Усиление изгибаемых элементов обоймами, рубашками и наращиванием

Метод усиления железобетонных элементов путем устройства обойм, рубашек или наращивания сечения предусматривает увеличение сечения железобетонных элементов с установкой дополнительной арматуры с обеспечением ее анкеровки и сцепления старого и вновь уложенного бетона. При этом от прочности и надежности этой связи зависит эффективность данного мероприятия по созданию составного сечения элемента из бетона двух разных возрастов.

Прочность сцепления нового бетона со старым зависит от харак­тера действия сил и разных факторов, влияющих на нее, а именно: условий укладки бетона, методов уплотнения, ухода за ним, обработки поверхности сопряжений, чистоты швов, расхода цемента, гранулометрического состава заполнителей и т. д.

При усилении обоймами, рубашками, наращиванием дополнительной ненапрягаемой арматурой следует стремиться к максимальной разгрузке усиливаемой конструкции. При усилении конструкций под нагрузкой рекомендуется в основном применять предварительно напряженные элементы усиления.

Обойма представляет собой конструктивное решение, когда усиливаемый элемент охватывается с четырех сторон железобетоном с установкой продольной рабочей и поперечной (хомутов) арматуры.

Поскольку обоймы охватывают усиливаемый элемент со всех граней, при усадке бетона обоймы плотно обжимают элемент, увеличивая надежность связи, и работают с усиливаемой конструкцией как единое целое. Это свойство обойм очень ценно, так как даже при невысоком качестве производства работ гарантируется совместность работы обойм с усиленными элементами конструкций.

Устройство обойм при усилении прямоугольных ригелей и балок, относительно просто. Однако, чаще всего усиливаемый элемент входит в состав ребристого перекрытия, поэтому работы по устройству обойм усложняются.

Поскольку усиление изгибаемых элементов по всему периметру сечения помимо трудностей, связанных с производством работ, нерационально с конструктивной точки зрения, то усиление изгибаемых элементов (ригелей, балок и т.п.) обоймами рекомендуется только в тех случаях, когда по каким-либо причинам (например, значительная коррозия арматуры) нельзя применить способ одностороннего наращивания,

Минимальная толщина железобетонных обойм изгибаемых элементов принимается в зависимости от защитного слоя в соответствии со СНиП 2.03.01-84* и диаметра арматуры (продольной и поперечной); максимальная – обычно не превышает 100 мм. Площадь продольной арматуры определяется расчетом.

Конструктивное решение, известное как рубашка (рисунок 16), представляет собой незамкнутую с одной стороны обетонку. Рубашки рекомендуется применять в тех же случаях, что и обоймы, когда по каким-либо причинам не имеется возможности охватить усиливаемый элемент со всех четырех сторон, например колонна, примыкающая одной стороной к стене, или балка монолитного ребристого перекрытия.

Рисунок 16 – Усиление монолитной балки железобетонной рубашкой:

1 – усиливаемая балка; 2 – рубашка; 3 – рабочая арматура рубашки; 4 – монтажная арматура рубашки; 5 – хомуты; 6 – насечка; 7 – стяжка

Рубашки чаще применяются при усилении монолитных балок ребристых перекрытий.

Если рубашки устанавливаются только на поврежденных участках усиливаемых элементов, то их необходимо распространять на неповрежденные части не менее длины анкеровки продольной арматуры рубашки, не менее пяти толщин стенок рубашки, не менее ширины грани или диаметра усиливаемого элемента и не менее 500 мм. При армировании рубашек не рекомендуется применять арматуру диаметром менее 8 мм для продольных стержней и сварных хомутов и 6 мм – для вязаных хомутов.

Усиление наращиванием заключается в том, что усиливаемая конструкция увеличивается по высоте или ширине (снизу, с боков или сверху усиливаемого элемента). Характерной особенностью этого способа является восприятие касательных напряжений, действующих в плоскости контакта старого бетона с новым, специальной дополнительной арматурой, привариваемой к арматуре усиливаемой конструкции, предварительно обнажаемой скалыванием защитного слоя в местах приварки.

