Увеличение длины опирания конструкций

При недостаточной длине опирания сборных многопустотных панелей на промежуточных опорах в пустоты смежных плит через пробитые отверстия заводят общие арматурные каркасы с последующим бетонированием, аналогично усилению путем создания неразрезности.

В случае недостаточного опирания сборных многопустотных панелей на крайних опорах в пустоты через пробитые отверстия устанавливают арматурные каркасы, таким образом, чтобы они выступали за торцы панелей. Затем параллельно торцам панелей устанавливают дополнительные каркасы, после чего выполняют бетонирование пустот на длине установленных каркасов и дополнительной торцевой балки (рис. 12.19, а).

Рис. 12.19. Усиление сборных панелей при недостаточном опирании: а – многопустотных на крайней опоре, б – ребристых на промежуточной опоре; в – ребристых на крайней опоре: 1 – усиливаемая панель, 2 – опора, 3 – дополнительные каркасы, 4 – швеллер,
5 – опорный уголок, 6 – болты анкера

При недостаточном опирании ребристых панелей на промежуточных опорах устраивают опорные столики из швеллеров и соединительных уголков (рис. 12.19, б).

В случае недостаточного опирания ребристых панелей на крайних опорах опорные элементы из швеллеров выступают за торец панелей и притягивают к панелям болтами (рис. 12.19, в).

Вопросы для самоконтроля

1. Как, в общем случае, производится усиление эксплуатируемых конструкций изменением их расчетной схемы?

2. Каким образом производится усиление эксплуатируемых конструкций изменением места приложения нагрузки?

3. В чем заключается особенность усиления конструкций изменением места передачи нагрузки с помощью распределительных устройств?

4. Приведите примеры усиления конструкций изменением места передачи нагрузки при расположении распределительных устройств сверху (снизу) усиливаемых конструкций.

5. Какими методами производится усиление эксплуатируемых конструкций повышением степени их внешней статической неопределимости?

6. Какие мероприятия необходимо предусматривать при устройстве дополнительных жестких опор с опиранием на самостоятельные фундаменты?

7. Как обеспечивается включение дополнительных жестких опор в совместную работу с усиливаемой конструкцией?

8. Какие конструктивные мероприятия предусматриваются при отсутствии верхней арматуры над дополнительной опорой в случае усиления изгибаемой конструкции?

9. Приведите примеры усиления конструкций дополнительными упругими опорами.

10. В каких случаях для усиления конструкций применяются двухконсольные кронштейны?

11. Для чего предназначены и как устраиваются опорные хомуты (железобетонные, стальные)?

12. Как производится усиление многопролетных шарнирно опертых конструкций обеспечением их неразрезности (на примере железобетонных многопустотных панелей перекрытия)?

13. Какими методами производится усиление эксплуатируемых конструкций повышением степени их внутренней статической неопределимости?

14. Изложите принцип работы и устройства предварительно напряженных затяжек.

15. Как производится предварительное напряжение затяжек при усилении эксплуатируемых конструкций?

16. Как производится усиление длинных консолей предварительно напряженными затяжками?

17. Как определяется величина предварительного напряжения затяжек при усилении эксплуатируемых конструкций под нагрузкой?

18. В чем заключается принцип усиления конструкций шпренгелями и шарнирно-стержневыми цепями?

19. Изложите принцип работы и устройства предварительно напряженных распорок.

20. Как производится предварительное напряжение распорок при усилении эксплуатируемых конструкций?

21. Каким образом производится увеличение длины площадки опирания на крайней и промежуточной опорах железобетонных многопустотных панелей перекрытия?

22. Каким образом производится увеличение длины площадки опирания на крайней и промежуточной опорах железобетонных ребристых панелей перекрытия?

Тема 13. РАСЧЕТ ПРОЧНОСТИ
ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ,
УСИЛЕННЫХ ИЗМЕНЕНИЕМ ИХ РАСЧЕТНОЙ СХЕМЫ

13.1. Расчет усиления
путем изменения места передачи нагрузки

Расчет усиления путем изменения места передачи нагрузки заключается в выборе расстояния между опорами распределительных устройств, расположения их по длине усиливаемой конструкции и схемы передачи нагрузок на существующие конструкции (рис. 13.1). Проектирование распределительных устройств производится на проектную нагрузку по действующим нормам: железобетонных – в соответствии с [8]; стальных – в соответствии с [11].

