Пн.-Пт. с 9.30 до 18.00
Москва, ул. Севанская, д. 5, корп. 1
(495) 223-23-85
Заказать звонок
Оставтьте свой номер телефона
и мы перезвоним
ФИО
Телефон
Нажимая "Отправить" Вы соглашаетесь с
политикой конфиденциальности персональных данных

Заказ обратного звонка

Ваш заявка принята. Ожидайте звонка.


Усиление железобетонных и кирпичных конструкций

композитными материалами

 

Чернявский В.Л., Осьмак П.П.

Инженерно-производственный центр «ИнтерАква», г.Москва, Россия

 

 

Освещены вопросы ремонта и усиления железобетонных и кирпичных конструкций. Приведены примеры реализации технических решений по усилению железобетонных кон­струкций жилых зданий методом внешнего армирования композитными материалами холодного отверждения.

Весь период эксплуатации зданий связан с необходимостью про­ведения периодических ремонтов конструкций вследствие ошибок проектирования, воздействия непроектных нагрузок и аварий, влияния агрессивных сред, старения материалов конструкций, а в последнее время - из-за изменения конструктивных схем в результате перепланирования помещений.

Во многих развитых странах объем материальных ресурсов, затрачиваемых на поддержание эксплуатационных свойств зданий, срав­ним с затратами на возведение новых.

Для железобетонных конструкций разработано множество технических решений по их усилению: наращивание сечений, изменение расчетной схемы конструкций с целью перераспределения нагрузок, устройство обойм и пр., опубликовано множество рекомендаций, конструктивных решений и методик проектирования ремонта и усиления строительных элементов. Опыт показывает, что ремонтные работы, выполняемые традиционными методами, не всегда эффективны и обычно требуют увеличения объема исходных элементов, что влечет за собой уменьшение объема помещения. Кроме того, ремонтные работы в условиях эксплуатируемого жилого здания зачастую требуют отселения жильцов на значительные сроки.

В последнее время стали доступны современные технологии ремонта и усиления конструкций, широко используемые за рубежом. В первую очередь, это полимерцементные составы с высокой адгезией к «старо­му» бетону, мигрирующие ингибиторы коррозии арматуры, композитные материалы для усиления на основе углеродных или стеклянных волокон. Новые технологии позволили резко увеличить межремонтный период, выполнять ремонт и усиление конструкций в кратчайшие сроки без уве­личения постоянных нагрузок и изменения объема внутренних помеще­ний.

Метод усиления железобетонных конструкций путем внешнего ар­мирования композиционными материалами холодного отверждения позволяет значительно (в некоторых случаях - кратно) повысить их не­сущую способность, трещиностойкость и жесткость. Следует отметить, что благодаря высоким физико-механическим характеристикам внешнего армирования усиливающие элементы практически не увеличивают вес конструкций (обычно толщина усиливающих элементов не превышает 2-3 мм), а строительно-монтажные работы не сопряжены с большими трудозатратами и сроками выполнения работ. Суть метода заключается в повышении (или восстановлении) прочности конструкции путем на­клейки на ее поверхность полос высокопрочных материалов с помощью специального адгезива, как правило, на эпоксидной основе. Использова­ние такой технологии позволяет проводить усиление балочных и плитных конструкций на действие изгибающего момента, наклонных сечений стержневых элементов на действие поперечной силы, центрально или внецентренно сжатых колонн, перекрытий в зоне отверстий или проемов, ограничивать раскрытие имеющихся трещин, проводить восстановление монолитности кирпичной кладки [1].

Рассмотрим варианты применения технологии усиления композитными материалами на некоторых примерах.

Усиление междуэтажного перекрытия после пожара

В результате пожара в плите перекрытия произошел «отстрел» защитного слоя, а арматура плит получила остаточные деформации от перегрева.

Наиболее распространенными решениями усиления являются:

  • подведение металлических разгружающих балок снизу;
  • наращивание сечения плит сверху, или снизу с заполнением пустот;
  • установка шпренгельных затяжек;
  • установка предварительно напряженных элементов из листового металла;
  • установка дополнительной рабочей арматуры и др.

