Устройство предварительно напряженных затяжек

Повышение степени внутренней статической неопределимости

В общем случае усиление конструкций повышением степени внутренней статической неопределимости производится включением в совместную работу с усиливаемой конструкцией других конструкций, устройством предварительно напряженных затяжек, шпренгелей, шарнирно-стержневых цепей, распорок с передачей дополнительных усилий на конструкцию.

Усиление балок путем включения их в совместную работу с железобетонными плитами настила производят установкой дополнительных упоров, препятствующих сдвигу настила относительно балок. При усилении без предварительной разгрузки комбинированная конструкция включается только на ту часть нагрузки, которая приложена после усиления.

Устройство предварительно напряженных затяжек

При обеспечении совместной работы дополнительной арматуры с усиливаемой конструкцией только закреплением по концам с помощью анкерных устройств, без сцепления ее в пролете с бетоном конструкции, дополнительная арматура выполняет функцию затяжки.

В зависимости от места закрепления концов дополнительной арматуры могут быть горизонтальная (рис. 12.9, а) и шпренгельная (рис. 12.9, б)затяжки, а также их сочетание (рис. 12.9, в).

Рис. 12.9. Усиление изгибаемых конструкций затяжками: а – горизонтальная затяжка;
б – шпренгельная затяжка; в – сочетание горизонтальной и шпренгельной затяжек,
1 – усиливаемая конструкция, 2 – горизонтальная затяжка, 3 – шпренгельная затяжка,
4 – стяжной болт, 5 – анкерное устройство, 6 – прокладка, 7 – ограничитель

Для включения дополнительной арматуры в виде затяжек в работу, предусматривается ее предварительное напряжение с обязательным контролем величины натяжения.

Затяжки выполняют, в основном, из арматурных стержней диаметром 12...40 мм, реже – из прокатных профилей. На концах затяжки, как правило, имеют резьбу с гайками для ликвидации начальных погибов стержней и обжатия анкеров в узлах сопряжения с конструкцией. После корректировки длины затяжек гайки на их концах сваривают с болтом.

Конструкция анкерных устройств зависит от места их закрепления на усиливаемой конструкции. Для балочных конструкций со свободными торцами анкерные устройства принимают седлообразной формы из швеллеров или листовой стали, охватывающими надопорную часть конструкции (рис. 12.10, а, б). Анкерные устройства устанавливают на цементно-песчаном растворе. Для неразрезных опор анкеры принимают в виде отрезков швеллеров, привариваемых со стороны боковых граней к оголенной арматуре усиливаемой конструкции через прокладки и соединенных между собой соединительными стержнями (рис. 12.10, в).

Рис. 12.10. Конструкция анкерных устройств: 1 – усиливаемая конструкция,
2 – затяжка, 3 – швеллер, 4 – лист, 5 – оголенная арматура конструкции,
6 – соединительный стержень, 7 – уголок, 8 – лист, 9 – колонна, 10 – держатель анкера

Если опорами усиливаемой конструкции являются колонны, то анкерные устройства выполняются в виде обойм, охватывающих колонны (рис. 12.10, г). При опирании конструкций на промежуточные опоры, которыми служат главные балки и ригели, анкеры принимаются в виде упорного уголка с вертикальным держателем (рис. 12.10, д). Для обеспечения надежной совместной работы дополнительной арматуры с усиливаемой конструкцией анкерные устройства должны быть максимально жесткими.

Предварительное напряжение затяжек осуществляют созданием уклона ветвей затяжек в горизонтальной или вертикальной плоскости. Уклон ветвей затяжек в вертикальной плоскости создается отклонением ветвей затяжки от усиливаемой конструкции или подтягиванием к ней.

В случае малой ширины поперечного сечения или большой длины усиливаемой конструкции, когда расстояния между ветвями затяжки недостаточно для придания им требуемого уклона в горизонтальной плоскости, применяется их взаимное стягивание несколькими стяжными болтами с установкой между ними дополнительных распорок.

При натяжении затяжек путем создания уклона их ветвей величина отклонения от первоначального положения каждой ветви определяется в зависимости от величины предварительного напряжения и отношения длины отклоняемого участка между крайними упорами к полной длине ветви (рис. 12.11)

, (12.2)

где l – полная длина ветви затяжки; l₁ – длина отклоняемого участка ветви затяжки между крайними упорами, , E_s – предварительное напряжение и модуль упругости затяжки; n – количество стяжных болтов на отклоняемом участке; m – количество отклоняемых участков, разделенных горизонтальными участками.

