194. Лазовский, Д.Н. Проектирование реконструкции зданий и ...

Министерство образования Республики БеларусьУчреждение образования«Полоцкий государственный университет»ПРОЕКТИРОВАНИЕ РЕКОНСТРУКЦИИЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙУЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКСдля студентов специальности 1-70 02 01«Промышленное и гражданское строительство»В трех частяхЧасть 2Д. Н. ЛАЗОВСКИЙОЦЕНКА СОСТОЯНИЯИ УСИЛЕНИЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙНовополоцк«ПГУ»2008

УДК 69.059.7(075.8)ББК 38.7-09я73П 79Рекомендован к изданию учебно-методической комиссией инженерностроительногофакультета в качестве учебно-методического комплекса(протокол № 4 от 27.12.2007)РЕЦЕНЗЕНТЫ:кафедра «Строительные конструкции» Полоцкого государственного университета(зав. каф. – канд. техн. наук, доц. Ю. В. Попков; канд. техн. наук, доц.А. П. Кремнев);кафедра «Железобетонные и каменные конструкции» Белорусского национальноготехнического университета (зав. каф. – д-р техн. наук, проф. В. Г. Казачек;д-р техн. наук, проф. Т. М. Пецольд);В. И. Драган, канд. техн. наук, доц., зав. каф. «Строительные конструкции»,А. А. Кондратчик, канд. техн. наук, доц., проф. каф. «Строительные конструкции»Брестского государственного технического университета;кафедра «Строительные конструкции, здания и сооружения» Белорусско-Российского университета (зав. каф. – д-р техн. наук, доц. С. Д. Семенюк);кафедра «Строительные конструкции, основания и фундаменты» Белорусскогогосударственного университета транспорта (зав. каф. – канд. техн. наук,доц. В. В. Талецкий)П 79Проектирование реконструкции зданий и сооружений: учеб.-метод. комплекс. В 3 ч. Ч. 2. Оценка состояния и усиление строительныхконструкций / Д. Н. Лазовский. – Новополоцк: ПГУ, 2008. – 336 с.ISBN 975-985-418-638-2 (Ч. 2).ISBN 975-985-418-639-9.Изложены вопросы оценки фактического технического состояния на основеобследования, поверочных расчетов и натурных испытаний, а также вопросырасчета и конструирования усиления строительных конструкций реконструируемыхзданий и сооружений. Представлены материалы для самостоятельнойпроработки и самоконтроля.Предназначен для студентов вузов специальности «Промышленное и гражданскоестроительство».УДК 69.059.7(075.8)ББК 38.7-09я73ISBN 975-985-418-638-2 (Ч. 2) © Лазовский Д. Н., 2008© Оформление. УО «Полоцкийгосударственный университет», 20082

ОГЛАВЛЕНИЕПредисловие ........................................................................................................................... 7Рабочая программа ................................................................................................................. 8Рейтинговая система контроля ........................................................................................... 21ЛЕКЦИОННЫЙ КУРС ........................................................................................................ 23РАЗДЕЛ I. Оценка технического состояния строительных конструкцийреконструируемых зданий и сооружений .......................................................................... 24Тема 1. Актуальность реконструкции и причины несоответствия эксплуатационнымтребованиям зданий и сооружений ................................................................................... 24Введение ........................................................................................................................... 241.1. Причины аварий строительных конструкций ........................................................ 251.2. Агрессивное воздействие сред на материалы строительных конструкций ........ 27Вопросы для самоконтроля ............................................................................................ 31Тема 2. Оценка технического состояния, обследованиежелезобетонных конструкций ............................................................................................ 322.1. Обследование железобетонных конструкций ........................................................ 322.1.1. Общее (предварительное) обследование ............................................................. 332.1.2. Детальное (инструментальное) обследование .................................................... 402.1.3. Натурные испытания ............................................................................................. 462.2. Оценка износа зданий и сооружений ..................................................................... 46Вопросы для самоконтроля ............................................................................................ 47Тема 3. Установление необходимости усиления, поверочные расчетыжелезобетонных конструкций ............................................................................................ 483.1. Поверочные расчеты железобетонных конструкций ............................................ 483.2. Определение расчетных характеристик материалов ............................................ 493.3. Учет дефектов и повреждений ................................................................................ 533.4. Алгоритм оценки технического состояния железобетонных конструкций ....... 54Вопросы для самоконтроля ............................................................................................ 56Тема 4. Поверочные расчеты эксплуатируемых железобетонных конструкцийна основе деформационной модели ................................................................................... 564.1. Общие положения .................................................................................................... 564.2. Диаграммы деформирования бетона ...................................................................... 574.3. Диаграммы деформирования арматуры ................................................................. 604.4. Расчет прочности железобетонных элементов по сечению,нормальному к продольной оси ..................................................................................... 624.5. Расчет раскрытия трещин ........................................................................................ 664.6. Расчет по деформациям ........................................................................................... 68Вопросы для самоконтроля ............................................................................................ 68Тема 5. Оценка технического состояния каменных конструкций .................................. 695.1. Дефекты и повреждения каменных конструкций ................................................. 695.2. Особенности обследования каменных конструкций ............................................ 715.3. Определение расчетных характеристик материалов ............................................ 715.4. Поверочные расчеты каменных конструкций ....................................................... 73Вопросы для самоконтроля ............................................................................................ 75Тема 6. Оценка технического состояния металлических конструкций ......................... 756.1. Особенности обследования металлических конструкций .................................... 756.2. Определение расчетных характеристик материалов ............................................ 786.3. Поверочные расчеты металлических конструкций ............................................... 813

6.3.1. Учет ослабления сечения и искривления элементов ......................................... 816.3.2. Поверочный расчет на хрупкую прочность ........................................................ 83Вопросы для самоконтроля ............................................................................................ 85Тема 7. Оценка технического состояния деревянных конструкций,оснований и фундаментов ................................................................................................... 867.1. Особенности обследования деревянных конструкций ......................................... 867.2. Определение расчетных характеристик древесины .............................................. 877.3. Поверочные расчеты деревянных конструкций .................................................... 887.4. Обследование оснований и фундаментов реконструируемых зданий ................ 897.5. Поверочные расчеты оснований и фундаментов .................................................. 91Вопросы для самоконтроля ............................................................................................ 93Тестовый контроль ............................................................................................................... 94РАЗДЕЛ II. Проектирование усиления строительных конструкцийреконструируемых зданий и сооружений ........................................................................ 100Тема 8. Усиление железобетонных конструкций увеличением поперечного сеченияв растянутой зоне ............................................................................................................... 1008.1. Классификация методов усиления железобетонных конструкций ................................. 1008.2. Усиление растянутой зоны железобетонных конструкций ................................ 1038.2.1. Обеспечение совместной работы дополнительной арматуры приваркойк существующей арматуре ............................................................................................ 1038.2.2. Обеспечение совместной работы дополнительной арматурыприклеиванием к бетону растянутой зоны .................................................................. 1068.3. Расчет прочности .................................................................................................... 1118.4. Расчет прочности контактного шва в растянутой зоне ....................................... 113Вопросы для самоконтроля .......................................................................................... 115Тема 9. Усиление железобетонных конструкций увеличениемпоперечного сечения в сжатой зоне ................................................................................. 1169.1. Общие положения ................................................................................................... 1169.2. Расчет прочности .................................................................................................... 1229.3. Расчет прочности контактного шва в сжатой зоне ............................................. 126Вопросы для самоконтроля .......................................................................................... 129Тема 10. Особенности расчета железобетонных элементов, усиленныхувеличением поперечного сечения, на основе деформационной модели .................... 13010.1. Общие положения ................................................................................................ 13010.2. Расчет прочности усиленных элементов по сечению,нормальному к продольной оси ................................................................................... 13110.3. Особенности расчета раскрытия трещин и деформаций .................................. 137Вопросы для самоконтроля .......................................................................................... 138Тема 11. Усиление железобетонных конструкций увеличением поперечногосечения в зоне действия поперечных сил. Усиление железобетонных конструкцийпри кручении, местном сжатии и продавливании .......................................................... 13911.1. Общие положения ................................................................................................ 13911.2. Расчет прочности .................................................................................................. 14311.3. Усиление коротких консолей .............................................................................. 14711.4. Усиление при кручении ....................................................................................... 14811.5. Усиление при местном сжатии и продавливании ............................................. 150Вопросы для самоконтроля .......................................................................................... 152Тема 12. Методы усиления конструкций изменением их расчетной схемы ............... 15212.1. Изменение места передачи нагрузки .................................................................. 1534

12.2. Повышение степени внешней статической неопределимости ......................... 15512.3. Повышение степени внутренней статической неопределимости .................... 16112.3.1. Устройство предварительно напряженных затяжек ...................................... 16212.3.2.Устройство шпренгелей и шарнирно-стержневых цепей .............................. 16812.3.3. Устройство предварительно напряженных распорок .................................... 16912.4. Увеличение длины опирания конструкций ....................................................... 172Вопросы для самоконтроля .......................................................................................... 173Тема 13. Расчет прочности железобетонных конструкций,усиленных изменением их расчетной схемы .................................................................. 17413.1. Расчет усиления путем изменения места передачи нагрузки .......................... 17413.2. Расчет усиления конструкций увеличением их степени внешнейстатической неопределимости ..................................................................................... 17513.2.1. Расчет усиления железобетонных конструкцийдополнительными жесткими опорами ........................................................................ 17513.2.2. Расчет усиления железобетонных конструкцийдополнительными упругими опорами ......................................................................... 17513.2.3. Расчет усиления железобетонных конструкцийустройством их неразрезности ..................................................................................... 17713.3. Расчет усиления конструкций увеличением их степени внутреннейстатической неопределимости ..................................................................................... 17713.3.1. Расчет прочности железобетонных конструкций,усиленных предварительно напряженными затяжками ............................................ 17713.3.2. Расчет прочности железобетонных конструкций,усиленных шпренгелями и шарнирно-стержневыми цепями ................................... 18113.3.3. Расчет прочности железобетонных конструкций,усиленных предварительно напряженными распорками .......................................... 182Вопросы для самоконтроля .......................................................................................... 184Тема 14. Усиление каменных конструкций .................................................................... 18414.1. Методы восстановления каменных конструкций .............................................. 18414.2. Усиление элементов каменных конструкций .................................................... 18714.3. Расчет усиления элементов каменных конструкций ......................................... 19214.4. Усиление сопряжения элементов каменных конструкций ............................... 19514.5. Повышение пространственной жесткости каменных зданий .......................... 19614.6. Замена и усиление перемычек каменных зданий .............................................. 201Вопросы для самоконтроля .......................................................................................... 204Тема 15. Усиление металлических конструкций ........................................................... 20515.1. Общие положения ................................................................................................ 20515.2. Усиление металлических конструкций увеличениемих поперечного сечения ................................................................................................ 20615.3. Расчет металлических конструкций,усиленных увеличением их поперечного сечения ..................................................... 21215.4. Усиление соединений металлических конструкций ......................................... 21615.5. Усиление металлических конструкций изменением их расчетной схемы .... 217Вопросы для самоконтроля .......................................................................................... 220Тема 16. Усиление деревянных конструкций ................................................................. 22116.1. Усиление элементов деревянных конструкций ................................................. 22116.2. Усиление деревянных элементов стропильных крыш ...................................... 22416.3. Защита усиленных деревянных конструкций .................................................... 226Вопросы для самоконтроля .......................................................................................... 2265

ТЕМА 17. Усиление оснований и фундаментов ............................................................ 22717.1. Общие положения ................................................................................................ 22717.2. Усиление фундаментов уширением подошвы ................................................... 22817.3. Усиление фундаментов уширением подошвы с обжатием основания ........... 23417.4. Расчет основания фундаментов, усиленных уширением подошвы ................ 23817.5. Усиление фундаментов увеличением их глубины заложения ........................ 24017.6. Усиление фундаментов при помощи свай ......................................................... 243Вопросы для самоконтроля .......................................................................................... 248РУКОВОДСТВО К ПРАКТИЧЕСКИМ ЗАНЯТИЯМ .................................................... 249Введение ......................................................................................................................... 250Практическое занятие № 1. Определение расчетных характеристик бетона и арматурыдля поверочных расчетов эксплуатируемых железобетонных конструкций .......... 250Практическое занятие № 2. Поверочные расчеты прочности железобетонныхконструкций эксплуатируемых строительных сооруженийпо результатам их обследования .................................................................................. 255Практическое занятие № 3. Поверочные расчеты прочности, трещиностойкостии жесткости железобетонных конструкций по результатам их обследованияна основе деформационной модели (с применением ЭВМ) ..................................... 260Практическое занятие № 4. Поверочные расчеты прочностикаменных конструкций по результатам их обследования ......................................... 266Практическое занятие № 5. Поверочные расчеты прочности и жесткостиметаллических конструкций по результатам их обследования ................................ 270Практическое занятие № 6. Поверочные расчеты прочности и жесткостидеревянных конструкций по результатам их обследования ..................................... 275Практическое занятие № 7. Поверочные расчеты несущей способности основанияи осадки фундаментов эксплуатируемых зданий ....................................................... 280Контрольная работа № 1 ............................................................................................... 285Практическое занятие № 8. Расчет прочности по сечению, нормальномук продольной оси, железобетонных конструкций, усиленных увеличениемих поперечного сечения ................................................................................................ 285Практическое занятие № 9. Расчет прочности, трещиностойкости и жесткостижелезобетонных конструкций, усиленных увеличением их поперечного сечения,на основе деформационной модели (с применением ЭВМ) ..................................... 292Практическое занятие № 10. Расчет прочности по сечению, наклонномук продольной оси, железобетонных конструкций, усиленных увеличениемих поперечного сечения в зоне действия поперечных сил ........................................ 301Практическое занятие № 11. Расчет прочности железобетонных конструкций,усиленных изменением их расчетной схемы .............................................................. 305Практическое занятие № 12. Расчет прочностиусиленных каменных конструкций .............................................................................. 321Практическое занятие № 13. Расчет прочностиусиленных металлических конструкций ..................................................................... 323Практическое занятие № 14. Расчет основания усиленных фундаментовреконструируемых зданий и сооружений ................................................................... 327Контрольная работа № 2 ............................................................................................... 331Вопросы для экзамена ....................................................................................................... 332Словарь новых терминов ................................................................................................... 3356

ПРЕДИСЛОВИЕУчебно-методический комплекс «Оценка технического состояния ипроектирование усиления строительных конструкций реконструируемыхзданий и сооружений» по дисциплине «Проектирование реконструкциизданий и сооружений» предназначен для студентов 4 курса (8-й семестр)очной формы обучения специальности 1-70 02 01 «Промышленное и гражданскоестроительство». Данная дисциплина относится к циклу специальныхдисциплин и завершает конструкторскую подготовку современногоинженера-строителя в области реконструкции зданий и сооружений.В данном учебно-методическом комплексе рассматриваются конструкторскиеаспекты реконструкции строительных сооружений. Он являетсяпродолжением УМК по архитектурным аспектам реконструкциистроительных сооружений (часть 1, 7-й семестр) и предшествует УМК потехнологическим аспектам реконструкции (часть 3, 9-й семестр).Объем изучаемой части 2 дисциплины составляет 68 часов, в томчисле 34 часа лекций и 34 часа практических занятий. Форма отчетностипо данной части дисциплины – экзамен.Учебно-методический комплекс состоит из взаимосвязанных основныхметодических материалов: конспекта лекций с вопросами для самоконтроляи методических указаний к практическим занятиям с примерамирешения задач и заданиями для самостоятельной проработки. В его составтакже входят: рабочая программа, словарь новых терминов, пример контрольныхтестов и вопросы для экзамена. Для оценки успешности изученияданной части курса используется рейтинговая система контроля.При написании учебно-методического комплекса использованы материалы,изложенные в учебниках, учебных пособиях, методических указаниях,нормативных документах, научных статьях, материалах научнопрактическихконференций. Настоящий учебно-методический комплекс отражаетопыт преподавания данной дисциплины, накопленный на кафедре«Строительные конструкции» Полоцкого государственного университета.Автор выражает благодарность преподавателям кафедр «Строительныеконструкции» Полоцкого государственного университета, «Железобетонныеи каменные конструкции» Белорусского национального техническогоуниверситета, «Строительные конструкции, здания и сооружения» Белорусско-Российскогоуниверситета, «Строительные конструкции, основанияи фундаменты» Белорусского государственного университета транспорта,рецензентам: д-ру техн. наук, проф. Т.М. Пецольду, д-ру техн. наук,проф. В.Г. Казачеку, д-ру техн. наук, доц. С.Д. Семенюку, канд. техн. наук,доценту А.П. Кремневу, канд. техн. наук, доц. В.И. Драгану, канд. техн. наук,проф. А.А. Кондратчику, канд. техн. наук, доц. В.В. Талецкому за ценныезамечания и рекомендации.7

РАБОЧАЯ ПРОГРАММАУчебная дисциплина «Проектирование реконструкции зданий и сооружений»изучается в 7, 8 и 9 семестрах и состоит из трех частей, рассматривающихсоответственно архитектурные, конструкционные и технологическиеаспекты реконструкции зданий и сооружений. Данная рабочаяпрограмма рассматривает часть 2 «Оценка технического состояния и проектированиеусиления строительных конструкций реконструируемых зданийи сооружений» дисциплины.1. Цель и задачи дисциплиныРеконструкция зданий и сооружений является одним из направленийв области капитального строительства. По своей специфике проектированиереконструкции отличается от проектирования вновь возводимыхстроительных сооружений, что обуславливает необходимость соответствующейподготовки современного инженера-строителя.Цель изучения части 2 дисциплины – подготовка инженерастроителяв вопросах оценки технического состояния строительных конструкцийэксплуатируемых строительных сооружений с учетом их дефектови повреждений и его соответствия предъявляемым требованиям; расчета иконструирования усиления строительных конструкций реконструируемыхзданий и сооружений.В результате изучения дисциплины применительно к строительнымконструкциям (железобетонным, каменным, металлическим и деревянным),а также основаниям фундаментов эксплуатируемых строительныхсооружений студентам необходимо знать:− виды и механизмы агрессивных воздействий, причины несоответствияпредъявляемым эксплуатационным требованиям,− алгоритм оценки фактического технического состояния, методикуобследования и натурных испытаний, дефекты и повреждения, степень ихвлияния, особенности поверочных расчетов,− методы восстановления и усиления, их классификацию, принципырасчета и конструирования;необходимо уметь:− определять причину дефектов и повреждений,− оценивать техническое состояние с учетом дефектов и поврежденийпо результатам обследования, поверочных расчетов и натурныхиспытаний,8

− выполнять поверочные расчеты, в том числе с применением ЭВМ,устанавливать необходимость усиления,− выполнять расчет и конструирование восстановления и усиления.2. Виды занятий и формы контроля знанийВиды занятий и формы контроля знаний (часть 2)Очная формаКурс 4Семестр 8Лекции (часы) 34Экзамен (семестр) 8Практические занятия (часы) 34Контрольные работы (недели) 8, 17Тестирование (недели) 8Управляемая самостоятельная работа (часы) 113. Лекционный курсНаименование разделов и тем лекций, их содержаниеРАЗДЕЛ I. Оценка технического состояния строительных конструкцийреконструируемых зданий и сооруженийКол-вочасовТЕМА 1. Актуальность реконструкции и причины несоответствия эксплуатационнымтребованиям зданий и сооружений.Введение.1.1. Причины аварий строительных конструкций.1.2. Агрессивное воздействие сред на материалы строительных конструкций 2ТЕМА 2. Оценка технического состояния, обследование железобетонныхконструкций.2.1. Обследование железобетонных конструкций.2.1.1. Общее (предварительное) обследование.2.1.2. Детальное (инструментальное) обследование.2.1.3. Натурные испытания.2.2. Оценка износа зданий и сооружений 2ТЕМА 3. Установление необходимости усиления, проверочные расчетыжелезобетонных конструкций.3.1. Поверочные расчеты железобетонных конструкций.3.2. Определение расчетных характеристик материалов.3.3. Учет дефектов и повреждений.3.4. Алгоритм оценки технического состояния железобетонных конструкций 29

ТЕМА 4. Поверочные расчеты эксплуатируемых железобетонных конструкцийна основе деформационной модели.4.1. Общие положения.4.2. Диаграммы деформирования бетона.4.3. Диаграммы деформирования арматуры.4.4. Расчет прочности железобетонных элементов по сечению, нормальномук продольной оси.4.5. Расчет раскрытия трещин.4.6. Расчет по деформациям 2ТЕМА 5. Оценка технического состояния каменных конструкций.5.1. Дефекты и повреждения каменных конструкций.5.2. Особенности обследования каменных конструкций.5.3. Определение расчетных характеристик материалов.5.4. Поверочные расчеты каменных конструкций 2ТЕМА 6. Оценка технического состояния металлических конструкций.6.1. Особенности обследования металлических конструкций.6.2. Определение расчетных характеристик материалов.6.3. Поверочные расчеты металлических конструкций.6.3.1. Учет ослабления сечения и искривления элементов.6.3.2. Поверочный расчет на хрупкую прочность 2ТЕМА 7. Оценка технического состояния деревянных конструкций, основанийи фундаментов.7.1. Особенности обследования деревянных конструкций.7.2. Определение расчетных характеристик древесины.7.3. Поверочные расчеты деревянных конструкций.7.4. Обследование оснований и фундаментов реконструируемых зданий.7.5. Поверочные расчеты оснований и фундаментов 2РАЗДЕЛ II. Проектирование усиления строительных конструкций реконструируемыхзданий и сооруженийТЕМА 8. Усиление железобетонных конструкций увеличением поперечногосечения в растянутой зоне.8.1. Классификация методов усиления железобетонных конструкций.8.2. Усиление растянутой зоны железобетонных конструкций.8.2.1. Обеспечение совместной работы дополнительной арматуры приваркойк существующей арматуре.8.2.2. Обеспечение совместной работы дополнительной арматуры приклеиваниемк бетону растянутой зоны.8.3. Расчет прочности железобетонных элементов, усиленных увеличениемпоперечного сечения в растянутой зоне.8.4. Расчет прочности контактного шва в растянутой зоне 210

ТЕМА 9. Усиление железобетонных конструкций увеличением поперечногосечения в сжатой зоне.9.1. Общие положения.9.2. Расчет прочности.9.3. Расчет прочности контактного шва в сжатой зоне 2ТЕМА 10. Особенности расчета железобетонных элементов, усиленныхувеличением поперечного сечения, на основе деформационной модели.10.1. Общие положения.10.2. Расчет прочности усиленных элементов по сечению, нормальному кпродольной оси.10.3. Особенности расчета раскрытия трещин и деформаций 2ТЕМА 11. Усиление железобетонных конструкций увеличением поперечногосечения в зоне действия поперечных сил. Усиление железобетонныхконструкций при кручении, местном сжатии и продавливании.11.1. Общие положения.11.2. Расчет прочности.11.3. Усиление коротких консолей.11.4. Усиление при кручении.11.5. Усиление при местном сжатии и продавливании 2ТЕМА 12. Методы усиления конструкций изменением их расчетной схемы.12.1. Изменение места передачи нагрузки.12.2. Повышение степени внешней статической неопределимости.12.3. Повышение степени внутренней статической неопределимости.12.3.1. Устройство предварительно напряженных затяжек.12.3.2. Устройство шпренгелей и шарнирно-стержневых цепей.12.3.3. Устройство предварительно напряженных распорок.12.4. Увеличение длины опирания конструкций 2ТЕМА 13. Расчет прочности железобетонных конструкций, усиленных изменениемих расчетной схемы.13.1. Расчет усиления путем изменения места передачи нагрузки.13.2. Расчет усиления конструкций увеличением их степени внешней статическойнеопределимости.13.2.1. Расчет усиления железобетонных конструкций дополнительнымижесткими опорами.13.2.2. Расчет усиления железобетонных конструкций дополнительнымиупругими опорами.13.2.3. Расчет усиления железобетонных конструкций устройством их неразрезности.13.3. Расчет усиления конструкций увеличением их степени внутреннейстатической неопределимости. 211

13.3.1. Расчет прочности железобетонных конструкций, усиленных предварительнонапряженными затяжками.13.3.2. Расчет прочности железобетонных конструкций, усиленных шпренгелямии шарнирно-стержневыми цепями.13.3.3. Расчет прочности железобетонных конструкций, усиленных предварительнонапряженными распорками.ТЕМА 14. Усиление каменных конструкций.14.1. Методы восстановления каменных конструкций.14.2. Усиление элементов каменных конструкций.14.3. Расчет усиления элементов каменных конструкций.14.4. Усиление сопряжений элементов каменных конструкций.14.5. Повышение пространственной жесткости каменных зданий.14.6. Замена и усиление перемычек каменных зданий 2ТЕМА 15. Усиление металлических конструкций.15.1. Общие положения.15.2. Усиление металлических конструкций увеличением их поперечногосечения.15.3. Расчет металлических конструкций, усиленных увеличением их поперечногосечения.15.4. Усиление соединений металлических конструкций.15.5. Усиление металлических конструкций изменением их расчетной схемы 2ТЕМА 16. Усиление деревянных конструкций.16.1. Усиление элементов деревянных конструкций.16.2. Усиление деревянных элементов стропильных крыш.16.3. Защита усиленных деревянных конструкций 2ТЕМА 17. Усиление оснований и фундаментов.17.1. Общие положения.17.2. Усиление фундаментов уширением подошвы.17.3. Усиление фундаментов уширением подошвы с обжатием основания.17.4. Расчет основания фундаментов, усиленных уширением подошвы.17.5. Усиление фундаментов увеличением их глубины заложения.17.6. Усиление фундаментов при помощи свай 2Всего 344. Практические занятияКол-воНаименование тем практических занятий, их содержаниечасовТема № 1. Определение расчетных характеристик бетона и арматуры дляповерочных расчетов эксплуатируемых железобетонных конструкций 2Тема № 2. Поверочные расчеты прочности железобетонных конструкцийэксплуатируемых строительных сооружений по результатам их обследования212

Тема № 3. Поверочные расчеты прочности, трещиностойкости и жесткостижелезобетонных конструкций по результатам их обследования на основедеформационной модели (с применением ЭВМ) 2Тема № 4. Поверочные расчеты прочности каменных конструкций по результатамих обследования 2Тема № 5. Поверочные расчеты прочности и жесткости металлическихконструкций по результатам их обследования 2Тема № 6. Поверочные расчеты прочности и жесткости деревянных конструкцийпо результатам их обследования 2Тема № 7. Поверочные расчеты несущей способности основания и осадкифундаментов эксплуатируемых зданий 2Контрольная работа № 1 1Тестовый контроль теоретического обучения (Раздел I) 1Тема № 8. Расчет прочности по сечению, нормальному к продольной оси,железобетонных конструкций, усиленных увеличением их поперечногосечения 2Тема № 9. Расчет прочности, трещиностойкости и жесткости железобетонныхконструкций, усиленных увеличением их поперечного сечения, на основедеформационной модели (с применением ЭВМ) 2Тема № 10. Расчет прочности по сечению, наклонному к продольной оси,железобетонных конструкций, усиленных увеличением их поперечногосечения в зоне действия поперечных сил 2Тема № 11. Расчет прочности железобетонных конструкций, усиленныхизменением их расчетной схемы 4Тема № 12. Расчет прочности усиленных каменных конструкций 2Тема № 13. Расчет прочности усиленных металлических конструкций 2Тема № 14. Расчет основания усиленных фундаментов реконструируемыхзданий и сооружений 3Контрольная работа № 2 1Всего 345. ЛитератураВ дополнение к настоящему учебно-методическому комплексу рекомендуетсяиспользование следующей литературы:основная1. Шагин, А.Л. Реконструкция зданий и сооружений / А.Л. Шагин [и др.];под ред. А.Л. Шагина. – М.: Высш. шк., 1991. – 352 с.2. Бедов, А.И. Обследование и реконструкция железобетонных и каменныхконструкций эксплуатируемых зданий и сооружений: учеб. пособие/ А.И. Бедов, В.Ф. Сапрыкин. – М.: Изд-во АСВ, 1995. – 192 с.13

3. Ребров, И.С. Усиление металлических конструкций / И.С. Ребров. – Л.:Стройиздат, 1988. – 288 с.4. Топчий, В.Д. Реконструкция промышленных предприятий. В 2 т. Т. 1 /В.Д. Топчий [и др.]. – М.: Стройиздат, 1990. – 591 с.5. Гринев, В.Д. Усиление железобетонных и каменных конструкций: текстыпроблемных лекций / В.Д. Гринев. – Новополоцк: Новополоц. политехн.ин-т, 1992. – 64 с.6. Обследование и испытание зданий и сооружений / под ред. Р.И. Рамшина.– М.: Высш. шк., 2006. – 447 с.нормативная7. СНБ 1.04.01-04. Здания и сооружения. Основные требования к техническомусостоянию и обслуживанию строительных конструкций и инженерныхсистем, оценке их пригодности к эксплуатации.8. СНБ 5.03.01-02. Бетонные и железобетонные конструкции (с изменениями).9. СНБ 5.05.01-2000. Деревянные конструкции.10. СНБ 5.01.01-99. Основания и фундаменты.11. СНиП II-23-81*. Стальные конструкции.12. СНиП II-22-81. Каменные и армокаменные конструкции.13. СНиП 2-01-07-85. Нагрузки и воздействия.14. Пособие П1-98 к СНиП 2.03.01-84*. Усиление железобетонных конструкций.– Минск: Минстройархитектуры, 1998. – 189 с.15. Пособие по проектированию усиления стальных конструкций (к СНиПII-23-81*) / УкрНИИпроектстальконструкция. – М.: Стройиздат, 1989. –158 с.16. Пособие П11-01 к СНБ 5.01.01-99 «Геотехнические реконструкции основанийи фундаментов». – Минск: Минстройархитектуры, 2001. – 120 с.дополнительная17. Железобетонные конструкции. Основы теории, расчета и конструирования/ Н.П. Блещик [и др.]; под ред. Т.М. Пецольда, В.В. Тура. –Брест: БГТУ, 2003. – 380 с.18. Бондаренко, С.В. Усиление железобетонных конструкций при реконструкциизданий / С.В. Бондаренко, Р.С. Санжаровский. – М.: Стройиздат,1990. – 351 с.14