Наиболее часто наличие таких повреждений способствует принятию решений со стороны проектировщиков и экспертов о замене поврежден­ного перекрытия. Но это требует проведения весьма сложных работ по вырубке старого и последующему бетонированию нового перекрытия, и, как следствие, отселения жильцов с вышерасположенного этажа. В каче­стве альтернативы было предложено и реализовано техническое решение по восстановлению защитного слоя бетона полимерцементными матери­алами с высокой адгезией к «старому» бетону и компенсации потерянных свойств стержневой арматуры внешним армированием отремонтирован­ной поверхности лентами на основе углеродных волокон (рисунок 1).

 

Рисунок 1. Схема усиления перекрытия после пожара

 

Это позволило полностью «выключить» из расчета термически по­врежденную арматуру, а также обеспечить требуемую несущую спосо­бность перекрытия, его трещиностойкость и жесткость за счет внешнего армирования.

Усиление перекрытия после непроектных нагрузок

Аналогичный подход был применен в жилом здании, где в ходе выполнения ремонта перекрытие было перегружено складируемыми строительными материалами, в результате чего по нижней поверхности плит появились трещины шириной раскрытия до 1,5 мм. Применение традиционных методов было невозможным из-за ограничения доступа к верхней поверхности плит в вышерасположенной квартире.

В результате расчета несущей способности перекрытия было определено требуемое сечение усиливающих элементов. Для предотвращения дальней­шего раскрытия трещин и увеличения жесткости перекрытия дополнитель­но была создана сетка из внешнего армирования (рисунок 2).

 

 

Рисунок 2. Схема усиления перекрытия после непроектных нагрузок

 

Усиление перекрытия в зоне отрицательных моментов

В случае необходимости усиления перекрытий каркасных зданий в зоне отрицательного изгибающего момента ленты из углеродных волокон наклеиваются на верхней поверхности перекрытия с заводом их за точку нулевого изгибающего момента на длину анкеровки ленты (обычно на 200-300 мм). В зоне опирания перекрытия на колонну или стену ленты заводятся на них с проклейкой поперечной ленты, что позволяет умень­шить длину анкеровки ленты и включить их в работу непосредственно у зоны опирания (рисунок 3).

 

 

Рисунок 3. Принципиальное решение приопорного узла

при усилении перекрытия в зоне отрицательного момента

 

Усиление при создании или увеличении проемов в перекрытиях и стенах

Достаточно часто возникают проблемы усиления конструкций при устройстве проемов в перекрытиях и стенах. Нередко проемы в перекрытиях устраиваются для монтажа лестниц в двухуровневых квар­тирах, в стенах - при переносе или увеличении дверных проемов.

Как правило, традиционным решением усиления перекрытий является подведение металлических балок, которое является достаточно сложным из-за необходимости создания опорных зон балок в стенах, большого веса конструкций, обеспечения надежного примыкания перекрытия к балкам и из-за снижения строительного объема внутренних помещений.

Примером эффективного применения метода внешнего армиро­вания является усиление проема 3,4 х 3,8 м в двухуровневой квартире одного из жилых зданий в г. Москве, вырезанного в перекрытии для устройства лестницы. Компьютерное моделирование напряженно- деформированного состояния перекрытия при наличии проема выявило значительное изменение характера его работы. По результатам расчетов в зонах опасной концентрации растягивающих напряжений на нижней и верхней поверхностях плиты были наклеены полосы углеродной ткани (рисунок 4) [2].

Рисунок 4. Усиление плиты межэтажного перекрытия с проемом

 

Альтернативным решением было подведение под перекрытие мета­ллических двутавровых балок, что создавало для строителей большие трудности по доставке и установке балок в готовом помещении и одно­временно уменьшало строительный объем нижнего помещения (из-за устройства подвесного потолка на 35 см ниже поверхности перекрытия).

Аналогичным образом было выполнено усиление несущих стен и перекрытий в процессе перепланировки другого жилого помещения. Устройство проемов в несущих поперечных стенах привело к изменению схемы работы этих стен и перекрытий в зоне проемов. С целью предот­вращения возможности недопустимых деформаций по контуру проемов и примыкающих к ним зонах перекрытий были выполнены углепластиковые накладки (рисунок 5).

 

а) б)

                                                                           

Рисунок 5. Схема усиления: а - прямоугольного проема, б - арки

 

Усиление балок

Для повышения (или восстановления) несущей способности балок используются следующие решения:

  • устройство железобетонной обоймы;
  • устройство внешней листовой или профильной арматуры;
  • установка шпренгелей из арматурной стали,
  • подведение металлических балок;
  • установка портальных рам и проч.

