ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ И КАМЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ 4 страница

Следовательно усиление балки необходимо.

Выбор способа усиления зависит от конкретных условий. Предположим, что условия допускают применение нескольких способов усиления, которые рассмотрим ниже.

а) Усиление балки предварительно напряженным шпренгелем.

Решение: Принимаем габариты шпренгеля (рис. 5.29) а = 150 см, b = 300 см, с = 19 см, h = 50 см, A_str = 7,6 см² — площадь поперечного сечения шпренгеля (2Ø22 A-III), R_s,str = 365 МПа, tg φ = 50/150 = 0,333, φ=18°30', σ_sp = 100 МПа,

Рис. 5.29. Расчетная схема усиления балки шпренгелем

Определяем распор в шпренгеле

Н = [ ] 0,8 = (18×10⁴ + 7,6×10⁴·0,8 = 204800 Н < 0,8×7,6×365 (100)= 221920 Н.

Находим усилие, действующее на балку от шпренгеля

V = 204800×0,333 = 68198 Н,

Опорный момент равен М₀ = 204800×19 = 3891200 Н·см = 3891,2 кН·см.

Определяем изгибающий момент и поперечную силу в системе от полной нагрузки

М_u = 31500000 + 3891200 — 68198×150 = 25161500 Н·см,

Q „ = 210 — 68,198 = 141,8 кН < 150,0 кН.

Проверяем прочность усиленной балки

e₀ = = 122,8 см, е = 122,8 + 47 — 25 = 144,8 см,

e¹ = 122,8 — 25 + 3 = 100,8 см.

0 = 0,9×14,5×25·х (144,8 — 47,0 +. 0,5x) — 365×15,2×144,8 + 365×3,08×100,8; 0 = 326,25x (97,8 + 0,5x) — 690031;

0 = x (97,8 + 0,5x) — 2115,0; 0 = 97,8x + 0,5·x² — 2115,0;

x² + 195,6x — 4230,0 = 0; x=19,65 см.

N= = 198770 Н = 198,8 кН ≈ 204,8 кН, т. е. балка обладает достаточной несущей способностью.

б) Усиление монолитной железобетонной обоймой.

Принимаем толщину обоймы усиления в растянутой зоне балки и сбоку 7 см, в сжатой зоне 5 см. Тогда размеры усиленной балки будут:

b =25 + 7×2 = 39 см; h = 50 + 7 + 5 = 62 см;

h₀ = 47+ 5 = 52 см; а₀ = 7 см; а = 3 см (рис. 5.30, а),

По формуле (5.12)

A= =-134.1.

По формуле (5.13)

B= +15.2² = 202,5 + 231,0 = 433,5.

По формуле (5.1.1) находим необходимое количество дополнительной арматуры.

A_s,ad = = 67,05 — 63,75 = 3,3 см².

Принимаем 3Ø12 A-III (A_s = 3,39 см²). В сжатой зоне по конструктивным соображениям принимаем 2Ø12 .4-III (A¹_s = 2,26 см²).

Рис. 5.30. Сечение балки к примеру расчета усиления:

а — монолитной железобетонной обоймой;

б — наращиванием в сжатой зоне

Проверяем правильность применения формул при расчете (при этом дополнительную арматуру в сжатой зоне можно не учитывать). Из формулы (5.14)

x= = 13,3 см.

По условию 0,5 (h — х) = 0,5 (62 — 13,3) = 24,3 см > 8 см. Следовательно, формулы (5.11) — (5.13) применены правильно.

В такой же последовательности и по тем же формулам может быть выполнен расчет усиления балки наращиванием в растянутой зоне.

в) Усиление наращиванием в сжатой зоне балки (рис. 5.30, б)

По формуле (5.16) определяем необходимую толщину наращивания:

d= - 47 + 0,5 ×13,56 = 16,55 см.

Принимаем d = 16,0 см.

Наращивание из конструктивных соображений армируем 4Ø12 A-III (A_s = 4,52 см²) и привариваем дополнительную арматуру к существующей с помощью отгибов.

Пример 3. Требуется: запроектировать усиление балки для обеспечения прочности наклонных сечений путем приклейки поверхностно-оклеечного стеклопластика. В данном случае исходные данные приняты из примера 2.

Решение: геометрические размеры элементов усиления определяем из условия (5.40). Из решения примера 2 [Q] = 163,5 кН. Тогда величина поперечной силы, которую должны воспринять элементы усиления, равна Q = 210,0 — 163,5 = 46,5 кН.