Наращивание применяется для усиления любых железобетонных конструкций (как монолитных, так и сборных). Усиление верхних полок сборных балок покрытий выполняется в случае замены плит покрытий. При наращивании не рекомендуется применение арматурных стержней диаметром менее 10 мм. При скалывании защитного слоя, расположенного в сжатой зоне, следует учитывать временное снижение несущей способности.

В ряде случаев для увеличения несущей способности усиливаемых элементов наращиванием достаточно лишь увеличить количество основной продольной арматуры, для чего рекомендуется cкoлоть защитный слой не менее чем на 0,5 диаметра арматуры и посредством параллельной приварки через коротыши из арматуры диаметром от 10 до 40 мм и длиной от 50 до 200 мм соединить дополнительную арматуру с существующей в соответствии с рисунком 17.

В растянутой зоне усиливаемых элементов коротыши размещаются на расстоянии 200...1000 мм, в сжатой зоне – на расстоянии не более 500 мм и не более 20 диаметров продольной арматуры усиления. После проведения сварочных работ, взамен сколотого защитного слоя наносится новый в виде цементной штукатурки или торкретированием. В этих случаях сечение усиливаемого элемента увеличивается незначительно, в пределах от 20 до 80 мм.

В случаях значительного наращивания сечения рекомендуется применять специально приваренные наклонные соединительные элементы. После проведения сварочных работ производятся подготовка поверхности и бетонирование наращиваемого сечения, которые не отличаются принципиально от подобных работ при устройстве обойм и рубашек.

Усиление наращиванием не рекомендуется при значительной коррозии продольной арматуры усиливаемых элементов и в тех производственных помещениях, где по каким-либо причинам запрещено производить, сварочные работы.

Рисунок 17 – Усиление балок односторонним наращиванием:

1 – усиливаемая балка; 2 – наращивание посредством коротышей; 3 – наращивание посредством соединительных элементов; 4 – арматура усиливаемой балки; 5 – дополнительная рабочая арматура; 6 – коротыши; 7 – соединительные элементы на сварке

При необходимости более мощного усиления в качестве дополнительной рабочей арматуры используют прокатные угловые профили.

Для совместной работы с железобетонной конструкцией металлоконструкции усиления должны быть обязательно приварены к существующей арматуре. С этой целью угловые стержни арматурного каркаса оголяются на ограниченных участках длиной 6...12 см с шагом 60...120 см (рисунок 18). К арматуре приваривают короткие арматурные стержни, диаметр которых принимают таким, чтобы они были заподлицо с наружным» гранями сечения. Затем к коротким прокладкам приваривают планки обойм, плотно прилегающие к телу бетона. Обоймы из уголков приваривают непосредственно к соединительным планкам обойм.

Рисунок 18 – Усиление балок полуобоймами:

а – добавление стержневой арматуры; б – усиление наружной уголковой обоймы, приваренной к существующей арматуре; в – деталь приварки уголка с помощью диагональных ребер из листовой стали; 1 – сварные швы; 2 – добавочная арматура усиления; 3 – усиливаемый элемент; 4 – сколотый бетон защитного слоя угловых стержней с последующим его восстановлением; 5 – защитное покрытие из перхлорвинилового лакокрасочного материала; 6 – поперечные стержни крайних сварных каркасов; 7 – стержни – прокладки-коротыши; 8 – угловые стержни крайних сварных каркасов; 9 – соединительные планки обоймы; 10 – боковые листовые прокладки; 11 – уголки обоймы; 12 – пространство, заполненное цементным раствором; 13 – листовая диагональная прокладка

Прокладки-коротыши могут быть заменены диагональными ребрами из листовой стали (рисунок 18, в). Зазоры между ветвями обоймы и телом бетона заполняют цементным раствором состава 1:2 или 1:3 на расширяющемся или безусадочном цементе, затем элементы усиления покрывают перхлорвиниловой эмалью по грунту под цвет конструкции.

Так как свариваемые стали (арматура и профильный металл) имеют разные марки, сварку производят электродами Э42А-Ф или 350А-Ф.