Усиление изгибаемых элементов установкой дополнительной предварительно напряженной арматуры

Для монолитных и сборных изгибаемых элементов в случаях необходимости проведения работ в минимальные сроки без снятия временной нагрузки может быть рекомендован способ усиления посредством установки дополнительной предварительно напряженной арматуры. Добавочная арматура может быть как горизонтальной, так и шпренгельной (рисунки 24-26). Возможна также установка горизонтальной и шпренгельной арматуры одновременно. В результате установки дополнительной арматуры с предварительным ее напряжением меняется напряженно-деформированное состояние усиливаемых балок. Предварительное напряжение включает дополнительную арматуру в совместную работу с усиливаемой балкой, которая может рассматриваться как изгибаемая конструкция с увеличенной площадью арматуры, дополнительная часть которой не имеет сцепления с бетоном, и с изменяющейся рабочей высотой.

Дополнительная предварительно напряженная арматура может располагаться как под балкой, так и в нижней части балок у боковых поверхностей. Конструктивные решения должны предусматривать вертикальные перемещение дополнительной арматуры усиления совместно с усиливаемым элементом. Для этого при расположении арматуры у боковых поверхностей рекомендуется устанавливать П-образные соединительные элементы с крюками из листовой стали, а при расположении арматуры под балкой – соединительные прокладки в соответствии с рисунком 24,б. Соединительные элементы следует устанавливать на расстоянии, не превышающем высоту усиливаемой балки.

Способ усиления установкой дополнительной предварительно напряженной арматуры имеет несколько разновидностей, которые отличаются друг от друга анкеровкой дополнительной арматуры и способом ее натяжения.

Этот способ усиления позволяет увеличивать первоначальную несущую способность усиливаемых изгибаемых элементов до 2-2,5 раз.

Устройство затяжек незначительно уменьшает габариты помещений, отнимая по высоте, как правило, не более 5-10 см.

Натяжение дополнительной арматуры может производиться механическим, электротермическим или электротермомеханическим способами.

При механическом способе натяжение напрягаемой арматуры производится с помощью домкратов, динамометрических ключей, натяжных болтов, стяжных хомутов, притягивающих тяжи друг к другу, а также устройств шпренгельного или рычажного типа.

Рисунок 24 – Усиление изгибаемых элементов напрягаемой арматурой:

а – горизонтального очертания; б – шпренгельного очертания; 1, 2 – соединительные элементы; 3 – усиливаемые конструкции; 4 – напрягаемая арматура; 5 – наклонные ветви арматуры усиления; 6 – натяжное приспособление винтового типа

Одним из способов закрепления дополнительной арматуры в случаях, когда анкерные устройства нельзя разместить на торцах балки, является их приварка к существующей арматуре в соответствии с рисунком 25. В этих случаях скалывают защитный слой на небольших участках в приопорных зонах, т.е. там, где напряжения в рабочей арматуре усиливаемой балки незначительны. К обнаженной арматуре необходимо приварить коротыши, диаметр которых должен быть несколько больше толщины защитного слоя, при этом не следует нарушать стержни поперечного армирования или хомуты. К коротышам приваривают арматурные стержни усиления. Натяжение в данном случае производят термическим способом. Стержни усиления устанавливают в проектном положении с помощью временных подвесок, количество которых следует назначать так, чтобы исключить провисание под действием собственного веса. Стержни должны быть максимально прямолинейными. Один конец стержня приваривают к коротышу, а второй остается свободным. Стержень включают в электрическую цепь и нагревают до расчетной температуры. Свободный конец прижимают к коротышу и приваривают. В процессе сварки до полного остывания шва необходимо поддерживать постоянную расчетную температуру. Для предотвращения выпучивания продольной арматуры в местах приварки дополнительной напряженной арматуры коротыши желательно располагать рядом с одним из хомутов со стороны пролета.

Рисунок 25 – Усиление изгибаемых элементов напрягаемой арматурой с приваркой натяжных приспособлений к существующей арматуре:

1 – усиливаемая балка; 2 – предварительно-напряженная затяжка из арматурной стали; 3 – оголенная рабочая арматура балки; 4 – арматурные коротыши; 5 – натяжное устройство

Прокладки, подкладки и другие детали при усилении шпренгельной арматурой и ее натяжении необходимо устанавливать в местах перегибов стержней между нижней гранью усиливаемой балки и шпренгельными стержнями. Конструкции этих элементов зависят от способа натяжения стержней, расстояния между нижней гранью усиливаемой балки и стержнями усиления и ширины усиливаемой балки. На рисунке 23 (позиция 4 на узле А) показан один из вариантов постановки подкладок.

