Способ усиления железобетонной колонны
Владельцы патента RU 2339776:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный архитектурно-строительный университет" (ГОУВПО "ТГАСУ") (RU)
Изобретение относится к строительству, а именно к усилениям строительных конструкций. Технический результат заключается в повышении несущей способности и предотвращении разрушения колонны при действии на нее продольных кратковременных динамических нагрузок. Способ может быть использован для усиления железобетонных колонн, эксплуатируемых преимущественно в условиях повышенных продольных кратковременных динамических нагрузок. На каждую грань колонны сверху и снизу накладывают по одной сплошной стальной пластине. На угловых поверхностях колонны размещают уголки. Для получения сплошной обоймы производят стяжку уголков и пластин путем приварки их друг к другу. Высоту каждой стальной обоймы выбирают из расчета 1/3 длины колонны. Для плотного прижатия обоймы к телу колонны используют эпоксидный клей. Усиление опорных участков на 1/3 длины колонны, в которых происходят максимальные напряжения, повышает несущую способность колонны. Применение сплошных стальных пластин и эпоксидного клея предотвращает разрушение и выпор бетона при действии продольных кратковременных динамических нагрузок, повышая надежность и несущую способность колонны. 2 з.п.ф-лы, 5 ил.
Изобретение относится к строительству, а именно к усилениям строительных конструкций, и может быть использовано для усиления железобетонных колонн в процессе их эксплуатации, возведения, проектирования, преимущественно для эксплуатации в условиях повышенных продольных кратковременных динамических нагрузок, например для сейсмических районов.
Известен способ усиления железобетонной колонны, утратившей несущую способность, по патенту РФ на изобретение №2274719. Способ реализуется путем обработки поверхности колонны насечкой и увлажнением поверхности колонны, устройством обойм и наращиванием поперечного сечения с уменьшением эксцентриситета приложения продольной сжимающей силы. Стальную трубу деформируют, обжимают ее сечение с двух сторон валками, превращая цилиндрическое сечение в овальное с соотношением 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 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 усиливают всю конструкцию. Данным способом усиливают железобетонные колонны, утратившие несущую способность при коррозии бетона и арматуры.
Однако данный способ очень трудоемкий и материалоемкий и дает возможность усиления с уменьшением приложения продольной нагрузки только в одной плоскости, не учитывая динамических нагрузок.
Известен способ, который реализуется конструкцией усиления железобетонной колонны по патенту РФ на изобретение №1219768. Усиливают колонну путем приклеивания на каждую грань колонны стеклоткани шириной 300 мм с эпоксидной композицией с добавлением кварцевого песка для приклейки уголков. Сверху покрытия устанавливают уголки, на внутреннюю и наружную поверхность которых предварительно наносят эпоксидную композицию, поверх которой приклеивают покрытие из стеклоткани и полимерной композиции. Покрытие выходит за пределы уголка на 75 мм и приклеивается за пределами уголка к бетонной поверхности колонны. Усиливать колонну по предлагаемому решению можно как по всей высоте, так и на части высоты колонны, только в местах ее разрушения.
Однако данная конструкция не дает обжатия колонны по периметру и повышает несущую способность только за счет сцепления клея с уголками и колонной и не дает воспринимать нагрузки динамического характера.