Из условия (5.40) определяем геометрические и прочностные характеристики усиления.

= 0.387 кН/см,

где b_f = 30 см; с₀ = 2h₀ = 2 ×47 = 94 см.

По табл. 14 [33] принимаем усиление из двух слоев стеклоткани СТ-II.

5.5. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РАЗЛИЧНЫХ КОМПОЗИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ РЕМОНТА ПОВРЕЖДЕННЫХ КОНСТРУКЦИИ

1. Области применения, свойства и компоненты полимерных составов

В последние годы наряду с традиционно применяемыми материалами для усиления, ремонта и восстановления железобетонных и каменных конструкций все более широкое применение находят полимерные клеи, растворы и бетоны. Целесообразность применения полимерных составов устанавливается в зависимости от конкретных условий эксплуатации конструкций, наличия материалов и обеспечении условий для работы с их компонентами. В связи с повышенной стоимостью полимерных материалов их применение должно ограничиваться случаями, когда цементные композиции не могут быть использованы, вследствие низкой механической прочности, недостаточной адгезии к ремонтируемой поверхности, ограниченными сроками проведения ремонтных работ, необходимостью повышения химической стойкости и абразивостойкости ремонтируемого участка конструкции. Полимерные составы рекомендуется применять для устранения дефектов и повреждений путем:

инъецирования трещин железобетонных и каменных конструкций при помощи специальных устройств, выбираемых в зависимости от параметров трещин, характера работы конструкции, вязкости полимерраствора и т. п.;

добетонирования железобетонных конструкций при помощи наполненных полимеррастворов;

адгезионных обмазок при помощи полимеррастворов для последующей укладки «нового» бетона или осуществления кладки;

омоноличивания отдельных каменных блоков или элементов железобетонных конструкций при помощи высоконаполненных перераспределяющих прокладок из полимеррастворов;

вклеивания арматурных усиливающих стержней;

устройство бессварных полимеррастворных стыков;

выполнения аппликации из металлических или пластиковых листов для защиты или усиления конструкций;

приклеивания «внешней» усиливающей арматуры; устройства бандажей из стеклопластика, пропитанного полимерраствором;

устройства защитных покрытий.

Основной задачей проведения ремонтных работ с применением полимерных составов является предотвращение дальнейшего разрушения конструкции и недопущение снижения или потери несущей способности. Ремонтные работы проводят на конструкциях не требующих дополнительного усиления или на конструкциях, усиленных с помощью дополнительных металлических и железобетонных элементов.

Ремонтные полимерные составы имеют следующие преимущества по сравнению с цементными растворами и бетонами:

высокие прочностные показатели при растяжении (до 25 МПа) и сжатии (до 100 МПа);

высокую адгезию к старому бетону (до 5 МПа) и металлам (до 20 МПа);

стойкость к постоянному действию кислот, щелочей, нефтепродуктов, пищевых продуктов;

непроницаемость для агрессивных газов и жидкостей;

повышенную абразивостойкость и стойкость к ударным и динамическим воздействиям;

укороченные сроки проведения ремонтных работ;

хорошее качество поверхности после отверждения, позволяющее проводить влажную уборку и дезинфекцию.

Для приготовления полимерных составов используют мономеры, эпоксидные смолы, пластификаторы, отвердители, инициаторы и ускорители полимеризации, сшивающие агенты, наполнители, а также растворители и другие вспомогательные материалы. Свойства компонентов полимерных составов, условия их хранения и транспортирования регламентируются соответствующими ГОСТами и ТУ (табл. 5.2) [40].

Таблица 5.2

Основные компоненты полимеррастворов

Окончание табл. 5.2

2. Полимерные составы для склеивания

бетонных и железобетонных конструкций

Традиционные методы омоноличивания бетонных и железобетонных конструкций, связанные с применением композиций на цементном нижущем, а также со сваркой арматурных стержней, имеют следующие недостатки:

длительные сроки твердения;

невозможность получения равнопрочного соединения бетон-бетон;

невозможность проведения работ при отрицательных температурах;

невозможность склеивания разнопородных материалов бетон—листовой материал;

невозможность получения равнопрочного соединения арматурных стержней при сварке.

От указанных недостатков позволяет избавиться применение клеевых композиций на основе полимерных связующих. Высокая клеющая способность полимеров позволяет решать многие инженерные задачи, в том числе по усилению и ремонту железобетонных конструкций, по новому — более технологично и планомерно.

