме дополнительной нагрузки.
При необходимости разгрузки сжатых элементов ферм выполняют предварительно напряженные односторонние или двусторонние распорки. Распорки упираются в специальные обоймы из листовой стали, устанавливаемые в узлах фермы.

Рис.2 Усиление нижнего пояса ферм затяжками из уголков:
1—усиливаемая ферма
2—затяжка из уголков
3—торцевой упор
4—пазуха, заполняемая бетоном
5—хомут-упор
6—распорный винт
7—ребро жесткости, привариваемое после распирания затяжки
8—Соковой лист торцевого упора

Рис.3 Усиление нижнего пояса стропильной фермы затяжками из швеллеров:
1—усиливаемая ферма
2—боковые предварительно напряженные затяжки;
3—торцевой упор
4—пазуха, заполняемая бетоном
5—вертикальный держатель по торцам ферм
6—тоже, в середине пролета
7—хомут из листовой стали
8—распорный винт упора
9-- квадратный элемент с нарезкой для винта

Рис.4 Усиления элементов решетки и узлов фермы:
1—усиливаемая ферма
2—металлический тяж
3—элементы усиления
4—хомуты
5—уголки- фиксаторы
6—предварительно напряженные стойки
7—уголки обоймы
8—планки обоймы
9—хомуты обоймы

Усиление узлов фермы осуществляется металлическими предварительно напряженными хомутами, обоймами из листовой стали или железобетона (рис.5)

В связи с тем что в процессе усиления конструкция теряет свое стабильное состояние и ее несущая способность может существенно снизиться, необходимо обеспечить надежную страховку путем устройства специальных подпорок.
Подпорки устанавливают в узлах ферм или в любом месте нижнего пояса балок с обязательным раскреплением их в обоих направлениях.
Для включения подпорок в работу применяют клинья или выдвижные винты.
Для усиления стропильных балок рекомендуются шпренгельные предварительно напряженные затяжки из уголков или двутавра и уголков.
Предварительное напряжение необходимо для надежного включения шпренгеля в работу балки. Шпренгельная затяжка включает два боковых уголка, которые крепятся к анкерным коробкам, устанавливаемым на цементном растворе по торцам балки (рис. 6).
Предварительное напряжение шпренгеля осуществляется путем взаимного стягивания горизонтальных уголков нижнего пояса с помощью специальных болтов.
Чтобы избежать размолкования полок уголков, затяжку болтов необходимо производить одновременно.

Рис. 5. Усиление нижнего пояса и узлов стропильной фермы: 1 — усиливаемая конструкция; 2 — горизонтальные тяжи; 3 — хомуты усиления; 4 — планки-фиксаторы; 5 —торцевой хомут; 6 —обетонированный узел

Рис. 6 Усиление стропильной балки предварительно напряженным шпренгелем из уголков:
а — общий вид усиления б — предварительное напряжение шпренгеля с помощью натяжного винта в—тоже, с помощью домкрата

1---усиливаемый элемент
2---наклонный тяж
3—уголок нижнего пояса
4—компенсирующие накладки
5—монтажные подвески
6—горизонтальный тяж шпренгеля
7—распорная планка
8—боковой лист анкерной коробки
9—прижимное ребро анкерной коробки
10—сварной шов
11—упорный торцевой лист
12—соединительная планка
13—соединительные болты
14—упор из отрезка швеллера
15—ребро жесткости
16—круглый коротыш упора
17—гайка
18—стяжной болт
19—сварная сетка
20—натяжной винт-упор
21—квадратный элемент с нарезкой
22—цементно-песчаный раствор
23—накладки-упоры
24—подвесная конструкция для установки домкрата
25—домкрат(гидравлический)

Нижняя горизонтальная часть шпренгеля может быть выполнена из двутавра или швеллера.
В этом случае предварительное напряжение шпренгеля осуществляется путем оттягивания двутавра от балки с помощью натяжных винтов, причем сначала одновременно затягиваются винты в местах перегиба тяжей,а затем—средний болт.
После затяжки болты приваривают к нижнему поясу шпренгеля для исключения их раскручивания.
После выполнения усиления все металлические детали окрашивают защитным лаком или эмалью.
При необходимости усиления только нижнего пояса стропильных ферм осуществляют установку горизонтальных предварительно напряженных затяжек из швеллеров с боков нижнего пояса.