Рис. 13.1. Принципиальные схемы распределительных устройств при усилении:
а – однопролетной балки; б – неразрезной балки; в – сборных плит перекрытия

13.2. Расчет усиления конструкций
увеличением их степени внешней статической неопределимости

13.2.1. Расчет усиления железобетонных конструкций
дополнительными жесткими опорами

При расчете конструкций, усиливаемых дополнительными жесткими опорами, изгибающие моменты в сечениях конструкции суммируются от нагрузки, действующей до усиления при первоначальной расчетной схеме, и от нагрузки, приложенной к конструкции после усиления при измененной расчетной схеме. Суммарная эпюра изгибающих моментов не должна выходить за пределы эпюры материалов, характеризующей фактическую прочность конструкции.

В случае превышения допустимого значения отрицательного момента над дополнительной опорой производится перераспределение моментов в пределах 30 % от полученных по упругому расчету (или более 30 %
с проверкой трещиностойкости опорного сечения).

При проектировании усиления конструкций дополнительными жесткими опорами производится проверка прочности усиливаемой конструкции на действие поперечных сил в местах установки дополнительных опор.

13.2.2. Расчет усиления железобетонных конструкций
дополнительными упругими опорами

Расчет конструкций, усиленных дополнительными упругими опорами, основывается на равенстве прогибов усиливаемой конструкции и упругой опоры в месте их контакта. Как и в случае усиления дополнительными жесткими опорами, при усилении упругими опорами изгибающие моменты в сечениях конструкции суммируются от нагрузки, действующей до усиления при первоначальной расчетной схеме и от нагрузки, приложенной к конструкции после усиления при измененной расчетной схеме.

При проектировании усиления конструкций дополнительными упругими опорами первоначально по превышению усилий от внешней нагрузки над усилиями, соответствующими прочности усиливаемой конструкции, намечают размещение упругих опор и вычисляют их реакции из условия создания требуемого разгружения. Затем приравнивают выражения прогибов усиливаемой конструкции от действия внешней нагрузки, прикладываемой после усиления, и реакции опоры и прогибов упругой опоры от действия реакции опоры. Из полученного уравнения определяют требуемую жесткость дополнительной упругой опоры и размеры ее поперечного сечения.

Жесткость усиливаемой железобетонной конструкции в предельном состоянии необходимую для расчета допускается определять по формуле

, (13.1)

где , (13.2)

– средние относительные деформации крайнего сжатого волокна бетона, , – предельные относительные деформации крайнего сжатого волокна бетона в сечении с трещиной, соответствующие расчетному сопротивлению бетона;

– средние деформации крайнего растянутого стержня продольной арматуры , – относительные деформации крайнего растянутого стержня арматуры в сечении с трещиной, соответствующие расчетному сопротивлению арматуры ;

, – коэффициенты неравномерности деформаций соответственно бетона и арматуры: и ;

– расстояние между крайним сжатым волокном бетона и крайним растянутым стержнем арматуры.

При проектировании усиления конструкций при полном ее загружении достаточно определить необходимую разгружающую реакцию упругой опоры, по которой в результате статического расчета вычисляют усилия и подбирают сечение элементов упругой опоры. Предварительное напряжение упругой опоры должно осуществляться силой, равной разгружающей реакции.

Если конструкция упругой опоры не подвешивается у опор к усиливаемой конструкции, выполняют проверку на отрыв усиливаемой конструкции от опор при снятии временной нагрузки. При появлении в месте установки дополнительной упругой опоры отрицательных моментов следует производить проверку сечений на его воздействие.

Если между усиливаемой конструкцией и упругой опорой контакт в поперечном направлении предусматривается по всей длине (в отличие от наращивания касательные напряжения по контакту не учитываются), расчет производится исходя из равенства значений кривизны изогнутых осей контактирующих балочных конструкций.

; ; ; . (13.3)

Изгибающий момент от нагрузки, приложенной после усиления, распределяется пропорционально их жесткостям.

