Особенности расчета некоторых конструкций усиления

29.06.2016

Поверочные расчеты конструкций усиления выполняют в соответствии с действующими нормативами (СПиП 2.03.01-84 СНиП II.23-81 и др.). Далее для примера приводятся основные требования к конструкциям усиления, которые получили наиболее широкое распространение и содержатся в рекомендациях харьковского Промстройниипроекта, НИИЖБ и ворошиловградского филиала НИИСП (решения 1, 2, 11), ТбилЗНИИЭПа (решения 6, 7), ЦНИИпромзданий и НИИЖБ (решения 3, 5, 10), Казпромстройниипроекта (4, 8), КиевНИКТИ городского хозяйства (9).
1. Изгибаемые конструкции полного и частичного разгружения. Конструкции усиления, являющиеся для усиливаемой конструкции разгружающей системой и с нею не замоноличенные, но связанные в местах опирания, рассчитывают как самостоятельные или как элементы общей системы. Элементы полного разгружения рассчитывают на полную нагрузку. Балки и ригели, на которые опираются разгруженные элементы, рассчитывают на поперечную силу по косым сечениям, если разгружающий элемент удален от опор на расстояние более 0,75, если же расстояние менее 0,75h, то их рассчитывают на срез. Минимальный зазор между разгружающей и существующей конструкцией следует принимать равным расчетному перемещению с коэффициентом 1,8 для железобетонных разгружающих конструкций и с коэффициентом 1,4 для металлических разгружающих конструкций.
В случае частичного разгружения допускается определять усилия исходя из условия их пропорциональности жесткостям существующего и разгружающего элементов, т.e.
Особенности расчета некоторых конструкций усиления

Расчет на поперечную силу производится на всю нагрузку только для усиливаемого элемента.
2. Изгибаемые конструкции, усиливаемые промежуточными жесткими и упругими опорами. Опора считается жесткой, если возможная общая деформация от ожидаемых нагрузок в месте ее установки составляет не более 10% прогиба усиливаемой конструкции при отсутствии жесткой опоры.
Расчетные усилия в сечениях элементов, усиливаемых промежуточными жесткими опорами, определяют как сумму усилий, полученных отдельно от нагрузок, действующих до установки дополнительных опор и от нагрузок после установки этих опор. Необходимо, чтобы эпюра изгибающих моментов, полученная сложением эпюр, нигде не выходила за пределы фактической эпюры материалов, построенной на основании обследования конструкций.
В случае возникновения над новой опорой отрицательного момента, превышающего значения допускаемого, над ней возникает пластический шарнир и балку следует рассматривать как разрезную с шарнирным опиранием в месте опоры.
В случае усиления элемента упругими опорами расчетные усилия в сечениях также определяют как сумму усилий, полученных по двум расчетным схемам при наличии опор и без них. Для усиливаемого элемента в качестве расчетной схемы при расчете от нагрузок, прикладываемых после установки упругих опор, может быть принята балка на упругоподатливых опорах. Усилия в упругих опорах определяют на нагрузки, равные реакциям в местах опирания балок. Балки в местах установки жестких и упругих дополнительных опор проверяют на действие поперечных сил.
В случае устройства упругих опор из железобетонных элементов следует учитывать деформации ползучести путем снижения жесткости в соответствии со СНиП 2.03.01-84 при длительном действии нагрузки.
3. Изгибаемые конструкции, усиливаемые железобетонными обоймами и наращиванием. Их расчет осуществляется как монолитных конструкций. Предусматривается соблюдение условий, при которых возможно ослабление монолитности усиленных конструкций:
Особенности расчета некоторых конструкций усиления

При усилении элемента обоймами, рубашками и наращиванием снизу
Особенности расчета некоторых конструкций усиления

Если существующая арматура Fs расположена на расстоянии более 0,5 (h—х) или более 0,25h от растянутой грани усиленного сечения, то для этой арматуры расчетное сопротивление принимается с кооффициентом 0,8. При усилении элементов наращиванием сверху толщину наращивания t определяют из условия, чтобы количество имеющиеся арматуры было достаточным при действующем после усиления момента:
Особенности расчета некоторых конструкций усиления

Здесь величина Rb принимается: при высоте сжатой зоны, меньшей, чем толщина слоя бетона усиления, равной Rh бетона усиления; при высоте сжатой зоны, большей, чем толщина слоя бетона усиления, равной Rb, соответствующей меньшему классу бетона.
4. Усиление изгибаемых элементов приклеиванием строительной листовой стали эпоксидным полимерраствором. Как правило, усилению подвергаются растянутые зоны в пролете и на опоре, а также опорная зона на воздействие поперечной силы. Прочность клеевого соединения должна соответствовать условию
Особенности расчета некоторых конструкций усиления

Совместная работа усиливаемой конструкции с элементом усиления обеспечивается анкеровкой его кондов с помощью стержней, заделываемых в отверстия в бетоне на эпоксидной смоле. Площадь анкеров
Особенности расчета некоторых конструкций усиления

