Устройство для усиления опорного узла пролетных конструкций

 

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при ремонте неисправных и восстановлении эксплуатационных свойств пролетных конструкций. Техническим результатом является повышение эксплуатационной надежности, долговечности, огнестойкости поврежденных конструкций. Устройство состоит из коротких двухконсольных прогонов, напрягаемого тяжа между прогонами и траверсы, при этом прогоны установлены на верхнюю грань опорной конструкции с использованием выравнивающей прослойки из бетона или раствора толщиной не менее требуемого зазора между стягивающими консолями прогонов и траверс, при этом прогоны и траверсы в рабочем состоянии расположены на одном уровне в плоскости их соприкосновения, прогоны и траверсы выполнены из металлопроката, например, из уголка, для обжатия прогонами зоны анкеровки арматуры пролетной конструкции предусмотрен напрягаемый тяж, закручиванием крепежных гаек на стяжные болты с натяжением, приводятся в соприкосновение консоли прогонов и траверсы, и этим устройство усиления включается в работу. 11 з.п. ф-лы, 19 ил.

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при ремонте неисправных и восстановлении эксплуатационных свойств пролетных конструкций.

Неисправности сочленения представляются чрезмерными смещениями пролетных конструкций от разбивочных осей здания, разрушением или тяжелыми повреждениями их опорных частей.

К тяжелым повреждениям узлов сопряжения относятся выколы бетона в местах опирания, чрезмерные смещения опорной площадки, оголение, взрыв или отрыв анкеров от пластины закладной детали, разрушение бетона в зоне анкеровки рабочей арматуры; см.Ильин Н.А. Последствия огневого воздействия на железобетонные конструкции. - М.: Стройиздат, 1979, с. 73 - 74, рис. 34, 35.

При значительном уменьшении размеров опирания конструкции возрастает опасность ее обрушения.

В ряде случаев опорные узлы исправляют без демонтажа поврежденных конструкций.

Известно устройство усиления балок многопролетного здания с использованием разгружающих элементов в виде консольных подпружных систем - кронштейнов, устанавливаемых на промежуточных опорах; см. Хило Е.Р., Попович Б.С. Усиление железобетонных конструкций с изменением расчетной схемы и напряженного состояния. - Львов, Вища школа, ЛГУ, 1976, с. 68 - 77, рис. 28.

При этом каждый кронштейн имеет отдельные ветви, соединительные детали, упорную балочку и фиксирующие прокладки. Отдельная ветвь кронштейна представлена треугольной фермой с элементами решетки, нижний пояс - из одного равнобокого уголка, в верхний из круглой стали (полосовой). Упорная балочка представляет жесткий элемент таврового сечения, которую закрепляют к ветвям кронштейна в крайних узлах фермы. Натяжение кронштейна производят за крайние узлы при помощи домкрата и дополнительного приспособления. Для включения кронштейна в работу фиксирующие прокладки плотно закладывают между низом пролетной конструкции и упорной балочкой. Ввиду того что известное устройство предназначено для усиления пролетной части конструкции, длину консольных частей кронштейна принимают в пределах 1/4 пролета.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, относится то, что конструкция такого устройства для усиления опорных узлов громоздка, сложна в изготовлении, трудоемка при монтаже. Применение такого устройства предполагает наличие исправных частей в узлах сочленения элементов покрытия.

Наиболее близким техническим решением к изобретению по совокупности признаков является устройство, включающее две двухконсольные металлические балки - швеллерообразные прогоны - с опорной базой в средней части каждого прогона (опорной плиты с анкерными болтами, двух поперечных диафрагм - ребер жесткости, опорных столиков с отверстиями для болтов) и соединительный стержень для прогонов, составные тавровые столики выносных опор с удлиненными планками и фиксирующие прокладки (подклинки); см. Рекомендации по оценке состояния и усилению строительных конструкций промышленных зданий и сооружений. - М.: Стройиздат 1989, с. 46, рис. 17 - принято за прототип.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата, при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится то, что известным устройством невозможно рациональное использование его элементов при восстановлении или усилении опорных узлов пролетных конструкций, имеющих тяжелые повреждения в местах сочленения с опорными конструкциями здания. Применение дополнительной опорной базы для крепления двухконсольных прогонов приводит к многоярусности устройства, увеличению сборных деталей и усложнению устройства, увеличению трудовых затрат и материалов. Применение элементов таврового и швеллерного сечения прогонов и опорных площадок делает устройство громоздким и не эстетичным. Применение известного устройства с выносными опорами предполагает, как правило, исправность опорных частей сочленяющихся конструкций.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение состоит в повышении эксплуатационной надежности, долговечности, огнестойкости поврежденных конструкций и экономичности устройства для усиления их опорных узлов.