Предварительное напряжение затяжек для включения их в совместную работу с фермой выполняют путем отжатия швеллеров от нижнего пояса. Достигается это тем, что в отдельных местах швеллеры связываются между собой, а между стяжками — распираются распорными винтами. Пространство между тяжами и бетоном нижнего пояса заполняется мелкозернистым бетоном.

Эффективное включение затяжек в работу обеспечивается при напряжениях 70-100 МПа.
После завинчивания распорных винтов их приваривают к затяжкам и осуществляют антикоррозионную защиту металлоконструкций усиления перхлорвиниловым лаком или эмалями.
Вместо швеллеров в качестве затяжек могут быть применены уголки по два с каждой боковой стороны нижнего пояса.
Этот вариант имеет ряд конструктивных преимуществ (достаточная длина сварных швов в местах крепления затяжки к торцевым упорам, более выгодное расположение уголков по высоте, что позволяет соединить их планками снизу и сверху и т.п.), а также позволяет более экономично подбирать сечение тяжей.

Если необходимо незначительно увеличить несущую способность стропильных балок и ферм, достаточно выполнить усиление нижнего пояса горизонтальными затяжками из стержневой арматурной стали (рис. 7). Предварительное напряжение затяжек осуществляется механическим способом с помощью взаимного стягивания двух стержней затяжки, динамометрическим ключом с помощью стяжных муфт или путем их электро разогрева с одновременным завинчиванием гаек на торцах.

Рис. 7 Усиление нижнего пояса стропильной балки горизонтальной предварительно напряженной затяжкой:
1—усиливаемая балка
2—тяжи горизонтальной затяжки
3—держатели тяжей
4—торцевой упор
5—нижний лист упора
6—боковые листы

Конструктивное решение усиливающего устройства должно обеспечить надежный контроль усилия натяжения в арматуре. Проще всего это решается с помощью динамометров, а в случае невозможности их использования — специальными приборами. Эффективность применения того или иного прибора зависит от диаметра и вида напряженной арматуры, расстояния между стержнями и точками закрепления, усилия натяжения арматуры и паспортной погрешности прибора.
При расстоянии между стержнями усиления 20 мм и более рекомендуется механический прибор;
Для усиления применяют любую арматуру, рекомендуемую СНиП для предварительно напряженных конструкций. При выборе дополнительной арматуры необходимо учитывать условия выполнения работ по усилению (например, необходимость выполнения сварных работ), а также условия эксплуатации (агрессивность среды, температурный режим и т. п.).

Технология усиления узла опирания стропильной конструкции.

Исходные данные :

1 – смещённая стропильная конструкция
2 – колонна
3 – опорный столик из швеллера
4 – лист опорного столика
5 – рёбра жёсткости
6 – анкерный уголок
7 – стягивающие болты
8 – срубленный защитный слой бетона с оголённой рабочей арматурой
9 – пластины – клинья для включения столика в работу

Технология усиления узла опирания стропильной конструкции на опорный столик из швеллера

Общее описание метода :

В данном методе показана конструкция опорного столика, устанавливаемого на колонне. В этом случае наиболее удобно прикреплять непосредственно к колонне отрезок швеллера, на котором монтируют опорный столик. Такое решение создаёт достаточно жёсткую основу опорного столика. Для крепления швеллера на лицевой грани колонны в бетонном защитном слое прибивается борозда до оголения рабочей арматуры колонны. После чего борозда заполняется цементно-песчаным раствором состава 1:3 и в него вставляется отрезок швеллера, выдавливающий излишний раствор. Швеллер плотно подгоняется в борозде до соприкосновения с крайними угловыми стержнями арматуры колонны, к которым он приваривается вертикальными угловыми швами. Таким образом, установленный и приваренный отрезок швеллера создаёт прочную и удобную основу для устройства непосредственно на нём опорного столика, выполняемого из листовой стали на сварке в виде горизонтального лицевого листа, усиленного рёбрами жёсткости. Чтобы передать колонне отрывающие горизонтальные усилия от опорного столика, приходящиеся на его основу, необходимо приварить к швеллеру скрепляющие болты, располагаемые с обеих боковых сторон колон, которыми обрезок швеллера притягивается к заданному анкеру (прижимному) листу, передающему эти усилия на колонну, способную их воспринять.