Для бетонных и железобетонных конструкций клеевые соединения могут применяться:

при усилении железобетонных конструкций приклеиванием различных элементов усиления, при усилении поверхностным армированием;

при ремонте железобетонных конструкций;

для обеспечения соединения свежеуложенного бетона и затвердевшего.

Для склеивания бетона применяют эпоксидные, полиэфирные и поливинилацетатные клеи. Составы полимерных клеев, применяющихся в бетонных и железобетонных конструкциях и их физико-механические показатели приведены в табл. 3.5 ÷ 3.9 [53].

Склеиваемые бетонные поверхности должны иметь прочность, равную прочности основного бетона, бить сухими, не иметь масляных пятен. Способы обработки указаны в табл. 5.3.

Таблица 5.3

Способы подготовки бетонных поверхностей к склеиванию

3. Полимерные клеи для обеспечении

адгезии старого бетона со свежеуложенным

При ремонте железобетонных конструкций часто встречается необходимость обеспечения прочного сцепления нового бетона со старым. Такое соединение применяется при усилении конструкций методом наращивания сечения, омоноличивания, бетонировании защитного слоя арматуры и т. д.

Определение прочностных характеристик образцов, омоноличенных цементными композициями (с механической или химической обработкой бетонных поверхностей), показало, что прочность контакта между старым и новым бетоном во всех случаях ниже прочности нового и старого бетона. При испытаниях на сдвиг разрушение происходит по контакту между швами. При испытании на морозостойкость было отмечено, что аналогичные разрушения в них происходят еще до механических испытаний после воздействия 50—100 циклов переменного замораживания — оттаивания.

Специальные мероприятия, применяемые при соединении бетонов (декарбонизация поверхности старого бетона, насечка поверхности, виброукладка смеси), не обеспечивают полного омоноличивания, и достигается это лишь обмазкой поверхности старого бетона эпоксидными композициями. При подборе композиций для обеспечения адгезии старого и нового бетонов следует учитывать щелочную среду и высокую влажность в зоне контакта. В основном для этой цели применяют эпоксидные клеи, в состав которых входят в качестве отвердителя аминофенол АФ-2, а также поверхностно-активные вещества типа ОП-7. Составы клеев для повышения адгезии старого бетона со свежеприготовленным приведены в табл. 5.4.

Способы подготовки бетонных поверхностей при устройстве адгезионной обмазки те же, что и для склеивания бетона.

Таблица 5.3

Составы клеев для обеспечения адгезии старого и нового бетона (часть по массе)

4. Применение полимерных составов

при устранении дефектов и повреждений местного значения

В железобетонных конструкциях могут возникнуть трещины и другие дефекты в зависимости от условий эксплуатации, при транспортировании, монтаже и др. Можно отметить следующие виды дефектов местного значения в бетонных и железобетонных конструкциях, оказывающих негативное влияние на их работу: трещины в бетоне; сколы бетона с обнажением или без обнажения арматуры; раковины с обнажением и без обнажения арматуры; участки слабого бетона; обнажения арматуры вследствие недостаточного защитного слоя бетона; выщелачивание бетона с образованием в нем каверн и пустот; износ поверхности бетона с обнажением или без обнажения арматуры; внутренние пустоты и каверны в бетоне.

Устранение данных дефектов в бетонных и железобетонных конструкциях цементными композициями не дает возможности получить равнопрочное соединение двух бетонов. Общепризнано, что ликвидировать указанные дефекты наиболее целесообразно с помощью полимерных композиций. Составы полимерных композиций для ремонта бетона даются в табл. 5.5.

Наиболее трудоемкой операцией при ремонте бетона является ликвидация трещин в конструкциях. Трещины заделываются инъецированием (при ширине раскрытия более 0,1 мм) пли поверхностной затиркой (при ширине раскрытия менее 0,1 мм). Другие дефекты устраняются полимерными мастиками (при глубине дефекта до 5 мм), полимербстоном (глубина дефектом более 5 мм) или быстро-твердеющими полимерцементнымн бетонами и растворами.

Для заделки трещин полимерными клеями в массивных бетон­ных и железобетонных конструкциях рекомендуется использовать метод ЦНИИС, в сборных железобетонных конструкциях — метод Новочеркасского ПИ и Одесского ПСИ, в монолитных конструкциях — метод Вильнюсского ИСИ. Технология заделки трещин и применяемое для этих целей оборудование описаны в [40, 53].