Устройство для усиления несущих конструкций
Владельцы патента RU 2599110:
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" (RU)
Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для усиления несущих конструкций колонн, простенков и кирпичных столбов. Технический результат заключается в уменьшении металлоемкости. Устройство для усиления несущих конструкций включает установленный на несущую конструкцию элемент усиления, выполненный в виде металлической обоймы обжатия, охватывающей усиливаемую несущую конструкцию и закрепленной на ней с возможностью обеспечения совместной работы за счет контактирующих поверхностей. Обойма обжатия выполнена из вертикальных элементов уголкового профиля, соединенных между собой поперечными планками. Внутренние грани вертикальных элементов уголкового профиля дополнительно снабжены приваренными к ним арматурными стержнями, образующими шероховатость поверхности и обеспечивающими совместную работу усиливаемой несущей конструкции и металлической обоймы обжатия. Пространство между внутренними гранями вертикальных элементов и подготовленной контактирующей поверхностью усиливаемого несущего элемента, имеющей шероховатость, заполнено бетонной смесью в пределах защитного слоя продольной арматуры. 12 з.п. ф-лы, 10 ил.
Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для усиления несущих конструкций колонн, простенков и кирпичных столбов.
Известно устройство для усиления железобетонной колонны, содержащее установленную на колонну металлическую обойму, выполненную из вертикальных уголков, приваренных к металлическим пластинам, которые в свою очередь приварены к стержням рабочей продольной арматуры с помощью арматурных коротышей (Мальганов А.И., Плевков B.C., Полищук А.И. Восстановление и усиление ограждающих строительных конструкций зданий и сооружений. Атлас схем и чертежей. Томск. Томский межотраслевой ЦНТИ, 1990, 315 с. [схема приварки металлических уголков к рабочей арматуре колонны на листе 106]).
Недостатками известного устройства являются большие трудозатраты и высокая металлоемкость, а также снижение несущей способности колонны в момент производства работ из-за наличия следующих факторов: удаления защитного слоя арматуры; сильного разогрева при сварке продольных стержней рабочей арматуры; возможного уменьшения площади существующей продольной арматуры в местах приварки арматурных коротышей.
Известно также усиление колонн с помощью металлической обоймы, содержащей продольные уголки, соединенные между собой поперечными планками с возможностью обжатия, при этом для осуществления усиления продольные уголки устанавливают на колонну на растворе и временно прижимают к колонне струбцинами, а поперечные планки приваривают к продольным уголкам разогретыми до температуры 200-250°C (Мальганов А.И., Плевков B.C., Полищук А.И. Восстановление и усиление ограждающих строительных конструкций зданий и сооружений. Атлас схем и чертежей. Томск. Томский межотраслевой ЦНТИ, 1990, 315 с. [схема установки предварительно напряженных хомутов на листе 106]).
Недостатками известного устройства являются: во-первых, низкая надежность из-за отсутствия возможности надежной фиксации контакта скругленной части внутренней поверхности вертикального уголка с угловой частью колонны, что может привести при обжатиях поперечными планками к нежелательным искривлениям и смещениям уголка по высоте в разных плоскостях; во-вторых, возможность локального перегрева бетона в местах разогрева поперечных планок; в-третьих, потребность в наличии дорогостоящего оборудования для осуществления контроля температуры при разогреве поперечных планок.
В качестве прототипа принято устройство, используемое в известном способе анкеровки напрягаемых распорок усиления, содержащее анкерное устройство, непосредственно прикрепляемое к усиливаемому элементу конструкции стяжными болтами, при этом анкерное устройство выполнено в виде стальной обоймы обжатия с упорными столиками для грузовых винтов распорок, причем обойма обжатия выполнена из составных скоб с упорными ребрами на концевых участках, оборудованных стяжными болтами, а внутренняя поверхность скоб обработана для повышения сил трения покоя (Патент РФ №2315158 С2, дата приоритета 03.10.2005, дата публикации 10.04.2007, авторы: Ильин Н.А. и др., RU, прототип).