Этот дефект образуется при недостаточной площади опирания стропильной конструкции на оголовок железобетонной колонны, при не выполнении условий расчёта на смятие бетона оголовка колонны и опорной части стропильной конструкции. Недостаточная площадь опирания является следствием:
- несоблюдения геометрических размеров конструкций при изготовлении;
- неточностей монтажа конструкции (неправильная разбивка осей здания);
- перемещения оголовка колонны по горизонтали от динамических нагрузок (торможение тележки мостового крана), поворотов и кренов фундамента (неравномерная осадка грунта под подошвой фундамента, просадка грунта).

Детальное описание способа усиления

В первую очередь выполняются работы по демонтажу и снятию защитного слоя бетона. Затем нужно обработать арматуру перед началом приварки опорного столика из швеллера, после обработки арматуры привариваем опорный столик из швеллера. Затем сварщик приваривает рёбра жёсткости к швеллеру. В последующем с обратной стороны колонны прикладывается анкерный уголок фиксируемый стягивающими болтами, которые привариваются к опорному столику. В дальнейшем осуществляем монтаж пластины или клина между стропильной конструкцией и опорным столиком. Завершающим этапом усиления является бетонирование колонны т.е воссоздание прежнего защитного слоя арматуры

Перечень выполняемых операций.

а) снятие защитного слоя бетона
б) подготовка оголённой арматуры к сварочным работам
в) приварка опорного столика из швеллера к оголённой арматуре
г) приварка рёбер жесткости к швеллеру
д) установка анкерного уголка стягивающими болтами
е) установка пластины между стропильной конструкцией и опорным столи-ком
ж) бетонирование рабочей арматуры

Часть №2 Оценка экспериментальных исследований направленных на повышение эффективности материалов и строительных конструкций применяемых при реконструкции.

Динамично развивающееся строительство в России диктует необходимость применения новых современных материалов и технологий, способных продлить срок службы готовых сооружений и снизить затраты на их ремонт.

Применение кремнийорганических гидрофобизаторов – один из самых эффективных способов защиты пористых минеральных поверхностей (кирпичной кладки, бетона, природного камня, гипса и др.) от разрушительного действия воды и других атмосферных факторов.

Кремнийорганические гидрофобизаторы имеют ряд преимуществ по сравнению с распространенными пленочными покрытиями (красками, лаками, эмалями) – обладают высокой проникающей способностью, при высыхании не образуют поверхностной корки, не препятствуют испарению влаги из материала, сохраняют цвет и фактуру поверхности, безвредны и экономичны.

- для защиты зданий и сооружений из бетона, керамического и силикатного кирпича, природного и искусственного камня и других минеральных пористых материалов.

- в производстве кирпича, черепицы, строительных материалов на основе цемента, глины и гипса (пазо-гребневых, гипсокартонных и гипсо-волокнистых плит);

- при реставрации старых зданий и памятников архитектуры, при проведении ремонтных работ.

Защита готовых зданий и конструкций от атмосферных воздействий, промышленных загрязнений, химической эрозии обеспечивается поверхностной обработкой растворами кремнийорганических гидрофобизаторов, которые могут применяться как самостоятельно, так и в виде подслоя перед нанесением фасадных (кремнийорганических или любых других) красок и эмалей.

Поверхностная обработка кремнийорганическими гидрофобизаторами позволяет сохранить внешний вид фасада в течение 10-15 лет , повысить долговечность зданий, снизить затраты на ремонт и реставрацию. В зависимости от природы поверхности и условий обработки выбирается тип гидрофобизатора:

В статье рассмотрены такие вопросы, как усиление железобетонных конструкций, расчет усиление балок перекрытия углепластиком, а так же описано направление, связанное с использованием композитных материалов на основе углеродных волокон.