В отдельную группу усиления дополнительной арматурой могут быть объединены и рекомендованы к применению затяжки, напрягаемые посредством взаимного стягивания двух или четырех стержней специальными стяжными болтами (рисунок 26). Стяжные болты должны иметь вид хомута с двумя нарезными концами и общей шайбой. Натяжение производится одновременным подтягиванием гаек на обоих концах этого хомута. Натяжение посредством взаимного стягивания характеризуется простотой и не требует значительных усилий, поскольку напряжения в стяжных болтах (хомутах) в 7...10 раз меньше напряжений в стягиваемых дополнительных стержнях. Данный способ позволяет создать во всех стягиваемых стержнях (двух или четырех) равномерные усилия, т.е. обеспечивает их саморегулирование. Стягивание может производиться одним стяжным болтом или двумя, с промежуточными распорками или без них. Вертикальные стержни анкеров-затяжек пропускаются через просверленные в перекрытии отверстия для анкеровки.

Рисунок 26 – Усиление монолитных второстепенных балок предварительно напряженной арматурой:

а – горизонтальными затяжками: 1 – усиливаемая балка; 2 – горизонтальные затяжки; 3 – уголок анкера; 4 – вертикальные стержни анкера; 5 – натяжной болт; 6 – шайба; 7 – отверстие, заделываемое после установки анкера; б – промежуточными распорками: 1 – усиливаемая балка; 2 – затяжки; 3 – промежуточные распорки; 4 – натяжной болт; 5 – анкерное устройство; в – шпренгельными затяжками: 1 – усиливаемая балка; 2 – шпренгельные затяжки; 3 – подкладка; 4 – коротыш; 5 – натяжной болт; 6 – шайба; 7 – швеллер анкера; 8 – отверстие, заделываемое после установки анкера; г – комбинированными затяжками: 1 – усиливаемая балка; 2 – горизонтальные затяжки; 3 – шпренгельные затяжки; 4 – подкладка; 5 – коротыши; 6 – уголок анкера горизонтальных затяжек; 7 – вертикальные анкерные стержни; 8 – натяжной болт; 9 – шайба; 10 – швеллер анкера шпренгельных затяжек; 11 – отверстие, заделываемое после установки анкера

В качестве глухих анкеров для арматурных канатов классов К-7 и К-19, а также для стержневой арматуры с плохой свариваемостью рекомендуются анкеры типа «обжатая гильза». Для стержневой арматуры классов A-IV (марка 20 ХГ2Ц) и A-V рекомендуются анкеры двух типов: высаженные головки и приваренные коротыши. Габариты анкерных устройств должны учитываться при назначении расстояний между осями натягиваемых стержней. Места расположения анкеров до натяжения определяются с учетом удлинения арматуры при натяжении, после которого анкеры должны занять проектное положение.

При усилении изгибаемых элементов дополнительной пред­варительно напряженной арматурой последняя может располагаться как под балкой, так и в нижней части балок у боковых поверхностей (рисунок 24). Конструктивные решения должны предусматривать перемещение дополнительной арматуры усиления совместно с усиливаемым элементом, для чего при расположении арматуры у боковых поверхностей рекомендуется устанавливать П-образные соединительные элементы с крюками из листовой стали (позиция 1 на рисунке 24), а при расположении арматуры под балкой – соединительные прокладки (позиция 2 на рисунке 24). Соединительные элементы следует устанавливать на расстоянии, не превышающем высоту усиливаемой балки.

При осуществлении натяжения рекомендуются конструктивные решения, предусматривающие возможность контроля усилия натяжения арматуры, в частности с применением различного типа динамометров. Если в процессе натяжения арматуры контроль с помощью динамометров затруднен, то измерения усилий натяжения необходимо осуществлять с использованием приборов для контроля натяжения арматуры. При выборе типа измерительного прибора необходимо учитывать вид натягиваемой арматуры, ее диаметр, длину между закреплениями, расстояния между стержнями, а также диапазон усилия натяжения я погрешность показаний прибора.

Круглые стержни дополнительной арматуры принимаются диаметром 18-40 мм. Класс стали может быть любой из рекомендуемых для предварительно напряженных конструкций. Там, где требуется сварка, необходимо учитывать свариваемость стали. При усилении дополнительной предварительно напряженной арматурой в помещениях с агрессивной средой необходимо выполнять защитные покрытия.