Способ усиления строительных конструкций

Предлагаемый способ относится к области строительства и может быть применен при ремонте, например балок, простенков, колонн или столбов. Технический результат - повышение надежности усиливаемых конструкций. На усиливаемую конструкцию устанавливают усиливающие элементы, соединяют их связующими элементами. Приваривают связующие элементы к одному из усиливающих элементов, нагревают и в нагретом состоянии приваривают к противоположному усиливающему элементу, после чего нагрев прекращают. Связующие элементы могут быть установлены между поверхностями усиливающих элементов или наложены на их торцы. В первом случае исходную длину связующих элементов определяют из выражения L=S_BH-α(T-T_O), где S_BH - расстояние между внутренними поверхностями усиливающих элементов, α - коэффициент линейного расширения материала связующего элемента, Т - температура нагрева связующего элемента, Т_O - температура окружающей среды. Во втором случае длину связующих элементов выбирают из условия L≥S_нар, где S_нар - расстояние между наружными поверхностями усиливающих элементов. 4 ил.

 

Предлагаемый способ относится к строительному производству и может быть применен при ремонте, например балок, простенков, колонн или столбов в жилых, производственных или общественных зданиях.

Известен способ усиления простенка путем установки на него металлического корсета (Вольфсон В.Л., Ильяшенко В.А., Комисарчик Р.Г. Реконструкция и капитальный ремонт жилых и общественных зданий: Справочник производителя работ. Изд.2. - М.: Стройиздат, 2003, с.162...163). По этому способу по углам простенка монтируют вертикальные металлические уголки (усиливающие элементы) на всю высоту простенка. На поверхности простенка пробивают бороздки, в которые укладывают металлические пластинки (связующие элементы). Концы этих пластинок приваривают к уголкам. Этот способ усиления достаточно прост, он обеспечивает возможность ремонта и усиления как простенков, так и балок, колонн, столбов и других аналогичных строительных конструкций. Однако этот способ не позволяет плотно прижать элементы усиления к поверхности усиливаемой конструкции. При любой точности сборки усиливающих и связующих элементов остается вероятность зазоров между ними и усиливаемой конструкцией. Зазоры могут также появиться при эксплуатации усиленной конструкции при тепловом расширении усиливающих и связующих элементов в теплое время года или при другом случайном нагреве. Наличие зазоров приведет к нарушению сплошности конструкции в зоне усиления, что уменьшит ее прочность и надежность. Применение предварительных стяжек, струбцин или распорок, обеспечивающих плотное прижатие усиливающих элементов к поверхности усиливаемой детали усложняет технологическую оснастку, повысит трудоемкость операций по усилению конструкции и не устранит вероятность возникновения зазоров, поскольку не может компенсировать тепловое расширение усиливающих и связующих элементов.

Известен также способ усиления колонн стальной обоймой (Гучкин И.С. Диагностика повреждений и восстановление эксплуатационных качеств конструкций: Учебное пособие. - М.: Издательство АСВ, 2001, с.88...90), который принят за прототип. По прототипу продольные элементы обоймы (усиливающие элементы) из уголковой стали устанавливаются на цементно-песчаном растворе и прижимаются к колонне с помощью струбцин. Затем к уголкам привариваются поперечные планки (связующие элементы), устанавливаемые по длине колонны. Перед приваркой эти планки нагревают до температуры 100...200°С. При остывании после сварки планки укорачиваются и создают предварительные напряжения.

Способ усиления колонн по прототипу обеспечивает повышение прочности и надежности усиленной конструкции. Однако нагрев связующих элементов по прототипу производится до их установки на усиливающие элементы. После нагрева связующие элементы накладываются на усиливающие элементы и последовательно привариваются к ним. При приварке первого конца связующего элемента его средняя часть и второй конец охлаждаются. Это охлаждение не может вызвать натяга вследствие термического укорочения, поскольку в это время второй конец связующего элемента свободен. В результате после приварки второго конца связующего элемента ко второму усиливающему элементу натяг значительно уменьшится, что создает возможность неплотного прилегания усиливающих элементов к поверхности усиливаемой конструкции. Это понизит прочность и надежность усиления.