Недостатками прототипа являются:
- во-первых, заниженное сцепление напрягаемых распорок с усиливаемым элементом;
- во-вторых, значительная металлоемкость элементов усиления, обусловленная выполнением скоб, стянутых болтами и снабженных упорными столиками для грузовых винтов распорок усиления;
- в-третьих, значительные габариты элемента усиления, уменьшающие полезный объем здания.
Задачей изобретения является повышение эффективности устройства для усиления несущих конструкций путем увеличения статического коэффициента трения покоя между обоймой обжатия и усиливаемым несущим элементом путем уменьшения металлоемкости за счет уменьшения веса элементов усиления и путем уменьшения габаритных размеров усиленной конструкции.
Для решения поставленной задачи предложено устройство для усиления несущих конструкций, включающее установленный на несущую конструкцию элемент усиления, выполненный в виде металлической обоймы обжатия, охватывающей усиливаемую несущую конструкцию и закрепленной на ней с возможностью обеспечения совместной работы за счет контактирующих поверхностей. Согласно изобретению металлическая обойма обжатия выполнена из вертикальных элементов уголкового профиля, соединенных между собой поперечными планками, при этом внутренние грани вертикальных элементов уголкового профиля дополнительно снабжены приваренными к ним арматурными стержнями, образующими шероховатость поверхности и обеспечивающими совместную работу усиливаемой несущей конструкции и металлической обоймы обжатия, а пространство между внутренними гранями вертикальных элементов и подготовленной контактирующей поверхностью усиливаемого несущего элемента, имеющей шероховатость, заполнено бетонной смесью в пределах защитного слоя продольной арматуры.
Согласно изобретению шероховатость поверхностей внутренних граней вертикальных элементов образована поперечными арматурными стержнями, расположенными в ряд с одинаковым шагом в каждой полке между внешним и внутренним скруглениями граней полок вертикальных элементов.
Согласно изобретению шероховатость поверхностей внутренних граней вертикальных элементов образована поперечными арматурными стержнями, расположенными в ряд с одинаковым шагом в каждой полке и дополнительными вертикальными арматурными стержнями, расположенными вблизи внутренних и/или внешних скруглений граней полок вертикальных элементов.
Согласно изобретению шероховатость поверхностей внутренних граней вертикальных элементов образована поперечными изогнутыми арматурными стержнями, расположенными в ряд с одинаковым шагом и выполненными с радиусом изгиба, соответствующим внутреннему скруглению граней полок вертикальных элементов.
Согласно изобретению шероховатость поверхностей внутренних граней вертикальных элементов образована арматурными стержнями, наклонно расположенными в ряд с одинаковым шагом в каждой полке между внешним и внутренним скруглениями граней полок вертикальных элементов.
Согласно изобретению шероховатость поверхностей внутренних граней вертикальных элементов образована арматурными стержнями изогнутой формы в виде змейки в каждой полке с чередующимися горизонтальными и вертикальными участками, одинаково ориентированными по отношению друг к другу или к кромкам полок вертикальных элементов.
Согласно изобретению шероховатость поверхностей внутренних граней вертикальных элементов образована мелкоячеистой арматурной сеткой.
Согласно изобретению арматурные стержни, обеспечивающие совместную работу усиливаемого несущего элемента и металлической обоймы обжатия, приварены к ветвям обоймы, находящимся в растянутой зоне.
Согласно изобретению контактирующие поверхности вертикальных элементов уголкового профиля металлической обоймы обжатия и усиливаемой несущей конструкции выполнены с возможностью увеличения коэффициента трения.
Согласно изобретению между вертикальными элементами уголкового профиля металлической обоймы обжатия и усиливаемой несущей конструкцией расположен слой упругого материала.