При устройстве железобетонной обоймы необходимо предусматривать мероприятия по соединению старого и нового арматурных каркасов. Так же возникают трудности с обеспечением плотного примыкания и сцепле­ния нового бетона к потолочной поверхности балки даже при применении безусадочных бетонов. Как правило, на стыке слоев остается продольная трещина. Способ усиления балки лентами из углеродных волокон принци­пиально близок с приклейкой (или установкой на анкера) металлических листов в растянутой зоне.

Продольно наклеиваемые ленты обеспечивают повышение несущей способности, трещиностойкости и жесткости балки на изгибающий мо­мент, а поперечные Н-образные хомуты играют двойную роль - во-первых, они обеспечивают надежное включение лент в работу (играют роль анке­ров); во-вторых, повышают несущую способность балки по наклонным сече­ниям, что особенно важно в приопорных зонах (рисунок 7).

а)                                 б)                                 в)

 

Рисунок 7. Схема усиления балки: а - приопорная зона, б - пролет, в - периодическая анкеровка продольных лент

 

Усиление колонн

Традиционным решением усиления колонн является устройство разнообразных металлических и железобетонных обойм. Как показывает опыт, усиление металлическими обоймами часто выполняется без обес­печения совместной работы с бетоном колонн (без заделки цементным раствором), что резко снижает эффективность усиления. Применение железобетонных обойм сопряжено с увеличением их сечения, что не всегда обеспечивает совместную работу колонн с обоймой из-за низкого сцепления «старого» и «нового» бетонов.

Внешнее армирование из углеродных лент в поперечном направлении колонн позволяет создать обойму из углепластика, ограничивающую их поперечное деформирование. Таким образом, при продольном деформи­ровании и увеличении нагрузок создается круговое (для круглых сечений) или поперечное давление (для прямоугольных сечений), колонны рабо­тают в трехосном напряженном состоянии, что увеличивает их несущую способность.

Усиление кирпичной кладки

Наряду с традиционными решениями усиления кирпичной кладки:

  • устройство натяжных поясов с наружной и внутренней сторон зда­ния;
  • устройство металлических накладок;
  • устройство железобетонных поясов;
  • устройство железобетонной обоймы и др.,

метод усиления с использованием композитных материалов проще и, во многих случаях, эффективнее. Основой технологии являет­ся инъектирование имеющихся трещин специальными растворами, выравнивание поверхности в зоне наклейки лент из углеродных и стеклянных волокон, создание бандажей из композитных материалов с наружной и, при необходимости, с внутренней поверхности (при наличии сквозных трещин). Созданные таким образом бандажи включают в рабо­ту большую зону кирпичной кладки (рисунок 8).

Рисунок 8. Усиление кирпичной стены

 

Выводы

  1. Следует отметить высокую эффективность усиления композитными материалами строительных конструкций и для предотвращения разру­шения при воздействии чрезвычайных ситуаций (взрывов, террористи­ческих актов и пр.).
  1. Проведенные испытания сооружений, усиленных композитными материалами, показали, что такие конструкции, несмотря на наличие повреждений, предотвращают здание от обрушения, давая необходимое время для эвакуации людей [3].

Перечень ссылок

  1. Чернявский, В.Л. Руководство по усилению железобетонных конструк­ций композитными материалами [Текст]/ В.Л.Чернявский, Ю.Г.Хаютин, Е.З.Аксельрод, В.А.Клевцов, Н.В.Фаткуллин. - М.: ООО«ИнтерАква», 2006. 113 с.
  2. Чернявский, В.Л. Усиление железобетонных конструкций композитными мате­риалами [Текст]/ Чернявский В.Л., Аксельрод Е.З.//Жилищное строительство. 2003. - №3. - С.15-16.
  3. Хаютин, Ю.Г. Повышение надежности железобетонных конструкций при ЧС (зарубежный опыт) [Текст]/ Хаютин Ю.Г., Чернявский В.Л. //Высотные здания. 2007. - №3.
X
Онлайн заявка
Нажимая "Отправить" Вы соглашаетесь с
политикой конфиденциальности персональных данных