19. Житушкин, В.Г. Усиление каменных и деревянных конструкций: учеб.пособие / В.Г. Житушкин. – М.: Изд-во АСВ, 2005. – 56 с.20. Испытание сооружений. Справочное пособие / Ю.Д. Золотухин [и др.];под ред. Ю.Д. Золотухина. – Минск: Выш. шк., 1992. – 272 с.21. Кузнецов, Ю.Д. Обеспечение долговечности железобетонных конструкцийпри реконструкции промышленных предприятий / Ю.Д. Кузнецов,И.Н. Заславский. – Киев: Будiвельник, 1985. – 112 с.22. Коновалов, П.А. Основания и фундаменты реконструируемых зданий /П.А. Коновалов. – М.: Стройиздат, 1988. – 245 с.23. Лазовский, Д.Н. Усиление железобетонных конструкций эксплуатируемыхстроительных сооружений / Д.Н. Лазовский. – Новополоцк:Полоц. гос. ун-т, 1998. – 245 с.24. Рекомендации по усилению железобетонных и каменных конструкций/ Д.Н. Лазовский [и др.]. – Новополоцк: Полоц. гос. ун-т, 1993. – 485 с.25. Онуфриев, Н.М. Усиление железобетонных конструкций промышленныхзданий и сооружений / Н.М. Онуфриев. – М.: Стройиздат, 1965. –342 с.26. Ройтман, А.Г. Надежность конструкций эксплуатируемых зданий /А.Г. Ройтман. – М.: Стройиздат, 1985. – 175 с.27. Сахновский, М.М. Уроки аварий стальных конструкций / М.М. Сахновский,А.М. Титов. – Киев: Будiвельник, 1969. – 200 с.28. Хило, Е.Р. Усиление строительных конструкций / Е.Р. Хило, Б.С. Попович.– Львов: Вища шк., 1985. – 156 с.29. Рекомендации по восстановлению и усилению полносборных зданийполимеррастворами / ТбилЗНИИЭП. – М.: Стройиздат, 1990. – 160 с.30. Рекомендации по обеспечению долговечности и надежности строительныхконструкций гражданских зданий из камня и бетона с помощьюкомпозиционных материалов / НИИЛЭП ОИСИ. – М.: Стройиздат,1988. – 160 с.31. Рекомендации по обследованию и оценке технического состояниякрупнопанельных и каменных зданий / ЦНИИСК им. В.В. Кучеренко. –М.: Стройиздат, 1988. – 57 с.32. Рекомендации по обследованию зданий и сооружений, поврежденныхпожаром / НИИЖБ. – М.: Стройиздат, 1987. – 75 с.15

33. Рекомендации по проектированию усиления железобетонных конструкцийзданий и сооружений реконструируемых предприятий. Надземныеконструкции и сооружения / Харьков. ПромстройНИИпроект,НИИЖБ. – М.: Стройиздат, 1992. – 248 с.34. Рекомендации по оценке состояния и усилению строительных конструкцийпромышленных зданий и сооружений / НИИСК.– М.: Стройиздат,1989. – 104 с.35. Рекомендации по оценке надежности строительных конструкций повнешним признакам / ЦНИИпромзданий. – М.: Стройиздат, 1989. – 112 с.36. Рекомендации по обследованию и оценке качества с применением неразрушающихметодов, возводимых и эксплуатируемых конструкций /НИИЖБ. – М.: Стройиздат, 1987. – 55 с.37. Рекомендации по ремонту и восстановлению железобетонных конструкцийполимерными составами / НИИЖБ. – М.: Стройиздат, 1986. – 28 с.38. Рекомендации по усилению каменных конструкций зданий и сооружений/ ЦНИИСК. – М.: Стройиздат, 1984. – 36 с.39. Руководство по обеспечению долговечности железобетонных конструкцийпредприятий черной металлургии при их реконструкции и восстановлении/ Харьков. ПромстройНИИпроект, НИИЖБ. – М.: Стройиздат,1982. – 112 с.40. Руководство по защите железобетонных конструкций от действия нефтепродуктов/ НИИЖБ. – М.: Стройиздат, 1983. – 32 с.41. Мадатян, С.А. Стержневая арматура железобетонных конструкций.Обзорная информация / С.А. Мадатян. – М.: ВНИИНТПИ, 1991. – 71 с.42. Тур, В.В. Прочность и деформации бетона в расчетах конструкций /В.В. Тур, Н.А. Рак. – Брест: БГТУ, 2003. – 252 с.43. Шалимо, М.А. Защита бетонных и железобетонных конструкций откоррозии / М.А. Шалимо. – Минск: Выш. шк., 1986. – 200 с.44. Лащенко, М.Н. Повышение надежности металлических конструкцийзданий и сооружений при реконструкции / М.Н. Лащенко. – Л.: Стройиздат,Ленингр. отд-ние, 1987. – 136 с., ил.16

6. Учебно-методическая карта дисциплины17№недели№ темыНазвание вопросов,которые изучаются на лекциях№ занятияпракт лаб.Наглядныеи методическиепособияУправляемая самостоятельнаяработа студентасодержание1 2 3 4 5 6 7 8 91 1 1. Актуальность реконструкции.2. Причины аварий строительных конструкций.3. Агрессивное воздействие сред на материалыстроительных конструкций1 1, 2, 4, 5, 6,21, 39, 40,43, 442 2 1.Обследование железобетонных конструкций.2. Поверочные расчеты железобетонныхконструкций.3. Определение расчетных характеристикматериалов.4. Учет дефектов и повреждений.5. Алгоритм оценки технического состоянияжелезобетонных конструкций3 3 1. Поверочные расчеты прочности эксплуатируемыхжелезобетонных конструкцийна основе деформационной модели.2. Расчет раскрытия трещин.3. Расчет по деформациям4 4 1. Особенности обследования каменныхконструкций.2. Поверочные расчеты каменных конструкций2 1, 2, 4, 6, 7,8, 13, 17,20, 21, 26,31, 32, 34,35, 363 8, 14, 17,23, 41, 424 1, 2, 12, 19,20, 26, 30,31, 381. Дефекты и повреждения эксплуатируемыхжелезобетонныхконструкций.2. Признаки аварийного состоянияжелезобетонных конструкций1. Диаграммы деформированиябетона.2.Диаграммы деформированияарматуры1. Дефекты и повреждения эксплуатируемыхкаменных конструкцийчасыФормаконтролязнаний1 опрос1 опрос1 опрос17

181 2 3 4 5 6 7 8 95 5 1. Особенности обследования металлическихконструкций.2. Поверочные расчеты металлическихконструкций5 1, 3, 4, 6,11, 15, 20,26, 27, 341. Дефекты и повреждения эксплуатируемыхметаллическихконструкций1 опрос6 6 1. Особенности обследования деревянныхконструкций.2. Поверочные расчеты деревянных конструкций7 7 1. Обследование оснований и фундаментовреконструируемых зданий.2. Поверочные расчеты оснований и фундаментов8 1. Классификация методов усиления железобетонныхконструкций.2. Усиление растянутой зоны железобетонныхконструкций.3. Обеспечение совместной работы дополнительнойарматуры приваркой к существующейарматуре или приклеиванием кбетону растянутой зоны.4. Расчет прочности железобетонных элементов,усиленных увеличением поперечногосечения в растянутой зоне.5. Расчет прочности контактного шва врастянутой зоне9 8 1. Усиление сжатой зоны железобетонныхконструкций.2. Расчет прочности железобетонных элементов,усиленных увеличением поперечногосечения в сжатой зоне.3. Расчет прочности контактного шва всжатой зоне6 1, 9, 19, 20,267 1, 4, 10, 16,22, 241-6, 7-15,17, 19-24,26, 27, 31,32, 34-36,39-438 1, 2, 4, 5, 8,14, 17, 18,23-26, 28,29, 30, 33,34, 37, 391. Дефекты и повреждения эксплуатируемыхдеревянных конструкций(тестирование по теоретическойчасти раздела I и контрольнаяработа № 1)1 опрос1+1 тестирование,контрольнаяработа18

191 2 3 4 5 6 7 8 910 9 1. Особенности расчета железобетонных 9 8, 17, 18, 23элементов, усиленных увеличением поперечногосечения, на основе деформационноймодели11 10,111. Усиление железобетонных конструкцийувеличением поперечного сечения в зонедействия поперечных сил.2. Усиление коротких консолей.3. Усиление железобетонных конструкцийпри кручении, местном сжатии и продавливании12 12 1. Расчет усиления путем изменения местапередачи нагрузки.2. Расчет усиления конструкций увеличениемих степени внешней статической неопределимости13 12 1. Расчет усиления конструкций увеличениемих степени внутренней статическойнеопределимости10 1, 2, 8, 14,17, 24, 25,28, 3311 1, 2, 4, 5,14, 18, 23,24-26, 28,33, 34, 3911 1, 2, 4, 5,14, 18, 23,24-26, 28,33, 34, 391. Усиление железобетонныхконструкций изменением местапередачи нагрузки.2. Усиление конструкций дополнительнымижесткими опорами.3. Усиление конструкций дополнительнымиупругими опорами.4. Усиление конструкций устройствомих неразрезности.5. Увеличение длины опиранияжелезобетонных конструкций1. Устройство предварительнонапряженных затяжек.2. Устройство шпренгелей ишарнирно-стержневых цепей.3. Устройство предварительнонапряженных распорок1 опрос1 опрос19

201 2 3 4 5 6 7 8 914 13 1. Усиление каменных конструкций.2. Расчет усиления элементов каменныхконструкций.3. Усиление сопряжения элементов каменныхконструкций.4. Повышение пространственной жесткостикаменных зданий.5. Замена и усиление перемычек каменныхзданий12 1, 2, 4, 5,12, 19, 24,26, 28, 31,3815 14 1. Усиление металлических конструкцийувеличением их поперечного сечения.2. Расчет металлических конструкций, усиленныхувеличением их поперечного сечения16 15 1. Усиление элементов деревянных конструкций.2. Усиление деревянных элементов стропильныхкрыш.3. Защита усиленных деревянных конструкций17 16 1. Усиление фундаментов уширением подошвы.2. Расчет основания фундаментов, усиленныхуширением подошвы.3. Усиление фундаментов увеличением ихглубины заложения13 1, 3, 4, 11,15, 27, 28,3414 1, 9, 1914 1, 4, 5, 10,16, 221. Усиление фундаментов припомощи свай(контрольная работа №2)1+1 опрос,контрольнаяработа20

РЕЙТИНГОВАЯ СИСТЕМА КОНТРОЛЯДля оценки успешности обучения студентов дисциплине «Проектированиереконструкции зданий и сооружений» используется рейтинговаясистема контроля в соответствии с «Положением о рейтинговой системеконтроля успешности обучения студентов в Полоцком государственномуниверситете» (автор Л.С. Турищев).В соответствии с системой рейтингового контроля успешность обученияскладывается из семестровой и итоговой составляющих. Семестроваясоставляющая состоит из:− отношения студента к изучаемой дисциплине (отсутствие пропусковлекционных и практических занятий без уважительных причин, активнаяработа на занятиях, своевременность выполнения и защиты индивидуальныхсамостоятельных заданий). Добросовестное отношение студентаоценивается в 250 баллов, в том числе 50 баллов за 100 %-ное посещениелекций, 50 баллов за 100 %-ное посещение практических занятий и 150баллов за активную работу на занятиях, своевременность выполнения изащиты индивидуальных самостоятельных заданий;− уровня знаний по результатам тестового контроля на ЭВМ по материалураздела I. Наивысшая оценка по результатам теста составляет250 баллов. Изучение раздела I теоретического курса считается успешным,если количество набранных при тестировании баллов составляет 200 и более;− уровня умений по результатам письменных контрольных работ № 1и № 2. Наивысшая оценка по каждой контрольной работе составляет100 баллов. Выполнение контрольных работ считается успешным, еслистудент выполняет задание каждой контрольной работы на 75 % и более;− творческая активность при изучении курса (наличие научных публикацийи патентов, имеющих прямое отношение к изучаемой дисциплине,выполнение творческих заданий, изучением внепрограммных материалови составлением по ним рефератов и др.). Наивысшая оценка за творческуюактивность составляет 1000 баллов. Конкретная оценка в зависимостиот уровня творческих достижений устанавливается преподавателем,руководившим творческой деятельностью студента, и утверждается на заседаниикафедры.Итоговая составляющая отражает результаты итогового контроля ввиде экзамена. В экзаменационном билете – 2 вопроса (по одному из разделадисциплины) и задача. Наивысшая оценка – 700 баллов, в том числе21

250 баллов за ответ на вопрос раздела I, 300 баллов за ответ на вопрос разделаII и 150 баллов за решение задачи.В случае успешного прохождения тестового контроля и успешноговыполнения двух контрольных работ студент, по его желанию, освобождаетсяна итоговом экзамене от вопроса по разделу I дисциплины и задачи.При этом студенту засчитывается набранное количество баллов в семестровомконтроле в виде теста и двух контрольных работ.Сумма баллов, заработанных студентом в течение семестра и на экзамене,образует рейтинг успешности обучения данной дисциплине в семестре.Изучение студентом дисциплины «Проектирование реконструкциизданий и сооружений» считается успешным, если рейтинг составляет600 баллов и более.Перевод рейтинга в десятибалльную систему оценок производится всоответствии со следующей шкалой перевода.1 2 3 4 50 ≤ R < 300 300 ≤ R < 500 500 ≤ R < 600 600 ≤ R < 650 650 ≤ R < 7006 7 8 9 10700 ≤ R < 800 800 ≤ R < 850 850 ≤ R < 950 950 ≤ R < 975 R ≥ 97522

ЛЕКЦИОННЫЙ КУРС

Раздел IОЦЕНКА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХКОНСТРУКЦИЙ РЕКОНСТРУИРУЕМЫХ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙТема 1. АКТУАЛЬНОСТЬ РЕКОНСТРУКЦИИ И ПРИЧИНЫНЕСООТВЕТСТВИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫМ ТРЕБОВАНИЯМЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙВведениеРеконструкция действующих промышленных предприятий наряду сновым строительством в условиях бурно развивающейся экономики имеетпервостепенное значение. Окупаемость капитальных вложений в реконструкциюпромышленных предприятий происходит в 2…3 раза быстрее, чемпри строительстве новых.Реконструкция промышленных зданий и сооружений – составнаячасть общей реконструкции предприятий. Изменение условий эксплуатациии функционального назначения строительных сооружений вследствиевнедрения новых технологий в ряде случаев требует проведения для нихдополнительных мероприятий. Установка дополнительного оборудованияприводит к увеличению нагрузок, изменению их места приложения и характера,внесению поправок в расчетные схемы, что может вызвать необходимостьпредварительного усиления конструкций строительных сооружений.В процессе реконструкции строительные сооружения должны бытьприведены в соответствие с требованиями действующих нормативных документовв измененных условиях эксплуатации.К реконструкции зданий и сооружений прибегают также в связи снеобходимостью восстановления физически изношенных отдельных элементов,частей зданий и сооружений. Физический износ обусловливаетих переход в состояние отличное от проектного и приводит к необходимостиусиления.Реконструкции подлежат и гражданские здания, среди которых доляфизически и морально изношенных объектов растет опережающими темпами.Необходимость обеспечения комфортным жильем, развитие малогои среднего бизнеса требуют не только повышения темпов жилищногостроительства, но и реконструкции старых капитальных жилых и общественныхзданий, в ряде случаев с усилением и заменой конструкций.24

Кроме того, в результате геодинамических процессов и природныхкатастроф, а также в процессе строительства и эксплуатации имеют местослучаи предаварийного состояния и обрушения отдельных конструкций,частей зданий и целых сооружений, что влечет за собой необходимостьвыполнения неотложных противоаварийных мероприятий по их усилениюи восстановлению.1.1. Причины аварий строительных конструкцийПроектный срок службы строительных конструкций (время, по истечениикоторого дальнейшая эксплуатация становится невозможной, авосстановление – экономически нецелесообразным) зависит от класса сооруженийи составляет для I класса – более 90 лет, II класса – более 60 лет,III класса – более 30 лет. Такой срок эксплуатации для промышленных игражданских зданий обычно превосходит сроки морального износа.В истории известны случаи, когда сроки нормальной эксплуатациистроительных сооружений исчисляются столетиями: каменные конструкцииСпасо-Евфросиньевской церкви в г. Полоцке (ХII в.), известковобутовые,каменные конструкции Софийского собора в г. Полоцке (ХIII –ХVIII вв.), металлические конструкции каркасов Казанского и Исаакиевскогособоров в г. Санкт-Петербурге (начало ХIХ в.), знаменитой Эйфелевойбашни в Париже (1889 г.) и др.На работоспособность и сроки службы конструкций большое влияниеоказывают повреждения, возникающие в процессе эксплуатации, которые,накапливаясь и развиваясь, могут привести к отказам в работе какотдельных элементов, так и строительных сооружений в целом.Среди техногенных аварий по количеству и материальному ущербудо последнего времени первое место занимали оборудование и конструкции,подконтрольные Проматомнадзору, второе – строительные конструкции[44]. Среди аварий строительных конструкций по тем же показателямна I месте стоят железобетонные и каменные, а затем металлические конструкции(рис. 1.1, а). Согласно статистическим данным около 60 % всехаварий происходит в период строительства и около 40 % – в период эксплуатации(рис. 1.1, б). Аварии строительных конструкций происходят и внастоящее время, случается повторяемость аварий, некоторые из них становятсядаже «типовыми». Аварии – чаще всего результат действия совокупностипричин, основные из них можно классифицировать следующимобразом (табл. 1.1).25

a)100б60% аварий при строительстве40% аварий при эксплуатации01место2местожелезобетонные и каменныеметаллическиеРис. 1.1. Диаграммы распределения аварий строительных конструкций:а – количество аварий и материальный ущерб от них; б – статистические данныеколичества аварий во время строительства и эксплуатацииПричина1. Дефекты монтажа, непроектное выполнение узлов сопряженияконструкций, нарушение технологии производства работ2. Несоответствие качества строительных материалов и конструкцийтребованиям норм3. Низкое качество эксплуатации, изменение проектных расчетныхсхем конструкций, превышение фактических нагрузок над проектными,взрывы и пожары4. Ошибки проектов, недостатки норм проектирования, стандартов итехнических условийТаблица 1.1Количество,%4231234Кроме повышения ответственности проектных и строительных организацийза качество работы, предусмотрены дополнительные меры поулучшению качества, надежности и предотвращения аварий строительныхсооружений:1. Осуществление технического надзора за строительством со сторонызаказчика и органов Госстройнадзора, авторского надзора проектнойорганизации.2. Обязательные сертификация и контроль качества строительныхматериалов и изделий, использование строительной организацией собственнойиспытательной лаборатории.3. Организация службы технического надзора за эксплуатациейстроительных сооружений, системы планово-предупредительных ремон-26

тов, периодического осмотра и обследования технического состояниястроительных сооружений, профилактики аварийных состояний.4. Государственная вневедомственная экспертиза строительных проектов,совершенствование норм проектирования строительных сооружений.1.2. Агрессивное воздействие средна материалы строительных конструкцийКак показывает практика, частичный или полный отказ строительныхконструкций зданий и сооружений в ряде случаев происходит задолгодо окончания проектного срока службы. Одна из основных причин – разрушениематериала строительных конструкций в результате коррозии подвоздействием внешней агрессивной среды.Коррозия материалов строительных конструкций (бетонных и железобетонных,каменных, металлических и др.) зависит от многих факторов:вида, химического состава, концентрации, растворимости в воде, влажности,температуры окружающей среды и условий контакта с ней, а также отпараметров самой конструкции (например, для железобетонной конструкции– от конструктивной формы поперечного сечения, вида и плотностибетона, вида, количества и расположения арматуры, типа и уровня напряженногосостояния, наличия и ширины раскрытия трещин).Агрессивные среды по степени воздействия на строительные конструкции(относительное снижение прочности материала в течение 1 года)разделяют на неагрессивные (снижения прочности нет), слабоагрессивные(снижение прочности менее 5 %), среднеагрессивные (снижение прочности5…20 %) и сильноагрессивные (снижение прочности более 20 %).По физическому состоянию агрессивные среды могут быть газовоздушные,жидкие и твердые.Наиболее распространенные агрессивные газы: углекислый газ, кислород,водяной пар, сернистый и серный ангидрид, сероводород, аммиак,хлор, хлористый водород, двуокись хлора, фтористый водород, фосфорныйангидрид, пары брома, иода и т.д. Степень агрессивности газовоздушныхсред зависит от растворимости в воде самих газов, температуры и влажностисреды.Газовоздушные среды по характеру взаимодействия с цементнымкамнем подразделяются на три группы.1 группа – углекислый газ, фтористый водород, фтористый кремний,фосфорный ангидрид – проникают в поровое пространство бетона, образуютс Са(ОН) 2 нерастворимые и малорастворимые соли кальция при не-27

значительном увеличении в объеме. Основная схема агрессивного воздействия– нейтрализация щелочности цементного камня:Са(ОН) 2 + СО 2 → СаСО 3 + Н 2 О; СаСО 3 – нерастворимое соединение.2 группа – сернистый и серный ангидрид, сероводород – образуют впоровом пространстве малорастворимые соли, способные увеличиваться вобъеме более чем в 2 раза и разрушать бетон. Визуально это проявляется ввиде послойного шелушения.3 группа – хлор, хлористый водород, двуокись хлора, пары брома,иода – образуют хорошо растворимые соли кальция, засасываемые в капиллярыи транспортирующие ионы хлора к арматуре, практически не нарушаящелочность защитного слоя бетона.Са(ОН) 2 + 2НСl → СаСl 2 + Н 2 О; СаСl 2 – легкорастворимый продукт.Жидкие агрессивные среды: атмосферные осадки и грунтовые воды(мягкие, талые снеговые), минерализованные воды с содержанием солейCl – , Mg 2+ , SO 2– 4 , Са, Na, K, нефтепродукты и растворители, растительные иживотные масла и др. Степень их агрессивного воздействия зависит отконцентрации агрессивных веществ, температуры, скорости движения присоприкосновении с поверхностью конструкции, напора.Из большого числа «механизмов» разрушения бетона выделяютсятри основных вида:I вид – процессы растворения составных частей цементного камня ивыноса продуктов гидрата окиси кальция Са(ОН) 2 протекающей водой(выщелачивание) – физический вид коррозии. Признаком коррозии бетонаI вида является наличие высолов на поверхности, которые приводят к увеличениюпористости цементного камня и снижению его прочности. Привыщелачивании 10 % СаО происходит снижение прочности до 10 %, припотере 20 % СаО – до 25 % и при потере около 33 % СаО наступает полноеразрушение цементного камня.СаО + Н 2 О → Са(ОН) 2II вид – результат взаимодействия составных частей цементного камняс кислотами или солями, приводящий к образованию легкорастворимыхили аморфных размываемых водой веществ (продукты растворимы).Са(ОН) 2 + Н 2 СО 3 → СаСО 3 + 2Н 2 О, затемСаСО 3 + Н 2 СО 3 → Са(НСО 3 ) 2 ; Са(НСО 3 ) 2 – легкорастворимый продукт.Бетон разрушается послойно. При реконструкции поврежденныйкоррозией бетон удаляют.III вид характеризуется накоплением в порах и капиллярах цементногокамня малорастворимых солей с увеличением их объема. Давление28

приводит к разрушению цементного камня. На начальной стадии плотностьи прочность бетона увеличивается. Если в этот период обеспечитьантикоррозионную защиту, бетон может быть сохранен, в противном случае,в дальнейшем происходит его разупрочнение (разрыхление).Са(ОН) 2 + Na 2 SO 4 + 2H 2 O → СаSO 4·2Н 2 О + 2NaOH,СаSO 4·2Н 2 О – гипс с некоторым увеличением объема взаимодействуетс трехкальциевым гидроалюминатом цементного камня3СаSO 4·2Н 2 О + 3СаО·Al 2 O 3·6H 2 O + 23H 2 O → 3СаSO 4·3CaO·Al 2 O 3·31H 2 O,3СаSO 4·3CaO·Al 2 O 3·31H 2 O – гидросульфоалюминат кальция увеличиваетсяв объеме более чем в 2 раза.В реальных условиях коррозия каждого вида в отдельности встречаетсяредко, как правило, они сочетаются. Степень коррозионного воздействияувеличивается с увеличением температуры среды. Опасно сочетаниепопеременного замораживания-оттаивания с процессами коррозии III вида.Агрессивное воздействие нефтепродуктов на железобетонные конструкцииобъясняется содержанием в них высокомолекулярных смол иприсадок. В наибольшей степени снижают прочность бетона и его сцеплениес арматурой минеральные масла и мазуты. При длительном воздействиина железобетонные конструкции минеральных масел прочность бетонаможно определить по эмпирическим формулам:− при постоянном воздействииfcd , t = fcd⋅ (1 − 0,1 ⋅ t)(справедлива при t < 7 лет),fcd , t fcd3≈ (при t ≥ 7 лет);− при периодическом (1-2 раза в год) воздействииfcd , t = fcd⋅ (1 − 0,023 ⋅ t)(справедлива при t < 30 лет),fcd , t fcd3≈ (при t ≥ 30 лет).При постоянном воздействии минеральных масел предельные касательныенапряжения, характеризующие сцепление арматуры с бетоном, равныτ bd , t = τbd ⋅ (1 − 0,1 ⋅ t)(справедлива при t < 7 лет),τ ≈ τ (при t ≥ 7 лет),bd , t bd 3где f cd и τ bd – значения соответственно сопротивления сжатию исходного(непропитанного) бетона и предельное касательное напряжение, характеризующеесцепление арматуры с исходным бетоном;t – время воздействия нефтепродуктов на конструкцию.29

Отработанные минеральные, окисленные растительные и животныемасла не только агрессивны к бетону, но и вызывают коррозию арматурыи закладных деталей. Дизельное топливо и масляные эмульсии менееагрессивны. Бензины, керосины и растворители практически не влияют напрочность бетона.Твердые агрессивные среды: минерализованные грунты, содержащие солиCl – , Mg 2+ , SO 4 2– , Са, Na, K, и минеральные удобрения. Агрессивность твердыхвеществ определяется их растворимостью в воде и гигроскопичностью.В основном строительные металлические конструкции подвергаютсяатмосферной коррозии (на открытом воздухе, внутри промышленных зданийи под навесами). Различают три вида коррозии: равномерную сплошную,неравномерную сплошную и местную.Равномерная сплошная коррозия характерна для сплавов металлов,не имеющих защитных окисных пленок или имеющих рыхлые пленки.Неравномерная сплошная коррозия имеет место в многофазныхсплавах металлов и наличии дефектов на поверхности.Местная коррозия наблюдается при местном нарушении защитныхпокрытий, может распространяться в глубину металла, вызывая его вспучивание,или повреждает один из материалов, составляющих сплав.Скорость коррозии зависит от вида агрессивных воздействий и условийсреды. Повышение температуры ускоряет процесс коррозии. При нагреведо температуры 200…250 °С на поверхности стальных элементовобразуется тонкая пленка окислов, пассивирующая поверхностный слойстали, при температуре 500…600°С происходит коробление и растрескиваниеповерхностной защитной пленки, а при отрицательной температуре(ниже минус 30…минус 40 °С) коррозия стали практически прекращается.В зависимости от механизма разрушения металла различают химическуюи электрохимическую коррозию.Химическая коррозия происходит под воздействием газов или жидкостей(не электролитов) органического происхождения. В результате ихвзаимодействия на поверхности металла образуется пленка в виде окислов.Электрохимическая коррозия наблюдается во влажном воздухе иводных растворах, проводящих ток. Атомы металла в результате переходятв раствор электролита в виде ионов, а эквивалентное число электронов остаетсяв металле.На коррозионную стойкость стальных элементов влияет также иконструктивная форма сечения: круглое сечение – самое устойчивое, затемквадратное, коробчатое, одиночный уголок.30