Согласно изобретению в качестве бетонной смеси в пространстве между внутренними гранями вертикальных элементов металлической обоймы обжатия и усиливаемой несущей конструкцией могут быть использованы либо безусадочная мелкозернистая бетонная смесь, либо самонапрягаемый мелкозернистый бетон, либо мелкозернистый фибробетон.
На фиг. 1 схематично изображено устройство для усиления несущих конструкций, общий вид; на фиг. 2 схематично изображено сечение устройства для усиления несущих конструкций; на фиг. 3 - узел А на фиг. 2; на фиг. 4 схематично изображен вертикальный элемент уголкового профиля обоймы обжатия с усиленной шероховатостью внутренних граней, образованной наваренными поперечными арматурными стержнями в каждой полке, общий вид; на фиг. 5 - то же, вариант с дополнительно наваренными вертикальными стержнями вблизи наружного скругления граней полок; на фиг. 6 - то же, вариант с дополнительно наваренными вертикальными стержнями вблизи наружных и внутренних скруглений граней полок; на фиг. 7 - то же, вариант с приваренными поперечными изогнутыми арматурными стержнями, имеющими радиус изгиба, соответствующий внутреннему радиусу скругления полок вертикального элемента; на фиг. 8 - то же, вариант с приваренными наклонными арматурными стержнями в ряд к каждой полке; на фиг. 9 - то же, вариант с приваренными к каждой полке вертикальных элементов арматурными стержнями изогнутой формы в виде змеек, одинаково ориентированных по отношению друг к другу; на фиг. 10 - то же, вариант с приваренными к каждой полке вертикальных элементов арматурными стержнями изогнутой формы в виде змеек, одинаково ориентированных по отношению к кромкам полок вертикальных элементов.
Устройство для усиления несущих конструкций содержит установленный на усиливаемую несущую конструкцию, например колонну 1, элемент усиления, связанный с усиливаемой конструкцией для обеспечения совместной работы. Элемент усиления выполнен в виде металлической обоймы обжатия 2, охватывающей несущую конструкцию и состоящей из вертикальных элементов уголкового профиля 3, соединенных между собой поперечными планками 4 (фиг. 1). Для обеспечения совместной работы усиливаемой несущей конструкции и металлической обоймы обжатия к внутренним граням полок вертикальных элементов 3 приварены арматурные стержни 5, образующие шероховатость поверхностей, а пространство между внутренними гранями полок вертикальных элементов и подготовленной контактирующей поверхностью 6 усиливаемого несущего элемента 1 в пределах защитного слоя продольной арматуры 7 усиливаемого несущего элемента 1 заполнено мелкозернистым бетоном, связывающим контактирующие поверхности (фиг. 2, фиг. 3).
Арматурные стержни 5, навариваемые на внутренние грани полок вертикальных элементов 3, могут быть выполнены круглой или иной формы, с рифлением и без рифления, а также в виде:
- поперечных арматурных стержней, в ряд привариваемых к каждой полке (фиг. 4);
- поперечных арматурных стержней, в ряд привариваемых к каждой полке, с дополнительно наваренными вертикальными стержнями вблизи наружного скругления граней полок (фиг. 5);
- поперечных арматурных стержней, в ряд привариваемых к каждой полке, с дополнительно наваренными вертикальными стержнями вблизи наружного и внутреннего скруглений граней полок (фиг. 6);
- поперечных изогнутых арматурных стержней, в ряд привариваемых к внутренним полкам вертикальных элементов, с радиусом изгиба, соответствующим внутреннему радиусу скругления полок вертикального элемента (фиг. 7);
- наклонных арматурных стержней, расположенных в ряд с одинаковым шагом в каждой полке между внешним и внутренним скруглениями граней полок вертикальных элементов (фиг. 8);
- арматурных стержней изогнутой формы в виде змеек, привариваемых к каждой полке вертикальных элементов и выполненных с чередующимися горизонтальными и вертикальными участками, одинаково ориентированными по отношению друг к другу (фиг. 9);
- арматурных стержней изогнутой формы в виде змеек, привариваемых к каждой полке вертикальных элементов и выполненных с чередующимися горизонтальными и вертикальными участками, одинаково ориентированными по отношению к кромкам полок вертикальных элементов (фиг. 10).