Наиболее близким способом, принятым за прототип, является способ установки узла усиления по патенту РФ на изобретение №2282701. Способ установки узла усиления представляет собой накладную сборную из уголков и планок (пластин) стальную обойму, устанавливаемую на колонну, заключающийся в размещении обоймы на постели из бетона или раствора, создании требуемого зазора между поверхностями соприкосновения и последующего обжима обоймой зоны усиления стяжкой уголков и планок путем приварки их друг к другу. Внутреннюю поверхность уголков предварительно грунтуют установочным раствором, затем на грунтовку наносят покровный раствор постели, помещают уголки на обработанные этим раствором поверхности колонны. Обжим производят домкратом до полного прилегания внутренних поверхностей уголков через раствор к колонне. Затем в зазорах между боковыми торцами уголков размещают пластины из негорючего материала, на них накладывают планки обоймы, после чего осуществляют в два этапа приварку планок к уголкам. На первом этапе приваривают две пары сторон планок в холодном состоянии, расположенных по одной из диагоналей колонны, затем планки разогревают до температуры 400-450°С и на втором этапе приваривают две другие пары сторон планок, расположенных по другой диагонали колонны. Данный способ относится к строительству и может быть использован для усиления преимущественно коробчатых колонных конструкций промышленных и гражданских зданий из разнородных материалов как при ремонте и реконструкции колонн, так и при исправлении опорных частей колонны. При действии продольных кратковременных динамических нагрузок в колонне возникают волновые процессы, которые влияют на напряженно-деформированное состояние конструкции, в результате чего происходит хрупкое разрушение бетона взрывного характера. При данном способе усиления планки не прилегают плотно к бетону, и поверхности обоймы имеют не сплошную, а составную (из планок) форму, что дает зону для выпора бетона при его разрушении под действием продольных кратковременных динамических нагрузок, возникающих в колоннах первых этажей, например, при сейсмике. Повышение несущей способности известным способом выполняется за счет уголков и планок, термически обработанных для создания преднапряжения, что делает исполнение более трудоемким и более опасным. Все это не дает необходимую надежность усиления колонн при действии продольных кратковременных динамических нагрузок.
Задача изобретения состоит в том, чтобы повысить надежность и экономичность способа усиления строительных конструкций типа колонн из железобетона, преимущественно первого этажа, с учетом действия продольных кратковременных динамических нагрузок, например, при землетрясении.
Технический результат заключается в повышении несущей способности и предотвращении разрушения колонны при действии на нее продольных кратковременных динамических нагрузок путем усиления опасных зон колонны.
Этот результат достигается следующим образом. Заявляемый способ усиления имеет общее с прототипом то, что выполняют стальную обойму из пластин и уголков на опорных частях колонны, для чего стальные пластины накладывают на грани колонны по ее периметру, уголки размещают на угловых поверхностях колонны, производят стяжку уголков и пластин путем приварки их друг к другу и обеспечивают плотное прижатие обоймы к телу колонны. Но в отличие от прототипа в заявляемом способе стальную обойму выполняют и на верхней, и на нижней опорных частях колонны, при этом длина каждой из этих частей составляет 1/3 длины колонны, на каждую грань колонны накладывают одну сплошную продольную пластину, а для плотного прижатия обоймы к телу колонны используют эпоксидный клей. Уголки в стальной обойме накладывают на поверхности стальных пластин или стальные пластины размещают в зазоры между боковыми торцами уголков и затем сваривают их с уголками. Заявляемый способ учитывает действие волновых процессов от продольных кратковременных динамических нагрузок, действующих в колоннах первого этажа, например, при землетрясении. Были проведены многочисленные исследования напряженно-деформированного состояния колонн при действии продольных кратковременных динамических нагрузок с использованием тензометрических датчиков (фиксируют деформации) и измерительной аппаратуры MIC - 400. Характер и схемы разрушения образцов были идентичны между собой в каждом эксперименте. В ходе экспериментов было установлено, что разрушение колонны при продольных кратковременных динамических нагрузках происходит не в середине колонны, а на ее концах, то есть в опорных частях колонны. Причем экспериментами установлено, что за пределами 1/3 части от концов колонны разрушений не происходит. Как показали исследования, в основном разрушения происходят на 1/4 часть колонны, на которой возникают максимальные напряжения. Схемы разрушения образцов колонн при центральном и внецентренном (с малым эксцентриситетом) продольном кратковременном динамическом нагружении приведены на фиг.4, 5 соответственно. Данный способ позволяет усилить зону на третью часть опорных участков от верха и низа длины колонны, в которой происходят максимальные напряжения, вызванные волновыми процессами, что позволяет повысить несущую способность колонны. Применение сплошных пластин и эпоксидного клея предотвращают разрушение и выпор бетона сжатой зоны защитного слоя арматуры и потерю устойчивости арматуры между поперечными стержнями (хомутами) каркаса железобетонной колонны. Что также повышает несущую способность и надежность колонн.