Технический результат - повышение конструктивных качеств устройства, упрощение его элементов, увеличение жесткости, огнестойкости и несущей способности его, экономия металла; улучшение работы элементов усиления с деталями узла сопряжения, улучшение работы арматуры железобетонных элементов в зоне ее анкеровки: упрощение процесса включения в работу нагруженных элементов устройства для усиления.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в устройстве для усиления опорного узла пролетных конструкций, имеющем пару двухконсольных прогонов, соединительный стержень для прогонов и траверсы, прогоны установлены на верхнюю грань опорной конструкции с использованием выравнивающей прослойки из бетона или раствора толщиной не менее требуемого зазора между стягивающими консолями прогонов и траверс, при этом прогоны и траверсы в рабочем состоянии расположены на одном уровне в плоскости их соприкосновения, прогоны, расположенные на опорной конструкции, выполнены короткими из цельных отрезков прокатного металла, соединительный стержень между ними выполнен в виде напрягаемого тяжа, траверсы выполнены из уголковой стали: верхняя поверхность траверсы или опорного столика на ней контактирует с нижней гранью пролетной конструкции; консоли прогонов и траверс снабжены крепежными стяжными болтами.

Отличительными признаками предложенного устройства усиления является также то, что длина консоли короткого прогона равна ширине траверсы или опорного столика с учетом зазора 10 - 30 мм между ними и опорной конструкцией: траверсы и прогоны выполнены подвижными в процессе их монтажа для обеспечения горизонтального перемещения их при стяжке; для этого отверстия для крепежных болтов на конце консоли предусмотрены овальной формы вдоль оси соответственно траверсы и прогона: для создания требуемого зазора S, мм, между консолями прогонов и траверсой на траверсе прикреплены опорные столики в пролете или металлические прокладки на консолях траверсы; толщина опорного столика равна δ_ст = S+h, мм; толщина прокладок между консолями прогонов и траверсы равна δ_пр = h-S, мм; здесь h - расстояние от низа пролетной конструкции до опорной грани прогона устройства усиления, мм. S - требуемый зазор между консолями прогонов и траверс перед натяжением крепежных болтов, мм; знак "плюс" - для опорного столика, "минус" - для прокладок.

Требуемый зазор представляет собой минимальное расстояние между сочленяющимися поверхностями прогона и траверсы перед их стяжкой, необходимое для обеспечения заданной степени разгружения опорного узла пролетной конструкции.

Величину требуемого зазора S, мм, определяет сумма: прогибов нагруженных консолей прогона и траверсы деформацией бетона в местах соприкосновения нагруженного прогона и траверсы с пролетными и опорными конструкциями, конструктивных зазоров в местах сопряжения элементов устройства с усиливаемыми конструкциями, например, по 1 мм между стальными деталями, по 3 - 5 мм между металлом и бетоном.

Соединительный стержень прогонов изготовлен в виде напрягаемого тяжа, представляет монтажный болт диаметром ⊘ 10-20 мм; при необходимости улучшения работы арматуры на опоре диаметр напрягаемых тяжей и их число определяют в зависимости от величины усилия обжатия зоны анкеровки арматуры пролетных конструкций; в случае отсутствия необходимости обжатия бетона в зонах анкеровки арматуры пролетных конструкций напрягаемый тяж не применяют, для упрощения устройства прогоны выполнены из металлических отрезков уголкового проката; для передачи всей или части нагрузки от пролетных конструкций на прогоны и траверсы предусмотрены крепежные стяжные болты, выточенные из углеродистой или легированной стали; для улучшения контакта между металлом опорного столика с бетоном пролетной конструкции опорный столик траверсы выполнен из стали с рифленой или насеченной поверхностью; для снижения напряжения на площади смятия в местах опирания на траверсу пролетных конструкций траверса выполнена в виде двух спаренных уголков, расположенных между собой на расстоянии не более удвоенной ширины траверсы; для случаев тяжелых повреждений опорной конструкции на верхней грани ее выполнена окаймляющая рамка из отрезков уголкового профиля; для случая восприятия всей нагрузки от пролетных конструкций на стенках балок прокатного профиля прогона и траверсы выполнены ребра жесткости; для повышения огнестойкости устройства усиления за счет уменьшения обогреваемой части периметра сечения элементов усиления прогоны и траверса выполнены примыкающими наружными гранями к усиливаемым конструкциям. При использовании уголкового профиля для изготовления прогона и траверсы за наружные грани принимают грани, примыкающие к обушку уголка. Наружные грани элементов устройства усиления, изготовленных из уголкового профиля, после их примыкания к поверхности усиливаемых конструкций в процессе монтажа становятся наружными.

На фиг. 1 изображено устройство усиления опорного узла, вид спереди; на фиг. 2 - вид сверху на фиг. 1; на фиг. 3 - вид сбоку на фиг. 1; на фиг. 4 - траверса из уголкового профиля с круглым и овальным отверстиями для стяжных болтов; на фиг. 5 - вид сбоку на фиг. 4; на фиг. 6 - вид сверху на фиг. 4; на фиг. 7 - прогон из уголкового профиля с круглым и овальным отверстиями для стяжных болтов; на фиг. 8 - вид сбоку на фиг. 7; на фиг. 9 - вид сверху на фиг. 7; на фиг. 10 - расположение прогонов и траверсы для обеспечения требуемого зазора между ними с креплением опорного столика в пролете траверсы при δ = S ;
на фиг. 11 - вид сбоку на траверсу и опорные столики на фиг. 10;
на фиг. 12 - вид сверху на траверсу на фиг. 10 относительно линии А-А;
на фиг. 13 - расположение прогонов и траверсы с креплением опорного столика в пролете траверсы;
на фиг. 14 - вид сбоку на траверсу и опорные столики на фиг. 13;
на фиг. 15 - вид сверху на траверсу на фиг. 13 относительно линии А-А;
на фиг. 16 - расположение прогонов и траверсы с креплением металлических прокладок на консолях траверсы;
на фиг. 17 - вид сбоку на траверсу и металлические прокладки на ее консолях на фиг. 16;
на фиг. 18 - вид сверху на траверсу на фиг. 16;
на фиг. 19 - сечение траверсы на фиг. 17. Линия А-А - нижняя грань пролетной конструкции.

Пример конкретного выполнения: устройство для усиления опорного узла пролетных конструкций содержит пару коротких прогонов 1, пару траверс 2, крепежные стяжные болты 3, пропущенные через отверстия и соединяющие консоли прогонов 1 и траверс 2 и включающие их в работу вращением крепежных гаек 4, пара прогонов стянуты между собою напрягаемым тяжем 5, оборудованным стяжной гайкой 6, контргайкой и шайбой, на опорную конструкцию 7 под прогоны 1 уложена прослойка 8 из раствора или бетона толщиною δ, мм, равной требуемому зазору S, мм, между стягивающими консолями прогонов 1 и траверс 2, то есть δ = S.
В случае, когда толщина δ прослойки 8 не равна величине требуемого зазора между стягивающими консолями прогонов и траверсы, то есть: , используют опорные столики 10 под низ пролетной конструкции, при этом опорные столики присоединены к верху траверсы в ее пролете, и/или прокладки 11, которые расположены между стягивающими консолями прогонов 1 и траверсы 2.

Прогоны 1 и траверсы 2 выполнены из отрезков профильной стали в виде уголков. Напрягаемый тяж 5 представляет стальной болт со стяжной гайкой 6. Крепежные стяжные болты 3 выточены из углеродистой или легированной стали. В комплект стяжного болта входит крепежная гайка, контргайка и шайба.

Натяжение напрягаемого тяжа 5 осуществляется вращением стяжной гайки 6. При этом прогоны, перемещаясь в горизонтальном положении, соприкасаются с боковыми поверхностями пролетных конструкций и обжимают их опорные части.

Натяжение крепежных стяжных болтов 3 осуществляется одновременным вращением крепежных гаек 4. Передавая усилия стяжных болтов на траверсы, упирающиеся в нижние грани пролетных конструкций, изгибают консоли прогонов, убирая предусмотренный зазор между ними. Этим обеспечивается разгрузка опор пролетных конструкций и загрузка элементов устройства усиления - траверс и прогонов.

На фиг. 10, 13, 16 линия А-А проведена по нижней грани поперечного сечения пролетной конструкции 9 в месте ее примыкания к опорной конструкции 7.

При расположении прогонов 1 и траверсы 2 для случая, когда нижняя полка уголкового профиля прогонов совмещена с нижней гранью поперечного сечения пролетной конструкции 9 с устройством опорного столика 10 под нее, установленного в пролете траверсы, толщина опорного столика δ_ст, мм, равна требуемому зазору S, мм, то есть: δ_ст = S (см. фиг.10).

Для случая, когда нижняя полка уголков прогона 1 расположена на расстоянии h, мм, от нижней грани пролетной конструкции 9 толщина, δ_ст, мм, опорного столика 10 принята равной δ_ст = h+S (см. фиг.13).

Для случая, когда полка уголка траверсы 2 примыкает к нижней грани пролетной конструкции 9, а полка уголка прогонов 1 расположена на расстоянии h, мм, от нее, толщина δ_пр, мм, прокладок 11 между консолями прогонов и траверсы определена из соотношения δ_пр = h-S (см. фиг.16).

Для случая, когда траверса 2 примыкает к нижней грани пролетной конструкции 9, без устройства опорного столика под нее, толщина δ, мм, прослойки 8 под прогоны 1 принята равной величине требуемого зазора S, мм, между консолями прогонов 1 и траверсы 2, то есть δ = S (см. фиг. 1).

Использование предложенного устройства усиления позволяет устранить неисправности опорного узла без демонтажа или предварительной разгрузки пролетных конструкций, наиболее полно используя их несущую способность в процессе дальнейшей эксплуатации.

Применение предложенного устройства усиления опорного узла пролетных конструкций позволяет улучшить качественные показатели, отличающие его от прототипа: устройство просто в изготовлении и монтаже вследствие рационального использования коротких отрезков прокатного металла уголкового профиля, минимального числа используемых элементов и отсутствия необходимости сварочных работ на высоте; длина коротких прогонов устройства составляет 0,01 - 0,04 пролета усиливаемой конструкции, это в 5 - 10 раз короче, чем принято в аналогах; конструкция устройства позволяет снизить расходы металла в 1,5 - 2 раза и материалов огнезащитного покрытия в 2 - 2,5 раза (при необходимости применения огнестойких конструкций в здании); устройство многоцелевое по назначению, так как оно позволяет одновременно разгрузить и выправить опоры пролетных конструкций, а также обжать бетон опорной части для улучшения анкеровки арматуры; устройство надежно при эксплуатации, обладает необходимой жесткостью, прочностью и устойчивостью.

Таким образом, изложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного устройства следующей совокупности условий:
а) средство, воплощающее заявленное устройство при его осуществлении, предназначено для использования в строительной промышленности, а именно относится к устройству усиления опорного узла пролетных конструкций;
б) для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке средств;
в) предложенное устройство применено при восстановлении опорных узлов стропильных балок двухпролетного (2 х 18 м) промздания; высота до низа балок 8,4 м; масса металла на одно устройство усиления 74 кг, в том числе прокатного профиля 67,6 кг, укрепежа 6,4 кг.

Формула изобретения

1. Устройство для усиления опорного узла пролетных конструкций, содержащее пару двухконсольных прогонов, соединительный стержень для прогонов и траверсы, отличающееся тем, что прогоны установлены на верхнюю грань опорной конструкции с использованием выравнивающей прослойки из бетона или раствора толщиной не менее требуемого зазора между стягивающими консолями прогонов и траверс, при этом прогоны и траверсы в рабочем состоянии расположены на одном уровне в плоскости их соприкосновения, прогоны, расположенные на опорной конструкции, выполнены короткими из цельных отрезков прокатного металла, соединительный стержень между ними выполнен в виде напрягаемого тяжа, траверсы выполнены из уголковой стали, верхняя поверхность траверсы или опорного столика на ней контактирует с нижней гранью пролетной конструкции, консоли прогонов и траверс снабжены крепежными стяжными болтами.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что длина консолей короткого прогона принята равной ширине опорного столика с учетом зазора между ними и опорной конструкцией.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что соединительный стержень для прогонов в виде напрягаемого тяжа представляет монтажный болт диаметром 10 - 20 мм.

4. Устройство по любому из пп.1 и 3, отличающееся тем, что диаметры напрягаемых тяжей и их количество приняты в зависимости от величины усилия обжатия зоны анкеровки арматуры пролетных конструкций.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что прогоны устройства усиления выполнены из металлических отрезков уголкового проката.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что для создания требуемого зазора S, мм, между консолями траверсы и прогонов на траверсе прикреплены опорные столики в пролетах или металлические прокладки на ее консолях.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что опорный столик траверсы выполнен из стали с рифленной или насеченной поверхностью.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что для снижения напряжений на площади смятия в местах опирания на траверсу пролетных конструкций траверса выполнена в виде двух спаренных уголков, расположенных между собой на расстоянии не более удвоенной ширины траверсы.

9. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что при исправлении тяжелых повреждений опорной конструкции на верхней грани ее выполнена окаймляющая рамка из отрезков уголкового профиля.

10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что при восприятии устройством усиления всей нагрузки от пролетных конструкций на стенках балок прокатного профиля траверс и прогонов выполнены ребра жесткости.

11. Устройство по п.1, отличающееся тем, что для повышения его огнестойкости за счет уменьшения обогреваемой части периметра сечения элементов устройства усиления, прогоны и траверсы выполнены примыкающими наружными гранями к усиливаемым конструкциям.

12. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что толщина δ, мм опорного столика или прокладок между консолями прогонов и траверсы определена по формуле
δ = h±S,
где h - расстояние от низа пролетной конструкции до опорной грани прогона, мм;
S - требуемый зазор между консолями прогонов и траверс перед натяжением крепежных болтов, мм,
знак "плюс" для опорного столика, "минус" - для прокладок.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18, Рисунок 19