Для обеспечения более надежного контакта металлической обоймы обжатия и усиливаемой несущей конструкции возможны также следующие конструктивные особенности и приемы.
Арматурные стержни, обеспечивающие совместную работу усиливаемого несущего внецентренно сжатого элемента, имеющего большой эксцентриситет, и металлической обоймы обжатия, могут быть приварены к ветвям обоймы, находящимся только в растянутой зоне.
Контактирующие поверхности вертикальных элементов уголкового профиля металлической обоймы и усиливаемого несущего элемента могут быть выполнены с возможностью увеличения коэффициента трения. При этом поверхности усиливаемого несущего элемента 1 для обеспечения шероховатости по пятну контакта с вертикальными элементами обоймы обжатия могут быть снабжены насечками, а внутренние поверхности вертикальных элементов 3 соответственно обработаны, например пескоструйной смесью.
Между вертикальными элементами уголкового профиля металлической обоймы и усиливаемой конструкцией может быть расположен слой упругого материала (условно не показано).
Для обеспечения совместно работы металлической обоймы обжатия и усиливаемого несущего элемента могут быть использованы разные приемы и материалы.
Зазор между внутренними гранями полок вертикальных элементов обоймы обжатия и усиливаемым несущим элементом может быть заполнен мелкозернистой бетонной смесью, безусадочной мелкозернистой бетонной смесью, самонапрягаемым мелкозернистым бетоном или мелкозернистым фибробетоном. При этом одним из возможных приемов для обеспечения совместной работы может быть нанесение мелкозернистой бетонной смеси на внутренние поверхности вертикальных элементов металлической обоймы, устанавливаемых в проектное положение с последующим прижатием их к усиливаемому несущему элементу с помощью струбцин, сопровождающимся выжиманием излишек бетонной смеси с заполнением всей поверхности зоны контакта вертикальных элементов обоймы обжатия и несущего элемента.
Уменьшение габаритных размеров усиленной конструкции обеспечивается возможностью обжатия вертикальных элементов обоймы струбцинами до полного прилегания наваренных арматурных стержней к подготовленной шероховатой поверхности тела усиливаемого элемента с полным выжиманием бетонной смеси в пределах защитного слоя продольной арматуры.
Как вариант, возможно также выполнение шероховатости на поверхности усиливаемого элемента непосредственно в зоне контакта с приваренными арматурными стержнями в виде ответных выемок, повторяющих контур приваренных стержней с небольшим увеличением размеров этого контура относительно размеров сечения стержней (условно не показано).
Технический результат, достигаемый предложенным устройством для усиления несущих конструкций, заключается в увеличении статического коэффициента трения покоя между обоймой обжатия и усиливаемым несущим элементом, в уменьшении металлоемкости за счет уменьшения веса элементов усиления и в уменьшении габаритных размеров усиленной конструкции.
При этом преимущества заявляемого устройства для усиления несущих конструкций, обеспечивающие указанный технический результат, обусловлены использованием в качестве элемента усиления металлической обоймы обжатия, охватывающей усиливаемую конструкцию с возможностью совместной работы за счет значительного трения покоя, которое обеспечивается приваркой арматурных стержней к внутренним граням полок, установленных на слое раствора на обработанную поверхность усиливаемого несущего элемента.