5. Усиление изгибаемых элементов с предварительным напряжением конструкций. Предварительное напряжение стержней усиления для уменьшения прогибов усиливаемых элементов и большего закрытия трещин принимается для стержней из мягких сталей с коэффициентом условий работы 0,8...0,9 и для стержней из высокопрочных сталей с коэффициентом 0,6...0,7. Предварительное напряжение в затяжках рекомендуется принимать с коэффициентом условий работы 0,8, учитывающим потери предварительного напряжения.
При назначении предварительного напряжения из условия включения дополнительной арматуры в работу и полного использования ее при определении несущей способности исходят из отношения всей нагрузки, воспринимаемой усиленным элементом рр к нагрузке, которая приложена в балке при усилении ру. Так, при усилении стержнями из стали классов А-I, A-II, A-III можно воспользоваться следующими данными (учитывая, что предварительное напряжение стержней допускается не менее 0,4 Rsд:
Особенности расчета некоторых конструкций усиления

При определении площади добавочной предварительно напряженной арматуры в элементах прямоугольного сечения исходят из условия
Особенности расчета некоторых конструкций усиления

Площадь сечения дополнительной предварительно напряженной арматуры определяют как при расчете конструкции, усиливаемой железобетонными обоймами, рубашками, наращиванием, подставляя вместо Rsg расчетное сопротивление дополнительной напряженной арматуры с коэффициентом 0,75уs6 и вместо h0 приведенную высоту hon (ys6 вычисляют по СНиП 2.03.01-84, п.3.13). Учет в работе сжатой арматуры или наличие в сжатой зоне полки осуществляются аналогично вновь проектируемым элементам.
При усилении изгибаемых балок шпренгеля балки превращаются в статически неопределимые системы. Сечение балки в этом случае проверяют на продольную силу, действующую в ней как в ригеле шпренгельной системы. В зависимости от результатов расчета сжатая зона балки при необходимости подлежит усилению. Несущую способность балки, усиливаемой шпренгелем. проверяют как на нагрузки, действующие на бачку в момент установки шпренгеля (усилия от напряжения), так и на максимально возможную нагрузку после усиления.
При усилении шпренгелем создаются усилия, разгружающие балку моментом, обратным по знаку момента от внешней нагрузки. Это усилие первоначально создается предварительным напряжением, которое не должно превышать 75...80% несущей способности стержней шпренгеля. Коэффициент условий работы принимается 0,8. Величины требуемых деформаций при натяжении элементов следует назначать с учетом их потерь, как указано ранее.
6. Усиление и повышение сейсмостойкости крупнопанельных зданий с помощью полимеррастворных армированных шпонок (ПАШ) или полимеррастворных армированных шпонок со скобой (ПАШС). Количество шпонок, их поперечное сечение, длину и площадь арматуры рассчитывают в зависимости от действующих усилий в стыке. Размер поперечного сечения шпонки и ее длину при растяжении определяют в зависимости от фактической прочности бетона на срез по периметру шпонки из условия равнопрочности ПАШ и стыкуемых сборных элементов:
Особенности расчета некоторых конструкций усиления

Шпонка проверяется из условий работы на срез в продольном и поперечном направлениях и на сжатие. Длина арматуры в шпонке принимается наибольшей из трех условий, как показано в примере (п. 5.7). При определении размеров поперечного сечения ПАШС и ее длины дополнительно учитывается влияние отгиба арматуры и равнопрочность стыкового соединения из условия работы на растяжение
Особенности расчета некоторых конструкций усиления

7. Усиление и повышение сейсмостойкости крупнопанельных и крупноблочных зданий с помощью поверхностно-оклеечного стеклопластика (ПОС). Расчет ПОС состоит в определении марки стеклоткани, количества ее слоев и ширины приклеивания в зависимости от действующих усилий в стыке. При восстановлении здания расчет ПОС выполняют из условия его равнопрочности расчетному сечению арматуры в стыке и при растягивающих усилиях соблюдают условие:
Особенности расчета некоторых конструкций усиления

Марку стеклоткани и количество слоев стеклоткани или сетки определяют по табл. 6.2. Необходимую ширину приклеивания находят из условия работы панелей на срез:
Особенности расчета некоторых конструкций усиления

Проверка при сдвигающих усилиях обеспечивается работой бетона сопрягаемых элементов на срез при сдвиге и кручении при соблюдении условий
Особенности расчета некоторых конструкций усиления
Особенности расчета некоторых конструкций усиления

При совместном действии в стыке усилия растяжения и сдвига рассчитывают из условия
Особенности расчета некоторых конструкций усиления