Экономичность способа заключается в минимизации элементов усиления и упрощении технологического процесса в сравнении с прототипом.
В ходе проведенных авторами экспериментов был впервые подмечен характер воздействия волновых процессов от продольных кратковременных динамических нагрузок, определены конкретные области разрушения колонны под действием этих волновых процессов и предложен способ усиления колонны с учетом волновых воздействий от продольных кратковременных динамических нагрузок. Установлено, что усиление сплошными стальными пластинами верхней и нижней опорных частей колонны на расстоянии на 1/3 ее длины от соответствующих концов колонны достаточно для обеспечения ее надежности. Из уровня техники не выявлены технические решения, которые касались бы усиления только третьей части концов колонны с учетом действия кратковременных динамических нагрузок. Все это дает основание судить о наличии изобретательского уровня у заявляемого способа, поскольку оно явным образом не следует из уровня техники.
Изобретение пояснено чертежами.
На фиг.1 изображена колонна, усиленная предложенным способом (общий вид).
На фиг.2 - разрез по А-А на фиг.1.
На фиг.3 показан узел А фиг.2.
На фиг.4 показано разрушение образца колонны при действии центральной кратковременной динамической нагрузки.
На фиг.5 показано разрушение образца колонны при действии внецентренной кратковременной динамической нагрузки.
Изобретение промышленно применимо, поскольку его можно многократно реализовать с достижением указанного технического результата.
Применение способа по усилению железобетонной колонны заключается в следующем: перед началом работ по усилению зон колонны 1 необходимо поверхность зачистить и избавить от пыли, грязи или различных масел и примесей. После зачистки поверхность тщательно промывается и высушивается. На усиливаемые зоны колонны 1 по периметру сечения плотно к поверхности устанавливаются стальные пластины 2, в качестве которых используются стальные листы толщиной 5 мм. В верхней зоне стальные листы 2 крепятся с помощью анкеров 3 с четырех сторон. На стыки листов 2 на углах колонны 1 с помощью сварки по всей длине привариваются уголки 4. После монтажа стальной обоймы в нижней зоне обоймы выполняют отверстия с нарезкой 5 для нагнетания эпоксидного клея 6 с целью устранения образующегося зазора между обоймой и колонной. Нижнюю часть верхней обоймы герметизируют полимерраствором 7 с целью устранения вытекания эпоксидного клея при нагнетании. После застывания полимерраствора в отверстия с нарезкой 5 вставляют шланги и с помощью насоса под давлением нагнетают в зазор между стальной обоймой и колонной эпоксидный клей до уровня верха обойм. После нагнетания шланги необходимо удалить и отверстия заделать пробкой. В частном случае стальную обойму можно выполнить с помощью сварки торцов стальных пластин и уголков.
1. Способ усиления железобетонной колонны путем выполнения стальной обоймы из пластин и уголков на опорных частях колонны, согласно которому стальные пластины накладывают на грани колонны по ее периметру, уголки размещают на угловых поверхностях колонны, производят стяжку уголков и пластин путем приварки их друг к другу и обеспечивают плотное прижатие обоймы к телу колонны, отличающийся тем, что стальную обойму выполняют и на верхней, и на нижней опорных частях колонны, при этом длина каждой из этих частей соответственно от верхнего или нижнего конца колонны составляет 1/3 длины колонны, на каждую грань колонны при выполнении обоймы накладывают одну сплошную стальную пластину, а для плотного прижатия обоймы к телу колонны используют эпоксидный клей.
2. Способ усиления железобетонной колонны по п.1, отличающийся тем, что уголки в стальной обойме накладывают на поверхности стальных пластин.
3. Способ усиления железобетонной колонны по п.1, отличающийся тем, что стальные пластины размещают в зазоры между боковыми торцами уголков и затем сваривают их с уголками.