Технический результат изобретения - повышение надежности усиливаемых строительных конструкций путем обеспечения сжатия дефектной зоны усиливающими элементами.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что усиление строительных конструкций, которые получили повреждения в результате износа или при чрезвычайных ситуациях, производят с помощью металлических усиливающих элементов, которые жестко соединяют между собой связующими элементами, например, с помощью сварки. Связующие элементы предварительно нагревают, после чего жестко соединяют с усиливающими элементами. В отличие от прототипа, связующие элементы соединяют вначале с одним из усиливающих элементов, затем связующие элементы поочередно нагревают и соединяют в нагретом состоянии с противоположными усиливающими элементами, после чего нагрев прекращают.

По одному из вариантов связующие элементы вставляют между усиливающими элементами. При этом исходную длину связующих элементов определяют из выражения L=S_вн-α(Т-Т_О), где S_вн - расстояние между внутренними поверхностями усиливающих элементов, α - коэффициент линейного расширения материала связующего элемента, Т - температура нагрева связующего элемента, Т_О - температура окружающей среды.

По другому варианту связующие элементы накладывают на торцы усиливающих элементов. В этом случае длину связующих элементов выбирают из условия: L≥S_нар, где S_нар - расстояние между наружными поверхностями усиливающих элементов.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показан вариант предлагаемого способа при установке связующих элементов между усиливающими элементами, на фиг.2 - вид сверху на фиг.1, на фиг.3 - вариант предлагаемого способа при наложении связующих элементов на торцы усиливающих элементов, а на фиг.4 - вид сверху на фиг.3.

По предлагаемому способу в требующей усиления строительной конструкции (например, колонны 1, как это показано на фиг.1 и 3) устанавливают усиливающие элементы 2 и 3, которые жестко соединяют между собой, преимущественно с помощью сварки, связующими элементами 4 и 5. Усиливающие элементы 2 и 3, так же как и связующие элементы 4 и 5 могут быть выполнены из любого металла в зависимости от условий эксплуатации строительной конструкции 1 и величины эксплуатационных нагрузок на нее. Все эти элементы могут иметь форму уголков, пластин, прутков и других видов профильного проката.

Вначале связующие элементы 4 и 5 соединяют с одним из усиливающих элементов, например с элементом 3, например, накладывая сварные швы 6. Затем связующие элементы 4 и 5 поочередно нагревают, например, газопламенной горелкой, и в нагретом состоянии соединяют швами 6 с противоположным усиливающим элементом 2, после чего нагрев прекращают. В результате нагрева связующие элементы 4 и 5 удлиняются, а при последующем охлаждении после соединения их с усиливающими элементами 2 укорачиваются и плотно прижимают усиливающие элементы 2 и 3 к поверхности строительной конструкции 1. Это исключает возможность образования зазоров между поверхностями строительной конструкции 1 и усиливающих элементов 2 и 3, что повышает прочность и надежность конструкции в целом.

Связующие элементы 4 и 5 могут быть установлены между усиливающими элементами 2 и 3 (Фиг.1 и 2). В этом случае исходную длину связующих элементов определяют из выражения L=S_вн-α(Т-Т_О), где S_вн - расстояние между внутренними поверхностями усиливающих элементов, α - коэффициент линейного расширения материала связующего элемента, Т - температура нагрева связующего элемента, Т_О - температура окружающей среды. Тогда при установке связующих элементов 4 и 5 между усиливающими элементами 2 и 3 элементы 4 и 5 окажутся в исходном состоянии короче расстояния S_вн между внутренними поверхностями усиливающих элементов 2 и 3. Однако в процессе нагрева связующих элементов 3 и 4 их длина увеличится и будет равна S_ВН, после чего их торцы будут соединены с усиливающими элементами 2 и 3 сварными швами 6.

По другому варианту связующие элементы 4 и 5 накладывают на торцы усиливающих элементов 2 и 3, а исходную длину связующих элементов 4 и 5 выбирают из условия L≥S_нар, где S_нар - расстояние между наружными поверхностями усиливающих элементов. Связующие элементы в этом случае так же соединяют с одним из усиливающих элементов (например, с элементом 3), затем поочередно нагревают и в нагретом состоянии соединяют с противоположным усиливающим элементом 2, после чего нагрев прекращают.