13.2.3. Расчет усиления железобетонных конструкций
устройством их неразрезности

При устройстве усиления конструкций с обеспечением их неразрезности следует также как и при усилении дополнительными опорами стремиться к максимальной разгрузке усиливаемых конструкций. Усилия в конструкциях определяются отдельно от нагрузок, действующих до замыкания шарниров, и от нагрузок, которые прикладываются после замыкания шарниров.

В первом случае принимается первоначальная расчетная схема, а во втором случае – измененная с учетом неразрезности. Расчетные усилия в сечениях конструкций определяются как сумма усилий, полученных по первой и второй схемам. Увеличением жесткости отдельных пролетов или опорных зон можно регулировать перераспределение моментов и поперечных сил.

13.3. Расчет усиления конструкций увеличением их степени
внутренней статической неопределимости

13.3.1. Расчет прочности железобетонных конструкций,
усиленных предварительно напряженными затяжками

Устройство затяжек превращает усиленную конструкцию в статически неопределимую комбинированную систему, состоящую из железобетонного элемента и затяжки.

Поскольку реакция от затяжки передается на опорное сечение усиливаемой изгибаемой, внецентренно сжатой (растянутой) конструкции, то появляется дополнительная сжимающая сила. Кроме того, в зависимости от места закрепления затяжки, возникают концевые разгружающие или догружающие моменты. При усилении шпренгельными затяжками на усиливаемую конструкцию действуют разгружающие силы в местах перегиба затяжки.

Расчет прочности железобетонных элементов, усиленных затяжками производят в предположении, что предельное состояние усиленных конструкций наступает одновременно с достижением существующей арматурой и затяжкой расчетного сопротивления.

Первоначально ориентировочно определяют площадь поперечного сечения затяжки с учетом коэффициента условий ее работы:

- для горизонтальной – ;

- для шпренгельной и диагональной –

и вычисляют усилие в затяжке в предельном состоянии. Затем выполняют проверку прочности усиленной конструкции с учетом реактивной сжимающей силы затяжки.

Расчетные схемы конструкций, усиленных предварительно напряженными затяжками приведены на рис. 13.2 и 13.3.

Рис. 13.2. Расчетные схемы конструкций, усиленных горизонтальными затяжками:
а – изгибаемой; б – внецентренно сжатой; в – внецентренно растянутой

Рис. 13.3. Расчетная схема изгибаемой конструкции,
усиленной шпренгельной затяжкой

Расчетные схемы консольных конструкций, усиленных горизонтальной и диагональной затяжками, приведены на рис. 13.4 и 13.5.

После определения сечения затяжки производят проверку прочности усиленной конструкции. Дополнительная сжимающая сила опорной реакции затяжки равна:

- для горизонтальной затяжки

, (13.4)

- для шпренгельной и диагональной затяжек

, (13.5)

где j – угол, который составляет наклонный участок затяжки с продольной осью усиленной конструкции.

Дополнительный концевой момент равен

, (13.6)

где – расстояние между местом закрепления затяжки и осью, проходящей через центр тяжести сечения конструкции.

Разгружающая сила в местах перегиба шпренгельной затяжки и закрепления диагональной затяжки на консоли равна

. (13.7)

При усилении конструкций затяжками могут возникнуть отрицательные изгибающие моменты от предварительного напряжения в затяжке. В этом случае необходимо выполнить проверку прочности конструкции на действие усилия предварительного напряжения в затяжке при нагрузке на конструкцию на стадии усиления. При этом усилие в затяжке принимается равным

, (13.8)

где – коэффициент точности натяжения, (учитывается неблагоприятное влияние предварительного напряжения), .

Рис. 13.4. Расчетная схема консольной конструкции, усиленной горизонтальной затяжкой

Рис. 13.5. Расчетная схема консольной конструкции,
усиленной диагональной затяжкой

13.3.2. Расчет прочности железобетонных конструкций,
усиленных шпренгелями и шарнирно-стержневыми цепями

Расчет конструкций, усиленных шпренгелями и шарнирно-стержневыми цепями, производят в следующей последовательности. Определяют необходимую степень разгрузки усиливаемой конструкции из условия прочности, как разность между внутренними усилиями в расчетных сечениях от полной нагрузки и усилиями, соответствующими фактической прочности конструкции. Затем проектируют очертание шпренгеля или шарнирно-стержневой цепи. Стрелу подъема рекомендуется принимать максимальной с учетом допускаемых габаритов. При проектировании шпренгелей или шарнирно-стержневых цепей рекомендуется распор от ветвей передавать на усиливаемую конструкцию ниже центра тяжести ее сечения.