Ключевые слова: композитный материал, углепластика, железобетон, балка, усиление.

Введение

В последние время российские и зарубежные исследователи уделяют внимание проблеме обеспечения надежности различных строительных конструкций как на стадии их возведения, так и во время эксплуатации.

Железобетонные конструкции занимают лидирующее положение в мировом строительстве и с ростом объемов гражданского и промышленного строительства растут и объемы работ, связанные с восстановлением и усилением этих конструкций. Повышение эффективности ремонтно-восстановительных работ в настоящее время невозможно без совершенствования проектных решений по усилению конструкций, которые бы обеспечили их надежность, долговечность и экономичность.

Во многих странах для усиления железобетонных конструкций применяют композитные материалы на основе высокопрочных углеродных волокон.

Первые крупные проекты — усиление конструкций одной из эстакад третьего транспортного кольца в Москве и железнодорожного моста в г. Домодедово — относятся к 2001 году [10].

Основы проектирования усиления железобетонных конструкций композиционными материалами посвящены работы Хаютина Ю. Г., Чернявского В. Л., Клюев С. В., Курлапова Д. В. [1–5], и др., по проведению экспериментальные исследования как по усилению, так и по их восстановлению строительных конструкций посвящены работы Польского П. П. [4], Шевцова Д. А., Гвоздева А. А. [6] и др., а так же по методики расчета железобетонных конструкций, усиленных композитными материалами Ватин Н. И., Болгов А. Н., Григорьев Я. В., Е. В. Кузнецов В. Д. [7–9] и другие.

Из зарубежных исследователей в направлении усиления железобетонных конструкции углепластиком работали Belarbia A., Acunb B. [11], David E. [12], Ehasni M. R. [13], Grace N. F. [14], Михуб Ахмад [15] и другие.

Выбор типа композиционного материала для усиления определяется условиями эксплуатации и назначением усиливаемой конструкции. Для усиления железобетонных конструкций применяются элементы в виде лент и холстов.

В имеющихся публикациях по усилению железобетонных конструкций композитным материалам используется, упрощенный подход к методу расчета усиления конструкций углеродным волокном. В результате проведенного анализа по расчету усиления, предложено Стандарт организации (CТО) “Усиление железобетонных конструкций композитными материалами”, разработанной компанией ООО “Зика” Россия.

Расчетные характеристики углепластика определяются на базе нормативных характеристик с учетом коэффициента надежности γ_f и коэффициента условия работы С_Е, учитывающего влияние окружающей среды [16].

При проектировании усиления железобетонных конструкций с использованием внешнего армирования из углепластика используется метод расчета по предельным состояниям. В предельном состоянии изгибаемого элемента усилия в сжатой зоне воспринимаются бетоном и сжатой стержневой арматурой, а в растянутой — стержневой арматурой и внешней композитной арматурой [17].

Для дальнейшего расчета будет использован предварительно армированная прямоугольная балка сечением b = 400 мм, h = 800 мм, а = 50 мм; а' = 70 мм; растянутая и сжатая арматура А400 (R_s=355 МПа); площадь сечения А_s = 452 мм 2 (412); А ’ _s= 236 мм 2 (310); бетон класса В25 (R_b = 14,5МПа). Действующий изгибающий момент от эксплуатационной нагрузки М₀ = 170 кНм.

Требуется проверить прочность сечения и при необходимости запроектировать усиление из углепластика со следующими характеристиками: нормативная прочность R_f= 3100 МПа, Е_f = 170000 МПа, толщина слоя t_f= 1,2 мм.

Рис. 1. Балка перекрытия

Рис. 2. Эпюра изгибающих моментов в балке

Основные формулы при расчете усиления углепластиком:

1. Для подбора сечения внешнего армирования определяется уровень деформаций в конструкции от действующих нагрузок

где, M₀ — начальный максимальный изгибающий момент, х — высота сжатой зоны бетона, Е_b — начальный модуль упругости бетона, I_red — момент инерции.