1. Устройство для усиления несущих конструкций, включающее установленный на несущую конструкцию элемент усиления, выполненный в виде металлической обоймы обжатия, охватывающей усиливаемую несущую конструкцию и закрепленной на ней с возможностью обеспечения совместной работы за счет контактирующих поверхностей, отличающееся тем, что металлическая обойма обжатия выполнена из вертикальных элементов уголкового профиля, соединенных между собой поперечными планками, при этом внутренние грани вертикальных элементов уголкового профиля дополнительно снабжены приваренными к ним арматурными стержнями, образующими шероховатость поверхности и обеспечивающими совместную работу усиливаемой несущей конструкции и металлической обоймы обжатия, а пространство между внутренними гранями вертикальных элементов и подготовленной контактирующей поверхностью усиливаемого несущего элемента, имеющей шероховатость, заполнено бетонной смесью в пределах защитного слоя продольной арматуры.
2. Устройство для усиления несущих конструкций по п. 1, отличающееся тем, что шероховатость поверхностей внутренних граней вертикальных элементов образована поперечными арматурными стержнями, расположенными в ряд с одинаковым шагом в каждой полке между внешним и внутренним скруглениями граней полок вертикальных элементов.
3. Устройство для усиления несущих конструкций по п. 1, отличающееся тем, что шероховатость поверхностей внутренних граней вертикальных элементов образована поперечными арматурными стержнями, расположенными в ряд с одинаковым шагом в каждой полке, и дополнительными вертикальными арматурными стержнями, расположенными вблизи внутренних и/или внешних скруглений граней полок вертикальных элементов.
4. Устройство для усиления несущих конструкций по п. 1, отличающееся тем, что шероховатость поверхностей внутренних граней вертикальных элементов образована поперечными изогнутыми арматурными стержнями, расположенными с одинаковым шагом и выполненными с радиусом изгиба, соответствующим внутреннему скруглению граней полок вертикальных элементов.
5. Устройство для усиления несущих конструкций по п. 1, отличающееся тем, что шероховатость поверхностей внутренних граней вертикальных элементов образована арматурными стержнями, наклонно расположенными в ряд с одинаковым шагом в каждой полке между внешним и внутренним скруглениями граней полок вертикальных элементов.
6. Устройство для усиления несущих конструкций по п. 1, отличающееся тем, что шероховатость поверхностей внутренних граней вертикальных элементов образована арматурными стержнями изогнутой формы в виде змейки в каждой полке с чередующимися горизонтальными и вертикальными участками, одинаково ориентированными по отношению друг к другу или к кромкам полок вертикальных элементов.
7. Устройство для усиления несущих конструкций по п. 1, отличающееся тем, что шероховатость поверхностей внутренних граней вертикальных элементов образована мелкоячеистой арматурной сеткой.
8. Устройство для усиления несущих конструкций по п. 1, отличающееся тем, что арматурные стержни, обеспечивающие совместную работу усиливаемого несущего элемента и металлической обоймы обжатия, приварены к ветвям обоймы, находящимся в растянутой зоне.
9. Устройство для усиления несущих конструкций по п. 1, отличающееся тем, что контактирующие поверхности вертикальных элементов уголкового профиля металлической обоймы обжатия и усиливаемой несущей конструкции выполнены с возможностью увеличения коэффициента трения.
10. Устройство для усиления несущих конструкций по п. 9, отличающееся тем, что между вертикальными элементами уголкового профиля металлической обоймы обжатия и усиливаемой несущей конструкцией расположен слой упругого материала.
11. Устройство для усиления несущих конструкций по п. 1, отличающееся тем, что в качестве бетонной смеси в пространстве между внутренними гранями вертикальных элементов металлической обоймы обжатия и усиливаемой несущей конструкцией использована безусадочная мелкозернистая бетонная смесь.
12. Устройство для усиления несущих конструкций по п. 1, отличающееся тем, что в качестве бетонной смеси использован самонапрягаемый мелкозернистый бетон.
13. Устройство для усиления несущих конструкций по п. 1, отличающееся тем, что в качестве бетонной смеси использован мелкозернистый фибробетон.