В местах перегиба между шпренгельной затяжкой и усиливаемой конструкцией устанавливают прокладки из пластины и круглого коротыша с ограничителями, предотвращающими взаимное сближение ветвей затяжки при их предварительном напряжении взаимным стягиванием.

На горизонтальных затяжках и горизонтальных участках шпренгельных затяжек с параллельными ветвями без стяжных болтов устанавливают соединительные прокладки, предотвращающие смещение ветвей затяжки от проектного положения в процессе предварительного напряжения и эксплуатации (рис. 12.12).

Рис. 12.11. Расчетные схемы отклонения ветви затяжки для предварительного
напряжения: а – один стяжной болт при двух распорках; б – два стяжных болта
при трех распорках; в – два стяжных болта; г – один стяжной болт

Рис. 12.12. Расположение соединительных прокладок на затяжках:
а – на боковых гранях; б – на нижней грани, 1 – усиливаемая конструкция,
2 – затяжка, 3 – соединительные прокладки

Для усиления растянутой зоны большепролетных конструкций затяжки могут состоять из отдельных стержней, поперечные сечения которых уменьшаются от середины пролета к опорам в соответствии с эпюрой моментов. Концы затяжек закрепляют на анкерных устройствах в виде корытообразных элементов, приклеенных к конструкции. С помощью стяжных болтов стержни затяжек напрягают (рис. 12.13). Анкерные устройства рассчитывают на восприятие разности усилий в смежных стержнях затяжки.

Рис. 12.13. Усиление большепролетной конструкции затяжкой: 1 – усиливаемая конструкция, 2, 3, 4 – стержни затяжки, 5 – стяжной болт, 6 – анкерное устройство

Для усиления конструкций в виде длинных консолей, работающих, главным образом, на изгиб, применяются горизонтальные и диагональные предварительно напряженные затяжки, которые закрепляются одним концом в верхнем узле за опорой, а другим – на свободном конце в верхнем узле для горизонтальных или в нижнем – для диагональных затяжек (рис. 12.14). Для предотвращения смятия бетона диагональной затяжкой в месте перегиба устанавливают уголки-подкладки. Предварительное напряжение создают: для горизонтальной затяжки – взаимным стягиванием ветвей с помощью стяжных болтов; для диагональной – путем оттягивания ее ветвей к низу конструкции с помощью болтов с захватами. С целью исключения проскальзывания болтов по диагональной затяжке на ее ветвях приваривают упоры.

Дополнительная арматура в виде шпренгельной затяжки при усилении сборных плит может устанавливаться в пустоты или расширенный шов между плитами с последующим обетонированием или без него. Концы затяжки при предварительном напряжении заанкеривают с помощью концевых анкеров в виде уголков, опираемых на торцы плит. Предварительное напряжение осуществляют завинчиванием гаек по концам затяжки или отклонением затяжки в пролете с помощью натяжных болтов с упором на смежные плиты (рис. 12.15).

Рис. 12.14. Усиление длинных консолей затяжками: а – горизонтальной;
б – диагональной, 1 – усиливаемая конструкция, 2 – затяжка, 3 – пластина,
4 – уголок, 5 – сварной шов, 6 – стяжной болт, 7 – натяжной болт, 8 – упор

Рис. 12.15. Усиление сборных плит шпренгельной затяжкой в швах между плитами:

1 – усиливаемая конструкция, 2 – затяжка, 3 – уголок, 4 – подкладка-упор, 5 – гайка

Величина предварительного напряжения затяжек определяется из рассмотрения деформированной системы при условии, что в предельном состоянии сумма предварительного напряжения и приращения напряжения от нагрузки, приложенной после усиления, достигнет расчетного сопротивления арматуры затяжки.

Потери предварительного напряжения определяются в соответствии с [8] как для конструкций с натяжением арматуры на бетон с учетом податливости концевых анкеров и прокладок в местах сопряжения с усиливаемой конструкцией: металлический упор на бетон с раствором – 3...4 мм/узел; то же без раствора – 4...5 мм/узел; сопряжение металла с металлом с помощью болтов – 1 мм/узел.

Требуемое предварительное напряжение приближенно можно определять линейной интерполяцией в зависимости от отношения нагрузки на усиливаемую конструкцию в момент устройства затяжки к расчетной нагрузке в интервале [0, f_yk,ad], но не менее и не более (для высокопрочной стержневой арматуры – , для высокопрочной проволоки – ).