2. Расчетная прочность:

где, R_f — нормативная прочность углепластики на растяжение, С_{Е —} коэффициент условии работ углепластики, γ_f — коэффициент надежности по материалу.

_3. Коэффициента условия работы К_m

4. Напряжение в углепластике

где Ԑ_bu₁ — предельная относительная деформация бетона при непродолжительном действии нагрузки; Е_f — расчетное значение модуля упругости углепластика; ω — характеристика сжатой зоны бетона; - Относительная высота сжатой зоны.

5. Предельный изгибаюший момент

Для железобетонной балки сечением 400х800 запроектировано усиление из углепластики компании Sika ® со следующими характеристиками:

- ширина b = 300мм; толщина t_f = 1.2мм; количество слоя n = 2.

Усиление изгибаемых балочных конструкций осуществляется наклейкой ФАП на нижнюю поверхность с направлением волокон вдоль оси усиливаемой конструкции и вертикальных, либо наклонных хомутов в приопорной зоне с направлением волокон перпендикулярно продольной оси.

Рис. 3. Схема усиления балок

Таким образам для балки перекрытия, из найденных параметров расчета была предложена система усиления углепластики, которая обеспечивает прочность сечения. Суть метода усиления: на растянутые участки вдоль направления основной арматуры производится монтаж углеродных холстов. А для восприятия поперечной нагрузки и для закрепления арматуры (анкеровки) устанавливаются поперечные бандажи.

Заключение

За последние годы ремонт и усиление железобетонных конструкций в современной России становиться более актуальными проблемами.

Наиболее эффективным способом усиления железобетонных конструкций — это применение композитных материалов на основе высокопрочных углеродных волокон.

В данной статье был предложен вариант усиления железобетонных балок перекрытия из углепластикf и в результате расчета показана техническая эффективность применения углепластики для усиления железобетонной балки, которые позволяют значительно увеличить прочность сечения, а так же снизить требуемое армирование.

1. Хаютин Ю. Г., Чернявский В. Л., Аксельрод Е. З. Применение углепластиковдля усиления строительных конструкций // Бетон и железобетон. № 6. 2001. С.17–20.

2. Чернявский В. Д., Аксельрод Е. З. Применение углепластиков для усиления железобетонных конструкций промышленных зданий//Промышленное и гражданское строительство. 2004. № 3. С. 37–38.

6. Шевцов Д. А.,Гвоздева А. А. Усиление железобетонных конструкций композитными материалами // Промышленное гражданское строительство. 2014. № 8. С.61–64.

7. Ватин Н. Н., Дьячкова А. А. Усиление железобетонных конструкций с использованием композиционных материалов на основе углеродных волокон и постнапрягаемых стрендов // Бетон и железобетон, 2009. № 4(74). С.20–21.

8. Болгов А. Н., Иванов С. И. Особенности методики расчета колонн, усиленных композитными материалами // Бетон и железобетон, 2012. № 1. С.14–17.

9. Кузнецов В. Д. Расчет усиления железобетонных плит углеродными композитными материалами // Инженерно — строительный журнал. 2009. № 3.С.25–28.

11. Belarbia A., Acunb B. FRP Systems in Shear Strengthening of Reinforced Concrete Structures // Procedia Engineering. 2013. № 57. P. 2–8.

12. David E., Djelal C. Repair and strengthening of reinforced concrete beams using composite 7th Int. conf. on Struct // Faults and Repair, Vol.2, 1997. P.169–173.

13. Ehasani M. R. Design recommendation for bond of GFRP rebar to concrete // Journal of Structural Engineering. 1996. № 3(102). P. 125- 130.

14. Grace N. F. Strengthening of concrete beams using innovative ductile fiber — fiber reinforced polymer fabric // ACI Structural Journal. № 5(99). 2002. P.692–700.

16. СТО 13613997–001–2011. СТАНДАРТ ОРГАНИЗАЦИИ Усиление железобетонных конструкций композитными материалами. Зика Россия. 2011. 55 с.

Основные термины (генерируются автоматически): конструкция, усиление, материал, прочность сечения, углепластик, балок перекрытия, внешнее армирование, железобетонная балка, направление волокон, нормативная прочность.

Читайте также: