Способ усиления железобетонной колонны, утратившей несущую способность
Владельцы патента RU 2274719:
Пензенский государственный университет архитектуры и строительства (RU)
Изобретение относится к строительству, в частности к восстановлению несущей способности железобетонных каркасов промышленных и гражданских зданий. Технический результат изобретения - восстановление несущей способности каркаса здания без остановки производственного процесса в нем и снижение трудоемкости усиления конструкций. Способ усиления железобетонной колонны, утратившей несущую способность в результате коррозии бетона и арматуры, путем обработки поверхности колонны насечкой и увлажнением поверхности, устройством обойм и наращиванием поперечного сечения с уменьшением эксцентриситета приложения продольной сжимающей силы включает следующее. Стальную трубу деформируют. Обжимают ее сечение с двух сторон валками, превращая цилиндрическое сечение в овальное с отношением большей оси к меньшей, равным трем, и разрезают трубу вдоль. Заключают поврежденную железобетонную колонну внутрь стальной обоймы, ориентируя ее большую ось сечения в плоскости эксцентриситета приложения продольной сжимающей силы, и уменьшают эксцентриситет. Герметично соединяют две половинки овального сечения в единое целое и плотно заполняют полости между стальной обоймой и поврежденной железобетонной колонной расширяющимся мелкозернистым бетоном, нагнетая его через патрубки в полости снизу вверх, уплотняют бетон вибрированием и при схватывании бетона напрягают сечение, обжимая его со всех сторон стальной опалубкой, и этим усиляют всю конструкцию. 2 ил.
Предлагаемое изобретение относится к восстановлению несущей способности железобетонных каркасов промышленных и гражданских зданий.
Железобетонные конструкции подвержены коррозии бетона и арматуры [1, с.255]. Особенно опасна коррозия арматуры внутри сечения колонны или балки. Продукты коррозии имеют объем, в несколько раз больший, чем первоначальный объем стали. Поэтому внутри железобетонного сечения создается внутреннее давление, легко раскалывающее бетон. Это приводит к отслоению и обрушению защитного слоя. Так на ТЭЦ - 1 г. Пенза, имеющей железобетонные колонны сечением 1400×700 мм с защитным слоем 75 мм, наблюдалось резкое снижение несущей способности при обрушении защитного слоя бетона. Площадь сечения колонны равна А*=140·70=9800 см2 (100%). После обрушения защитного слоя имеем площадь сечения А=(140-2·7,5)(75-2·7,5)=7500 см2 (76,5%). Уменьшение площади сечения составило 24,5%. Уменьшение несущей способности всей колонны значительно больше, так как в результате коррозии площадь сечения арматуры так же уменьшилась на 20...25%.
Наблюдается и язвенная коррозия арматуры, которая особенно опасна.
Таким образом, усиление железобетонных каркасов зданий актуально. Необходимы эффективные способы усиления их.
За аналог примем усиление железобетонных колонн, описанное в учебнике для вузов [1, с.255, рис.8.11 и рис.8.12].
Железобетонные колонны усиляют путем устройства железобетонных обойм и наращиванием поперечного сечения. Одностороннее наращивание применяют с целью уменьшения эксцентриситета приложения продольной сжимающей силы.
Недостаток аналога - необходимость временной остановки производственного процесса в цехе и большая трудоемкость процесса усиления.
Известно также, что после деформирования цилиндрической в сечении трубы с боков и придания ее сечению эллиптической формы [2, патент № 2192381] происходит значительное увеличение момента сопротивления Wx относительно главной горизонтальной оси Х сечения. Поэтому для усиления поврежденной коррозией бетона и арматуры колонны применим обойму из стальной овальной трубы.
Технический результат изобретения - восстановление несущей способности каркаса здания без остановки производственного процесса в нем и снижение трудоемкости усиления конструкций.
Технический результат реализован тем, что способ усиления железобетонной колонны, утратившей несущую способность в результате коррозии бетона и арматуры, путем обработки поверхности колонны насечкой и увлажнением поверхности, устройством обойм и наращиванием поперечного сечения с уменьшением эксцентриситета приложения продольной сжимающей силы включающей следующее.
Стальную трубу деформируют. Обжимают ее сечение с двух сторон валками, превращая цилиндрическое сечение в овальное с отношением большей оси к меньшей, равным трем, и разрезают трубу вдоль. Заключают поврежденную железобетонную колонну внутрь стальной обоймы, ориентируя ее большую ось сечения в плоскости эксцентриситета приложения продольной сжимающей силы, и уменьшают эксцентриситет.
Герметично соединяют две половинки овального сечения в единое целое и плотно заполняют полости между стальной обоймой и поврежденной железобетонной колонной расширяющимся мелкозернистым бетоном, нагнетая его через патрубки в полости снизу вверх, уплотняют бетон вибрированием и при схватывании бетона напрягают сечение, обжимая его со всех сторон стальной опалубкой, и этим усиляют всю конструкцию.
Сопоставление с аналогом показывает следующие существенные отличия, а именно:
- обойма выполнена из стальной овальной трубы с отношением большей оси к меньшей, равным трем; именно при отношении, равном трем, момент сопротивления овальной стальной трубы относительно оси X достигает максимума;
- овальную трубу получают из цилиндрической деформированием ее в горячем состоянии в валках при прокате;
- полость между поврежденной коррозией бетона и арматуры колонной и обоймой заполняют мелкозернистым расширяющимся бетоном;
- мелкозернистый расширяющийся бетон нагнетают внутрь обоймы по патрубкам способом снизу вверх; такой способ упрощает производство работ и обеспечивает плотное без пустот заполнение полостей;
- обойма работает как внешняя арматура и обжимает поврежденную железобетонную колонну при схватывании мелкозернистого расширяющегося бетона и этим усиляет всю конструкцию.
На фиг.1 показано сечение поврежденной железобетонной колонны, усиленное стальной овальной обоймой; на фиг.2 - вид сбоку.
Сечение состоит из железобетонной колонны 1, поврежденной коррозией бетона и арматуры. Защитный слой у железобетонной колонны отсутствует. Продольная рабочая арматуры 2 также повреждена коррозией.
Стальная овальная в сечении обойма 3 выполнена из цилиндрической трубы, деформированной во время проката в овальное сечение. При деформировании стальную цилиндрическую трубу обжимают с боков, в горячем состоянии, прокатными валками и придают овальную форму сечения с отношением большей оси 2h к меньшей, равным . Во время же проката сечение разделяют на два ∪-образных лотка. Овальная труба может быть разделена на два лотка и газорезкой.
На фиг.1 овальная в сечении обойма 3 состоит из двух взаимно зеркальных лотков 4, соединенных друг с другом в единое целое вертикальным стыковым швом 5. Мелкозернистый расширяющийся бетон нагнетают в полости через патрубки 6 способом снизу вверх и плотно заполняют все полости.
При схватывании мелкозернистый бетон расширяется и овальная обойма обжимает все сечение и поврежденную железобетонную колонны со всех сторон, поэтому проскальзывание обоймы по отношению к железобетонной колонне исключено.
Лотки 5 могут быть равны длине колонны или состоять из отдельных отправочных марок, оснащенных фланцами 8 с отверстиями для болтов 9. Соединение лотков 5 фланцами удобнее при монтаже. Соединения могут быть и сварными.
Усиление поврежденной железобетонной колонны производят, наращивая стальную овальную обойму снизу вверх отправочными марками. После наращивания стальной овальной в сечении обоймы производят нагнетание в полости мелкозернистого расширяющегося бетона.
Экономический эффект возник из-за следующего:
- восстановление несущей способности железобетонного каркаса выполняют без остановки производственного процесса в цехе;
- несущая способность железобетонных колонн и каркаса не только полностью восстанавливается, но и становится больше первоначальной, так как стальная овальная обойма имеет большой момент инерции Jx и момент сопротивления Wx относительно оси X;
- трудоемкость выполнения работ по усилению конструкций значительно снижена, так как трудоемкие процессы по изготовлению опалубки, армированию и бетонированию на высоте исключены.
Источники информации
1. Кудзис А.П. Железобетонные и каменные конструкции: Учеб. для строит. спец. вузов. В 2-х частях. Ч 1. 1. Материалы, конструирование, теория и расчет. М.: Высш. шк., 1988. - 287 с.
2. Нежданов К.К., Туманов В.А., Нежданов А.К., Карев М.А. Рельсобалочная конструкция. Патент России RU № 2192381 С2, 10.11.2002. Бюл. № 31.
Способ усиления железобетонной колонны, утратившей несущую способность в результате коррозии бетона и арматуры путем обработки поверхности колонны насечкой и увлажнением поверхности, устройством обойм и наращиванием поперечного сечения с уменьшением эксцентриситета приложения продольной сжимающей силы, отличающийся тем, что стальную трубу деформируют, обжимая ее сечение с двух сторон валками, превращая цилиндрическое сечение в овальное с отношением большей оси к меньшей, равным трем, разрезают трубу вдоль, заключают поврежденную железобетонную колонну внутрь стальной обоймы, ориентируя ее большую ось сечения в плоскости эксцентриситета приложения продольной сжимающей силы, и уменьшают эксцентриситет, герметично соединяют две половинки овального сечения в единое целое и заполняют полости между стальной обоймой и поврежденной железобетонной колонной расширяющимся мелкозернистым бетоном, нагнетая его через патрубки в полости снизу вверх, уплотняют бетон вибрированием и при схватывании его преднапрягают сечение, обжимая его со всех сторон стальной обоймой и этим усиливая всю конструкцию.