Как и в предыдущем случае, следует принимать большие из определенных значений, характеризующих прочность, количество слоев и ширину приклеивания стеклопластика (см. табл. 6.2).
8. Расчет стен, усиленных торкрет-бетоном. Усиление кирпичных стен торкрет-бетоном выполняют в такой последовательности: задаются толщиной слоя торкрет-бетона; распределяют сейсмические нагрузки между стенами с учетом реальной жесткости перекрытий; распределяют полную вертикальную нагрузку между кирпичной кладкой и слоем торкрет-бетона пропорционально их жесткостям; выполняют расчет кирпичной кладки при особом сочетании нагрузок.
При недостаточной прочности кладки либо увеличивают толщину слоя торкрет-бетона и выполняют весь расчет заново, либо жесткость кирпичной кладки стен в целом или отдельных участков, не отвечающих прочности, вводят в повторный расчет с учетом возможных повреждений при сейсмических воздействиях, а затем определяют площадь сечения арматуры слоя торкрет-бетона. При расчете усиления кладки, имеющей категорию по сопротивляемости сейсмическим воздействиям ниже второй, принимают площадь усиленных стен, приведенной к площади сечения слоя торкрет-бетона с учетом различия модулей упругости кладки и бетона.
На основе экспериментальных данных А.П. Клочко составлена аналитическая зависимость горизонтальных нагрузок при появлении первой трещины в элементах, усиленных пневмобетоными обоймами типа торкрет-бетона
Особенности расчета некоторых конструкций усиления

Формула (6.21) дает хорошую сходимость с экспериментальными данными.
9. Метод расчета сечения металлических тяжей, расположенных по периметру здания, приемлем как для повышения сейсмостойкости зданий, так и для случаев устранения деформаций зданий, образовавшихся вследствие неравномерных осадок оснований. Площадь их поперечного сечения назначается из условия обеспечения равной прочности тяжей, которые воспринимают изгибающий момент в стене, и кладки, работающей на перерезывающую силу. Таким образом, усилие NIIy, на которое подбирается сечение тяжа, зависит от расчетного сопротивления кладки скалыванию, толщины стены и длины усиливаемого участка.
По данным КиевНИКТИ городского хозяйства, для определения расчетного усилия, по которому подбирается поперечное сечение тяжа, с учетом усилия, возникающего от температурного перепада:
Особенности расчета некоторых конструкций усиления

Усилие предварительного натяжения горизонтальных тяжей, расположенных по периметру здания:
Особенности расчета некоторых конструкций усиления

10. Внецентренно сжатые элементы, усиливаемые железобетонными обоймами и наращиванием, как и изгибаемые железобетонные элементы, усиленные обоймами и наращиванием, рассчитывают как монолитные. Расчетное сопротивления рабочей арматуры и расчетное сопротивление сжатой части бетона обоймы и наращиваний принимают с коэффициентом 0,8. При расчете внецентренно сжатых элементов следует учитывать влияние случайного эксцентриситета согласно п. 1.21 СНиП 2.03.01-84.
При определении площади сечения дополнительной арматуры внецентренно сжатых элементов прямоугольного сечения следует различать три случая: усиление односторонним наращиванием со стороны растянутой зоны; усиление обоймой и двусторонним наращиванием с симметричной добавочной арматурой; усиление односторонним наращиванием со стороны сжатой зоны.
Расчет сечений внецентренно сжатых элементов, усиленных обоймами и наращиванием, определяется из условия
Особенности расчета некоторых конструкций усиления

Высоту сжатой зоны бетона х и напряжения δsi определяют из уравнений:
Особенности расчета некоторых конструкций усиления

Площадь дополнительной арматуры внецентренно сжатых элементов прямоугольного сечения, усиленных односторонним наращиванием со стороны растянутой зоны, определяют по формуле
Особенности расчета некоторых конструкций усиления

Если существующая арматура Fs расположена на расстоянии более 0,5(h - х) от растянутой грани усиленного сечения, то для нее принимают расчетное сопротивление 0,8Rs. Площадь дополнительной арматуры внецентренно сжатых элементов прямоугольного сечения, усиленных обоймой и двусторонним наращиванием с симметричной добавочной арматурой, допускается определять по формуле
Особенности расчета некоторых конструкций усиления

11. Центрально-сжатые конструкции, усиливаемые металлическими обоймами и предварительно напряженными распорками. Металлические обоймы разрешается учитывать в работе только при наличии упора их в перекрытие и в случае приварки к опорным закладным деталям. Расчет усиления железобетонных элементов стальной обоймой осуществляется как для самостоятельной системы, но гибкость продольных элементов принимают с учетом их упора в железобетон в местах расположения поперечных планок.
Предварительно напряженные распорки разгружают колонну на величину, равную созданному в распорках усилию сжатия. Распорки можно рассматривать как самостоятельные разгружающие конструкции, если к моменту усиления на колонну действует полная нагрузка. В этом случае нагрузка, воспринимаемая распорками:
Особенности расчета некоторых конструкций усиления

Для центрально-сжатых колонн предварительно напряженные распорки могут рассматриваться как дополнительная арматура и рассчитываться:
Особенности расчета некоторых конструкций усиления