Продукт коррозии – ржавчина имеет значительно больший объем,чем исходный металл. В различного рода щелях опасно скопление продуктовкоррозии, приводящих к расслоению элементов.Древесина как строительный материал отличается повышенной сопротивляемостьюк химическим воздействиям и имеет преимущество передметаллом. Однако все породы древесины весьма подвержены разрушительномудействию огня, грибов, насекомых и грызунов.Древоразрушающий гриб питается органическими веществами древесиныи развивается при определенных условиях среды (температуре5…25 °С, влажности 50…70 % и отсутствии вентиляции). Грибы быстроразмножаются посредством спор и переносятся на здоровую древесину.Под воздействием грибов в древесине образуются поперечные и продольныетрещины, она становится рыхлой и трухлявой. К наиболее распространеннымвидам грибов, поражающих древесину, относятся настоящийдомовой гриб, белый домовой гриб, гриб домовой пленчатый, трутовик.Они поселяются в сухой древесине, их появление возможно спустя многиегоды от момента окончания сушки. Мицелий этих грибов может пробиватьсебе дорогу даже через каменные стены и грунт. Древесина под действиемгрибов превращается в ватообразную коричневую рыхлую ткань с серыми(у настоящего домового гриба) и белыми жгутами (у белого домового гриба)и в виде пленки (у гриба домового пленчатого).Насекомые (короеды, дровосеки), поражающие растущую и свежесрубленнуюдревесину, не поражают и не размножаются в древесинестроительных конструкций. Для строительных конструкций опасностьпредставляют насекомые, питающиеся сухой древесиной: жучкиточильщики,долгоносики домовые, древесинники, термиты и др. В древесинеони протачивают круглые или овальные отверстия и разрушают ее.Вопросы для самоконтроля1. Роль реконструкции в промышленном и гражданском строительстве.2. Назовите основные причины аварий строительных конструкций и мероприятияпо их предотвращению.3. Назовите факторы, влияющие на коррозию материалов строительных конструкций.4. Классифицируйте агрессивные среды по состоянию и степени воздействия наматериалы строительных конструкций.5. Расскажите о характере взаимодействия цементного камня с агрессивнымигазами I группы, II группы, III группы.6. Опишите «механизм» разрушения бетона при коррозии I вида, II вида, III вида.7. Каково агрессивное воздействие нефтепродуктов (минеральное масло, мазут,дизельное топливо, бензин и др.) на железобетонные конструкции?31

8. Назовите виды коррозии стальных конструкций.9. Расскажите о воздействиях, разрушающих древесину строительных конструкций.Тема 2. ОЦЕНКА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ,ОБСЛЕДОВАНИЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙВлияние внешней среды, неблагоприятных физико-геологическихпроцессов, высокотемпературного нагрева при пожаре, нарушение нормальныхусловий эксплуатации, увеличение нагрузок по сравнению с проектными,а также недоработки на стадии проектирования и строительстваприводят к изменению технического состояния конструкций зданий и сооружений.В новом состоянии конструкции могут не удовлетворять предъявляемымтребованиям по прочности, жесткости или трещиностойкостии долговечности.Фактическое техническое состояние строительных конструкцийэксплуатируемых зданий и сооружений устанавливают в результате их обследования,натурного испытания и поверочных расчетов.2.1. Обследование железобетонных конструкцийОбследование конструкций – первый этап в установлении их действительноготехнического состояния.В состав обследования железобетонных конструкций входят следующиеработы: изучение имеющейся проектной документации (техническийпаспорт здания, рабочие чертежи существующих конструкций, материалызавода-изготовителя, исполнительная документация, материалы поэксплуатации и др.), общее (предварительное) и детальное (инструментальное)обследование.При наличии проектной документации определяют: продолжительностьэксплуатации; размеры и конструктивную схему здания; геометрическиеразмеры и типы конструкций; номер и серию чертежей, по которымони разработаны; проектную расчетную схему конструкций; проектныйкласс (марку) бетона и армирование конструкций (вид, класс, способ анкеровкии расположение рабочей арматуры); конструктивные особенностиузлов сопряжения элементов; вид и величину нагрузок; особенности технологическогопроцесса и характеристики агрессивной среды; проектныеинженерно-геологические и гидрогеологические условия площадки; в слу-32

чае реконструкции – новые нагрузки, режимы эксплуатации и характеристикиожидаемой агрессивной среды.В результате изучения технической, производственной и эксплуатационнойдокументации, опроса работников службы эксплуатации зданий исооружений, работающих в здании людей, собираются данные об имевшихместо за период эксплуатации аварийных состояниях конструкций и деформацияхоснований, вызвавших их причинах; зонах конструкций с нарушениемнормальных условий эксплуатации; выполненных ранее усиленияхконструкций.2.1.1. Общее (предварительное) обследованиеВ процессе предварительного обследования в первую очередь устанавливают:− конструкции, находящиеся в предаварийном состоянии;− конструкции, имеющие существенные дефекты и повреждения;− конструкции с нарушением нормальных условий эксплуатации.При необходимости ориентировочно определяют прочность поверхностныхслоев бетона на участках, где согласно схеме работы конструкциипрочность бетона имеет наибольшее значение, методами пластической деформации(с помощью эталонных молотков Н.П. Кашкарова, И.А. Физделя),упругого отскока, экспертными методами. Во всех случаях ударыдолжны наноситься по растворному участку бетона. При этом прочностьбетона уточняется по результатам осмотра сколов бетона. Если скол произошелпо контакту крупного заполнителя и растворной части, прочностьбетона следует уменьшить на 5…10 МПа. На данном этапе также выборочноопределяют глубину нейтрализации бетона.В результате предварительного обследования намечают участки длядетального обследования.К признакам, характеризующим предаварийное состояние железобетонныхконструкций, относятся:− уменьшение прочности бетона сжатой зоны более чем на 40 %(рис. 2.1, а);− отслоение защитного слоя и продольные трещины вдоль рабочейарматуры в зоне ее анкеровки с явными признаками коррозии арматуры(рис. 2.1, б);− разрывы отдельных стержней и уменьшение в результате коррозиипоперечного сечения рабочей продольной арматуры в растянутой зонена 50 % и более (рис. 2.1, в);33

− пропитка нефтепродуктами в зоне анкеровки рабочей арматуры,снижающая ее сцепление с бетоном (рис. 2.1, г);− разрывы отдельных стержней рабочей поперечной арматуры; взоне среза наклонные трещины, пересекающие растянутую и сжатую зоны(рис. 2.1, д);− в пролете конструкции нормальные трещины с разветвленнымиконцами (рис. 2.1, е);− трещины раскрытием свыше 0,5 мм и признаки разрушения сжатойзоны элементов (рис. 2.1, ж);− деформации закладных деталей с расстройством стыков, уменьшеннаяпротив требований норм площадь опирания сборных конструкций(рис. 2.1, з);− выпучивание сжатой арматуры с признаками разрушения бетонасжатой зоны (рис. 2.1, и);− значительные (более 1/50 пролета) прогибы изгибаемых элементовпри наличии трещин в растянутой зоне с раскрытием более 0,5 мм (рис. 2.1, к).При выявлении в процессе предварительного обследования конструкций,находящихся в предаварийном состоянии, необходимо выполнить первоочередныемероприятия по обеспечению безопасности (предотвратитьдоступ людей в зону возможного обрушения, разгрузить аварийно-опасныеконструкции, установить временные страховочные крепления и т.п.).При предварительном обследовании фиксируют дефекты и повреждения,снижающие прочность, жесткость и долговечность железобетонныхконструкций:− степень и площадь повреждений защитных покрытий;− изменение цвета бетона, высолы и масляные пятна на поверхности;− снижение прочности бетона сжатой зоны на 30 % и более;− наличие раковин и отколов в бетоне, оголение арматуры;− нарушение сцепления арматуры с бетоном (по глухому стуку припростукивании, а при наличии отслоения – звук дребезжащий);− отход анкеров от пластин закладных деталей из-за коррозии сталив сварных швах и смещение закладных деталей;− заметные на глаз прогибы конструкций;непроектное выполнение узлов сопряжения; смещение конструкций в узлахи стыках и т.п.Наличие коррозии стальной арматуры определяют визуально путемнепосредственного осмотра оголенной арматуры, а также косвенно по появлениюпродольных трещин в защитном слое бетона или выступов продуктовкоррозии стали на поверхности бетона.34

аfcm, t < 0,6 fcmб1211-12-23-3As, t < 0,5AsA ( s, i), t = 024-4в34г34дτ < τbm,tbmеA sw, i = 0жРис. 2.1. Признаки предаварийного состояния железобетонных конструкций(см. также с. 36)35

зL o,t (1/50)leffw k >0,5ммРис. 2.1. ОкончаниеПри выполнении предварительного обследования устанавливают зоныс нарушением нормальных условий эксплуатации конструкций:− увлажнение, попеременное замораживание-оттаивание в водонасыщенномсостоянии;− проливы технологических растворов и нефтепродуктов;− вблизи и над источниками теплоизлучения;− вибрация и ударные нагрузки и т.п.Внешними признаками нарушения нормальных условий эксплуатацииявляются: изменение цвета бетона; на поверхности конструкций высолы,мокрые и масляные пятна, ржавчина, шелушение и растрескивание бетона;трещины вдоль арматуры, отслоение защитного слоя, коррозия арматурыи др.По результатам предварительного обследования с учетом выявленныхдефектов и повреждений на момент обследования конструкция относитсяк одной из пяти категорий состояния:I – исправное (хорошее) состояние – конструкция удовлетворяетпредъявляемым требованиям по прочности (устойчивости), жесткости итрещиностойкости. Долговечность конструкции, по сравнению с проектной,не снижена.36

Характерные признаки:− прочность бетона не ниже проектной;− на поверхности бетона отсутствуют дефекты, повреждения, раковины,поры, выбоины, трещины;− отсутствует нейтрализация бетона защитного слоя;− при вскрытии поверхность арматуры чистая;− антикоррозионная защита конструкций и закладных деталей находитсяв исправном (хорошем) состоянии.II – неисправное (удовлетворительное) состояние – конструкцияудовлетворяет предъявляемым требованиям по прочности (устойчивости),жесткости и трещиностойкости. Имеются признаки снижениядолговечности конструкции, по сравнению с проектной.Характерные признаки:− прочность бетона не ниже проектной;− на поверхности бетона отсутствуют дефекты и повреждения, свидетельствующиео снижении прочности, но имеются отдельные раковины,поры, выбоины, волосные трещины;− глубина нейтрализации бетона защитного слоя не превышает половиныего толщины;− при вскрытии поверхность арматуры не имеет признаков коррозии;− антикоррозионная защита конструкций и закладных деталей, в основном,не нарушена;− прогиб и ширина раскрытия трещин не превышает предельно допустимыезначения.III – ограниченно работоспособное (не вполне удовлетворительное)состояние – конструкция удовлетворяет предъявляемым к ней требованиямпо прочности (устойчивости), жесткости. Долговечность конструкциисущественно снижена.Характерные признаки:− прочность бетона не ниже проектной;− изменен цвет бетона вследствие пересушивания;− шелушение граней вследствие размораживания в водонасыщенномсостоянии;− небольшие сколы, оголение арматуры;− на поверхности бетона мокрые или маслянистые пятна, высолы;37

− бетон защитного слоя нейтрализован на всю толщину;− на участках с недостаточной толщиной защитного слоя следыкоррозии рабочей и распределительной арматуры;− при вскрытии поверхность арматуры имеет коррозию в виде отдельныхточек и пятен, язв и пластинок ржавчины нет, уменьшение площадипоперечного сечения вследствие коррозии не превышает 5 %;− антикоррозионная защита конструкций и закладных деталей нарушена;− ширина раскрытия трещин превышает допустимые значения;− прогиб не превышает предельно допустимого значения.IV – неработоспособное (неудовлетворительное) состояние – конструкцияне удовлетворяет предъявляемым к ней требованиям по прочности(устойчивости) или жесткости.Характерные признаки:− имеются повреждения, свидетельствующие о снижении прочности,но на момент обследования не угрожающие безопасности работающих;− прочность бетона в сжатой зоне ниже проектной на 30 % и более;− пропитка бетона конструкций нефтепродуктами в пролете;− продольные трещины вдоль рабочей арматуры в пролете, пластинчатаяржавчина на арматуре и закладных деталях, потеря площади сечениярабочей арматуры вследствие коррозии превышает 5 %;− трещины в сжатой зоне и зоне среза;− нарушение крепления поперечной арматуры к продольной;− прогиб конструкций превышает предельно допустимый более чемна 30 %.V – предельное (предаварийное) состояние – конструкция не удовлетворяетпредъявляемым к ней требованиям по прочности (устойчивости).Существует опасность обрушения и угроза безопасности работающих.Характерные признаки предаварийного состояния железобетонныхконструкций приведены выше.Определение категории технического состояния для групп конструкций,участков здания или здания в целом по результатам общегообследования производится по методике [7] в соответствии с табл. 2.1.38

39Таблица 2.1Степень распространенияКласс дефектовдефектов (повреждений) Критические Значительные МалозначительныеМассовые_V_IV,VIV,VIII_III_II,IIIМногочисленныеV_IV_IV_II,IIIII,IIIIIЕдиничныеIV,VIII,IVIIIIIIIIПримечание. В числителе приведены категории состояния для элементов1 степени ответственности, а в знаменателе – 2 степени ответственности.Класс дефекта группы А (для показателей качества, имеющих нормируемыечисленные значения) определяется величиной отклонения (∆, %)фактического значения контролируемого параметра X в небезопаснуюсторону от проектного значенияmin(max)iX (проектная, нормативнотехническаядокументация или ГОСТ 21778-81 «Система обеспечения точностигеометрических параметров в строительстве. Основные положения»):Xi− X min(max)∆ = . (2.1)Xmin(max)При этом:− критическому дефекту (повреждению) соответствует ∆ > 40 %;− значительному дефекту (повреждению) – 10 % < ∆ ≤ 40 %;− малозначительному дефекту (повреждению) – ∆ ≤ 10 %.В случае если дефект или повреждение не имеет нормируемого численногозначения (дефект группы Б), отнесение его к определенному классупроизводится экспертно на основе анализа его последствий.По степени распространения дефектов (повреждений) в элементе,группе, на участке или в здании в целом различают:− единичные дефекты (повреждения) – (занимающие до 10 % площади,линейного размера или количества);− многочисленные дефекты (повреждения) – (то же от 10 до 40 %);− массовые дефекты (повреждения) – (то же свыше 40 %).Различают две степени ответственности за работоспособность отдельныхконструкций или ее участков.К 1 степени ответственности относятся элементы или их участки,локальный отказ которых может привести к полному или ограниченномуотказу системы элементов и значительному снижению их эксплуатационныхкачеств.

Остальные элементы и их участки относятся ко 2 степени ответственности.Для генеральной совокупности конструкций каждого вида по результатамобщего обследования может быть произведена усредненнаяоценка категории состояния по формуле5K + 4K + 3K + 2K + KK =K + K + K + K + KV IV III II IV IV III II I, (2.2)где K i – количество конструкций, имеющих i-тую категорию состояния.Категория технического состояния конструкции в процессе детальногообследования и поверочных расчетов уточняется.К аварийно-опасным относятся здания и сооружения или их участки,отнесенные к V категории состояния или в которых имеются отдельныеконструкции, относящиеся к V категории состояния, и их разрушение можетбыть опасным для жизни и здоровья людей, сохранности оборудованияи материальных ценностей, или если не менее 20 % конструкций имеютIV категорию состояния. В соответствии с [7] эксплуатация аварийноопасныхзданий и сооружений запрещена.2.1.2. Детальное (инструментальное) обследованиеДетальное обследование выполняется с целью уточнения исходныхданных, необходимых для выполнения поверочных расчетов и оценки техническогосостояния конструкции.Если у конструкции отсутствуют дефекты и повреждения, прогиб иширина раскрытия трещин не превышают допустимые, размеры сечения иармирование отвечают проектным, прочность бетона и арматуры – не нижепроектных, то детальное обследование такой конструкции может не производиться,а поверочные расчеты допускается выполнять по результатампредварительного обследования и проектным данным.При детальном обследовании конструкций определяют:− прочность бетона;− вид и прочностные свойства арматуры, степень коррозии арматуры,закладных деталей и сварных швов узловых соединений;− геометрические размеры, армирование и толщину защитного слоябетона;− дефекты и повреждения;− глубину нейтрализации бетона защитного слоя;− ширину раскрытия трещин в бетоне;− прогиб конструкции;40

− фактические нагрузки и эксплуатационные воздействия;− фактические расчетные схемы конструкций.В процессе детального обследования конструкций отбираются образцыбетона и арматуры для проведения физико-механических и физикохимическихисследований в лабораторных условиях. Места отбора пробопределяют в наименее напряженных зонах, чтобы прочность конструкциибыла обеспечена с учетом ослабления, или предусматривают усиление впроцессе отбора образцов приваркой к арматуре равнопрочных накладок ипоследующим обетонированием. В результате химического анализа устанавливаютмарку стали. При этом определяют содержание в стали углерода,марганца, кремния, серы и фосфора.Прочность бетона может определяться как неразрушающими, так иразрушающими методами: методом пластической деформации и упругогоотскока, ультразвуковым методом, методом отрыва со скалыванием, методомскалывания ребра конструкции, методом отрыва, испытанием выбуренныхили выпиленных образцов.Для уменьшения влияния недостатков каждого из методов на конечныйрезультат рекомендуется сочетать методы упругого отскока, пластическойдеформации с методами местных разрушений (отрыва со скалыванием,скалывания ребра и т.п.), а также приборы различного принципадействия, например механические и акустические.При определении прочности бетона ультразвуковым методом, методомпластической деформации или упругого отскока требуется обязательнаяпривязка градуировочных зависимостей к испытаниям отобранных образцовили методам местных разрушений для конкретных групп или участковконструкций.Фактическую прочность в зависимости от состояния бетона длягруппы однотипных конструкций, одной конструкции или отдельной еезоны определяют из среднего значения f c, cube,m (ускоренная оценка) илипри достаточном количестве испытаний из среднего значения и коэффициентавариации прочности f c G, cube (статистическая оценка) конкретных испытанийбетона.Объем испытания в соответствии с [36] принимают:− при оценке прочности одной конструкции или отдельной зоныконструкции – не менее 3-х участков в расчетных сечениях или в зоне спониженной прочностью конструкции;41

− при оценке средней прочности группы однотипных конструкций –не менее 9-ти участков в расчетных сечениях конструкций;− при оценке средней прочности и коэффициента вариации прочностибетона группы однотипных конструкций – не менее 30-ти участков, еслив качестве единичного значения принимается прочность бетона участка,или 9 участков (по 3 участка на конструкцию), если в качестве единичногозначения принимается средняя прочность бетона конструкции или ее зоны.Поскольку градуировочные зависимости вышеназванных методовиспытания привязаны к кубиковой прочности бетона, то результатом единичногоиспытания будет величина f c, cube,i .Среднее значение прочности бетона вычисляется как среднее арифметическоерезультатов конкретных испытаний бетонаf1 nc, cube, m fc, cube,in i = 1= ∑ . (2.3)При ускоренной оценке прочности бетона, исходя из средней прочности,должно выполняться условиеf( ) − fc cube ( )fc, cube, max , , minc, cube,m≤ q , (2.4)где q = 0,23...0,45 – коэффициент, учитывающий объем испытаний.Если условие (2.4) не выполняется, рекомендуется увеличить количествоиспытаний или исключить из расчета максимальную прочность.При достаточном для статистической оценки прочности бетона объемеиспытаний, кроме среднего значения прочности вычисляется среднеквадратичноеотклонение1nS = ( f ) 2, , − f , ,− ∑ . (2.5)fc c cube i c cube mn 1i=1Гарантированная прочность бетона на сжатие определяется по формулеGc, cube c, cube,mf = f − β S , (2.6)где β = 2,54...1,94 – коэффициент, учитывающий число единиц прочностибетона.fc42

Нормативное сопротивление бетона, соответствующее цилиндрическойили призменной прочности, вычисляется с учетом переходного коэффициентаk p = 0,8fck= 0,8 fG . (2.7)43c,cubeТогда условный класс бетона по прочности на сжатие записываетсяследующим образом:− для тяжелых и мелкозернистых –− для легких –flckfGlc,cubeLC′ .fckfGc,cubeC′ ;При этом условный класс бетона по прочности на сжатие может несовпадать с параметрическим рядом установленных классов бетона, например:C′ 1411,2 21,2, C′ 26,5, LC′ 28 35и т.д.Наличие, количество и расположение арматуры, толщина защитногослоя в железобетонных конструкциях определяются магнитнымметодом с помощью приборов типа ИЗС, «Ferroscan», радиографическимметодом с применением малогабаритных бетатронов ПМБ-6 и МИБ-4 илипутем вскрытия.Глубину нейтрализации бетона защитного слоя устанавливаютпутем его скалывания в заданном месте, смачивания свежеобразованнойповерхности скола 0,1 %-ным спиртовым раствором фенолфталеина илитимолфталеина и измерением толщины бесцветного участка.Ширину раскрытия трещин на уровне центра тяжести растянутойарматуры определяют не менее чем в трех местах по длине конструкции,включая место максимального раскрытия, с помощью переносных отсчетныхмикроскопов, измерительных луп.Если не представляется возможным измерить раскрытие трещин науровне сечения арматуры, допускается вычислить ее по формулеmaxkwwk= ( 0,67h − c), (2.8)0,67hmaxгде w k – ширина раскрытия трещины в месте максимального раскрытия;h – высота сечения элемента; c – толщина защитного слоя бетона.Геометрические размеры, прогибы конструкции, отклоненияот проектного положения определяются с использованием измерительногоинструмента (рулетка, шаблон, штангенциркуль, прогибомер,нивелир, теодолит).

Площадь поперечного сечения арматуры конструкции определяют сучетом фактического уменьшения в результате коррозии. Степень коррозииарматуры характеризуется глубиной и площадью поражений (сплошная,пятнами). По характеру коррозия может быть:− язвенной,− питтинговой (скрытой),− тонким налетом,− слоистой.Коэффициент ослабления арматуры коррозией вычисляют по формулеKs2 20 − d2d0d= 1 − , (2.9)где d 0 – исходный диаметр арматуры; d – средний, сохранившийся диаметрарматуры с заданной доверительной вероятностью (определяют порезультатам замеров на наиболее прокорродированных участках).Арматуру из высокопрочной проволоки в расчетах не учитываютпри наличии язвенной или питтинговой коррозии, а также, если коррозиявызвана хлоридами.Оценка состояния открытых закладных деталей выполняется визуально:определяют вид стыка и его параметры, фактическую длину и толщинусварного шва, их соответствие проекту.Нагрузки от технологического оборудования устанавливают поимеющимся документам или взвешиванием с учетом фактической схемыих размещения и опирания на конструкции.Нагрузка от собственного веса конструкций однородного участкапола, покрытия и т.п. площадью до 3000 м 2 устанавливается измерениемих поперечного сечения в не менее 5 местах и взвешиванием не менее5 отобранных проб, после чего вычисляют значение нагрузки на единицуплощади. На каждые следующие 1000 м 2 площади производят дополнительноевскрытие. Для кровель с насыпным утеплителем дополнительноследует определять толщину утеплителя в ендовах и вблизи конька.Нормативное значение постоянной нагрузки вычисляют по формулеtGk = Gkm ± SG, (2.10)nгде t – коэффициент Стьюдента, учитывающий объем испытаний и заданнуюдоверительную вероятность, S G – среднеквадратическое отклонение.44

Знак «плюс» в формуле (2.10) принимается при неблагоприятномдействии увеличения нагрузки, знак «минус» – при благоприятном.Нормативное значение временных нагрузок Q определяется в соответствии[13] с учетом Изменений № 1 от 01.07.2004, касающихся снеговойнагрузки для территории Республики Беларусь.Уточнение нагрузок от веса снега и давления ветра следует производить,если есть основания предполагать, что причиной выявленных приобследовании повреждений является увеличение этой нагрузки. В этомслучае величину нормативной снеговой и ветровой нагрузки уточняют наосновании данных статистической обработки результатов наблюденийближайших к объекту метеостанций или для снеговой нагрузки, если обследованиепроизводится в зимнее время, путем взвешивания снега, собранногос 1 м 2 площади покрытия. Если площадь покрытия не превышает3000 м 2 принимается не менее 5 мест. На каждые следующие 1000 м 2 площадиустанавливают дополнительное место взвешивания. Нормативноезначение снеговой нагрузки может вычисляться по формуле (2.10).Нормативные нагрузки, передаваемые кранами, транспортнымисредствами, определяют по данным паспортов на соответствующее оборудование,при отсутствии паспортов – путем взвешивания. При этом допускаетсяучитывать фактическое размещение зон обслуживания кранов итранспортных средств.При обследовании конструкций зданий и сооружений с источникамипылевыделения устанавливаются плотность, толщина и скорость накопленияпыли на характерных участках покрытия или перекрытия. Если площадьучастка покрытия или перекрытия не превышает 200 кв.метров плотностьопределяется по результатам взвешивания не менее 5 отобранныхпроб массой от 100 до 250 г. На каждые следующие 100 м 2 площади участкаустанавливается дополнительная проба. Толщину слоя пыли замеряют спомощью линейки при том же объеме измерений. Для определения скоростинакопления пыли через некоторое время проводится повторный замертолщины ее слоя.Расчетные значения нагрузок Fd ( Gd , Q d ) определяют путем умноженияих нормативного значения Fk ( Gk , Q k ) на частный коэффициентбезопасности γF ( γG , γ Q ) . Частный коэффициент безопасности нагрузокбетонных и железобетонных конструкций определяется согласно [8], длядругих видов конструкций (металлических, каменных и армокаменныхи др.) – согласно [13].45k

2.1.3. Натурные испытанияНатурные испытания пробной нагрузкой при обследовании производятдля конструкций, расчетно-теоретические основы которых разработаныне достаточно, а также в случаях особо ответственных конструкций.Схему нагружения и величину нагрузки согласовывают с проектной организацией.Величина испытательной нагрузки, как правило, принимается впределах расчетной. Нагрузку прикладывают этапами не более 20 % с выдержкойна каждом этапе 15 мин.При испытании определяют прогиб и ширину раскрытия трещин,которые сопоставляют с нормируемыми значениями и значениями, полученнымииз расчета. В случаях, когда фактическая схема работы конструкцииблизка к расчетной схеме, принимают критерии, регламентируемыеГОСТ 8829-85 «Конструкции и изделия бетонные и железобетонныесборные. Методы испытаний нагружением и оценка прочности, жесткостии трещиностойкости».Во время проведения испытаний необходимо принимать меры, обеспечивающиебезопасность работ: при испытании под конструкцией недолжны находиться люди, место испытаний должно быть огорожено, доступпосторонних лиц запрещен. При необходимости следует установитьстраховочные приспособления, предотвращающие обрушение испытываемыхконструкций.Выполнение требований жесткости и трещиностойкости при соответствиифактического армирования и прочности бетона конструкциипроектным требованиям свидетельствует о том, что удовлетворяютсяи требования прочности.Кроме испытаний конструкций в натурную величину может возникнутьнеобходимость в испытании модели конструкции, стыка арматуры и т.д.2.2. Оценка износа зданий и сооруженийПри технической инвентаризации, оценке их остаточной стоимости, атакже планировании ремонта и реконструкции оценивают износ (физическийи моральный) зданий и сооружений в соответствии с [7] по следующимпоказателям:− техническое состояние и эксплуатационные характеристики конструкцийи инженерных систем;46

− соответствие объемно-планировочных решений и благоустройстватребованиям действующих строительных норм;− соответствие требованиям действующих норм степени инженерногообеспечения.Физический износ конструкций оценивается по результатам общегоили детального обследования по признакам износа, характеризующим степеньюснижения (в процентах) показателей эксплуатационных качеств,или выражается отношением стоимости объективно необходимых ремонтныхработ, устраняющих их повреждения, к восстановительной стоимости.Физический износ здания в целом определяется сложением степенейизноса отдельных конструкций с учетом удельного веса их стоимости вобщей восстановительной стоимости здания (сооружения).Категория технического состояния здания в целом при техническойинвентаризации в зависимости от величины его физического износа ориентировочноможет быть определена по табл. 2.2.Таблица 2.2Физический износ здания, %До 1010…3031…5051…70Более 70Категория технического состоянияIIIIIIIVVВ соответствии [7] с моральный износ оценивается отношениемстоимости экономически целесообразных работ по приведению здания(сооружения) или отдельных его частей к требованиям действующих нормк восстановительной стоимости.Вопросы для самоконтроля1. Назовите этапы работ по установлению фактического технического состояниястроительных конструкций эксплуатируемых зданий и сооружений.2. Какие работы входят в состав обследования?3. Как классифицируются строительные конструкции в процессе предварительногообследования?4. Назовите признаки, характеризующие предаварийное состояние железобетонныхконструкций.5. Приведите примеры дефектов и повреждений, снижающих прочность, жесткостьи долговечность железобетонных конструкций.47

6. Сколько категорий характеризуют возможное состояние железобетонныхконструкций?7. Изложите методику определения категории технического состояния длягрупп конструкций, участков здания или здания в целом по результатам общего обследования.8. Каким образом оценивается физический и моральный износ эксплуатируемыхзданий и сооружений?9. В каких случаях допускается поверочные расчеты производить по результатампредварительного обследования и проектным данным?10. Какие параметры железобетонных конструкций эксплуатируемых зданий исооружений определяются при детальном обследовании?11. Назовите методы для определения прочности бетона железобетонных конструкцийэксплуатируемых зданий и сооружений.12. Изложите методику определения прочности бетона конструкций эксплуатируемыхзданий и сооружений при ускоренной оценке; статистической оценке.13. Назовите методы определения толщины защитного слоя и диаметра арматурыжелезобетонных конструкций эксплуатируемых зданий и сооружений.14. Как определяются величины постоянных и временных нагрузок, действующихна конструкции эксплуатируемых зданий и сооружений?15. В каких случаях оценка технического состояния конструкций производитсяпо результатам натурных испытаний пробной нагрузкой?Тема 3. УСТАНОВЛЕНИЕ НЕОБХОДИМОСТИ УСИЛЕНИЯ,ПОВЕРОЧНЫЕ РАСЧЕТЫ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ3.1. Поверочные расчеты железобетонных конструкцийПоверочные расчеты обследуемых конструкций производятся приизменении действующих нагрузок, объемно-планировочных решений иусловий эксплуатации с целью проверки их прочности и пригодности кнормальной эксплуатации в изменившихся условиях, а в случае обнаружениядефектов и повреждений – с целью установления фактического техническогосостояния конструкций, отличающегося от проектного.В первом случае поверочные расчеты допускается выполнять, исходяиз проектных данных о геометрических размерах конструкций, классе(марке) бетона, классе арматуры, армировании и расчетной схеме конструкции.Если требования расчетов по проектным материалам не удовлетворяютсялибо отсутствуют проектные данные, а также в случае обнаружениядефектов и повреждений, – поверочные расчеты производятся порезультатам детального обследования конструкций.48

При выполнении поверочных расчетов обследуемых конструкцийпри обосновании могут учитываться разгружающее влияние примыкающихконструкций, распора, совместная работа перекрытия с конструкциейпола и т.д.Усилия в статически неопределимых железобетонных конструкцияхот действующих нагрузок определяют по методикам, учитывающим неупругиедеформации бетона и арматуры, или в предположении их линейнойупругости с учетом допускаемого перераспределения усилий. В случаепревышения допускаемой величины перераспределения усилий необходимовыполнять проверку трещиностойкости сечений.В результате поверочных расчетов устанавливают вероятную схемуразрушения конструкции, исходя из которой производится выборспособа усиления.Поверочные расчеты обследуемых конструкций следует производитьпо ныне действующим нормам, независимо от того, что конструкциимогли быть запроектированы по ранее действовавшим нормам.Поверочные расчеты бетонных и железобетонных конструкций производятв соответствии с требованиями [8]. Конструкция считается пригоднойк дальнейшей эксплуатации без усиления, если выполняются все требования[8] по первой и второй группам предельных состояний.Расчет обследуемых конструкций по предельным состояниям второйгруппы допускается не выполнять, если прогибы и ширина раскрытиятрещин меньше предельно допустимых, а новые нагрузки не превышаютдействующие на момент обследования.При расчете должны быть проверены сечения конструкций, имеющихдефекты и повреждения, а также снижение прочности бетона на 30 %и более.3.2. Определение расчетных характеристик материаловРасчетные характеристики бетона для поверочных расчетоввычисляются путем деления на частный коэффициент безопасности нормативныхзначений, определенных по [8] в зависимости от класса бетона С(LC) (если поверочные расчеты выполняются по проектным данным обследуемыхконструкций, запроектированных по ныне действующим нормамс нормируемой характеристикой бетона на сжатие – классом бетона С(LC)) или условного класса бетона C' (LC') (если поверочные расчеты вы-49

полняются по проектным материалам обследуемых конструкций, запроектированныхпо ранее действовавшим нормам с нормируемой характеристикойбетона на сжатие – классом бетона В (СНиП 2.03.01-84*) и маркойбетона М (НиТУ 123-55, СНиП II-В.1-62*, СНиП II-21-75), или по результатамопределения фактической прочности бетона при обследовании).Значение условного класса бетона по прочности на сжатие при выполненииповерочных расчетов по проектным материалам, если в проектеобследуемой конструкции нормируемой характеристикой бетона на сжатиеявляется его класс В, следует принимать равнымfckfGc,cubeC′ , где гарантированнаякубиковая прочность бетона (после черты) совпадает со значениемего класса В, а нормативное сопротивление (перед чертой) определяетсяпо формуле (2.7).Значение условного класса бетона по прочности на сжатие привыполнении поверочных расчетов по проектным материалам, если впроекте обследуемой конструкции нормируемой характеристикой бетонана сжатие является его марка М или по результатам обследования –при ускоренной оценке – фактическая прочность бетона f c, cube,m в группеконструкций, конструкции или отдельной ее зоны, следует приниматьравнымfckfGc,cubeC′ , где гарантированная кубиковая прочность бетона(после черты) равна:− 80 %-ной кубиковой прочности бетона, соответствующей марке Mпо прочности на сжатие, или фактической прочности f c, cube,m для тяжелого,мелкозернистого и легкого бетонов;− 70 %-ной – для ячеистого бетона. При этом нормативное сопротивление(перед чертой) также определяется по формуле (2.7).Для поверочных расчетов конструкций, запроектированных по ранеедействовавшим нормам (НиТУ 123-55, СНиП II-В.1-62*), учитывается повышающийпоправочный коэффициент δ = 1,05 , характеризующий различиев марке, определенной по кубам с ребром 150 мм и 200 мм.Расчетные характеристики бетона условного класса (сопротивлениерастяжению, начальный модуль упругости и др.) определяют по таблицам [8]с использованием линейной интерполяции.При выполнении поверочных расчетов учитывают коэффициентыусловий работы бетона в соответствии с действующими нормативнымидокументами, а также влияние его дефектов и повреждений в сжатой зоне.50

Расчетные характеристики арматуры для поверочных расчетовопределяют:− по [8] исходя из класса, установленного по проектным данным;− по результатам испытаний вырезанных образцов (длиной не менее400 мм);− по результатам химического анализа;− по ее профилю, при отсутствии проектных данных и невозможностиотбора образцов для испытания.При выполнении поверочных расчетов по проектным данным обследуемыхконструкций, запроектированных по действующим нормам, или поданным испытаний вырезанных стержней (при количестве стержней одногодиаметра менее 5) при соответствии предела текучести, временного сопротивления,относительного удлинения при разрыве браковочному минимуму,а также в некоторых случаях по результатам химического анализа,расчетные характеристики определяют по [8] в зависимости от классаарматуры (для ранее выпускавшейся арматуры А300(A-II) f yd = 280МПа инапрягаемой арматуры А600(A-IV) f pd = 590 МПа).При выполнении поверочных расчетов по проектным материалам обследуемыхконструкций, запроектированных по ранее действовавшим нормам(НиТУ 123-55, СНиП II-В.1-62*, СНиП II-21-75, СНиП 2.03.01-84*) илипо результатам испытаний образцов (5 и более штук) расчетное сопротивлениеарматуры определяется по формулегде yk 0.2kf ( f ) = f ( f ) γ , (3.1)yd 0.2d yk 0.2k sf ( f ) – нормативное сопротивление арматуры, определяемое всоответствии с ниже приведенными требованиями; γ s – коэффициентбезопасности по арматуре, принимаемый равным для расчета по предельнымсостояниям первой группы:− для ненапрягаемой стержневой (S240, S400, S500), а также ранеевыпускавшейся ненапрягаемой арматуры А300(A-II) – 1,15;− для ненапрягаемой проволочной (S500) и напрягаемой стержневой(S800, S1200), напрягаемой проволочной арматуры и арматурныхканатов (S1400), а также ранее выпускавшейся напрягаемой арматурыА600(A-IV) – 1,25.При расчете по предельным состояниям второй группы γ s = 1,0 .51

Нормативное сопротивление арматуры растяжению при поверочныхрасчетах по проектным материалам определяется по [8] в зависимостиот класса арматуры.Нормативное сопротивление арматуры при поверочных расчетахпо результатам испытаний на растяжение в количестве вырезанных образцоводного диаметра 5 и более принимается равным средним значениямпредела текучести (условного предела текучести), полученным при испытаниии деленным на коэффициенты: 1,1 – для ненапрягаемой арматуры (S240, S400, S500), а также ранеевыпускавшейся напрягаемой арматуры А600(A-IV); 1,2 – для ненапрягаемой проволочной (S500) и напрягаемой арматуры(S800, S1200, S1400).При достаточном для статистической оценки прочности арматурыобъеме испытаний (количество вырезанных образцов 9 и более) нормативноесопротивление арматуры может определяться по формуле (2.6).Расчетные сопротивления арматуры растяжению при отсутствиипроектных данных и невозможности отбора образцов допускается назначатьв зависимости от профиля арматуры: для гладкой арматуры f = 155 МПа ;yd для арматуры периодического профиля, имеющего выступы:− с одинаковым заходом на обеих сторонах профиля («винт»)f = 245 МПа ;yd− с одной стороны правый заход, а с другой левый («елочка»)f = 295 МПа ;yd для арматуры серповидного профиляf = 315 МПа .Расчетные предельные напряжения сжатия σ s,cu принимаютсяравными расчетным сопротивлениям арматуры растяжениюydf yd, но не болеезначения 500 МПа (при расчете по альтернативной модели).Расчетные сопротивления поперечной арматуры f ywd снижаютсяпо сравнению сf yd путем умножения на коэффициенты условий работы:γ s1 = 0,8 – для учета неравномерности распределения напряжений подлине; γ s2 = 0,9 – для учета возможности хрупкого разрушения стержневойарматуры диаметром менее 1 3 диаметра продольных стержней всварных каркасах.52

3.3. Учет дефектов и поврежденийПри местном разрушении бетона сжатой зоны конструкции поверочныйрасчет производится при фактических геометрических размерахпоперечного сечения за вычетом разрушенного участка.При наличии силовых продольных трещин в месте сопряжения полкии ребра изгибаемых элементов таврового поперечного сечения площадьсечения свесов полки в расчете не учитывается.При наличии продольных трещин в зоне анкеровки рабочей арматуры красчетному сопротивлению арматуры вводится понижающий коэффициент,равный: 0,5 – для средних стержней рядов арматуры; 0,25 – для угловых.При местном снижении прочности бетона сжатой зоны, когда вней расположен бетон разного класса, поверочный расчет (по альтернативноймодели) железобетонного элемента производится по приведенномурасчетному сопротивлению бетонаnf f S Scd , red cdi ci cii= 1 i=1n= ∑ ∑ , (3.2)где f cdi – расчетное сопротивление бетона на i-том участке сжатой зоны;S ci – статический момент i-того участка относительно оси, проходящейчерез центр тяжести растянутой или менее сжатой арматуры.Если в результате расчета окажется, что сжатая зона находится толькона участке бетона одного класса, то в расчетах вместо f cd , red следуетпринимать расчетное сопротивление бетона этого участка f cdi и уточнитьвысоту сжатой зоны бетона.При повреждении арматуры коррозией, обрыве части стержней арматурыповерочный расчет производится с учетом фактического уменьшениясечения или отсутствия части арматуры железобетонного элемента.В случае повреждения поперечной арматуры (или мест ее сварки),закрепляющей продольные сжатые стержни от их бокового выпучивания влюбом направлении, и увеличении расстояния между хомутами более допустимогопо [8] продольные сжатые стержни в расчете не учитываются.При нарушении анкеровки (сварки, охвата продольной арматуры) поперечнойарматуры, предусмотренной для восприятия поперечных сил, поконцам к расчетному сопротивлению поперечной арматуры вводится понижающийкоэффициент, вычисляемый по формуле1 n ⎛ lx,i⎞γ s3= ∑ , (3.3)n ⎜i=1 l ⎟⎝ bd , i ⎠где l x,i – меньшее из расстояний от начала зоны анкеровки i-того поперечногостержня до места пересечения его расчетным наклонным сечени-53

ем; l bd , i – требуемая длина зоны анкеровки i-того поперечного стержня;n – количество поперечных стержней по длине расчетного сечения.3.4. Алгоритм оценки технического состоянияжелезобетонных конструкцийВ результате поверочных расчетов железобетонных конструкций всоответствии с алгоритмом, представленным на рис. 3.1, категория техническогосостояния конструкции уточняется.Ремонтно-восстановительные работы планируются исходя из категориисостояния.Так, I категория состояния свидетельствует об отсутствии необходимостивыполнения ремонтно-восстановительных работ. Малозначительныедефекты устраняются в процессе технического обслуживания.II категория – дефекты и повреждения устраняются, конструкциипокрываются защитными составами в процессе технического обслуживанияи текущего ремонта.III категория – необходимо восстановление защитных свойств бетонапо отношению к арматуре (штукатурка сколов, инъецирование трещин,окраска и т.д.) в процессе ремонта.IV категория – необходимо ограничение нагрузок, капитальный ремонт,усиление или замена конструкций при отсутствии угрозы безопасностиработающих.V категория – необходимо вывести людей из опасной зоны, выполнитьпротивоаварийные мероприятия (разгрузка, временные крепления ит.д.) до проведения работ по усилению или замене конструкций.Для железобетонных конструкций с разработанными расчетнотеоретическимиосновами или испытанных до разрушения критерием аварийностиявляется коэффициент K , равный отношению усилий, соответствующихпрочности с учетом фактического состояния конструкции, определяемыхрасчетом по средним значениям прочности бетона ( f cm , f ctm )и арматуры ( f yR = 1,1 f yk , f pR = 1,0 f yk или f yR = f ym ) или испытанием, кусилиям от фактически действующих нагрузок.Значение коэффициента K , меньшее, чем C , свидетельствует о предаварийномсостоянии конструкций (V категория состояния).C = 1,3 – при внезапной, хрупкой схеме разрушения конструкции посжатой зоне в нормальном сечении, в зоне среза при действии поперечной54

силы или по анкеровке арматуры, по пространственному сечению от действиякрутящего момента и поперечной силы, при продавливании;C = 1,15 – при пластичном разрушении от текучести арматуры внормальном сечении, по пространственному сечению от действия крутящегои изгибающего моментов.Рис. 3.1. Алгоритм оценки технического состояния железобетонных конструкций55

Вопросы для самоконтроля1. По каким нормативным документам производятся поверочные расчетыстроительных конструкций эксплуатируемых зданий и сооружений, запроектированныхпо ранее действовавшим нормам?2. Как определяются расчетные характеристики бетона железобетонных конструкцийэксплуатируемых зданий и сооружений?3. Как определяются расчетные характеристики арматуры железобетонных конструкцийэксплуатируемых зданий и сооружений?4. Как в поверочных расчетах железобетонных конструкций эксплуатируемых зданийи сооружений учитывается наличие продольных трещин в зоне анкеровки арматуры?5. Как в поверочных расчетах железобетонных конструкций эксплуатируемыхзданий и сооружений учитывается местное снижение прочности бетона сжатой зоны?6. Изложите алгоритм выполнения поверочных расчетов железобетонных конструкцийэксплуатируемых зданий и сооружений с целью уточнения их категории состояния.7. Какие виды ремонтно-восстановительных работ производятся в зависимостиот категории состояния железобетонных конструкций эксплуатируемых зданий и сооружений?8. Как расчетным путем устанавливается предаварийное состояние железобетонныхконструкций эксплуатируемых зданий и сооружений?Тема 4. ПОВЕРОЧНЫЕ РАСЧЕТЫЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙНА ОСНОВЕ ДЕФОРМАЦИОННОЙ МОДЕЛИ4.1. Общие положенияВ соответствии с [8] расчет прочности бетонных и железобетонныхэлементов производится на основе деформационной модели из общего условияметода предельных состоянийS ≤ R , (4.1)гдеdS d – внутреннее усилие, вызванное расчетным воздействием в рассматриваемомсечении конструкции; R d – предельное усилие, которое способнавоспринять конструкция, и определяемое в общем случае: при нелинейных расчетах конструкцийdRR = f f f a , (4.2)γ( , , ,..., )d cm yR pR dRгде f cm – прочность бетона, которую следует принимать по [8, табл. 6.1]исходя из класса бетона (условного класса бетона) или по результатам ис-56

yRpRпытания бетона; f , f – прочность арматуры (обычной и предварительнонапряженной); a d – геометрические размеры сечения; γ R – коэффициент,который следует принимать равным 1,35. при линейно-упругом расчете конструкций или нелинейном,пластическом расчетах сечений⎛ α ⋅ f f yk 0,9 ⋅ fckpk ⎞Rd= R⎜ , , ,..., ad⎟ . (4.3)⎝ γc γs γs⎠Метод расчета железобетонных элементов на основе деформационноймодели с использованием диаграмм «напряжение-деформация» для бетонаи арматуры позволяет производить поверочные расчеты конструкцийс произвольной формой поперечного сечения из тяжелых и легких бетоновс различными физико-механическими характеристиками бетона по сечениюэлемента и произвольным расположением арматуры любых классов.Согласно принятой деформационной модели сечение железобетонногоэлемента рассматривается как совокупность элементарных площадок,в пределах которых напряжения считаются равномерно распределенными,а относительные деформации по высоте сечения элемента связанны гипотезойплоских сечений.При расчете сечений простой формы с арматурой, сосредоточеннойу наиболее растянутой и наиболее сжатой граней конструкции, и усилиями,действующими в плоскости симметрии, допускается применять альтернативнуюмодель с прямоугольной эпюрой распределения напряженийв пределах эффективной высоты сжатой зоны сечения.4.2. Диаграммы деформирования бетонаПри выполнении нелинейных расчетов конструкций в качествеполной диаграммы бетона, устанавливающей зависимость между напряжениямии деформациями, принимается диаграмма состояния бетона сниспадающей ветвью, рекомендованная Европейским комитетом по бетону(ЕКБ-ФИП) (рис. 4.1):kη − ησ c = fcm;1 + − 2 η2( k )2tηt − ηtkσ ct = fctm(4.4)1 + − 2 η( k )ttгдеk1,1Ecm , n ε c 1= ;fcmεcη = ; εc1ktEcm, nεctm1= ;fctmεctη = . εct157

Начальный модуль деформаций для тяжелого и мелкозернистого бетонов(МПа) вычисляется по формулеE0,3⎛ fcm⎞, = 22 ⋅ ⎜ ⋅1010⎟⎝ ⎠cm n3. (4.5)Предельные деформации бетона при сжатии принимаются по [8] взависимости от класса бетона в пределахрастяжении – ε ctu = 2 fctm Ecm,n .−3ε cu1 = ( −3,5... − 2,8) ⋅ 10 , приРис. 4.1. Диаграмма состояния бетона при нелинейных расчетах конструкцийОсновные базовые точки в вершинах диаграммы имеют ординаты,соответствующие средней прочности бетона при осевом однородномсжатии f cm или растяжении f ctm , и соответствующие им деформации−3ε c1 = ( −1,7... − 2,8) ⋅ 10 или ε ct1 = 1,5 fctm Ecm,n .Для обследуемых конструкций, подвергающихся специфическимвоздействиям, когда изменяются исходные физико-механические свойствабетона, нелинейную диаграмму его состояния следует трансформировать сучетом опытных данных и коэффициентов условий работы.При выполнении линейно-упругих расчетов конструкций или нелинейного,пластического расчета сечений допускается работу бетона на58

растяжение не учитывать, а при сжатии применять параболически линейнуюдиаграмму (рис. 4.2, а), для которой взаимосвязь между напряжениямии деформациями описывается следующими зависимостями:⎡ ⎛ εσ c = α fcd⎢1 − ⎜1−⎢ ⎝ ε⎣cfcdcc2⎞⎟⎠n⎤⎥⎥⎦при 0 ≤ ε c < ε c2, (4.6)σ = α при εc2 ≤ εc ≤ ε cu2, (4.7)где n – показатель степени, принимаемый по [8], (n = 2…1,4); ε с2 – относительныедеформации, соответствующие максимальным напряжениям надиаграмме; f cd – расчетное сопротивление бетона; α – коэффициент, учитывающийдлительное действие нагрузки.При выполнении расчетов прочности сечений может быть использованатакже эквивалентная упрощенная билинейная диаграмма деформированиябетона при сжатии (рис. 4.2, б) с относительными деформациями,соответствующими максимальным напряжениям на диаграмме ε с3 .абРис. 4.2. Диаграммы деформирования для бетона при сжатии, применяемыепри расчете прочности сечений: а – параболически-линейная; б – упрощенная билинейная;1 – нормативная диаграмма; 2 – расчетная диаграммаВеличина предельных относительных деформаций сжатого бетонаε cu2 (ε cu3 ) принимается по [8]. При этом предельные относительные деформациисжатого бетона не должны превышать:а) для центрально-сжатых сечений – значений ε cu2 (ε cu3 );б) для внецентренно сжатых сечений (с двузначной эпюрой относительныхдеформаций) – ε cu2 (ε cu3 ).Во всех промежуточных ситуациях принято такое распределение относительныхдеформаций по высоте, когда на расстоянии, равном59

⎛ εc2⎞ ⎛ εc3⎞⎜1 − ⎟hили ⎜1 − ⎟hот наиболее сжатой грани сечения, значения⎝ εcu2⎠ ⎝ εcu3⎠относительных деформаций не должны превышать ε cu2 (ε cu3 ).Переход от диаграмм для расчета прочности сечений к расчетным диаграммам,используемым в расчетах деформаций и трещиностойкости, производитсязаменой расчетных сопротивлений нормативными. При этом расчетныезначения деформационных параметров базовых точек диаграмм бетонаостаются неизменными.4.3. Диаграммы деформирования арматурыВ качестве диаграммы деформирования арматуры, имеющей физическийпредел текучести, принимается билинейная диаграмма Прандтля сосновной и дополнительной базовыми точками (рис. 4.3, а), для арматурыс условным пределом текучести – диаграмма, состоящая из двух прямолинейныхотрезков с двумя базовыми точками (рис. 4.3, б). Форма и основныепараметрические точки диаграмм деформирования арматуры при растяжениии сжатии принимаются одинаковыми.абРис. 4.3. Нормативная (1) и расчетная (2) диаграммы деформирования арматуры:а – с физическим пределом текучести; б – с условным пределом текучести60

При выполнении линейно-упругих расчетов конструкций или нелинейного,пластического расчета сечений основная базовая точка диаграммысостояния арматуры имеет координаты, равные принятому в [8]нормативному сопротивлению арматуры растяжению f yk ( f0.2k) и соответствующиеему деформации ε sy : для арматуры с физическим пределом текучестиε = f E ; (4.8)sy yk sm для арматуры с условным пределом текучестиε sy = f0.2k Esm+ 0,002 . (4.9)ε su = εsR≤ , где sRПараметры дополнительной базовой точки диаграммы деформированияарматуры вычисляются по формуле ftk= kf0.2k, где k принимаетсяравным: 1,05 – для стержневой арматуры класса S500; 1,1 – для арматуры класса S800, S1200, S1400.Расчетные значения прочностных параметров диаграммы состоянияарматуры определяют с учетом частного коэффициента безопасности поарматуре γ s , равного: 1,1 – для стержневой ненапрягаемой S240, S400, S500; 1,2 – для проволочной ненапрягаемой S500 и напрягаемой S800,S1200, S1400.Величину предельных относительных деформаций растянутой арматурыследует принимать равной 0,01 ε – предельная относительнаядеформация растянутой арматуры, установленная экспериментальноили в соответствии со стандартами.Начальный модуль деформаций для горячекатаной, термомеханическиупрочненной и холоднодеформированной арматуры принимается равным2⋅10 5 МПа, для арматурных канатов – 1,9⋅10 5 МПа или по результатамиспытаний.Расчетные значения деформационных параметров диаграмм состоянияарматуры определяются по расчетным значениям прочностных параметров.При нелинейных расчетах конструкций основная базовая точкадиаграммы состояния арматуры имеет координаты, равные f = 1,1 f ,f pR = 1,0 f pk или f yR = f ym (при выполнении поверочных расчетов по результатамиспытаний стержней арматуры) и соответствующие им относительныедеформации.yRyk61

4.4. Расчет прочности железобетонных элементов по сечению,нормальному к продольной осиРасчет прочности железобетонных элементов по сечению, нормальномук продольной оси, производится из условий равновесия, гипотезы плоских сеченийи диаграмм состояния бетона и арматуры (рис. 4.4).Для изгибаемых элементов∑∑⎧ σ cn Acn yn + σ sk Ask yk= 0⎪ nkσ cn Acn + σ sk Ask= 0⎪∑∑⎨nk1 1⎪ε cn = ( y0 − yn ) ε sk = ( y0− yk)⎪ rr⎪⎩ σ cn = f ( ε cn ) σ sk = f ( ε sk ).Для внецентренно сжатых и внецентренно растянутых⎧⎪⎪∑σ cn Acn yn + ∑σ sk Ask yk mNSdeN= 0⎪ nk⎪∑σ cn Acn + ∑σ sk Ask mNsd= 0nk⎪ 1NSd⎨ ε cn = ( y0− yn) m⎪ r ∑ E′ A + ∑ E′A⎪nk1 N( 0 )Sd⎪ε sk = y − ykm⎪ r ∑ E′ A + ∑ E′A⎪ nk⎪⎩ σ cn = f ( ε cn ) σ sk = f ( ε sk ).cn cn sk skcn cn sk sk(4.10)(4.11)Алгоритм определения прочности железобетонных элементов посечению, нормальному к продольной оси, предусматривает шаговый методпоследовательных нагружений, на каждом этапе которого реализован итерационныйпроцесс вычисления относительных деформаций в элементарныхплощадках.При заданном усилии от внешней нагрузки первоначально вычисляетсяположение центра тяжести сечения элемента в предположении упругойработы бетона и арматуры Ecn ′ = Ecmи Esk ′ = Esm:y0 = ⎛ ⎜ Ecn ′ Acn yn + Esk ′ Ask y ⎞ k ⎟ ⎛ ⎜ Ecn ′ Acn + Esk ′ A⎞sk ⎟⎝ n k ⎠ ⎝ n k ⎠∑ ∑ ∑ ∑ , (4.12)где E′cn и E′sk – секущие модули деформации элементарной площадкисоответственно бетона и арматуры; y n и y k – расстояния от выбранной62

оси элемента до центра тяжести элементарной площадки бетона и арматуры;A cn и A sk – площади сечения элементарной площадки бетона и арматуры;n и k – количество элементарных площадок бетона и арматуры.абA ′sРис. 4.4. Расчетное поперечное сечение и распределение деформацийи напряжений: а – изгибаемого железобетонного элемента; б – внецентренно сжатогоПри заданном положении нейтральной линии определяется кривизнаизгибаемого железобетонного элемента1 ⎛= M ⎜ E A y − y + E A y − yr ⎝ nk2 2∑ ′ ( 0 ) ∑ ′ ( 0 ) . (4.13)y cn cn n sk sk kНа основе гипотезы плоских сечений относительные деформацииэлементарной площадки бетона и арматуры:11ε cn = ( y0− yn), ε sk = ( y0− yk) ; (4.14)rrсекущие модули деформаций бетона и арматуры:Eσcncn′sk= , Eskε cnsk63σ′ = . (4.15)ε⎞⎟⎠

Если напряжения растяжения в бетоне элементарной площадки превышаютпредельные значения, это свидетельствует об образовании трещиныв этой площадке. В дальнейших расчетах осевая жесткость этой элементарнойплощадки принимается равной нулю, то есть E′ A = 0 .Найденные секущие модули деформаций вводятся в расчет в новомрасчетном цикле. Критерием окончания процесса последовательных приближенийявляется сравнение общих деформационных параметров насмежных этапах.После окончания итерационного процесса при заданном усилии отвнешней нагрузки производится увеличение усилия на одну ступень и расчетповторяется. Максимальное усилие от внешней нагрузки, при которомотносительные деформации в бетоне или арматуре достигают предельныхзначений, соответствуют прочности железобетонного элемента.Для внецентренно нагруженных железобетонных элементов алгоритмоценки прочности аналогичный изгибаемым элементам. Относительныедеформации элементарной площадки согласно гипотезе плоских сеченийопределяются по формуле( − 0 )( 0 − ( ) )N e y y y Nε = +Sd N n k Sdn( k) 2 2∑ Ecn ′ Acn ( y0 − yn ) + ∑ Esk ′ Ask ( y0− yk) ∑ Ecn ′ Acn + ∑ Esk ′ Asknknkcncn, (4.16)где N – продольная сила (растягивающая сила принимается со знаком«плюс», сжимающая – «минус»); e N – расстояние от места приложениясилы до выбранной оси.Для косого изгиба и косоговнецентренного сжатия расчет прочностипроизводится аналогично относительнодвух взаимно перпендикулярныхосей (рис. 4.5).Рис. 4.5. Расчетное поперечноесечение кососжатого железобетонногоэлементаДля сокращения записи подi -той элементарной площадкой изn -ного их количества принимаетсяэлементарная площадка бетона илиарматуры.64

Уравнения напряженно-деформированного состояния для сечения,нормального к продольной оси элемента, имеют вид: для косоизгибаемых элементов⎧n⎪∑σi Ai ( y0− yi ) − M y = 0⎪i = 1 n⎪∑σi Ai ( x0− xi ) − M x = 0⎪i = 1⎪ n⎨∑ σ i Ai= 0(4.17)⎪i= 1⎪ ⎛ 1 ⎞ ⎛ 1 ⎞ε i = ( y0 − yi ) + ( x0− xi)⎪ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ r ⎠ y ⎝ r ⎠x⎪⎪ σ i = f ( ε i );⎪⎩ для кососжатых элементов⎧ n⎪∑σi Ai ( y0 − yi ) − NSd ( y0− eNy) = 0⎪i = 1 n⎪ σi Ai ( x0 − xi ) − NSd ( x0− eNx) = 0⎪∑i = 1⎪ n⎨∑σi Ai − NSd= 0⎪i= 1⎪ ⎛ 1 ⎞ ⎛ 1 ⎞ε = ( y − y ) + ( x − x ) +⎪ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎪⎪⎪⎩ σ i = f ( ε i ).i 0 i 0 irnyr x∑Ni=1SdE′Aii(4.18)Относительные деформации i -той элементарной площадки бетона илиарматуры согласно гипотезе плоских сечений определяются по формулам: для косоизгибаемых элементов( − )( − )M y y M x xε = +y 0 i x 0 ii n 2 n∑ Ei′ Ai ( y0 − yi ) ∑ Ei′Ai x0xii = 1 i = 1 для кососжатых элементов( )( )( − )( )( )N e − y y − y N e − x x − x Nε = + +2; (4.19)Sd Ny 0 0 i Sd Nx 0 0 i Sdi n 2n 2 n∑ Ei′ Ai ( y0 − yi ) ∑ Ei′ Ai ( x0− xi ) ∑ Ei′Aii = 1 i= 1 i=1, (4.20)где M y и M x – составляющие изгибающего момента соответственно вплоскости оси y и x ; e Ny и e Nx – расстояние от места приложения про-65

дольного усилия до принятых осей, y 0 и x 0 – расстояние от центра тяжестисечения до принятых осей.Поверочные расчеты железобетонного элемента по сечению, нормальномук продольной оси, на аварийность (установление категории состоянияV или IV) производятся для усилий от фактически действующихнагрузок по диаграммам деформирования при средних значениях прочностныххарактеристик бетона и арматуры.4.5. Расчет раскрытия трещинПоверочные расчеты по раскрытию трещин, нормальных к продольнойоси железобетонного элемента, следует производить из условиягдеkwkw – расчетная ширина раскрытия трещин; w≤ w , (4.21)limlim– предельно допустимаяширина раскрытия трещин.Расчетная ширина раскрытия трещин, нормальных к продольной осиэлемента, равнагдеw= β ⋅ s ⋅ ε , (4.22)k rm sms rm – среднее расстояние между трещинами; ε sm – средние деформацииарматуры, определяемые при соответствующей комбинации нагрузок;β – коэффициент, учитывающий отношение расчетной ширины раскрытиятрещин к средней.Значение средней деформации растянутой арматуры ε sm следует определятьпо формулеε sm = εs ⋅ ψ s , (4.23)где ε s – деформация растянутой арматуры в сечении с трещиной, определяемаяв общем случае из решения расчетной системы уравнений деформационноймодели; ψ s – коэффициент, учитывающий неравномерность распределениядеформаций растянутой арматуры на участках между трещинами.Среднее расстояние между нормальными трещинами в изгибаемых ирастянутых элементах (в мм) равноs = 50 + 0,25 ⋅ k ⋅ krm1 2∅ρeff, (4.24)где ∅ – диаметр стержня (в мм) (при использовании в одном сечениистержней разных диаметров допускается принимать их средний диаметр);66

k 1 – коэффициент, учитывающий условия сцепления арматуры с бетоном;k 2 – коэффициент, учитывающий вид напряженно-деформированного состоянияэлемента; ρ eff – эффективный коэффициент армирования, равныйотношению значения площади сечения арматуры A s , заключенной внутриэффективной площади растянутой зоны сечения A c,eff , к значению этойплощади (рис. 4.6):а) балкиAsρ eff = . (4.25)Ac,effxhdА c,effцентр тяжестиарматурыh c,effб) плитыэффективнаяплощадьhdxцентр тяжестиарматурыэффективнаяплощадьв) элементы, подвергнутые растяжениюh c,effhddцентр тяжестиарматурыh c,effh c,effэффективнаяплощадьh c,effh c,eff – меньшее из значений 2,5( h − d), ( h − x) 3 ,Рис. 4.6. К определению эффективной площади растянутой зоны сечения67

4.6. Расчет по деформациямПоверочный расчет железобетонных конструкций по деформациямследует производить из условияak≤ a , (4.26)где a k – прогиб (перемещение) железобетонной конструкции от действиявнешней нагрузки, a lim – предельно допустимый прогиб (перемещение).Вычисление прогибов (перемещений) железобетонных элементов отдействия внешних нормативных нагрузок производится по общим правиламстроительной механики по значениям кривизны по длине железобетонныхконструкций, определяемым в общем случае из решения расчетнойсистемы уравнений деформационной модели при нормативных диаграммахдеформирования бетона и арматуры.68limВопросы для самоконтроля1. Из какого общего условия метода предельных состояний производится расчетпрочности бетонных и железобетонных элементов?2. При каких расчетах предельного усилия, воспринимаемого железобетоннымиконструкциями, применяется общий коэффициент безопасности к прочности всегосечения?3. При каких расчетах предельного усилия, воспринимаемого железобетоннымиконструкциями, применяются частные коэффициенты безопасности к прочностибетона и арматуры?4. В каких случаях для железобетонных элементов допускается применять альтернативнуюмодель расчета прочности по сечению, нормальному к продольной оси, спрямоугольной диаграммой распределения напряжений в пределах эффективной высотысжатой зоны сечения?5. Какие предпосылки положены в основу расчета прочности железобетонных элементовпо сечению, нормальному к продольной оси, согласно деформационной модели?6. Назовите основные базовые точки полной диаграммы деформирования бетонапри нелинейных расчетах конструкций.7. Каким образом в расчете по деформационной модели учитываются специфическиевоздействия, изменяющие исходные физико-механические свойства бетона?8. Какой формы допускается использовать диаграмму деформирования бетонапри линейно-упругих расчетах конструкций и нелинейном расчете сечений?9. Каким образом при линейно-упругих расчетах конструкций и нелинейномрасчете сечений осуществляется переход от диаграмм для расчета прочности сечений красчетным диаграммам, используемым в расчетах деформаций и трещиностойкости?10. Какой формы при расчетах железобетонных конструкций по деформационноймодели применяются диаграммы деформирования арматуры с физическим пределомтекучести; с условным пределом текучести?11. Запишите основные условия расчета параметров напряженнодеформированногосостояния для сечения, нормального к продольной оси, для изгибаемых(внецентренно сжатых) железобетонных элементов по деформационной модели.

12. Изложите алгоритм определения прочности железобетонных элементов посечению, нормальному к продольной оси, на основе деформационной модели.13. Изложите методику расчета раскрытия трещин, нормальных к продольнойоси, железобетонных элементов на основе деформационной модели.14. Как производится поверочный расчет железобетонных конструкций по деформациям?Тема 5. ОЦЕНКА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯКАМЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ5.1. Дефекты и повреждения каменных конструкцийФактическое техническое состояние каменных и армокаменных конструкцийзданий и сооружений (аналогично выше рассмотренным железобетоннымконструкциям) устанавливается в результате их обследования,поверочных расчетов и натурного испытания.Дефекты и повреждения каменных и армокаменных конструкций, оказывающиевлияние на их техническое состояние, появляются в результатеследующих воздействий: механических (статических и динамических), коррозионных,температурно-влажностных, а также неравномерных осадок основанияпод фундаментами (по характеру расположения трещин в кирпичныхстенах здания можно судить о причинах их возникновения, рис. 5.1).агбдвРис. 5.1. Расположение трещин в кирпичной кладке стен и причины их возникновения:а – слабый грунт под средней частью здания; б – то же у торца здания;в – твердый грунт под средней частью здания; г – просадка части здания;д – разные давления в подошве фундаментов при разнонагруженных стенах69

Дефекты и повреждения, характерные для каменных конструкций,принято классифицировать по следующим признакам: по происхождению дефектов и повреждений:− низкое качество выполнения работ (нарушение толщины швов,правила перевязки, отклонение от вертикали и т.д.),− низкое качество материалов (искривление граней кирпича, низкаяморозостойкость и т.д.),− ошибки проектирования (неправильный учет нагрузок, их эксцентриситетовприложения и т.д.); по времени проявления дефектов и повреждений:− в период строительства,− при длительном перерыве в строительстве без консервации,− в период плановой эксплуатации,− после выработки сроков эксплуатации; по способам обнаружения дефектов и повреждений:− явный дефект (обнаруживается при визуальном наблюдении),− скрытый дефект (выявляется с применением известных методови средств); по степени влияния дефектов и повреждений:− незначительная степень (прочность кладки снижена до 5 %, усилениене требуется),− слабая степень (прочность снижена до 15 %, усиление требуетсяпри наличии трещин в зависимости от величины действующей нагрузки),− средняя степень (прочность снижена до 25 %, усиление обязательно),− сильная степень (прочность снижена до 50 %, усиление обязательно),− аварийная степень (прочность кладки снижена более чем на 50 %,необходимы противоаварийные мероприятия, технико-экономическоеобоснование усиления или замены); по возможности устранения дефектов и повреждений:− устранимые (устранение которых возможно и целесообразно),− неустранимые; по видам повреждений:− повреждения защитных и отделочных слоев кладки,− повреждения основного материала,− повреждения, связанные с увлажнением и размораживанием,− повреждения, вызванные деформациями стен и нарушением ихсплошности.70

5.2. Особенности обследования каменных конструкцийОбследование каменных конструкций, также как и железобетонных,выполняется в два этапа: предварительное (визуальное) и детальное (инструментальное).Кроме этого производят отбор и лабораторное испытаниеобразцов материала. На стадии предварительного обследования выявляютконструкции, находящиеся в предаварийном состоянии, принимают меры,предотвращающие обрушение. Инструментальное обследование производитсяоднократно, если деформации, вызвавшие повреждения, прекратились,иначе организовывается длительное наблюдение с установкой маяков.Предаварийное состояние каменных и армокаменных конструкцийхарактеризуется следующими признаками:− силовые трещины раскрытием более 2 мм, пересекающие более8 рядов кладки (рис. 5.2, а);− образование под опорами пролетных конструкций вертикальных инаклонных трещин, пересекающих более 4 рядов (рис. 5.2, б);− краевое повреждение кладки под опорами на глубину более1 5 опирания (рис. 5.2, в);− повреждение кладки на глубину более 50 % толщины (рис. 5.2, г);− отклонение от вертикали и выпучивание стен в пределах этажаболее 1 3 их толщины (рис. 5.2, д);− смещение конструкций перекрытия на опорах более 1 2 глубинызаделки в стене (рис. 5.2, е);− разрушение анкерных связей крепления стен к колоннам и перекрытиям(рис. 5.2, ж).5.3. Определение расчетных характеристик материаловКаменная кладка является неоднородным материалом. Она состоитиз отдельных камней, находящихся под воздействием нагрузки в условияхсложного напряженно-деформированного состояния, которые объединеныслоем раствора. Поэтому прочность и деформативность каменной кладкизависит от многих факторов: вида и прочности камня, прочности раствора,вида напряженного состояния, качества выполненной кладки (заполнения,толщины и необходимой перевязки швов, соблюдение горизонтальностирядов) и др. Методика определения непосредственно прочности каменнойкладки эксплуатируемых конструкций отсутствует, поэтому прочность определяетсякосвенно по характеристикам камней и раствора.71

абвгдежРис. 5.2. Признаки предаварийного состояния каменных конструкцийРасчетное сопротивление каменной кладки для поверочных расчетовопределяется исходя из марки кирпича М и марки раствора М (привыполнении расчетов по проектным данным) или из условной марки кирпичаM ′и условной марки раствора M ′(при выполнении поверочных расчетовпо результатам испытаний) по [12] с учетом коэффициентов условийработы. Для промежуточных значений условных марок кирпича и раство-72

ра, отличающихся от значений параметрического ряда, расчетное значениекаменной кладки определяется линейной интерполяцией.Условная марка кирпича определяется по результатам испытания –не менее 5 образцов-двоек при сжатии и не менее 5 образцов при изгибе всоответствии с требованиями ГОСТ 8462-85. Допускается определятьпрочность кирпича при сжатии на образцах-цилиндрах диаметром 50 мм,высверленных из кирпича кладки, или ультразвуковым методом. Значенияпредела прочности кирпича при сжатии R сж , изгибе R изг и среднее R определяютсяпо формулам:Rcж,i= P , R 3A изг, i = Pl2, R = 1 Ri2bhn∑ ,nгде P – разрушающее усилие, A – площадь поперечного сечения образца-двойки,l – расстояние между опорами при испытании кирпича на изгиб;b,h – ширина и высота поперечного сечения кирпича, n – количествоиспытаний.Условная марка раствора устанавливается по результатам испытанияне менее 5 образцов-кубов с ребром 30…40 мм, изготовленных из двухпластинок раствора, отобранных из горизонтальных швов кладки и склеенныхгипсовым тестом. Условная марка определяется как среднее значение,умноженное на коэффициент 0,7.5.4. Поверочные расчеты каменных конструкцийтрПрочность каменных конструкций эксплуатируемых строительныхсооружений определяется поверочными расчетами на основании данных,полученных при обследовании. При этом учитываются дефекты и повреждения,снижающие прочность:– трещины;– разрушение поверхностных слоев кладки;– наличие эксцентриситетов, вызванных отклонением от вертикали;– нарушение конструктивной связи между стенами;– повреждение опор балок, перемычек, смещение элементов.Вертикальные силовые трещины учитываются введением понижающегокоэффициента K к расчетному сопротивлению каменной кладки R в соответствиис [38] (табл. 5.1).73

Характеристика трещин1. Трещины в отдельных кирпичах, не пересекающиерастворные швы.2. Волосные трещины, пересекающие не более2-х рядов.3. То же, не более 4-х рядов.4. Трещины раскрытием до 2 мм, пересекающиене более 8 рядов5. То же, более 8 рядовK трТаблица 5.1неармированный армированный10,90,750,50110,90,70,5Условие прочности имеет видN ≤ N ( R, K ) , (5.1)Sd Rd mpгде R – расчетное сопротивление каменной кладки.Коэффициент запаса прочности каменных и армокаменных конструкцийравен отношению усилия, соответствующего фактической прочностикаменной кладки, рассчитанной по средним значениям, к действующемуусилию от фактической нагрузки.NRd( R, Kmp)K = (5.2)NЕсли K < C , состояние элемента характеризуется как предаварийное,где C – коэффициент аварийности:– C = 1,7 – для неармированной кладки;– C = 1,5 – для армированной кладки.При известных марках кирпича и раствора среднее значение пределапрочности кладки R принимается равнымSdR = 2R. (5.3)При отклонении от вертикали или выпучивании стен в пределах этажана величину до 1 3 толщины прочность определяется с учетом фактическогоэксцентриситета от вышерасположенной нагрузки.В случае образования вертикальных трещин в местах пересечениястен или разрыва поперечных связей между стенами прочность и устойчивостьстен определяются с учетом фактической свободной высоты стенымежду точками сохранившихся связей.74

При смещении прогонов, плит перекрытий и покрытий на опорахдолжна выполняться проверка прочности каменных элементов на местноесмятие и внецентренное сжатие по фактической величине эксцентриситетаи площади опирания прогонов и плит перекрытий.Вопросы для самоконтроля1. Приведите примеры дефектов и повреждений, характерных для каменныхконструкций эксплуатируемых зданий и сооружений.2. По каким признакам классифицируются дефекты и повреждения каменныхконструкций эксплуатируемых зданий и сооружений?3. Назовите признаки, характеризующие предаварийное состояние каменныхконструкций эксплуатируемых зданий и сооружений.4. Как определяется расчетное сопротивление каменной кладки для поверочныхрасчетов конструкций эксплуатируемых зданий и сооружений?5. Как определяется условная марка кирпича по результатам лабораторных испытаний?6. Как определяется условная марка раствора по результатам лабораторных испытаний?7. Каким образом в поверочных расчетах каменных конструкций эксплуатируемыхзданий и сооружений учитываются дефекты и повреждения каменной кладки?8. Изложите методику определения предаварийного состояния каменных конструкцийэксплуатируемых зданий и сооружений.9. Каким образом в расчете прочности и устойчивости стен учитывается влияниевертикальных трещин в местах их пересечения?10. Как в расчете прочности стен учитывается влияние их выпучивания и отклоненияот вертикали?Тема 6. ОЦЕНКА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯМЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ6.1. Особенности обследования металлических конструкцийОтличия проектирования, возведения и эксплуатации металлическихконструкций налагают определенные особенности на их обследование.Основные особенности заключаются:– в доступности сечений металлических элементов, что облегчаетих обследование, обмеры и отбор образцов для испытаний;– в повышенных требованиях к качеству исполнения и соответствиюпроектным решениям, поскольку металлические конструкции имеютминимальные запасы прочности;– в исключительном значении прямолинейности металлическихэлементов, наличия соединительных планок, т. к. ввиду тонкостенности,как правило, лимитируются не прочностью, а устойчивостью.75

Дефекты и повреждения металлических конструкций, в основном,являются следствием отступления от правил производства работ при изготовлении,транспортировании и монтаже, а также правил технической эксплуатацииили ошибок при проектировании.Характерными дефектами являются:– отклонения геометрических размеров от проектных;– непрямолинейность элементов;– отклонения от проектного положения;– расцентровка узлов сопряжения;– отсутствие отдельных элементов;– некачественное выполнение болтовых и заклепочных соединений,сварных швов.Качество сварных швов устанавливается визуальным осмотром и методомзасверливания по оси шва сверлом диаметром большим ширины наружнойповерхности шва. Для определения границ сварного шва поверхностьзасверливания обрабатывают 20 %-ным раствором азотной кислотыс последующим осмотром через лупу.Для контроля качества сварных соединений применяется специальноеоборудование, которое позволяет просвечивать их рентгеновскими иγ-лучами, порошковая и магнитная дефектоскопия, а также магнитографический,радиографический, электромагнитный и ультразвуковой методы.Характерные дефекты сварных швов приведены на рис. 6.1.а б вгдеРис. 6.1. Дефекты сварных швов: а – подрезы, б – неполномерные швы,в – чрезмерное усиление валика, г – несплавление по кромке, д – непровары,е – шлаковые и газовые включенияХарактерными повреждениями, влияющими на прочность и устойчивость,эксплуатационную пригодность и долговечность являются:– разрушение защитных покрытий с признаками коррозии металла;– разрывы, трещины в основном металле и сварных швах;76

– искривления, местные погибы;– ослабления болтовых и заклепочных соединений;– вырезы в элементах;– деформации, вызванные неравномерной осадкой и креном фундаментов;– абразивный износ;– пластинчатая ржавчина на конструкции, сварных швах и деталяхсоединений, потеря площади сечения вследствие коррозии более 5 %;– уменьшение длины площадки опирания конструкции по сравнениюс проектной;– прогиб конструкций превышает предельно допустимое значениеболее чем на 30 %.По результатам обследования и поверочных расчетов металлическиеконструкции (аналогично железобетонным) относятся к одной из пяти категорийсостояния. Ниже приведены их характерные признаки.I категория состояния:– отсутствуют дефекты и повреждения, свидетельствующие о снижениипрочности, гибкость элементов не выше предельно допустимой;– антикоррозионная защита конструкций, сварных швов и деталейсоединений не нарушена, при вскрытии поверхность конструкции не имеетпризнаков коррозии.II категория состояния:– антикоррозионная защита конструкций, сварных швов и деталейсоединений в отдельных местах нарушена, поверхность конструкции вместах нарушения защитных покрытий имеет признаки коррозии в видетонкого налета, отдельных точек и пятен;– язв и пластинок ржавчины нет, нет уменьшения площади поперечногосечения вследствие коррозии.III категория состояния:– антикоррозионная защита конструкций, сварных швов и деталейсоединений в основном нарушена, поверхность конструкции имеет коррозиюв виде сплошной или пятнами, имеются язвы и пластинки ржавчины,уменьшение площади поперечного сечения вследствие коррозии не превышает5 %,– прочностные характеристики металла не ниже проектных;– гибкость элементов не выше предельно допустимой;– прогиб не превышает предельно допустимых значений.77

IV категория состояния:– имеются дефекты и повреждения (см. выше), свидетельствующиео снижении прочности и устойчивости, но на момент обследования не угрожающиебезопасности работающих.V категория состояния:– конструкция не удовлетворяет предъявляемым к ней требованиямпо прочности (устойчивости). Существует угроза безопасности работающих.6.2. Определение расчетных характеристик материаловОценка качества материалов эксплуатируемых металлических конструкцийможет производиться:– по проектным данным (рабочим чертежам КМ и КМД, сертификатамкачества металла, электродов и т. п.),– по результатам испытаний (натурных, лабораторных).При испытании металла определяют следующие характеристики:– марку стали, способ выплавки и степень раскисления;– механические свойства: предел текучести, временное сопротивлениеи относительное удлинение при испытании стали на растяжение, ударнуювязкость для температур, соответствующих группе конструкций;– химический состав (для малоуглеродистой стали – содержаниеуглерода, марганца, кремния, серы и фосфора, а для низколегированнойстали, кроме того, содержание легирующих добавок).Образцы для испытаний должны быть вырезаны из мест с наименьшиминапряжениями, где не произошли пластические деформации и необразовался наклеп, вдоль проката (из сортового и фасонного металлопроката)или поперек проката (из листового и широкополосного металлопроката)и иметь размеры не менее 50 мм × 20δ (δ – толщина проката).Кроме того, для конструкций 1 и 2 групп, выполненных из кипящейстали толщиной свыше 12 мм и эксплуатируемых при отрицательной температуре,следует определять:– распределение сернистых включений (способом отпечатка по Бауману).На предварительно подготовленное очищенное и отшлифованное местона торце сортового или фасонного проката (вдоль проката – для листовойстали) накладывают и прижимают обычную фотобумагу, вымоченную в5 %-ном растворе серной кислоты, после 5…10 мин выдержки полученныйотпечаток (бледно-коричневого цвета с темными полосами в местах скопле-78

ния серы) закрепляют в растворе кислого фиксажа. Отпечатки по Баумануцелесообразно снимать прямо с конструкции (без вырезки образцов).– микроструктуру с уточнением размеров зерен.Допускается не производить испытания металла для конструкций,напряжения в которых не будут превышать 165 МПа при расчетных температурахвыше минус 30°С. При этом конструкция должна находиться вэксплуатации не менее 3-х лет.Расчетное сопротивление стали для поверочных расчетов по проектнымданным конструкций, изготовленных после 1982 г., определяетсяпо [11]. При расчетах по проектным данным для конструкций более раннегосрока изготовления, а также при расчетах конструкций по результатамиспытаний металла расчетное сопротивление стали принимается исходя изнормативного сопротивления и коэффициента надежности по материалу всоответствии с табл. 6.1.Таблица 6.1Растяжение, сжатие по пределу текучести Ry = Ryn γ mи изгиб по временному сопротивлению Ru = Run γ mСдвиг R = 0,58Rγs yn mСмятие торцевой поверхности Rp = Run γ mНормативное значение предела текучести или временного сопротивленияопределяется:– по результатам статистической обработки испытаний (при достаточномих количестве);– по минимальному значению характеристик, указанных в СТБ (ГОСТ,ТУ) на сталь (если результаты испытаний удовлетворяют этим требованиям);– по минимальному значению, полученному при испытании (еслирезультаты испытаний не удовлетворяют требованиям СТБ (ГОСТ, ТУ).Коэффициент надежности по материалу принимается равным длярассчитываемых с использованием расчетного сопротивления R стальныхконструкций, изготовленных:– до 1932 г. γ m = 1,2 ;– с 1932 г. до 1982 г. при σ ≤ 380 МПа γ = 1,1 ;yпри σ > 380 МПа γ = 1,15 ;– после 1982 г. γ m – по [11].ymmy79

Коэффициент надежности по материалу для конструкций, рассчитываемыхна прочность с использованием расчетного сопротивления R ,принимается равным γ u = 1,3 .Для элементов, имеющих коррозионный износ с потерей более 25 %площади поперечного сечения или остаточную после коррозии толщину 5 мми менее, расчетные сопротивления снижают путем умножения на коэффициентγ d , равный для среды:– слабоагрессивной – 0,95,– среднеагрессивной – 0,9,– сильноагрессивной – 0,85.Поверочный расчет сварных швов производится из условий: угловые швы:N– по металлу шва ≤ Rwf γwf γc, (6.1)β k lff wN– по металлу границы сплавления ≤ Rwz γwzγc; (6.2)β k lN растянутые стыковые швы ≤ R wyγ c . (6.3)tlРасчетные сопротивления сварных соединений эксплуатируемыхконструкций Rwf , Rwz , R wy принимают по [11] с учетом марки стали, сварочныхматериалов, вида сварки и положения шва и способов их контроляпо проектным данным или исходя из нормативных значений по результатамстатистической обработки испытаний.При отсутствии проектных данных допускается принимать: для угловых швов – Rwf = Ru, Rwz = Ru, γ wf = 1,25 , β f = 0,7 ,β = 1 при γ = 0,8 ;zсwzz w для растянутых стыковых швов, изготовленных:– до 1972 г. – R = 0,55R,wy– после 1972 г. – R = 0,85R,wyyoгде R yo – расчетное сопротивление основного металла.Расчетное сопротивление срезу и растяжению болтов при наличиипроектных данных следует принимать по [11] или по результатам испытанияна растяжение (при этом расчетное сопротивление срезу принимают равнымR = 0,8R). Если отсутствуют проектные данные и невозможно ус-bsbtyou80

тановить класс прочности болтов, то их расчетные сопротивления принимаютравными:– на растяжение – R bt = 150МПа ;– на срез – R bs = 160МПа .6.3. Поверочные расчеты металлических конструкцийПоверочные расчеты стальных элементов эксплуатируемых конструкцийпроизводятся в соответствии с [11].6.3.1. Учет ослабления сечения и искривления элементовПоверочные расчеты элементов, имеющих ослабления в виде вырезов,подрезов, следует проводить по площади netto с учетом эксцентриситетовот смещения центра тяжести ослабленного сечения относительноцентра тяжести первоначального сечения.Для элементов с известными геометрическими характеристикамипервоначального сечения целесообразно применять условие прочностиосл осл ослx ус использованием компенсирующих добавок усилий N , M , М [15],(рис. 6.2).( + ) ( + )n осл осл⎛ ослN + N ⎞ M x M x yc M y M y xc+ + ≤1, (6.4)⎜ AR ⎟⎝ yγc ⎠cxIxRyγc cyI yRyγcгдеNосл осл осл= σ А ,осл осл ослхМ = N у ,осл осл ослуМ = N х ,⎛ осл ослосл A I Iх уσ = σF1 − − −⎜ A I х I⎝ослу⎞⎟⎠−1,xyослослN M Мx y у хσ F = + + ,A I I≈ ( ) 2, I осл осл ( осл) 2у А хосл осл ослxI А у≈ .Значения n , c x , c y принимают по [11, табл. 66] для неослабленногосечения.Поверочные расчеты сжатых сплошностенчатых элементов металлическихконструкций, имеющих общее искривление, производятся как вне-81

центренно сжатых. Эксцентриситет e сжимающего усилия в предельномсостоянии от искривления определяют умножением стрелки искривлениястержня f o в ненагруженном состоянии на коэффициент перехода k отмаксимальной стрелки к эквивалентному эксцентриситету [15], (рис. 6.3).e = k f o , (6.5)где k = 0,82 + 0,1ηm fλ, fo = ψ o f из′ ,⎛2 σ′ ⎞ψ o = 1 − 0,1λ ,⎜ R y⎟⎝ ⎠N o′fσ ′o A= , m f = , mef = η m f ,AWA,W и λ – соответственно площадь, момент сопротивления сеченияи приведенная гибкость элемента,m f – относительный эксцентриситет,m ef – приведенный относительный эксцентриситет для определения коэффициентапродольного изгибаϕ e внецентренно сжатых элементов. Еслиусилие N ′ o в элементе в момент замера стрелки определить невозможно,допускается принимать ψ o = 1.Рис. 6.2. Поперечное сечениес ослаблениемРис. 6.3. Расчет стальных элементов,имеющих искривление82

6.3.2. Поверочный расчет на хрупкую прочностьПри исследовании разрушенных конструкций или опытных образцовнеобходимо установить характер разрушения основного металла, сварныхшвов, болтов и заклепок (пластический, хрупко-пластический или хрупкий).К особенностям пластического разрушения относятся длительностьпроцесса разрушения, наличие «шейки» и матовый, волокнистый излом.При хрупко-пластическом разрушении имеется небольшая «шейка», на изломепрослеживается две области: наружная – имеет матовый, волокнистыйвид, внутренняя – блестящий кристаллический вид. Хрупкое разрушениепроисходит мгновенно без образования «шейки» при напряженияхнамного меньших предела текучести, излом имеет блестящий кристаллическийвид.Одним из основных факторов, вызывающих переход стали в хрупкоесостояние, является воздействие отрицательных температур. При понижениитемпературы происходит уменьшение показателя ударной вязкости(рис. 6.4). Для характеристики хладостойкости для каждой стали установленпорог хладостойкости (температура, при которой ударная вязкостьсоставляет значение A ≤ 0,3 кДж/м .k2А к0,3 кДж/м 2Aк,max-Т T cr 0 ~80°С +ТРис. 6.4. Зависимость ударной вязкости от температуры(для малоуглеродистой стали)Значение порога хладостойкости стали зависит от ряда факторов:– способа выплавки (более хладостойки – мартеновские и кислородно-конверторные,менее хладостойки – электростали (бессемеровские);– степени раскисления (менее хладостойкая – кипящая, более хладостойкая– спокойная);– толщины металлопроката (чем толще прокат, тем менее хладостоек);– наличия термообработки (закаленные стали более хладостойки).83

Концентраторы местных напряжений (особенно, расположенныеперпендикулярно к направлению растягивающих напряжений) способствуютхрупкому разрушению стали. В процессе обследования таким участкамнеобходимо уделять особое внимание. Хрупкая трещина возникает при действиирастягивающих напряжений в местах резкой концентрации напряженийв стальных элементах толщиной более 6…7 мм. Примеры концентраторовнапряжений в сварных конструкциях приведены на рис. 6.5.аКККККККбвККРис. 6.5. Стыки сварных конструкций с концентраторами местных напряжений:а, б – с концентраторами; в – рекомендуемыйПоверочный расчет на хрупкую прочность для центрально и внецентреннорастянутых элементов, обладающих пониженной хладостойкостьюпроизводится из условияβRuσ ≤ , (6.6)γгдеmaxuyσ max – наибольшие напряжения по сечению netto ,* Ryβ = exp ⎡⎣ 2ψT( T − Tcr) ⎤⎦ ≥ β = , (6.7)RuR , R – расчетное сопротивление металла на растяжение соответственнопо временному сопротивлению и пределу текучести, γ u – коэффи-84u

циент надежности по материалу при расчете по временному сопротивлению,T – температура эксплуатации (средняя температура наиболее холоднойпятидневки), T cr – критическая температура хрупкости, определяемаятолщиной элемента и модификацией конструктивной формы.Для элементов, имеющих коррозионный износ с потерей более 25 %площади поперечного сечения или остаточную после коррозии толщину 5 мми менее, снижение сопротивляемости хрупкому разрушению учитывается всоответствии с [15] увеличением критической температуры T наcro∆ T = 15 C – для стали марки Вст3 или ∆ T = 20 C – для стали марки 09Г2.-1ψ = 0,005град – для стали марки Вст3кп,T-1cro-1crψ = 0,0044град – длястали марки Вст3сп, ψ T = 0,0028град – для стали марки 09Г2С.Для низколегированных сталей других марок коэффициент ψ T определяетсялинейной интерполяцией в соответствии с расчетным сопротивлениеммежду значениями-1ψ = 0,0028град при R = 310 МПа .Ty-1Tψ = 0,0041град при R = 234 МПа иTЕсли условия (6.6), (6.7) не выполняются, дальнейшая эксплуатацияконструкции без специальных мероприятий не допускается.Вопросы для самоконтроля1. Назовите основные особенности обследования металлических конструкций.2. Приведите примеры характерных дефектов изготовления металлическихконструкций.3. Назовите основные дефекты сварных швов металлических конструкций.4. Приведите примеры характерных повреждений металлических конструкций,полученных при их монтаже или эксплуатации.5. Как классифицируются металлические конструкции эксплуатируемых зданийи сооружений по категориям состояния?6. Как отбираются образцы металла для лабораторных испытаний?7. В каких случаях при отсутствии рабочих чертежей допускается не производитьиспытания металла конструкций эксплуатируемых зданий и сооружений?8. Как определяется нормативное значение предела текучести или временногосопротивления металла конструкций эксплуатируемых зданий и сооружений?9. Изложите методику поверочных расчетов для элементов с известными геометрическимихарактеристиками первоначального сечения и вырезами с использованиемкомпенсирующих добавок.10. Изложите алгоритм поверочных расчетов сжатых сплошностенчатых элементовметаллических конструкций, имеющих общее искривление.11. Как визуально по излому установить характер разрушения металла?12. Назовите факторы, способствующие хрупкому разрушению металла.13. Как производится поверочный расчет на хрупкую прочность для растянутыхстальных элементов?y85

Тема 7. ОЦЕНКА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ, ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ7.1. Особенности обследования деревянных конструкцийДеревянные конструкции являются легкими, надежными и долговечными.Из них возводятся здания и сооружения различного назначения,в том числе большепролетные конструкции (из клееной древесины).В зданиях старой постройки они встречаются в качестве стропильныхэлементов чердачной кровли, балочных конструкций перекрытий ипокрытий.В процессе обследования выявляются дефекты и повреждения, снижающиепрочность, жесткость и долговечность деревянных конструкций:– трещины (расслоение) деревянных элементов;– сколы в узловых сопряжениях;– прогибы, превышающие предельно допустимые;– следы замачивания элементов;– наличие гнили и грибковых образований в деревянных элементах;– ослабление болтовых и гвоздевых соединений.Основной причиной загнивания и поражения древесины грибкамиявляется повышенная влажность, поэтому при обследовании деревянныхконструкций следует особое внимание обращать на их условия эксплуатациии выявлять:– плохо вентилируемые помещения с повышенной влажностью;– места систематического замачивания деревянных элементов.Причины повреждений определяются путем лабораторного микологическогоанализа отобранных образцов древесины с грибными образованиями.Обследование деревянных конструкций в труднодоступных местахпроизводится выборочно после вскрытия полов, подшивки потолков и обшивкиперегородок. Целесообразно вскрытие производить в местах прохожденияводопровода и канализации.Кроме того, в процессе обследования необходимо обращать вниманиена состояние металлических соединительных элементов (накладок,болтов, скоб). В случае их значительного повреждения поверочные расчетыпроизводятся с учетом фактического ослабления сечения соединительныхэлементов.86

7.2. Определение расчетных характеристик древесиныРасчетные сопротивления древесины можно установить:– по сорту, породе и виду напряженного состояния по [9];– путем испытаний.Испытания проводятся неразрушающими методами (ультразвуковымметодом, методом пластических деформаций – по отпечатку при падениишарика диаметром 25 мм с высоты 0,5 м с использованием градуировочныхзависимостей) или с помощью вырезанных образцов на сжатие, растяжениеи изгиб.Расчетное сопротивление древесины вычисляют из нормативногоfi, α , k с учетом коэффициента надежности по материалу γ m и коэффициентаC , учитывающего сортность древесины.fi, α,d=( fi, α,k ⋅ C)γ . (7.1)Нормативное сопротивление древесины определяется для чистых отпороков участков при влажности 12 % с учетом статистической изменчивостипо формулегде i, α, i,αfi, α, k i,α i,αm= σ − β S , (7.2)σ S – соответственно среднее арифметическое значение пределапрочности, среднее квадратическое отклонение, β – коэффициент учетаколичества испытаний древесины.Если испытания древесины производятся при иной влажности, пределпрочности σ ( i,α ) wприводят к пределу прочности древесины влажностью12 % по формулам:– σ ( i, α) 12 = σ ( i, α) w⎡⎣1 − α ( W − 12)⎤⎦ – при влажности древесиныменьше предела гигроскопичности ( W = 30 % );σ–( i,α)wσ ( i, α)12=30– в ином случае, где коэффициент α = 0,05 –Kпри сжатии вдоль волокон, α = 0,04 – при изгибе;301230K 12 = 0,45 – для бука,30K 12 = 0,4 – для березы и лист-сосны, K 12 = 0,55 – для дуба, липы, ольхи,венницы.Расчетное сопротивление древесины для поверочных расчетов, вычисленноепо формуле (7.1) по результатам испытаний, не должно превышатьзначений, приведенных в [9].87

К расчетному сопротивлению древесины конкретного сооружения,установленного по испытаниям или проектным данным, вводят коэффициентнадежности по назначению α fi, , dγ .n7.3. Поверочные расчеты деревянных конструкцийПоверочные расчеты деревянных элементов производят с применениемкоэффициентов условий работы, учитывающих влажность древесины,длительность действия нагрузки, высоту сечения более 0,5 м, толщинуслоев клееных конструкций, особенность работы гнутых элементов и другое,в соответствии с [9].Поверочные расчеты эксплуатируемых деревянных элементов следуетпроизводить с учетом дефектов и повреждений, ослабляющих поперечноесечение, из условий:N на растяжение σ dt,0, d = ≤ fA t,0,d(7.3)(при расчете площади поперечного сечения элемента netto A inf ослаблениясечения, расположенные на участке длиной до 0,2 м принимаются совмещеннымив одном сечении); на сжатие:− по прочностиinfNσ = ≤ f , (7.4)dc,0, d A c,0,dinf− по устойчивости (при λ ≥ 35)Nσ = ≤ f , (7.5)dc,0, d k c,0,dc Adгде k c – коэффициент продольного изгиба, A d – расчетная площадь поперечногосечения, принимаемая равной:а) площади сечения brutto A suр , если ослабления не выходят на кромкии их площадь не превышает 25 %,б) площади сечения netto A inf с коэффициентом 4/3, если ослабленияне выходят на кромки и площадь ослабления превышает 25 %,в) площади сечения netto A inf , если ослабления выходят на кромки.В случае несимметричного ослабления, выходящего на кромки, расчетдеревянного элемента производится как внецентренно нагруженного.88

Для изгибаемых элементов условие прочности имеет видMσ = ≤ f . (7.6)dm, d W m,dinfМомент сопротивления сечения с ослаблением принимается по сечениюnetto. В случае ослаблений сечений, расположенных на участке до 0,2 м,их также принимают совмещенными в одном сечении.7.4. Обследование оснований и фундаментовреконструируемых зданийВ результате обследования выявляется состояние грунтов основанияи фундаментов, характер и величины их осадок за период эксплуатации.Сбор исходных данных включает в себя изучение сведений по историивозведения здания или сооружения, проектной документации, материаловинженерно-геологических изысканий прошлых лет, имеющихсядефектов и повреждений осадочного происхождения в близлежащихстроительных объектах, материалов инженерных мероприятий, проводимыхв пределах площадки или района.Предварительная оценка состояния оснований и фундаментов производитсяпо состоянию надземных конструкций, по характеру развития осадокво времени, наличию повреждений, возникших при неравномернойосадке здания.В процессе предварительного обследования устанавливаются:– состояние отмостки по периметру здания;– функционирование дренажной системы, места утечки воды;– изменения в планировке близлежащей территории, наличие в непосредственнойблизости от здания выработок, траншей, а также сооружений,вызывающих дополнительную пригрузку основания (пристройки, насыпии т.д.).В процессе предварительного обследования намечаются места откопкишурфов, бурения скважин.При детальном обследовании основания определяют физикомеханическиехарактеристики грунтов полевыми или лабораторными методамисогласно действующим стандартам. Исследованию подлежат грунтысжимаемой толщи, находящиеся как в естественном состоянии за пределамиконтура существующего фундамента, так и под его подошвой. Вшурфах и скважинах определяют уровень грунтовых вод, степень их агрессивностипо отношению к материалам подземных конструкций.89

При сохранившихся материалах инженерно-геологических изысканийпрошлых лет допускается ограничиваться исследованием физикомеханическихсвойств грунта на уровне подошвы фундамента, если:– реконструируемое здание относится ко II или III степени ответственности;– не имеет повреждений от неравномерных осадок;– средняя стабилизированная осадка не превышает 50 % от предельной.В процессе обследования фундаментов в шурфах определяют прочностныехарактеристики материала фундамента, наличие дефектов и повреждений,а также, при необходимости, физико-механические характеристикигрунтов основания.В соответствии с [10] в зависимости от цели обследования основанияи фундаментов строительных сооружений виды и объемы работ могут определятьсяпо табл. 7.1.Таблица 7.1Цель обследования1. Не предполагаетсяувеличение нагрузок и заменанесущих конструкцийсооружения2. Предполагается увеличение,замена несущих конструкций,наличие основанийIII категории сложности,существенные деформацииоснования и конструкций,изменение функциональногоназначениясооружения3. Установление местутечек и причин появленияводы или сырости в сооруженииВиды, объемы и характеристика работ2-3 контрольных шурфа на сооружение. Глубина шурфа– 0,5 м ниже подошвы фундамента, площадь сеченияшурфа: не менее 1,25 м 2 при глубине заложения фундаментаd 1 < 2,5м , не менее 2,5 м 2 – при d 1 > 2,5м .Расположение шурфов: в местах обнаруженных дефектов,на участках с наибольшей нагрузкой на основание.Виды работ: установление износа и физикомеханическиххарактеристик материалов фундаментов,определение физико-механических характеристикгрунтов основанияБурение (не мене 3-х скважин) и отрывка шурфов поп. 1 настоящей таблицы.Расположение шурфов: дополнительно в местах наибольшихдеформаций и устройства новых опор.Цель: определение границ ослабления грунта и дефектовв конструкциях фундаментов.Виды работ: исследование грунтов, воды и материаловфундамента по п. 1 лабораторными и полевымиметодами, выполнение обмерочных чертежей и поверочныхрасчетовОбследование гидроизоляции, отмостки, исследованиегрунтов.Виды работ: визуальное обследование, бурение, зондирование,отрывка шурфов (не менее одной скважины,шурфа или 3-х точек зондирования); испытаниеводоносных коммуникаций90

7.5. Поверочные расчеты оснований и фундаментовУточнение технического состояния оснований и фундаментов и решениео необходимости усиления производят на основании поверочныхрасчетов, выполненных по двум группам предельных состояний.I группа – проверка прочности конструкций фундамента, несущейспособности основания.II группа – расчет дополнительной осадки здания, в т.ч. неравномернойв изменившихся условиях.Проверку несущей способности грунтов основания рекомендуетсяпроизводить в следующих случаях:– на основание предполагается передать значительные горизонтальныенагрузки;– фундаменты в результате изменения планировки прилегающейтерритории (откопка котлованов, траншей) будут находиться на бровкеоткоса;– увеличение нагрузки на основание, сложенное слабыми водонасыщеннымиглинистыми или заторфованными грунтами, при Sr≥ 0,8 и7 2c ≥1⋅ 10 см год ;v– пригрузка основания с различных сторон фундамента неодинакова,причем интенсивность большей из них превышает расчетное сопротивлениеR .Расчет по второй группе предельных состояний (по деформациям)для оснований реконструируемых зданий производится во всех случаях,когда в изменившихся условиях может произойти дополнительная осадка.Расчет по деформациям в соответствии с [10] производится из условияS ≤ S u . (7.7)Осадки основания рассчитывают с учетом ограничения давления подподошвой фундамента, а также по кровле слабого подстилающего слоя pрасчетным сопротивлением грунта R из условияpo≤ R . (7.8)При этом если деформации основания реконструируемого зданияполностью стабилизировались, то расчет осадки производят только от дополнительнойнагрузки. При анализе неравномерных деформаций учитываюти деформации, произошедшие до реконструкции.o91

Расчетное сопротивление грунтов основания эксплуатируемого зданиядопускается определять с учетом произошедшего за период эксплуатацииобжатия грунтов длительно действующей нагрузкой [16].Rt= R ⋅ K , (7.9)где K R – коэффициент, учитывающий изменение прочностных свойствгрунта под подошвой фундамента за период эксплуатации, принимается взависимости от отношения среднего давления под подошвой до реконструкцииp o к расчетному сопротивлению грунта R по табл. 7.2.RТаблица 7.2po R 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0K 1,5 1,45 1,41 1,35 1,31 1,25 1,21 1,15 1,1 1,05 1RФормула (7.9) справедлива для оценки расчетного сопротивлениягрунта под подошвой фундаментов реконструируемых зданий и сооружений,если срок их эксплуатации составляет не менее: для песчаных грунтов –3-х лет, для супесей и суглинков – 5-ти лет, для глин – 8-ми лет.Увеличение расчетного сопротивления грунта не производится вследующих случаях:– осадки не стабилизировались;– здание имеет повреждения, свидетельствующие о неравномернойосадке;– основание сложено заторфованными и водонасыщенными грунтами;– прочностные характеристики грунта определялись по образцам,отобранным под подошвой.Снижение сжимаемости грунта, обжатого длительно действующейнагрузкой для зданий III степени ответственности, претерпевших равномерныеосадки, величина которых составляет не более 50 % предельной, допускаетсяучитывать путем введения повышающего коэффициента K E = 1,3к значению модуля деформаций, определенного для грунта в естественномсостоянии [22]Et= E ⋅ K . (7.10)Обжатие учитывается на глубине не более ширины подошвыфундамента.E92

Вопросы для самоконтроляОценка состояния деревянных конструкций1. Назовите основные причины загнивания и поражения грибами деревянныхконструкций.2. Приведите примеры дефектов и повреждений, снижающих прочность и жесткостьдеревянных конструкций.3. Как установить расчетное сопротивление древесины для поверочных расчетов,эксплуатируемых деревянных конструкций, при наличии проектных данных о сортеи породе древесины?4. Как установить расчетное сопротивление древесины для поверочных расчетов,эксплуатируемых деревянных конструкций при отсутствии проектных данных?5. Каким образом в поверочных расчетах учитывается влияние на прочностьфактической влажности древесины конструкции и длительности действия нагрузки?6. Как производится проверка прочности на растяжение эксплуатируемых деревянныхэлементов с ослаблениями сечения?7. Изложите методику проверки прочности на сжатие и устойчивости эксплуатируемыхдеревянных элементов с ослаблениями сечения?Оценка состояния основания и фундаментов8. По каким признакам производится предварительная оценка состояния основанийи фундаментов?9. Какие параметры основания устанавливаются при детальном обследовании?10. При каких условиях в процессе детального обследования основания допускаетсяограничиваться исследованием физико-механических свойств грунта на уровнеподошвы фундамента?11. В каких случаях рекомендуется производить проверку несущей способностигрунтов основания?12. В каких случаях производится проверка осадки основания реконструируемыхзданий?13. При каких условиях расчет осадки основания реконструируемых зданийпроизводится только от дополнительной нагрузки?14. Каким образом в поверочных расчетах основания фундаментов учитываютсяпроизошедшее за период эксплуатации обжатие грунтов длительно действующейнагрузкой и сниженные (по сравнению с предельными) деформационные свойствагрунтов основания?15. В каких случаях в поверочных расчетах основания не учитывается возможноеувеличение расчетного сопротивления грунта основания от обжатия длительнодействующей нагрузкой и учета сниженных (по сравнению с предельными) деформационныхсвойств грунтов основания?16. При каких условиях в расчете осадки основания реконструируемых зданий учитываетсяснижение сжимаемости грунта, обжатого длительно действующей нагрузкой?93

ТЕСТОВЫЙ КОНТРОЛЬПосле изучения первого раздела теоретического курса предусмотрентестовый контроль в виде произвольной с применением ЭВМ выборки изобщего количества вопросов (более 300) 36…40 вопросов и 3…5 ответов накаждый, один из которых верный. Тестирование проводится в компьютерномклассе. Время, отводимое для выполнения теста, составляет 45 минут.Изучение первого раздела теоретического курса считается успешным,если количество правильных ответов более 80 %. Система оценокприведена в таблице.1 2 3 4 5(0…30) % (31…50) % (51…60) % (61…65) % (66…70) %6 7 8 9 10(71…80) % (81…85) % (86…95) % (96…97,5) % (97,6…100) %Пример теста:1) Проектный срок службы строительных конструкций для I классасооружений составляет:а) более 30 лет; б) более 40 лет; в) более 60 лет; г) более 80 лет; д) более 90 лет.2) Какой государственный орган призван независимо контролироватькачество проектно-сметной документации, в т.ч. с целью предотвращенияаварий?а) государственная вневедомственная экспертиза; б) Госстройнадзор; в) Центрметрологии, стандартизации и сертификации продукции; г) Высшая аттестационнаякомиссия; д) «Белстройлицензия».3) Слабоагрессивная среда снижает прочность материала в течениеодного года:а) более 5 %; б) более 30 %; в) не снижает; г) от 5 до 20 %; д) менее 5 %.4) Какой из названных агрессивных газов нейтрализует щелочностьбетона?а) серный ангидрид; б) хлористый водород; в) углекислый газ; г) пары брома;д) сернистый ангидрид.5) Какой из ниже перечисленных нефтепродуктов наиболее агрессивенк железобетону?а) бензин; б) минеральное масло; в) дизельное топливо; г) керосин; д) ацетон.94

6) Наиболее устойчивая к агрессивному воздействию конструктивнаяформа поперечного сечения стальных элементов:а) прямоугольное; б) квадратное; в) уголок; г) круглое; д) швеллер.7) Характерные признаки эксплуатируемых железобетонных конструкций:− на поверхности бетона отсутствуют дефекты, повреждения, раковины,поры, выбоины, трещины;− антикоррозионная защита конструкций и закладных деталей находитсяв исправном состоянии;− при вскрытии поверхность арматуры чистая;− отсутствует нейтрализация бетона защитного слоя;− прочность бетона не ниже проектной.К какой категории технического состояния по результатам предварительногообследования относятся конструкции?а) I категория; б) II категория; в) III категория; г) IV категория.8) Визуальным признаком предаварийного состояния изгибаемыхжелезобетонных конструкций являются трещины вдоль рабочей арматуры:а) в средней трети пролета конструкции; б) в зоне анкеровки рабочей арматуры;в) в средней четверти пролета.9) По какому нормативному документу производятся поверочныерасчеты железобетонных конструкций эксплуатируемых зданий и сооружений,запроектированных по СНиП II-В.1-62*?а) по СНиП II-В.1-62* «Бетонные и железобетонные конструкции»; б) по СНиПII-21-75 «Бетонные и железобетонные конструкции»; в) по СНиП 2.03.01-84* «Бетонныеи железобетонные конструкции»; г) по СНБ 5.03.01-02 «Бетонные и железобетонныеконструкции»; д) по любому из ранее действовавших документов.10) Как в поверочных расчетах железобетонных конструкций эксплуатируемыхзданий и сооружений учитывается наличие продольныхтрещин в зоне анкеровки арматуры?а) повышающим коэффициентом к расчетному сопротивлению арматуры;б) понижающим коэффициентом к расчетному сопротивлению арматуры; в) понижающимкоэффициентом к расчетному сопротивлению бетона; г) не учитывается.11) Какой процент площади (линейного размера, количества) в элементе(группе, на участке или в здании в целом) занимают дефекты (повреждения),относящиеся к массовым?а) свыше 10 %; б) до 20 %; в) свыше 30 %; г) свыше 40 %; д) до 40 %.95

12) В каких случаях допускается не производить поверочный расчетжелезобетонных конструкций по предельным состояниям второй группы?а) если прогибы и ширина раскрытия трещин меньше предельно допустимых, ановые нагрузки превышают действующие на момент обследования; б) если прогибы иширина раскрытия трещин меньше предельно допустимых, а новые нагрузки не превышаютдействующие на момент обследования; в) если прогибы меньше предельнодопустимых, трещины отсутствуют, а новые нагрузки превышают действующие на моментобследования.13) Расчетное сопротивление арматуры растяжению при отсутствиипроектных данных и невозможности отбора образцов допускается назначатьв зависимости от профиля арматуры. Если профиль на поверхностиарматуры в виде «елочки», – какому значению принимается равным расчетноесопротивление арматуры растяжению?а) 155 МПа; б) 245 МПа; в) 295 МПа; г) 315 МПа.14) Чему равен критерий аварийности при внезапной, хрупкой схемеразрушения железобетонной конструкции эксплуатируемого здания, находящегосяв предаварийном состоянии?а) более 1,3; б) более 1,15; в) менее 1,3; г) равен 1,3.15) Из какого общего условия метода предельных состояний производитсярасчет прочности бетонных и железобетонных элементов, еслиS d – внутреннее усилие, вызванное расчетным воздействием; R d – предельноерасчетное усилие, которое способна воспринять конструкция?а) Sd ≥ Rd; б) Sd ≤ Rd; в) Sd Rd> ; г) Sd≤ 1,35 Rd.16) Чему равен общий коэффициент безопасности при нелинейныхрасчетах железобетонных конструкций?а) 1,5; б) 1,35; в) 1,3; г) 1,15.17) В каких случаях для железобетонных элементов допускаетсяприменять альтернативную модель расчета прочности по нормальному сечениюс прямоугольной диаграммой распределения напряжений в пределахэффективной высоты сжатой зоны сечения?а) при расчетах сечений симметричной формы и несимметрично действующими(относительно плоскости симметрии сечения) усилиями; б) при расчетах сечений симметричнойформы и усилиями, действующими в плоскости симметрии, а также с арматурой,распределенной по высоте сечения; в) при расчетах сечений симметричной формы иусилиями, действующими в плоскости симметрии, а также с арматурой, сосредоточеннойу наиболее растянутой и наиболее сжатой граней конструкции; г) при расчетах сеченийнесимметричной относительно плоскости приложения усилий формы с арматурой, сосредоточеннойу наиболее растянутой и наиболее сжатой граней конструкции.96

18) По какому условию выполняется поверочный расчет железобетонныхэлементов по раскрытию трещин?а) ak≤ alim; б) k limε ≤ ε ; в) wkwlim≤ г) k limσ ≤ σ .19) Какие из нижеприведенных конструкций имеют минимальныерасчетные запасы прочности?а) бетонные и железобетонные; б); металлические в) каменные и армокаменные;г) деревянные.20) Чем, как правило, лимитируются металлические конструкции,работающие на сжатие?а) прочностью; б) жесткостью; в) трещиностойкостью; г) устойчивостью.21) В каких случаях при отсутствии рабочих чертежей допускаетсяне производить испытания металла конструкций эксплуатируемых зданийи сооружений?а) если напряжения в конструкции не превышают 165 МПа при действующих намомент обследования нагрузках; б) если конструкция эксплуатируется не менее 3-х лет;в) если конструкция эксплуатируется не менее 3-х лет и напряжения в элементах не будутпревышать 165 МПа при расчетных температурах выше минус 30°С; г) если конструкцияэксплуатируется при расчетных температурах выше минус 30°С.22) Характерные визуальные признаки места излома после разрушениястальных элементов: наличие «шейки» и матовый, волокнистый излом.Какой характер разрушения стального элемента?а) пластический; б) хрупко-пластический; в) хрупкий.23) Укажите верное распределение стали по порогу хладостойкостив зависимости от степени раскисления (от более хладостойкой к менеехладостойкой)?1. кипящая 1. спокойнаяа) 2. полуспокойная ; б) 2. полуспокойная ; в)3. спокойная 3. кипящая1. полуспокойная2. кипящая3. спокойная24) Какое положение трещин на фасаде кирпичного здания свидетельствуето наличии слабого грунта под средней частью здания?а) наклонные трещины, расходящиеся к верху; б) наклонные трещины, расходящиесяк низу; в) вертикальные трещины, раскрывающиеся в большей степени вверхуздания; г) горизонтальные трещины.25) Укажите признак, характеризующий предаварийное состояниекаменных конструкций эксплуатируемых зданий и сооружений?а) осадочные трещины раскрытием более 2 мм, пересекающие более 8 рядов кладки;б) силовые трещины раскрытием более 1 мм, пересекающие более 4-х рядов кладки;в) осадочные трещины раскрытием более 4 мм, пересекающие более 12 рядов кладки;г) силовые трещины раскрытием более 2мм, пересекающие более 8 рядов кладки..97

26) Каким образом в поверочных расчетах каменных конструкцийэксплуатируемых зданий и сооружений учитывается наличие вертикальныхтрещин силового происхождения, пересекающих более 2-х рядов?а) не учитывается; б) введением повышающего коэффициента к расчетному сопротивлениюкладки; в) введением понижающего коэффициента к расчетному сопротивлениюкладки.27) На какую величину глубины заделки смещение конструкций перекрытийкирпичных зданий считается предаварийным?а) более 1/2; б) более 1/3; в) более 1/5; г) более 20мм.28) Как определяется расчетное сопротивление каменной кладкиэксплуатируемых зданий и сооружений при наличии проектных данныхо марке кирпича и марке раствора?а) теоретическим расчетом; б) по СНиП II-22-81 «Каменные и армокаменныеконструкции»; в) путем визуального осмотра; г) по СНиП 2.01.07 «Нагрузки и воздействия».29) Чему равен коэффициент запаса прочности (отношение усилия,соответствующего фактической прочности каменной кладки, к действующемуусилию), характеризующий предаварийное состояние неармированнойкирпичной кладки?а) менее 1,3; б) менее 1,7; в) менее 1,5; г) более 1,5.30) Назовите основную причину загнивания и поражения грибамидеревянных конструкций.а) повышенная возгораемость; б) повышенная влажность; в) пониженная прочность;г) чрезмерная вентиляция помещений.31) Какая площадь поперечного сечения деревянного растянутогоэлемента используется в поверочных расчетах на прочность?а) brutto (без учета ослаблений в сечении); б) netto (с учетом совмещения в сеченииослаблений, расположенных на участке длиной до 0,2 м); в) brutto (без учета ослабленийв сечении), если площадь ослабления не превышает 25 %; г) brutto (без учетаослаблений в сечении), если ослабления не выходят на кромки.32) В процессе предварительного обследования выявлено разрушениеотмостки в отдельных местах по периметру эксплуатируемого здания.К каким последствиям для здания это может привести?а) к уменьшению осадок здания; б) к улучшению физико-механических характеристикгрунтов основания здания; в) к неравномерной осадке здания; г) без последствийдля здания.98

33) На какую глубину подлежат исследованию грунты основанияфундамента при детальном обследовании основания и фундамента эксплуатируемогоздания?а) на глубину залегания подошвы фундамента; б) до уровня грунтовых вод;в) на глубину сжимаемой толщи; г) на глубину 2 м от поверхности земли; д) на глубину2 м от нулевой отметки здания.34) В каком случае производится поверочный расчет осадки основанияфундамента реконструируемого здания?а) уменьшается нагрузка на основание; б) глубина заложения подошвы фундаментабольше глубины промерзания грунта; в) если в изменившихся условиях можетпроизойти дополнительная осадка; г) глубина заложения подошвы фундамента большеглубины уровня грунтовых вод.35) Какое влияние на расчетное сопротивление грунтов основанияэксплуатируемого здания может оказывать обжатие их длительно действующейнагрузкой, составляющей более 80 % от расчетного сопротивления?а) уменьшать расчетное сопротивление грунтов основания; б) увеличивать расчетноесопротивление грунтов основания; в) не влияет на расчетное сопротивлениегрунтов основания.36) В каком случае в поверочных расчетах основания реконструируемыхзданий не учитывается возможное увеличение расчетного сопротивлениягрунтов основания от обжатие их длительно действующей нагрузкойи учета сниженных (по сравнению с предельными) деформационныхсвойств грунтов основания?а) прочностные характеристики грунта определялись по образцам, отобраннымпод подошвой; б) увеличивается нагрузка на основание; в) уменьшается нагрузка наоснование; г) осадки здания стабилизировались.99

Раздел IIПРОЕКТИРОВАНИЕ УСИЛЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙРЕКОНСТРУИРУЕМЫХ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙТема 8. УСИЛЕНИЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙУВЕЛИЧЕНИЕМ ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ В РАСТЯНУТОЙ ЗОНЕ8.1. Классификация методов усиленияжелезобетонных конструкцийУсиление конструкций достаточное дорогое и трудоемкое мероприятие.В ряде случаев имеется возможность обеспечить дальнейшую надежнуюэксплуатацию строительных конструкций без усиления путем измененияусловий их работы: уменьшением постоянных и временных нагрузок(например, заменой тяжелых утеплителей на легкие, перекрытий, кровельныхнастилов); уменьшением грузоподъемности кранов, если это возможнопо условиям эксплуатации, или ограничением их сближения; уменьшениемвибрации путем применения эффективной виброизоляции и т.д.При невозможности обеспечения надежной работы конструкций изменениемусловий их эксплуатации для восстановления проектных эксплуатационныхсвойств, а также их повышения по сравнению с проектными,выполняется усиление конструкций.В зависимости от цели расчет усиления железобетонных конструкцийпроизводят по условиям прочности, жесткости или трещиностойкости.При проектировании усиления конструкции выбор способа производитсяпосле стадии поверочных расчетов, которыми устанавливается вероятнаясхема ее разрушения. В общем случае разрушение изгибаемых, внецентренно(центрально) сжатых и растянутых элементов происходит: порастянутой зоне, по сжатой зоне, в зоне среза от действия поперечных сил,по пространственному сечению от действия крутящего момента, местногосмятия, отрыва и продавливания. Усилению подлежит наиболее слабаязона конструкции.Известные методы усиления железобетонных конструкций для облегчениявыбора в конкретных условиях наиболее эффективного условноклассифицированы, исходя из предполагаемой схемы разрушения конструкции,подлежащей усилению. Классификация методов усиления приведенана рис. 8.1.100

101Рис. 8.1. Классификация методов усиления железобетонных конструкций

Усиление растянутой зоны конструкций производится увеличениемплощади поперечного сечения рабочей арматуры путем установки дополнительнойарматуры с обеспечением ее совместной работы с усиливаемымиконструкциями.Усиление сжатой зоны железобетонных конструкций производитсяувеличением поперечного сечения путем устройства наращивания, обойм,рубашек, установкой дополнительной сжатой арматуры, ограничением поперечныхдеформаций.Усиление железобетонных конструкций в зоне среза на восприятиепоперечных сил производится увеличением размеров поперечного сеченияконструкций, установкой дополнительной поперечной арматуры в зонесреза с обеспечением совместной работы с усиливаемыми конструкциями.Усиление конструкций на восприятие крутящего момента выполняетсяувеличением поперечного сечения элемента, его армирования, атакже устройством стальных обойм, гильз и т.д.Усиление конструкций при местном сжатии и продавливаниипроизводится уширением площади опирания.В случае возможного разрушения железобетонных конструкций подвум и более зонам, а также при невозможности достижения требуемойстепени повышения прочности путем усиления только одной зоны, применяетсякомбинированное усиление (двух и более зон) конструкций.Отдельной группой выделены методы усиления, изменяющие первоначальнуюрасчетную схему конструкций: изменение места передачинагрузки на конструкцию; повышение степени внешней статической неопределимостивведением дополнительных связей; повышение степенивнутренней статической неопределимости устройством затяжек, распорок,шпренгелей, шарнирно-стержневых цепей. Эти методы позволяютэффективно повысить прочность железобетонных конструкций, но, какправило, уменьшают габариты помещений.При усилении для эффективного включения в совместную работудополнительных элементов следует стремиться к максимальной разгрузкеконструкций. Если усиление железобетонных конструкций с целью повышенияих прочности, жесткости и трещиностойкости производят под нагрузкой,все вышеперечисленные группы методов усиления эффективновыполнять с предварительным напряжением дополнительных элементовили связей (дополнительные опоры подклинивают, затяжки предварительнорастягивают, распорки сжимают).Сильно поврежденные конструкции (при разрушении более 50 %сечения сжатой зоны или 50 % площади рабочей арматуры) в большинст-102

ве случаев целесообразно заменять новыми. Замена железобетонныхконструкций может осуществляться: разборкой заменяемых конструкцийс последующим возведением новых; возведением новых с временным использованиемв качестве опалубки и последующей разборкой заменяемыхконструкций или возведением новых конструкций без разборки существующихс выполнением мероприятий, предотвращающих их обрушение.При этом конструкция усиления рассчитывается на полную действующуюнагрузку.При выборе метода усиления конструкции в конкретных условияхнеобходимо учитывать приемлемость того или иного метода, с точки зрениятехнического состояния усиливаемой конструкции, агрессивности,пожаро- и взрывоопасности среды, возможности достижения необходимойстепени увеличения прочности, выполнения усиления без остановки производства,в минимальные сроки, с минимальным уменьшением габаритовпомещения, технологичности и экономичности, эстетичности и др.8.2. Усиление растянутой зоныжелезобетонных конструкцийУсиление растянутой зоны производится увеличением площади поперечногосечения рабочей арматуры усиливаемой конструкции путем установкидополнительной арматуры в этой зоне с обеспечением ее совместнойработы с конструкцией. Совместная работа дополнительной арматурыс усиливаемой конструкцией обеспечивается:− приваркой к существующей арматуре;− приклеиванием к бетону растянутой зоны.8.2.1. Обеспечение совместной работы дополнительной арматурыприваркой к существующей арматуреПриварка дополнительной растянутой арматуры к существующейарматуре усиливаемой конструкции в зависимости от состояния и толщинызащитного слоя, а также возможности увеличения размеров поперечногосечения производится: непосредственно нахлесточным соединением сотбивкой защитного слоя по длине дополнительной арматуры (рис. 8.2, а);с помощью коротышей диаметром, превышающим толщину защитногослоя (рис. 8.2, б, в,); с помощью скоб (рис. 8.2, г). После приварки в проектномположении дополнительная арматура обетонируется.103

абвгРис. 8.2. Усиление растянутой зоны конструкций приваркой дополнительной арматуры:а – нахлесточным соединением; б – посредством коротышей со стороны растянутой зоны;в – посредством коротышей со стороны бокового защитного слоя; г – с помощью скобПриварка дополнительной арматуры к существующей предварительнонапряженной арматуре, а также не заведенной за грань опоры на требуемуюдлину ненапряженной арматуре усиливаемой конструкции, не допускается.Защитный слой бетона в местах приварки дополнительной арматуры,коротышей или скоб отбивается не менее чем на половину диаметра существующейарматуры. Существующая арматура в местах сварки должна бытьочищена от ржавчины, пыли и других загрязнений до чистого металла.В качестве дополнительной рабочей арматуры применяют стержневуюарматуру периодического профиля или гладкую, а также прокатныепрофили.Коротыши и участки соединения скоб из стержневой арматуры принимаютдлиной 50...200 мм и располагают по длине конструкции «вразбежку»с расстоянием между ними вдоль стержней не менее 20∅, где ∅ –больший диаметр свариваемых стержней.104

С целью уменьшения концентрации напряжений, охрупчивания металлаи ослабления сечения при выполнении сварных швов не допускаетсяналичие ожогов и подплавлений от дуговой сварки на поверхности рабочихстержней. Ожоги должны зачищаться абразивным кругом вдоль стержня.При усилении конструкции под нагрузкой приварку дополнительной арматурыосуществляют за два прохода симметрично в направлении от концовконструкции к середине. Приварку дополнительной арматуры к существующейарматуре усиливаемой конструкции, разгружаемой во время выполненияработ по усилению, допускается выполнять за один проход.Приварка дополнительной арматуры к существующей арматуре усиливаемойконструкции без предварительного ее разгружения не допускается,если напряжения в рабочей арматуре наиболее неблагоприятного сеченияконструкции превышают 85 % ее предела текучести. Напряжения варматуре усиливаемой конструкции определяют при фактически действующихнагрузках, фактической прочности бетона и арматуры, площадипоперечного сечения арматуры за вычетом сечения свариваемого стержняусиливаемой конструкции.При усилении конструкции без разгрузки дополнительную арматуруцелесообразно предварительно напрягать термическим, механическим иликомбинированным термомеханическим способами. При термическом способедополнительный стержень предварительно приваривают одним концомк существующей арматуре, затем нагревают стержень и привариваютего второй конец. При электротермическом способе для нагревания постержню пропускают ток от сварочного трансформатора. Величина предварительногонапряжения контролируется по удлинению стержня илитемпературе его нагрева. Необходимое удлинение дополнительногостержня определяется по формулеσ pl∆ l = , (8.1)Eгде σ p – требуемое предварительное напряжение, l – длина стержня междувнутренними концами сварных швов; E s – модуль упругости арматуры.Необходимую температуру нагрева дополнительной арматуры определяютпо формулеσ pt p = + t , (8.2)αEгде 0,0012 α = – коэффициент температурного расширения для арматурнойстали; t – температура окружающей среды в момент натяжения арматуры.Температура нагрева не должна превышать 400°С.ss105

При механическом способе предварительного напряжения к дополнительномустержню, приваренному одним концом к существующей арматуре,с противоположного конца приваривают натяжное устройство в видеболта с гайкой, а к существующей арматуре приваривают упор в виде отрезкатрубы с внутренним диаметром несколько большим диаметра болта.После закрепления концов дополнительная арматура приваривается к существующейпо длине. После натяжения дополнительной арматуры натяжноеустройство отрезают и используют повторно. Для создания предварительногонатяжения возможно использование стяжной муфты, включеннойв напрягаемый стержень.Для облегчения натяжения механическим способом дополнительныестержни одновременно нагревают (термомеханический способ). Величинапредварительного напряжения контролируется по удлинению стержня.Величина предварительного напряжения дополнительной арматурыпринимается в пределах0,4 f ≤ σ ≤ 0,9 f . (8.3)0.2 k, ad p 0.2 k,adМаксимальная величина предварительного напряжения для проволочнойарматуры не должна превышать 0,7 f 0.2 k,ad .С целью уменьшения прогиба и повышения трещиностойкости усиливаемойконструкции величину предварительного напряжения дополнительнойарматуры принимают максимальной.Потери предварительного напряжения в дополнительной арматуреопределяются по [8], как для конструкций с натяжением арматуры на бетон.8.2.2. Обеспечение совместной работы дополнительной арматурыприклеиванием к бетону растянутой зоныПри обеспечении совместной работы дополнительной арматуры иусиливаемой конструкции приклеиванием с помощью полимеррастворов(рис. 8.3) дополнительную листовую и профильную арматуру размещаютна поверхности, а стержневую – в специально подготовленных пазах или вслое полимерраствора. Кроме того, дополнительная рабочая арматура можетбыть размещена в сборных железобетонных элементах усиления, приклеиваемыхк растянутой зоне конструкции. В случае воздействия агрессивныхсред, учитывая высокие защитные свойства полимеррастворов, целесообразноодновременно выполнять покрытия на поверхности усиливаемойконструкции. Стальные листы защищают огнезащитными и антикоррозионнымисоставами. Дополнительную арматуру в растянутой зонеустанавливают по всей длине конструкции или на расчетную длину в соответствиис эпюрой внутренних усилий.106

Рис. 8.3. Усиление растянутой зоны конструкции приклеиванием дополнительнойарматуры: 1 – усиливаемая конструкция; 2 – шурф; 3 – анкер; 4 – листовая арматура;5 – полимерраствор; 6 – уголок; 7 – швеллер; 8 – паз; 9 – стержневая арматура;10 – обмазка из полимерраствора; 11 – сборный железобетонный элемент;12 – стеклоткань; 13 – тонкий лист с выштамповками; 14 – анкерная пластинаДля повышения эффективности анкеровки дополнительной листовойарматуры применяют анкерные связи в виде отрезков стержневой арматурыпериодического профиля, приваренных к листу и заанкеренных в предварительновысверленных в бетоне отверстиях, заполненных полимерраствором,или стальных листов, приклеенных по боковым граням усиливаемойконструкции.При усилении растянутой зоны приклеиванием дополнительной арматурыцелесообразна максимальная разгрузка усиливаемой конструкцииили предварительное напряжение дополнительной арматуры.В качестве дополнительной рабочей арматуры, приклеиваемой в растянутойзоне усиливаемой конструкции, применяют стержневую арматуру,арматурные канаты, листовой прокат толщиной 3...20 мм, прокатные про-107

фили в виде швеллеров, уголков, а также неметаллическую арматуру наоснове стеклянных, базальтовых, углеродных и других волокон.Работы по усилению растянутой зоны конструкций приклеиваниемдополнительной арматуры или сборных железобетонных элементов с дополнительнойарматурой производят в следующей последовательности.Подготавливают склеиваемые поверхности элементов усиления и усиливаемойконструкции. Стальные листы с внутренней стороны очищают отржавчины, окалины и обезжириваются ацетоном. Склеиваемые бетонныеповерхности усиливаемой конструкции и сборного железобетонного элементане должны иметь выступов, сколов ребер, жировых пятен, загрязненийи пыли. Поверхности, ранее подвергавшиеся воздействию агрессивныхсред, промывают чистой водой и сушат. Если агрессивные среды быликислыми, то после промывки поверхности нейтрализуют щелочными составамии вновь промывают и сушат. При большом объеме работ поверхностиподвергают пескоструйной очистке и обеспыливанию с помощьюволосяных щеток и обдувкой сжатым, очищенным от масла и влаги, воздухом.Трещины инъецируют. Пазы для размещения стержневой арматурынарезают с применением алмазного и твердосплавного механизированногоинструмента. Затем элементы усиления устанавливают в проектное положениеи фиксируют с помощью временных креплений (подпорок, хомутов,фиксаторов и т.п.).Полимерраствор для замоноличивания стержневой арматуры в пазахи антикоррозионного покрытия поверхности наносят вручную, методомзаливки или распыления. Полимерраствор в пазах между листовой арматуройили железобетонным сборным элементом вводят инъецированием черезштуцер, ввинчиваемый в отверстие элемента усиления. При этом зазорыпо периметру шва предварительно герметизируют полимеррастворомтого же состава с добавлением наполнителя.При применении дополнительной арматуры в виде швеллеров передустановкой швеллера в проектное положение необходимое количество полимерраствораукладывают на внутреннюю поверхность профиля. Затемшвеллер поднимают в проектное положение и притягивают к конструкциис помощью временных монтажных хомутов. Излишки полимеррастворавыдавливаются в зазоры между боковыми гранями усиливаемой конструкциии полками профиля.При усилении сборных многопустотных панелей перекрытия дляразмещения дополнительной арматуры используются пустоты. Дополнительнаяарматура может быть в виде отдельных стержней с фиксаторами108

для обеспечения защитного слоя или каркасов. Дополнительную арматуруустанавливают в пустоты через отверстия, пробитые со стороны верхнейили нижней граней плиты, а пустоты с помощью бетононасосов заполняютбетоном (рис. 8.4).Рис. 8.4. Усиление многопустотных панелей перекрытия установкойдополнительной арматуры: 1 – плита; 2 – сварной каркас; 3 – бетонС целью уменьшения расхода материалов при усилении многопустотныхпанелей дополнительная арматура может устанавливаться не по всейдлине панели, а пустоты заполняться не на весь объем. Для этого по концамзоны усиления со стороны верхней или нижней грани плиты выполняютщели, на арматуру устанавливают фиксаторы, вводят арматуру в пустоты всредней зоне панели, устанавливают временные ограничительные пластины,через щели с помощью патрубков пустоты между ограничительнымипластинами заполняют полимерраствором, после твердения которого, ограничительныепластины извлекают, а щели заделывают (рис. 8.5).абРис. 8.5. Усиление растянутой зоны многопустотных панелей установкойдополнительной арматуры: а – при устройстве щелей сверху плиты; б – при устройствещелей снизу плиты, 1 – усиливаемая плита, 2 – щель, 3 – дополнительная арматура,4 – фиксатор, 5 – ограничительная пластина, 6 – патрубок, 7 – полимерраствор109

Толщина слоя полимерраствора определяется из условия прочностиконтактного шва и должна быть не менее 3∅, где ∅ – диаметр дополнительнойарматуры.В приопорных зонах усиливаемых сборных многопустотных панелейвыполняют щели, устанавливают временные ограничительные пластины ввиде круга диаметром, равным диаметру пустоты, с прорезью для арматуры.Затем монтируют арматурный стержень и бетонируют приопорные зоныпустот. После набора бетоном прочности арматуру напрягают натяжнымиболтами, которые монтируют через отверстия со стороны нижнейграни. При этом устанавливают опалубку под отверстиями со сторонынижней грани. Затем оставшееся пространство пустот заполняют бетоннойсмесью, после выдержки которой снимают опалубку и обрезают выступающиеконцы натяжных болтов (рис. 8.6).аДополнительная арматура для усиления растянутой зоны сборныхпанелей может устанавливаться в расширенный шов между плитами с последующимбетонированием. При этом должна обеспечиваться совместнаяработа дополнительной арматуры с усиливаемыми панелями путем устройстванасечки, шпонок на боковых гранях смежных плит, а также применениемполимеррастворов с высокими адгезионными свойствами.Сборные железобетонные элементы усиления (обычные и предварительнонапряженные) должны быть запроектированы на нагрузки, действующиев период изготовления, транспортирования и монтажа в соответстаббРис. 8.6. Усиление сборных многопустотных плит предварительно напряженнойарматурой: а – плиты в момент предварительного напряжения арматуры; б – усиленнаяплита, 1 – усиливаемая плита, 2 – дополнительная арматура, 3 – временнаяограничительная пластина, 4 – бетон, 5 – натяжной болт, 6 – опалубка110

вии с [8]. Класс бетона элементов усиления должен быть не ниже фактическойпрочности бетона усиливаемой конструкции. Толщина сборного железобетонногоэлемента с дополнительной арматурой принимается не менее50 мм. Количество сборных железобетонных элементов, размещенных поширине сечения усиливаемой конструкции, может быть один и более.8.3. Расчет прочностиРасчет железобетонных элементов, усиленных установкой дополнительнойарматуры в растянутой зоне, производится как элементов сплошногосечения (при условии обеспечения совместной работы) в соответствиис [8] в предположении, что предельное состояние усиленных конструкцийнаступает одновременно с достижением существующей и дополнительнойарматурой расчетных сопротивлений.При этом в расчете усиления, как и при поверочных расчетах конструкцийдо усиления, учитываются неисправляемые повреждения и дефекты(коррозия или обрывы арматуры, повреждения бетона в сжатой зоне ит.д.), а также возможные ослабления арматуры при сварке уменьшением на15 % площади поперечного сечения существующей и дополнительной арматурыусиливаемых элементов, снижающих их прочность.Расчет прочности конструкций с усиленной растянутой зоной производитсяиз условий:для изгибаемыхдля внецентренно растянутыхдля внецентренно сжатыхM Sd⎫⎡ ⎛ xeff⎞⎤⎪NSd⎢e 0 − h y ⎪⎜ − −2 ⎟⎥⎣⎢⎝⎠⎦⎥⎪⎬ ≤ f yd As1( d − 0,5xeff) +⎡ ⎛ xeff⎞⎤NSde0h y ⎪⎢ + ⎜− −⎥2 ⎟⎢⎥⎪⎣ ⎝⎠⎦ ⎪⎭( ) ( )+ f yd , ad As1, ad dad − 0,5xeff + f yd As 2 0,5 xeff− c1,(8.4)гдеh и y – соответственно высота сечения и расстояние от растянутойграни до центра тяжести сечения усиливаемой конструкции.Высота сжатой зоны определяется из условий:для изгибаемыхдля внецентренно растянутыхдля внецентренно сжатых0 ⎫⎪N Sd ⎬ = f yd As1 + f yd , ad As1, ad − f yd As 2 − α fcd bxeff− N Sd ⎪⎭Расчетная схема представлена на рис. 8.7.. (8.5)111

бавгРис. 8.7. Расчетная схема элементов с усиленной растянутой зоной:а – поперечное сечение элемента; схема усилий в сечении элементов:б – изгибаемых; в – внецентренно сжатых; г – внецентренно растянутыхПри этом должно соблюдаться условиеxeff≤ ξ d , (8.6)limredгдеd red – приведенная рабочая высота сечения определяется по формулеdredd f A + d f A=f A + f Ayd s1 ad yd , ad s1,adyd s1 yd, ad s1,ad, (8.7)если условие (8.6) не выполняется, то необходимо одновременно усилениесжатой зоны конструкции.ξ – граничная относительная высота сжатой зоны сечения. Приlimопределении ξ lim в соответствии с [8] напряжения в растянутой арматурепринимаются по арматуре (существующей или дополнительной) с болеевысоким расчетным сопротивлением.Расчет прочности сечений элементов с усиленной растянутой зоной,имеющих полку в сжатой зоне, производится в зависимости от положенияграницы сжатой зоны.112

Расчет центрально-растянутых элементов, усиленных приваркой дополнительнойарматуры, производится из условияN ≤ f A + f A . (8.8)Sd yd s yd , ad s,adДополнительная арматура размещается в поперечном сечении усиленногоэлемента симметрично.Длина анкеровки существующей рабочей арматуры, к которой привариваютдополнительную арматуру, для сечения, в котором они учитываются сполным расчетным сопротивлением, производится по [8] с учетом коэффициентаkbdf yd As1 + f yd , ad As1,ad= . (8.9)f AВ случае усиления растянутой зоны конструкций дополнительнойарматурой без предварительного напряжения под нагрузкой, превышающей65 % расчетной, расчет должен производиться по деформационноймодели или к расчетному сопротивлению дополнительной арматуры вводитьсяпонижающий коэффициент γ s,ad = 0,9.При усилении растянутой зоны конструкций дополнительной арматуройнеобходимо выполнять проверку прочности зоны среза на действиеувеличенной поперечной силы.8.4. Расчет прочности контактного шва в растянутой зонеРасчет прочности контактного шва между элементами усиления иусиливаемой конструкцией производится по нормальному сечению в местенаибольшего изгибающего момента из условияTSdydRds1≤ T . (8.10)Сдвигающее усилие в контактном шве от внешней нагрузки в местенаибольшего изгибающего момента определяется из условия равновесиясил в нормальном сечении (рис. 8.8)M − f A zT = ≤ f A . (8.11)Sd sd s1Sd sd , ad s1,adzadПредельное сдвигающее усилие, воспринимаемое контактным швом,определяется по формулеRd cd , sh sh an yd anii = 1nT = f A + γ λf ∑ A , (8.12)где fcd , sh = 1,58 fctd– расчетное сопротивление бетона срезу; A sh – площадьконтактного шва: Ash = lshb– для листовой арматуры сборных желе-113

зобетонных элементов; A l ( b 2h)sh= + – для стержневой арматуры,sh1 1вклеиваемой в пазах; b 1 , h 1 – ширина и глубина паза; l sh – расчетная длинаконтактного шва, принимается равной расстоянию от рассматриваемогонормального сечения до торца, уменьшенному с учетом возможного отклонениянаправления развития трещины на величину h (высота поперечногосечения элемента); γ – коэффициент условий работы анкера присдвиге;an, nyd ∑ Aani– расчетное сопротивление растяжению и суммарнаяi=1fплощадь поперечного сечения анкерных стержней на расчетной длинеконтактного шва l sh ; λ – коэффициент, определяемый по формуле4,75λ =3fcd(1 + 0,15 A )anfyd≤ 0,7 . (8.13)Рис. 8.8. Расчетная схема контактного шваПри комбинированной анкеровке дополнительной арматуры (приклеиваниепо контакту плюс анкеры) γ an = 0,5 . При обеспечении анкеровкидополнительной арматуры только за счет анкеров γ an = 1.Глубина и диаметр шурфа под анкер в усиливаемой конструкцииподбирается в зависимостиnγ λ f ∑ A = π O/l f , (8.14)an yd ani 0 0 cd,shi = 1где O/ 0 и l 0 – диаметр и глубина шурфа под анкер.114

Вопросы для самоконтроля1. Приведите примеры обеспечения дальнейшей надежной эксплуатации конструкцийэксплуатируемых зданий и сооружений путем изменения условий их работы.2. Каким требованиям должны удовлетворять железобетонные конструкциипосле усиления?3. Каким образом устанавливается вероятная схема разрушения железобетонныхконструкций эксплуатируемых зданий и сооружений?4. Изложите условную классификацию методов усиления железобетонных конструкцийэксплуатируемых зданий и сооружений.5. В каких случаях применяется комбинированное (две и более зоны) усилениеэксплуатируемых железобетонных конструкций?6. Какими методами производится замена конструкций эксплуатируемых зданийи сооружений?7. Какие факторы следует учитывать при выборе метода усиления конструкциив конкретных условиях?8. Каким образом, в общем случае, производится усиление растянутой зоныэксплуатируемых железобетонных конструкций?9. Как обеспечивается совместная работа дополнительной арматуры с усиливаемойконструкцией?10. Какими факторами определяется способ и как осуществляется приварка дополнительнойарматуры к существующей при усилении растянутой зоны эксплуатируемыхжелезобетонных конструкций?11. Какая арматура используется в качестве дополнительной рабочей арматурыс приваркой ее к существующей при усилении растянутой зоны эксплуатируемых железобетонныхконструкций?12. В каких случаях приварка дополнительной арматуры к существующей арматуреусиливаемой конструкции без предварительного разгружения не допускается?13. Какими методами осуществляется и как контролируется предварительноенапряжение дополнительной арматуры при усилении железобетонных конструкций?14. В каких пределах устанавливается величина предварительного напряжениядополнительной арматуры?15. Приведите примеры усиления растянутой зоны железобетонных конструкцийприклеиванием дополнительной арматуры.16. Приведите примеры усиления растянутой зоны железобетонных многопустотныхпанелей перекрытия установкой дополнительной арматуры.17. Каким образом в расчете прочности по нормальному сечению усиленныхжелезобетонных элементов учитываются неисправляемые дефекты и повреждения, атакже возможные ослабления арматуры при сварке?18. Изложите алгоритм расчета прочности по нормальному сечению усиленныхв растянутой зоне железобетонных элементов.19. Как производится проверка прочности контактного шва при усилении растянутойзоны эксплуатируемых железобетонных конструкций?115

Тема 9. УСИЛЕНИЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙУВЕЛИЧЕНИЕМ ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ В СЖАТОЙ ЗОНЕ9.1. Общие положенияУсиление сжатой зоны железобетонных конструкций производитсяувеличением ее поперечного сечения, установкой дополнительной сжатойарматуры, ограничением поперечных деформаций, а также комбинированиемназванных методов.При увеличении поперечного сечения усиливаемой конструкции совместнаяработа старого и нового бетона достигается устройством в старомбетоне поперечных шпонок, насечки или дополнительными поперечнымиарматурными стержнями, соединенными с арматурой усиливаемойконструкции.Совместная работа дополнительной сжатой арматуры с усиливаемойконструкцией обеспечивается приваркой к существующей арматуре илиприклеиванием к бетону сжатой зоны. После установки в проектное положениедополнительная арматура обетонируется или покрывается антикоррозионнымии огнезащитными составами.Увеличение поперечного сечения сжатой зоны усиливаемой конструкциипроизводится устройством из бетона: наращивания (рис. 9.1), рубашек(рис. 9.2) или обойм (рис. 9.3).Рис. 9.1. Усиление сжатой зоны сборных плит наращиванием: 1 – усиливаемаяплита, 2 – шпонки, 3 – бетон наращивания, 4 – арматура наращиванияНаращивание выполняется со стороны одной или двух граней усиливаемойконструкции. Применяется для усиления сжатой зоны плитных ибалочных конструкций, крайних и угловых колонн зданий.Железобетонная рубашка устраивается с трех сторон усиливаемойконструкции, когда отсутствует возможность охватить поперечное сечениесо всех четырех сторон (крайние колонны, балки монолитного перекрытия,продольные ребра ребристых плит и т.п.). При устройстве рубашек следуетобеспечивать анкеровку дополнительной поперечной арматуры со свободнымконцом путем ее приварки к арматуре усиливаемой конструкции илизаанкериванием с помощью продольных стержней.116

Рис. 9.2. Усиление монолитной балки и колонны железобетонной рубашкой:1 – усиливаемая балка, 2 – усиливаемая колона, 3 – отверстия в плите,4 – поперечная арматура обоймы, 5 – насечка поверхности, 6 – оголеннаяарматура колонны, 7 – наружная стена, 8 – анкерные стержниРис. 9.3. Усиление ребристых плит и колонны железобетонной обоймой:1 – усиливаемая плита, 2 – усиливаемая колона, 3 – бетон обоймы, 4 – продольнаяарматура обоймы, 5 – поперечная арматура обоймы, 6 – насечка поверхности117

Железобетонные обоймы охватывают поперечное сечение усиливаемойконструкции со всех четырех сторон и рекомендуются для конструкцийс малыми эксцентриситетами приложения сжимающих сил.При увеличении поперечного сечения сжатой зоны минимальныйпроцент продольного армирования рубашек или обойм составляетρ min = 0,05% . Поперечная арматура принимается диаметром не менее6 мм и устанавливается с шагом⎧⎪15s ≤ 3 t ∅⎨⎪ ⎩500мм,где ∅ и t – соответственно диаметр продольной арматуры и толщинаобоймы (рубашки).В местах возможной концентрации напряжений, а также по концамусиливаемой конструкции на длине l sh (см. далее формулу (9.1)) шаг хомутовуменьшается вдвое.Толщина наращивания, рубашек и обойм определяется расчетом ипринимается с учетом условий укладки и уплотнения бетонной смеси. Минимальнаятолщина составляет: при укладке бетона вибрированием (крупность заполнителей не более20 мм):− для колонн – 80 мм,− для боковых стенок балок – 60 мм,− для плит перекрытий: сверху – 35 мм, снизу – 60 мм; при укладке бетона торкретированием:− для колонн – 50 мм,− для боковых стенок балок – 30 мм,− для плит перекрытий снизу – 35 мм при крупности заполнителяне более 10 мм.Класс бетона обойм, рубашек и наращивания рекомендуется приниматьне ниже класса бетона усиливаемой конструкции и не ниже классабетона в соответствии с [8] в зависимости от условий эксплуатации и характеристикиокружающей среды.Для усиления поврежденного участка устраивается местная железобетоннаяобойма или рубашка (рис. 9.4), которая должна выходить запределы поврежденного участка на длину⎧15t⎪ll bdsh ≥ ⎨ (9.1)2h⎪⎩400мм,где t – толщина обоймы рубашки; l bd – расчетная длина анкеровки арматурыобоймы или рубашки; h – больший размер поперечного сечения усиливаемойконструкции.118

Рис. 9.4. Усиление поврежденного участка колонныместной железобетонной обоймой: 1 – поврежденный участок,2 – бетон обоймы, 3 – уголок, 4 – соединительные стержни,5 – насечка поверхности, 6 – оголенная арматураПеред устройством наращивания, обойм, рубашек осуществляютподготовку поверхности усиливаемой конструкции: очищают от загрязненийи пыли, жировых пятен; выполняют насечку или поперечные шпонки сшагом не более 500 мм; промывают водой, сушат, смачивают перед бетонированием.При этом должно учитываться временное ослабление сечениясжатой зоны конструкции при насечке или устройстве шпонок.Для улучшения сцепления нового бетона со старым, кроме насечки,для местной обоймы рекомендуется выполнять адгезионную грунтовкуполимерраствором.Приварка дополнительной сжатой арматуры к существующей арматуреусиливаемой конструкции (рис. 9.5) осуществляется аналогичнорастянутой арматуре (см. тему 8). Коротыши и участки соединения скоб всжатой зоне располагаются по длине конструкции с шагом не более 20∅(∅ – диаметр дополнительной продольной арматуры) и не более 500 мм.При этом в расчете учитываются возможные ослабления арматурыпри сварке уменьшением на 15 % площади поперечного сечения существующейи дополнительной арматуры усиливаемой конструкции.119

абРис. 9.5. Усиление сжатой зоны конструкций наращиванием с установкойдополнительной арматуры: а – крайней колонны; б – сборного ригеля;1 – усиливаемая конструкция, 2 – бетон наращивания, 3 – дополнительная арматура,4 – скобы, 5 – оголенная арматура, 6 – легкий бетон, 7 – наружная стенаefflimПри обеспечении совместной работы дополнительной сжатой арматурыс усиливаемой конструкцией приклеиванием с помощью полимеррастворов(рис. 9.6) работы производятся аналогично приклеиванию дополнительнойарматуры в растянутой зоне с установкой по концам анкеров.Усиление сжатых конструкций путем ограничения поперечных деформацийпри x ≥ ξ ⋅ d производят установкой дополнительной косвеннойспиральной или кольцевой арматуры, которую эффективно предварительнонапрягать. Усиление косвенной арматурой при x < ξ ⋅ d малоэффективно.Шаг навивки спиралей или шаг колец – не более 1/5 диаметра сеченияэлемента и не более 100 мм. Спирали и кольца должны охватыватьвсю рабочую продольную арматуру.С целью повышения эффективности работы и уменьшения потерьпредварительного напряжения при натяжении перед выполнением спиральнойобмотки или монтажом кольцевой арматуры сжатых конструкцийefflim120

по граням или углам устанавливают дополнительные бетонные (рис. 9.7, а)или стальные (рис. 9.7, б) элементы с криволинейной поверхностью. Послемонтажа арматуры производят натяжение спиральной арматуры с помощьюдомкрата, а кольцевой – с помощью натяжных болтов. Для уменьшениясилы трения при натяжении поверхность покрывают смазкой.абРис. 9.6. Усиление сжатой зоны конструкции приклеиванием: а – сборныхжелезобетонных элементов; б – дополнительной листовой арматуры; 1 – усиливаемаяконструкция, 2 – сборный железобетонный элемент с продольной рабочей арматурой,3 – листовая арматура, 4 – полимерраствор, 5 – монолитный бетон зачеканкиПри заполнении дополнительных стальных элементов с криволинейнойповерхностью бетоном на напрягающем цементе и его твердении создаетсяплотный контакт с усиливаемой конструкцией.В случае полной разгрузки усиливаемой конструкции на моментустройства усиления спирали (кольца) могут быть выполнены без предварительногонапряжения. Для устройства спиральной обмотки оголяютпродольную арматуру по углам усиливаемой конструкции, затем по окружностиобмотки устанавливают дополнительную продольную арматуру.После навивки спиральной арматуры устанавливают опалубку и обетонируютусиливаемую конструкцию (рис. 9.7, в).121

а б вРис. 9.7. Усиление сжатых элементов установкой косвенной арматуры:а – кольцевой; б, в – спиральной; 1 – усиливаемая колонна,2 – дополнительный бетонный элемент, 3 – кольцевая арматура,4 – дополнительная сжатая арматура, 5 – спиральная арматура,6 – пластина с выступами, 7 – дополнительный стальной элемент,8 – бетон на напрягающем цементе, 9 – стальная стяжка9.2. Расчет прочностиРасчет железобетонных конструкций, усиленных увеличением поперечногосечения сжатой зоны и установкой дополнительной сжатой арматурыпроизводится в предположении совместной работы дополнительногобетона и арматуры с усиливаемой конструкцией и возможной схемойразрушения элемента после усиления по растянутой зоне.122

В этом случае расчет прочности усиленных конструкций прямоугольногопоперечного сечения производят по следующим формулам:а) для наращивания, если соблюдается условиедля изгибаемых0 ⎫⎪для внецентренно растянутых NSd ⎬ + f yd As1 ≤ α fcd , adbhad + σ s, ad ,lim As 2, ad , (9.2)для внецентренно сжатых −NSd⎪⎭то есть при xeff≤ h′ad расчет производится, как для элемента, выполненногоиз одного класса бетона (рис. 9.8, а);для изгибаемыхM Sd ⎫⎪⎛ xeff⎞⎬ ≤ α fcd , ad bxeff ⎜ d + had′ − ⎟ +для внецентренно растянутых N2Sd e⎪⎭⎝⎠ (9.3)+ σ A d + h′− c ,и внецентренно сжатыхs, ad ,lim s2, ad ( ad 1, ad )где e – расстояние от продольной силы до центра тяжести растянутойарматуры.При этом высота сжатой зоны определяется из условиядля изгибаемых0 ⎫⎪для внецентренно растянутых NSd ⎬ + α fcd , adbxeff + σ s, ad ,lim As 2, ad = f yd As1, (9.4)для внецентренно сжатых −NSd⎪⎭если условие (9.2) не соблюдается, расчет производится с учетом различныхклассов бетона в расчетном сечении (рис. 9.8, б)для изгибаемыхдля внецентреннорастянутых и внецентренносжатыхгдеeffMNSdSd⎫⎪⎛ had′ xeff⎞⎬ ≤ αfcd b( xeff − had ′ ) d + − + σs,lim As2 ( d − c1) +e⎜ 2 2 ⎟⎪⎭⎝ ⎠(9.5)⎛ had′ ⎞+ αfcd , ad b ⋅ had ′ d + + σ s,lim, ad As 2, ad ( d + had ′ − c1,ad ),⎜ 2 ⎟⎝ ⎠x определяется из условиядля изгибаемыхдля внецентренно растянутыхдля внецентренно сжатых0 ⎫⎪NSd ⎬ + αfcd , adb( xeff − had ′ ) + σ s,lim As2 +−NSd⎪⎭+ α f bh′+ σ A = f Acd, ad ad s,lim, ad s2, ad yd s1( )cd , ad ad ad;(9.6)б) для обоймы, если соблюдается условиедля изгибаемых0 ⎫⎪для внецентренно растянутых NSd ⎬ + f yd As1 + f yd , ad As1, ad ≤ σ s,lim, ad As 2, ad +для внецентренно сжатых −N(9.7)Sd ⎪⎭+ α f b + b h′,то есть( b + )b adx ≤ h′effad, расчет производится, как для элемента шириной, выполненного из одного класса бетона (рис. 9.9, а).123

аs1бs1Рис. 9.8. Схемы усилий и эпюры напряжений в нормальном сечении усиленного''наращиванием элемента при условии xeff≤ xeff,lim : а – при xeff≤ had; б – при xeff> hЕсли условие (9.7) не соблюдается, расчет производится с учетомразличных классов бетона (рис. 9.9, б)для изгибаемых M Sd ⎫⎪⎛ had′ xeff⎞⎬ ≤ α ( fcdb + fcd , adbad )( xeff − had ′ )dred+ − +для внецентренно N2 2Sd e⎜⎟⎪⎭⎝ ⎠растянутых и⎛ had′ ⎞сжатых+ α fcd , ad ( b + bad ) had′d + +(9.8)⎜ 2 ⎟⎝ ⎠+ σ A d − c + σ A d + h′− c ,гдеx eff определяется из условиядля изгибаемыхдля внецентренно растянутыхдля внецентренно сжатых( ) ( )s,lim s2 red 1 s,lim, ad s2, ad ad 1, ad0 ⎫⎪NSd ⎬ + α ( fcd b + fcd , ad bad )( xeff − had′ ) +−NSd⎪⎭+ α fcd , ad ( b + bad ) had ′ + σ s,lim As2 ++ σ A = f A + f As,lim, ad s2, ad yd s1 yd, ad s1,ad124.(9.9)В выражении (9.8): e – расстояние от внешней продольной силы доцентра тяжести существующей и дополнительной арматуры; d – приведеннаярабочая высота сечения.redad

Рис. 9.9. Схемы усилий и эпюры напряжений в нормальном сечении элемента,усиленного обоймой (рубашкой), при условии xeff≤ xeff,lim :а – приxeff'≤ had; б – приxeff'> hadПриx eff = x effx > в условиях прочности (9.3), (9.5), (9.8) принимаетсяeff x eff , lim,lim .При экономическом обосновании усиление железобетонных конструкцийнаращиванием, обоймами или рубашками может производиться при≤ ξ ⋅ d за счет увеличения рабочей высоты сечения. Усиление такимx efflimспособом дает возможность разместить верхнюю надопорную арматуру неразрезныхконструкций при усилении растянутой зоны опорного сечения.Расчет прочности центрально сжатых элементов, усиленных железобетоннойобоймой, производится из условияN ≤ ϕ( α f A + σ A + α f A + σ A ), (9.10)Sd cd c s,lim s2 cd , ad c, ad s,lim, ad s2,adгде ϕ – коэффициент продольного изгиба; A c,ad и A s2,ad – соответственноплощадь поперечного сечения бетона и арматуры обоймы.125

При выполнении усиления сжатой зоны конструкции под нагрузкой,превышающей 65 % расчетной, расчет производится по деформационноймодели или к расчетному сопротивлению дополнительной арматуры и бетонавводятся понижающие коэффициенты γ s,ad = 0,9 и γ c,ad = 0,9.Расчет прочности сжатых элементов, усиленных спиральнойили кольцевой поперечной арматурой в общем случае производится изусловия (9.10), вводя в расчет лишь часть площади бетонного сечения A eff ,ограниченную осью спирали, подставляя в расчетные формулы вместо f cdприведенную призменную прочность бетона f cd,red .Значение f cd , red определяется по формулеff A + f A ⎛ 7,5ecd c cd, ad c, ad , eff0cd , red = + 2µ cir f yd,cir1 −Ac + A⎜c, ad , eff ∅eff⎝⎞, (9.11)⎟⎠где A c и A c,ad,eff – соответственно площадь поперечного сечения бетонаусиливаемой конструкции и бетона усиления внутри площади, ограниченнойосью спирали; µ cir – коэффициент косвенного армирования:4As , cirµ cir = ; (9.12)∅ sA s,cir – площадь поперечного сечения спиральной или кольцевой арматуры;∅ eff – диаметр сечения внутри спирали; e 0 – эксцентриситет приложенияпродольной силы (без учета влияния прогиба).Косвенное армирование учитывается в расчете при условии, чтопрочность усиленной конструкции, определенная с учетом f cd , red и площадипоперечного сеченияA effeff, ограниченной осью спиральной или кольцевойарматуры, превышает его прочность, определенную по полному сечению( AcAc , ad )fcd , red=+ и значению расчетного сопротивления бетонаf A + f Acd c cd, ad c,adAc+ Ac,adбез учета косвенной арматуры.9.3. Расчет прочности контактного шва в сжатой зонеРасчет прочности контактного шва между дополнительными бетоном(арматурой) сжатой зоны и усиливаемой конструкцией производитсяиз условияTSd ≤ T Rd . (9.13)126

Сдвигающее усилие в шве от внешней нагрузки со стороны свободнойопоры определяется из условия равновесия сил в нормальном сечении (рис. 9.10):где c, ad , s2,adT = f A + σ A , (9.14)Sd cd , ad c, ad s,lim, ad s2,adA A – соответственно площадь поперечного сечения сжатойзоны бетона и сжатой арматуры наращивания.Рис. 9.10. Схема для определения усилий и расчетной длины контактного шваДлина поверхности сдвига l sh принимается равной расстоянию отторца усиливаемой конструкции до рассматриваемого нормального сечения.Для сжатых конструкций, усиленных железобетонной обоймой илирубашкой с передачей нагрузки только на усиливаемую конструкцию (например,местная обойма), длина поверхности сдвига определяется расстояниемот начала поврежденного участка до конца обоймы.Предельное сдвигающее усилие, воспринимаемое контактным швом,определяется по формулеT = f b l , (9.15)Rd sh,d sh shгде f sh,d – среднее по длине участка суммарное расчетное сопротивлениесдвигу контактного шва; b sh – расчетная ширина поверхности сдвига.127

В общем случае среднее суммарное расчетное сопротивление сдвигуконтактного шва принимается равнымf = f + f + f , (9.16)sh, d c, sh s, sh n,shгде f c,sh – сопротивление шва сдвигу за счет сцепления, механическогозацепления и обжатия бетона; f s,sh – сопротивление шва сдвигу за счет работына срез дополнительной поперечной арматуры, пересекающей шов;f – сопротивление шва сдвигу за счет работы поперечных шпонок.n,shПри учете в расчетах работы поперечных шпонок сопротивлениешва сдвигу f c,sh не учитывается.При учете совместной работы шпонок и дополнительной поперечной арматурырасчетное сопротивление контактного шва сдвигу принимается равнымf = γ f + γ f , (9.17)sh, d n1 n, sh n2 s,shгде γ n1, γ n2– коэффициенты, равные:γ = 1, γ = 0,5 при f ≥ f ;− n1 n2 n, sh s,sh− n1 0,5, n2 1 при fn, sh fs,shγ = γ = < .Сопротивление контактного шва сдвигу f cd , sh определяется по формулеf⎛= αγ γ f ⎜1+ γ⎝c, sh c c, sh1 ctd c, sh2σfc,mctd⎞⎟, (9.18)⎠где α = 0,75 – коэффициент, учитывающий длительность действия нагрузки;γ c – коэффициент, учитывающий влияние многократно повторяющейсянагрузки, равен: γ c1 = 0,65 при коэффициенте асимметрии цикла нагруженийρ = 0,3 и γ c = 0,75 при ρ = 0,6 , (применение плоского гладкогонеармированного контакта при действии многократно повторяющейся нагрузкине допускается); γ c, sh1– коэффициент, учитывающий влияние состоянияповерхности контактного шва, принимается в интервале 0,3…0,8;f ctd – расчетное сопротивление бетона более низкого класса из сопрягаемых;γ c, sh2– коэффициент, учитывающий влияние состояния поверхностиконтактного шва при его обжатии, принимается в интервале 0,8…2,2; σ c,m –среднее напряжение обжатия контактного шваVσ c,m = . (9.19)b lПри расчете прочности контактных швов у неразрезных опор принимаетсяσ = .c, m 0sh sh128

Сопротивление шва сдвигу f s,sh за счет работы поперечной арматурыопределяется по формуле3 2s, sh 0,65 cd s sw 0,7 sw ydf = f E µ ≤ µ f , (9.20)где f cd – расчетное сопротивление бетона усиления сжатию; E s –Aswмодуль упругости поперечной арматуры; µ sw = – коэффициент поперечногоармирования; S ad – шаг дополнительных поперечных стержней.bshSadСопротивление шва сдвигу за счет работы поперечных бетонныхшпонок определяется как меньшее значение из условий среза и смятия:ffn,shn,sh2 f ctd b n l ni n= , (9.21)b lsh shfctdbn hnn= , (9.22)b lгде b n , h n , l ni – ширина, высота и длина шпонок; n – число шпонок нарасчетной поверхности сдвига.Расчетная ширина b sh принимается равной ширине контакта в местесопряжения усиливаемой конструкции и бетона наращивания. Для сжатыхконструкций, усиленных обоймой или рубашкой с передачей нагрузкитолько на конструкцию, b sh принимается равной сумме сторон поперечногосечения усиливаемой конструкции, сопряженных с бетоном усиления.sh shВопросы для самоконтроля1. Каким образом, в общем случае, производится усиление сжатой зоны эксплуатируемыхжелезобетонных конструкций?2. Как обеспечивается совместная работа дополнительного бетона и арматуры сусиливаемой конструкцией при усилении ее сжатой зоны?3. Какими методами производится увеличение поперечного сечения сжатой зоныжелезобетонных конструкций?4. Назовите конструктивные требования при увеличении поперечного сечениясжатой зоны железобетонных конструкций путем наращивания, рубашек или обойм.5. Какие конструктивные требования необходимо выполнять при усилении поврежденногоучастка сжатой железобетонной конструкции местной железобетоннойобоймой?6. Приведите примеры усиления со стороны сжатой зоны железобетонных панелейперекрытия.7. В каких случаях и как производится усиление сжатых железобетонных конструкцийпутем ограничения поперечных деформаций?129

8. Изложите алгоритм расчета прочности по нормальному сечению усиленныхв сжатой зоне изгибаемых железобетонных элементов.9. Как производится проверка прочности усиленных центрально-сжатых железобетонныхэлементов?10. В чем заключается особенность поверочного расчета прочности по нормальномусечению железобетонных элементов, усиленных спиральной или кольцевой арматурой?11. Как производится проверка прочности контактного шва при усилении сжатойзоны эксплуатируемых железобетонных конструкций?Тема 10. ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХЭЛЕМЕНТОВ, УСИЛЕННЫХ УВЕЛИЧЕНИЕМ ПОПЕРЕЧНОГОСЕЧЕНИЯ, НА ОСНОВЕ ДЕФОРМАЦИОННОЙ МОДЕЛИ10.1. Общие положенияРасчет прочности и параметров напряженно-деформированного состоянияна любом этапе деформирования железобетонных элементов, усиленныхувеличением поперечного сечения с обеспечением совместной работыдополнительного бетона и арматуры с усиливаемым элементом повсей длине контакта, производится на основе деформационной модели.Деформационная модель расчета позволяет в полной мере учитывать особенностьработы усиленных под нагрузкой железобетонных элементов,которые после усиления превращаются в многокомпонентную конструкцию,состоящую из основной части, находящейся в определенном напряженно-деформированномсостоянии, и дополнительной части – в первоначальномсостоянии.Для расчета усиленных железобетонных элементов принимаются теже гипотезы, что и при выполнении поверочных расчетов эксплуатируемыхжелезобетонных конструкций (см. тему 4). Аналогично сечению основнойчасти элемента, поперечное сечение дополнительной части разбиваетсяна элементарные площадки или при плоской задаче – на элементарныеслои. Гипотеза плоских сечений для относительных деформаций всегосечения усиленного под нагрузкой железобетонного элемента, состоящегоиз основной и дополнительной части, не выполняется, поскольку при усилениив основной части сечения уже имеются относительные деформацииот воздействия нагрузки. Учитывая совместную работу основной и дополнительнойчастей сечения после усиления, принимается гипотеза плоскихсечений отдельно для относительных деформаций дополнительной части идля приращений относительных деформаций основной части конструкциипосле усиления. Тогда относительные деформации элементарного слоя основнойчасти сечения элемента представляются как сумма относительныхдеформаций до усиления и относительных деформаций после усиления.130

При этом параметры диаграмм состояния бетона и арматуры усиливаемойконструкции определяются по проектным данным или результатамиспытаний, а дополнительного бетона и арматуры – по СНБ 5.03.01-02.10.2. Расчет прочности усиленных элементов по сечению,нормальному к продольной осиРасчет прочности железобетонных элементов, усиленных увеличениемпоперечного сечения в растянутой и сжатой зонах, под нагрузкойпроизводится в два этапа. На первом этапе вычисляют относительныедеформации элементарных площадок усиливаемого элемента от действующейпри усилении нагрузки, которые согласно гипотезе плоских сеченийопределяются кривизной 1 r , их расстоянием от центра тяжести сечения( y y )− и продольными относительными деформациями0 iε = N ∑ E A .N ,1 Sd i ii=1nНа втором этапе расчет производится для усиленного сечения элементаметодом последовательного нагружения с реализацией итерационногопроцесса вычисления относительных деформаций в элементарныхплощадках.Относительные деформации в элементарных площадках сеченияусиленного элемента (рис. 10.1) определяются из условий: для изгибаемых элементов:− в основном сечении1ε i = ( yo,c − yi) ; (10.1)rc− в дополнительном сечении1ε i = ( yo,ad − yi) ; (10.2)r для внецентренно сжатых (растянутых) элементов:− в основном сеченииad( + ∆ ) − ε ,1∑N N E ASd Sd N i i1i=1i ( yo, c yi ) N ,1rn mc∑ Ei Ai + ∑ E j Aji= 1 j = 1ε = − + ε +n; (10.3)131

− в дополнительном сечении( + ∆ ) − ε ,1∑N N E ASd Sd N i i1i = 1j ( yo,ad y j )rn mad∑ Ei Ai + ∑ E j Aji = 1 j = 1ε = − +n. (10.4)аба б ввM sdРис. 10.1. Расчетное сечение (а) и распределение деформаций усиленного железобетонногоэлемента: б – изгибаемого; в – внецентренно сжатого1 1Значения , , yo, c,yo,ad определяются из совместного решенияrcradуравнений:− для изгибаемых элементов:⎧ 1 ⎡ n2 m2 ⎤⎪ ⎢∑Ei Ai ( yo, ad − yi ) + ∑ E j Aj ( yo,ad − y j ) ⎥ +⎪rad⎢⎣i= 1 j = 1⎥⎦⎪ 1 ⎡n⎤⎪+ Ei Ai ( yo yi )( yo,ad yi ) ( M Sd M Sd ) 0,r⎢∑− − ⎥ − + ∆ =⎪ ⎣i= 1⎦⎪ 1 ⎡ nm⎤⎪ ⎢∑Ei Ai ( yo, ad − yi ) + ∑ E j Aj ( yo,ad − y j ) ⎥ +⎨rad⎢⎣i= 1 j = 1⎥⎦⎪ 1 ⎡n⎤⎪+ Ei Ai ( yo yi) 0,r⎢∑− ⎥ =⎪ ⎣i= 1⎦⎪ 1 1 1yo, c − yo,ad = yo,⎪rcradr⎪ 1 1 1⎪ − = ;⎩rcradr(10.5)132

− для внецентренно сжатых (растянутых) элементов:⎧ 1 ⎡ n2 m2 ⎤⎪ ⎢∑Ei Ai ( yo, ad − yi ) + ∑ E j Aj ( yo,ad − y j ) ⎥ +⎪rad⎢⎣i= 1 j = 1⎥⎦⎪ 1 ⎡n⎤⎪+ Ei Ai ( yo yi )( yo,ad yi)r⎢∑− − ⎥ +⎪ ⎣i= 1⎦n⎪⎪+εN ,1 ∑ Ei Ai ( yo, ad − yi ) − ( NSd + ∆NSd )( yo,ad − eN) = 0,⎨ i = 11n m1n⎪ ⎡ ⎤ ⎡ ⎤⎪ ⎢∑ Ei Ai ( yo, ad − yi ) + ∑ E j Aj ( yo,ad − y j ) ⎥ + Ei Ai ( yo − yi) = 0,radi= 1 j = 1 r⎢∑⎥⎣⎢ ⎦⎥ ⎣i= 1⎪⎦⎪1 1 1yo, c − yo,ad = yo,⎪rcradr⎪ 1 1 1⎪ − = ,⎩rcradrгде(10.6)1 r – кривизна основного (усиливаемого) элемента от действующейпри усилении нагрузки; 1 r ad – кривизна дополнительного (усиливающего)элемента от действующей нагрузки после усиления; 1 r c – кривизнаосновного элемента от действующей после усиления нагрузки; y 0 – расстояниеот выбранной оси до центра тяжести сечения основного элементапри усилении; y 0,ad – расстояние от выбранной оси до центра тяжести сечениядополнительного элемента после усиления; y 0,c – расстояние от выбраннойоси до центра тяжести сечения основного элемента после усиления;M Sd , N Sd – соответственно изгибающий момент и продольное усилиеот действующей при усилении нагрузки (растягивающее усилие принимаетсясо знаком «плюс», сжимающее – «минус».); ∆ M Sd , ∆ NSd– приращениесоответственно изгибающего момента и продольного усилия от дополнительнойнагрузки, приложенной после усиления; i , j – количествоэлементарных площадок соответственно в основном и дополнительном сеченииусиленного железобетонного элемента.На каждой ступени нагружения из первых двух уравнений систем(10.5) и (10.6) методом итераций определяются неизвестные 1 r , y 0, .Из третьего и четвертого уравнений вычисляются 1 r , y 0, . По формулам(10.1) … (10.4) определяются относительные деформации элементарныхплощадок основного и дополнительного сечения.ccadad133

При расчете по деформационной модели железобетонных элементов,усиленных увеличением поперечного сечения, в случае косого изгиба икосого внецентренного сжатия-растяжения расчет производится относительнодвух осей.Относительные деформации в элементарных площадках сечения усиленногожелезобетонного элемента (рис. 10.2) определяются из условий: для косоизгибаемых элементов:− в основном сечении⎛ 1 ⎞ ⎛ 1 ⎞ε = ⎜ ⎟ − + ⎜ ⎟ −⎝ rc⎠ ⎝ rc⎠( y , y ) ( x , x )i o c i o c iyx− в дополнительном сечении⎛ 1 ⎞ ⎛ 1 ⎞ε = ⎜ ⎟ − + ⎜ ⎟ −⎝ rad⎠ ⎝ rad⎠( y , y ) ( x , x )j o ad j o ad jyx; (10.7); (10.8)Рис. 10.2. Расчетная схема кососжатого железобетонного элемента,усиленного обоймой134

для кососжатых элементов:− в основном сечении( + ∆ ) − ε ,1∑N N E AN i i⎛ 1 ⎞ ⎛ 1 ⎞i = 1i ⎜ ⎟ ( yo, c yi ) ⎜ ⎟ ( xo, c xi ) N ,1 n m⎝ rc⎠ ry⎝ c ⎠ x∑ Ei Ai + ∑ E j Aji = 1 j = 1ε = − + − + ε +− в дополнительном сечении( + ∆ ) − ε ,1∑N N E AN i i⎛ 1 ⎞ ⎛ 1 ⎞i = 1j ⎜ ⎟ ( yo, ad y j ) ⎜ ⎟ ( xo,ad x j ) n m⎝ rad⎠ ry⎝ ad ⎠ x∑ Ei Ai + ∑ E j Aji= 1 j = 1ε = − + − +⎛ 1 ⎞ ⎛ 1 ⎞ ⎛ 1 ⎞ ⎛ 1 ⎞Значения ⎜ ⎟ , ⎜ ⎟ , ⎜ ⎟ , ⎜ ⎟ , y , , x , , y , , x ,⎝ rc ⎠ ⎝ rc ⎠ ⎝ rad ⎠ ⎝ rad⎠yxyxo c o c o ad o adопределяютсяиз совместного решения уравнений:− для косоизгибаемых элементов⎧1 ⎡ n2 m2 ⎤⎪⎛ ⎞⎜ ⎟ ⎢∑Ei Ai ( yo, ad − yi ) + ∑ E j Aj ( yo,ad − y j ) ⎥ +⎪ ⎝ rad⎠ y ⎢ ⎣i= 1 j = 1⎥ ⎦⎪1n⎪ ⎛ ⎞ ⎡⎤+ Ei Ai ( yo − yi )( yo,ad − yi ) − ( M y + ∆ M y ) = 0,⎪ ⎜ ⎟r⎢∑⎥⎝ ⎠ y ⎣i= 1⎦⎪1n2 m2⎪⎛⎞ ⎡⎤Ei Ai ( xo, ad − xi ) + E j Aj ( xo,ad − x j ) +⎪⎜ ⎟ ⎢∑∑⎥⎝ rad⎠ x ⎢ i= 1 j = 1⎥⎪⎣ ⎦1n⎪ ⎛ ⎞ ⎡⎤+ ⎜ ⎟ Ei Ai ( xo − xi )( xo,ad − xi)r⎢∑ ⎥ − ( M x + ∆ M x ) = 0,⎪ ⎝ ⎠x⎣i=1⎦1nm⎪⎛⎞ ⎡⎤⎨⎜ ⎟ ⎢∑Ei Ai ( yo, ad − yi ) + ∑ E j Aj ( yo,ad − y j ) ⎥ +⎪ ⎝ rad⎠ y ⎢ ⎣i= 1 j = 1⎥ ⎦⎪ ⎛ 1 ⎞ ⎡ nm⎤⎪+ ⎜ ⎟ ⎢∑Ei Ai ( xo, ad − xi ) + ∑ E j Aj ( xo,ad − x j ) ⎥ +⎪ ⎝ rad ⎠ x ⎣ ⎢ i = 1 j = 1⎦ ⎥⎪ ⎛ 1 ⎞ ⎡ n⎤ ