КОНСТРУКТИВНОЕ РЕШЕНИЕ УСИЛЕНИЯ ИЗГИБАЕМЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

  Усиление и восстановление железобетонных элементов путем устройства обойм, рубашек или односторонних наращиваний при одновременном добавочном армировании получило широкое распространение.
  Выполнение такого рода конструкций усиления связано с необходимостью сращивания старого и нового бетона, причем от прочности и надежности этой связи зависит действительность осуществляемого реконструктивного или восстановительного мероприятия по созданию составного сечения элемента из бетона двух разных возрастов. 

                                Усиление ригеля
              Рис. 1. Конструктивные решения усиления ригеля при увеличении площади сечения:
1 – усиляемая конструкция; 2 – наращивание сечения; 3 – арматура элемента усиления; 4 – железобетонная рубашка; 5 – железобетонная обойма
.

  Проведённые экспериментальные исследования подтверждают надежность сцепления старого бетона с новым при соблюдении надлежащей технологии укладки нового бетона конструкций усиления. Установлено, что при годичной разнице в возрастах бетона его сцепление снижается в пределах от 12 до 18%.
  Сцепление нового бетона со старым может колебаться в достаточно широких пределах — от почти полной прочности монолитного до 40% от нее. Прочность сцепления 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.

  Конструкции рубашек представляют собою обетонки, не замкнутые с одной стороны. Они армируются продольной и поперечной арматурой, часть которой является рабочей, а часть ставится конструктивно (рис.2, в и г, рис.3). Рабочая арматура рубашек определяется по расчету и ставится в растянутой зоне конструкций, усиливая последние.
  Поперечная арматура рубашек выполняется в виде отдельных стержней или открытых хомутов. Если последние по расчету не требуются, то они обязательны как составная часть конструкции, в этом случае их шаг может назначаться предельным в 500 мм.
  Железобетонные рубашки назначаются толщиной от 6 до 10 см. Они должны хорошо покрывать всю арматуру и иметь с последней надежное сцепление, обволакивая ее.
  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 б мм - для вязаных хомутов.
                Конструкции усиления
              Рис.2. Конструкции усиления путём обетонирования с добавочной арматурой:
а-обойма; б-обойма с утолщённой одной стороной; в и г – трехсторонняя рубашка; д – одностороннее наращивание снизу; е - одностороннее наращивание сверху; ж – замкнутая обойма с одновременным усилением плиты; з – одностороннее боковое наращивание при одновременном усилении плиты перекрытия.


  Усиление наращиванием заключается в том, что усиливаемая конструкция увеличивается по высоте или ширине (снизу, с боков или сверху усиливаемого элемента).
Наращивание усиливаемых элементов снизу, сверху или с боков было предложено к. т. н. Литвиновым И. М. и опубликовано в 1942 г.
  Эти конструкции усиления представлены на рис.3,д,е,з. Они состоят из дополнительной продольной и поперечной арматуры, забетонированной затем с образованием наращивания, что увеличивает высоту или ширину существующего сечения.
  Для прикрепления дополнительной арматуры к существуюмему сечению элемента вскрывается защитный слой бетона вплоть до соответствующей арматуры конструкции, которая оголяется, как это видно на рис.3.
К оголенной арматуре привариваются новые стержни добавочной арматуры посредством специальных отгибов или коротышей (рис.3). Применение коротышей позволяет приварить новую арматуру непосредственно около существующей арматуры конструкции, создав зазор между ними в толщину коротыша, диаметр которого принимается от 10 до 40 мм (рис.3).
  В случае необходимости значительного увеличения высоты наращивания применяются специальные приваренные отгибы, вертикальные и наклонные хомуты и крючки (рис.3,а,в,г). Иногда отгибы устраиваются на концах самой добавочной арматуры (рис.3, а и ж).
  Таким образом, к оголенной существующей арматуре приваривается новая арматура, после чего устанавливаются соответствующие короба опалубки и производится бетонирование наращивания.
На рис. 3,д показано усиление наращиванием при присоединении добавочной арматуры на коротышах с небольшой толщиной набетонки от 30 до 80 мм.
  На рис.3,е изображено наращивание значительной высоты от 150 до 300 мм, поэтому добавочная арматура приваривается к существующей оголенной арматуре на отгибах с постановкой приваренных хомутов.
  При выполнении набетонок в балках и колоннах из-за относительно малой контактной поверхности соприкасания существующего бетона с бетоном наращивания и отсутствия обжимающего усадочного явления следует производить проверку на действие касательных усилий по контактным поверхностям. Эти усилия воспринимаются только приваренной поперечной арматурой, что является достаточной гарантией прочности.