Варианты предлагаемого способа в одинаковой степени обеспечивают плотное прижатие усиливающих элементов 2 и 3 к поверхности усиливаемой строительной конструкции 1. Выбор вариантов зависит от требований к внешнему виду усиления и от величины эксплуатационной нагрузки усиливаемой строительной конструкции 1. При более высокой нагрузке целесообразнее вариант, при котором связующие элементы 4 и 5 накладывают на торцы усиливающих элементов 2 и 3, поскольку в этом случае сварные швы 6 будут работать на срез и смогут выдержать более высокую нагрузку, чем в первом варианте. Вариант, при котором связующие элементы 4 и 5 устанавливают между внутренними поверхностями усиливающих элементов 2 и 3, позволяет создать более компактное и эстетичное усиление строительной конструкции 1.

Примером применения предлагаемого способа может служить усиление железобетонной колонны прямоугольного сечения, имеющей местные дефекты. При обнаружении в теле колонны дефектов типа выкрашиваний бетона или трещин, на зону, в которой возникли дефекты устанавливают усиливающие элементы 2 и 3 в виде стальных уголков, швеллеров или пластин так, чтобы охватываемый этими элементами участок колонны 1 был больше зоны поверхности колонны 1, на которой обнаружены дефекты. Усиливающие элементы 2 и 3 прижимают к поверхности колонны 1 струбцинами. Из стальных уголков, прутков или пластин вырезают связующие элементы 4 и 5. Их исходную длину в зависимости от выбранного варианта предлагаемого способа определяют из выражения L=S_вн-α(Т-Т_О), где S_вн - расстояние между внутренними поверхностями усиливающих элементов, α - коэффициент линейного расширения материала связующего элемента, Т - температура нагрева связующего элемента, Т_О - температура окружающей среды, или выбирают из условия L≥S_нар, где S_нар - расстояние между наружными поверхностями усиливающих элементов.

Затем связующие элементы приваривают ручной дуговой сваркой к одному из усиливающих элементов 3. Поочередно нагревают связующие элементы 4 и 5 пламенем газопламенной горелки до выбранной температуры в диапазоне 100...300°С и приваривают их к противоположному усиливающему элементу 2, накладывая сварные швы 6. После окончания сварки каждого стыка связующих элементов 4 и 5 с усиливающим элементом 2 или 3 нагрев данного связующего элемента прекращают.

После охлаждения связующие элементы 4 и 5 укорачиваются и стягивают усиливающие элементы 2 и 3, плотно прижимая их к поверхности колонны 1. Это исключает возможность возникновения зазоров между поверхностью усиливаемой колонны и усиливающими элементами, предупреждает ослабление усиления, что повышает прочность и надежность усиленной колонны.

Таким образом, предлагаемый способ усиления строительных конструкций обеспечивает технический эффект, заключающийся в повышении прочности и надежности усиливаемой строительной конструкции. Способ может быть осуществлен с помощью известных в технике средств и материалов. Следовательно, предлагаемый способ обладает промышленной применимостью.

Способ усиления строительных конструкций металлическими усиливающими элементами, которые жестко соединяют между собой связующими элементами, причем связующие элементы предварительно подогревают, после чего соединяют с усиливающими элементами, отличающийся тем, что связующие элементы вначале соединяют с одним из усиливающих элементов, затем связующие элементы нагревают и в нагретом состоянии соединяют с противоположным усиливающим элементом, после чего нагрев прекращают, при этом связующие элементы либо вставляют между усиливающими элементами, либо накладывают на торцы усиливающих элементов, а исходную длину связующих элементов в случае, когда их вставляют между усиливающими элементами, определяют из выражения L=S_ВН-α(Т-Т_O), где S_BH - расстояние между внутренними поверхностями усиливающих элементов, α - коэффициент линейного расширения материала связующего элемента, Т - температура нагрева связующего элемента, Т_O - температура окружающей среды, а в случае, когда связующие элементы накладывают на торцы усиливающих элементов, исходную длину связующих элементов выбирают из условия L≥S_нар, где S_нар - расстояние между наружными поверхностями усиливающих элементов.