Реакции в подвесках (стойках) определяют из условия создания требуемой разгрузки усиливаемой конструкции по изгибающему моменту или поперечной силе. Распор в цепи, передаваемый на усиливаемую конструкцию определяется из условия равновесия сил. Производят проверку прочности усиливаемой конструкции с учетом внецентренно приложенной реакции распора. По найденным реакциям в подвесках и геометрическим размерам цепи определяют усилия в отдельных ветвях и площадь поперечного сечения.

При проектировании усиления шпренгелями и шарнирно-стержневыми цепями стропильных ферм следует учитывать, что дополнительные сосредоточенные силы, прикладываемые к узлам ферм, могут увеличивать усилия в ее отдельных элементах, поэтому требуется проверка прочности элементов фермы.

13.3.3. Расчет прочности железобетонных конструкций,
усиленных предварительно напряженными распорками

Устройство предварительно напряженных распорок превращает усиленную конструкцию в статически неопределимую комбинированную систему, состоящую из железобетонного элемента и распорок. При передаче реакции от распорки на опорное сечение изгибаемой, центрально (внецентренно) сжатой (растянутой) конструкции появляется дополнительная растягивающая сила. Кроме того, при односторонних распорках или при разных усилиях в ветвях двухсторонних распорок возникают концевые разгружающие моменты.

Расчет конструкций, усиленных распорками, производится в предположении, что в предельном состоянии напряжения в распорке достигают расчетных сопротивлений.

Расчет прочности железобетонных конструкций, усиленных распорками, может производиться по общему случаю расчета с учетом коэффициентов условий работы:

- для распорок с предварительным напряжением без надреза полок стоек ;

- для распорок с предварительным напряжением путем создания уклона стоек с надрезом их полок в местах перегиба .

Ветви распорки, установленные в растянутой зоне усиливаемых конструкций, в расчете не учитываются.

Проверка прочности усиленной конструкции производится с учетом влияния опорной реакции распорки (рис. 13.6).

Рис. 13.6. Расчетная схема сжатого элемента,
усиленного односторонней распоркой

Дополнительная растягивающая сила опорной реакции распорки

. (13.9)

Дополнительный концевой момент для односторонней распорки

, (13.10)

где e_ad – расстояние между местом закрепления распорки на конструкции и осью, проходящей через центр тяжести ее сечения.

При устройстве распорки в усиливаемых конструкциях могут возникнуть отрицательные изгибающие моменты и растягивающие усилия от предварительного напряжения в распорке. Необходимо выполнять проверку прочности на стадии усиления на действие усилия предварительного напряжения в распорке при нагрузке на конструкцию в момент устройства распорки. При этом усилие в распорке принимается равным

. (13.11)

Расчет предварительно напряженных распорок в момент усиления производится как для стальных конструкций по [11]. Расчетная длина ветви принимается равной полной длине распорки или расстоянию от места перегиба до упора в конструкцию в зависимости от метода создания предварительного напряжения.

Вопросы для самоконтроля

1. Как выполняется расчет усиления эксплуатируемых конструкций путем изменения места передачи нагрузки?

2. Изложите алгоритм расчета изгибаемых конструкций, усиленных дополнительными жесткими опорами.

3. Изложите алгоритм расчета изгибаемых конструкций, усиленных дополнительными упругими опорами.

4. Изложите алгоритм расчета прочности изгибаемых железобетонных конструкций, усиленных предварительно напряженными затяжками.

5. В какой последовательности выполняется расчет усиления конструкций шарнирно-стержневыми цепями?

6. Изложите алгоритм расчета прочности центрально и внецентренно сжатых железобетонных конструкций, усиленных предварительно напряженными распорками.