Усиление конструкций посредством наращиваний
                            Рис.3. Усиление конструкций посредством наращиваний.

а-детали прикрепления дополнительной арматуры посредством отгибов; б—то же, посредством короты¬ей; в—детали вертикальных элементов для прикрепления дополнительной арматуры; г—детали наклонных элементов для прикрепления дополнительной арматуры; д—усиление набетонкой при установке дополнительной арматуры на коротышах; е—усиление наращиванием с установкой дополнительной арматуры на отгибах и хомутах; ж—то же, при наличии опор в виде колонн; з—усиление колонн наращиванием при значительном увеличении грузоподъемности; и—то же, при небольшом увеличении грузоподъемности; к—одностороннее усиление колонны консольного выступа и подкрановой балки посредством одностороннего наращивания;
1 — коротыши; 2 — вертикальные двусрезные хомуты; 3 — вертикальные крючки; 4 — наклонные двухсрезные;5 — наклонные крючки; 6 — существующая арматура усиливаемыхэлементов; 7 — приваренные отгибы; 8 — дополнительная арматура; 9 — приварка; 10 — дополнительные рабочие стержни с отгибами; 11 —трехсрезные хомуты; 12 — рабочие дополнительные стержни с приваренными отгибами вблизи опор; 13 —дополнительные рабочие стержни с приваренными отгибами в пролете; 14 — дополнительные хомуты в колоннах; 15 - приварка, осуществляемая на монтаже.


  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 сколоть 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 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 (см. рис 3).
  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.
  Допускается приварка дополнительной арматуры из сталей классов A-I, А-II, А-III к существующей арматуре тех же классов. При арматуре из высокоуглеродистых сталей классов A-IV и выше, а также из канатов и прядей сварка не допускается.
  На рис. 3,к приведен пример одновременного усиления наращиванием колонны, подкрановой консоли и боковым наращиванием самой подкрановой балки. Здесь вся добавочная арматура и хомуты приварены к оголенной арматуре усиливаемых элементов.

  Конструкция обойм (рис. 2, а и б; 4) состоит из арматуры и тонкого бетонного слоя обволакивающего усиливаемый элемент.
  Продольная рабочая арматура обойм определяется расчетом и служит для усиления конструкции в растянутых зонах, а в колоннах — в сжатых. Кроме продольной арматуры, устанавливаются замкнутые хомуты, конструктивно с предельным допустимым шагом.
  Обоймы устраиваются всесторонними (рис. 2, а и б) замкнутыми, благодаря чему они охватывают усиливаемый элемент со всех граней. При происходящей усадке обоймы плотно зажимают элемент, увеличивая надежность связи, и работают с усиливаемой конструкцией как единое целое.
  Это свойство обойм очень ценно, так как даже при некачественном производстве работ гарантируется совместность работы обойм с усиленными или исправленными элементами конструкций.
Устройство всесторонних обойм при самостоятельных прямоугольных ригелях и балках, а также при колонках относительно просто. В том случае, когда усиливаемый элемент входит в состав ребристого перекрытия, работы по устройству обойм усложняются.
  В этих условиях выполнение обойм возможно при одновременном набетонировании плиты, как это показано на рис. 2, ж. Тогда около ребра усиливаемой балки пробивают отверстия для пропуска хомутов, а также для удобства бетонирования через них самой обоймы.
Конструкция обоймы
                 Рис. 4. Конструкция обоймы на неразрезной балке ребристого перекрытия
а—общий вид конструкции обоймы; б—сечения балки усиленной обоймой; а—установка хомутов при шахматном порядке пробивки отверстий в плите перекрытия; 1—усиливаемая балка; 2—обойма; 3—плита перекрытия; 4—пробитые б плите отверстия для пропуска хомутов, обоймы и для бетонирования последней; 5—пробитые в плите отверстия для пропуска хомутов и отогнутых (косых) стержней, используемых также при бетонировании обоймы; 6—продольная надопорная рабочая арматура обоймы; 7—верхняя монтажная арматура обоймы для установки хомутов; 8—косые, отогнутые стержни; S—нижние боковые рабочие стержни обоймы; 10—нижние средние рабочие стержни обоймы; 11—хомуты обоймы; 12—гнездо для крюка средних нижних стержней; 13—набетонка над плитой в толще пола; 14—уровень пола


  Иногда удобно и оправдано непосредственно над балками делать местную набетонку с уклоном в обе стороны от балки (рис.4). При наличии пола это делается в его толще. В плите вдоль ребер пробивают отверстия в шахматном порядке, а между этими отверстиями устраивают борозды, в которых устанавливают концы хомутов, пропущенных в отверстия, как это показано на примере осуществления обоймы в неразрезной балке ребристого перекрытия (рис.4). Установка надопорной арматуры в неразрезных балках тоже производится в продольных вырубленных бороздах, а анкеруется она крючками, для которых вырубаются гнезда-замки (рис.4).
  Рассмотренные выше конструкции усиления имеют ряд преимуществ. Они экономичны, требуют малого расхода материалов при одновременном достижении значительного эффекта в увеличении несущей способности усиленных элементов конструкций.
   Кроме того, эти конструкции весьма незначительно влияют на уменьшение габаритов помещений.
Не менее важно и то, что конструкции усиления можно применять не только для увеличения несущей способности элементов, но также и при исправлении последних, что делает эти конструктивные способы достаточно универсальными при большой их надежности. Кроме того, эти конструкции усиления и исправления обладают органической идентичностью с железобетонными конструкциями, так как сохраняется основное свойство железобетона - монолитность.
   К положительным сторонам конструкций следует отнести также возможность наиболее незаметным образом произвести усиление или исправление конструкции что, хотя и относится к эстетической стороне дела, но всегда при таких реконструктивных работах желательно.
  Несмотря на целый ряд очень существенных и важных преимуществ обойм, рубашек и наращиваний при проведении усилений и исправлений элементов железобетонных конструкций они обладают значительными недостатками.
  Отрицательной стороной этих реконструктивных методов является сложность их возведения, которая заключается главным образом в многодельности и трудоемкости реконструктивных работ, которые являются достаточно капитальными. Эти реконструкции связаны с установкой лесов и подмостей на всем участке ведения работ, с вскрытием арматуры существую-щих конструкций, в большинстве случаев с потолочной приваркой добавочной арматуры в перекрытиях и покрытиях, а также с бетонированием тонких элементов в стесненных условиях.
  Кроме отмеченных трудностей и неудобств производства работ, нужна одновременно большая тщательность в ведении строительных работ как подготовительных, так и по установке добавочной арматуры, ее закреплении и приварке, а также и самом бетонировании, что, безусловно, требует грамотного и надежного технического руководства.
  Главным недостатком этих конструкций является невозможность их проведения на действующих производствах без остановки последних, что сильно отражается на экономической стороне дела и в очень большой степени влияет на выбор выполнения работ этим способом, несмотря на все его достоинства.