УСИЛЕНИЕ БАЛОК ЗАТЯЖКАМИ

  Продольные затяжки в виде арматурных стержней или прокатных профилей располагают вдоль растянутой грани балок и закрепляют на торцах. Под воздействием внешней нагрузки балка прогибается, а ее опорные сечения (торцы) поворачиваются (рис. 1). При повороте торцы увлекают за собой затяжку, удлиняют ее и вызывают в ней растягивающее усилие, которое, в свою очередь, действует на балку в виде сжимающей силы Р. От этой силы в балке возникает разгружающий момент Мp=-Ре, где е – расстояние от силы Р до центра тяжести сечения. В отличие от усиления шпренгелем, поперечные силы здесь не уменьшаются и разгружение опорных участков (наклонных сечений) не происходит.

Усиление балок затяжками
Рис.1. Усиление балок затяжками: 1 - балка, 2 - затяжка.

  Чем больше снято нагрузки с балки до начала усиления, тем больше последующие углы поворота торцов, тем больше и усилие Р. Разумеется, при этом требуется заранее устранить (выбрать) начальную слабину затяжки. Но даже и при условии полного предварительного снятия нагрузки напряжения в затяжке достигнут небольшой величины – как правило, не более 100 МПа. Ведь она работает как внешняя арматура без сцепления с бетоном, у которой растягивающие напряжения по длине постоянны, в то время как рабочая арматура балки в опасных сечениях испыты-вает куда более высокие напряжения. Поэтому в затяжках создают предварительное напряжение, которое позволяет значительно увеличить силу обжатия Р и, соответственно, увеличить разгружающий момент Mp.
Расчет затяжек можно выполнять приближенно. Из требуемой величины разгружающего момента Mp находят величину Р, а далее из выражения Р = [(100ΔMm/Mtot) + σsp] Asγs < 0,8RsAss находят требуемую площадь сечения Ass стержней затяжки, задавшись величиной их предварительного напряжения σsp. Здесь ΔMm и Мtot – величины соответственно дополнительного изгибающего момента, возникающего от прикладываемой после усиления нагрузки, и изгибающего момента от полной нагрузки (без учета Mp), γss0,85 – коэффициент, учитывающий потери напряжений. Размерность в формуле приведена в Н и мм, при размерности в кг и см коэффициент 100 заменяется на 1 000.
  Однако область применения затяжек относительно невелика, поскольку реальное опирание конструкций существенно отличается от идеального. В частности, у однопролетных железобетонных балок перекрытий и покрытий (а равно и ферм покрытий) в сборных каркасных зданиях опорные закладные детали приваривают к закладным деталям колонн, т. е. шарнирно-подвижные опоры у них отсутствуют. Это значит, что фактический поворот торцов меньше теоретического, а самое главное – расстояние между опорами, т. е. крайними точками нижней грани, остается неизменным. Поэтому даже предварительное напряжение затяжек такие конструкции практически не разгружает (почти все усилие Р передается не на растянутую зону, а на опорные закладные детали). Столь же бессмысленно усиливать затяжками многопролетные неразрезные балки и балки (ригели) монолитных рамных каркасов.
  Усилие предварительного натяжения создают взаимным сближением (стягиванием) ветвей шпренгеля или затяжки с помощью стяжных болтов на величину а, по которой контролируют и величину самого усилия N. Как видно из рис. 2, а/b = tgα = i, тогда абсолютные деформации , относительные деформации ε=δ/I, а величина предварительного напряжения σsp=εЕ, где Σb – суммарная длина участков перегиба, Е – модуль упругости стали. Отсюда Nsp = σspAs, а усилие в стяжном болте V = 2Ni (схема "А") или V= Ni (схема "Б"). Проектное значение i назначается больше расчетного на 0,01 – величину, необходимую для выборки слабины ветвей.

Создание предварительного напряжения в затяжке
Рис.2. Создание предварительного напряжения в затяжке: 1 - стержни затяжки, 2 - стяжные болты, 3 - распорки.

  Ветви можно натягивать также с помощью домкратов и нарезных муфт, но в последнем случае для контроля величины σsp необходимо применять специальные приборы (а не динамометрические ключи, которые дают слишком большую погрешность). Независимо от способов натяжения, величина предварительного напряжения σsp не должна превышать 0,9Rsn для мягкой стали (имеющей физический предел текучести) и 0,7Rsn для высокопрочной стали. Максимальные напряжения в стержнях шпренгеля или затяжки (после вычета потерь напряжений и добавления напряжений от дополнительно приложенной нагрузки) должны быть не более 0,8Rs.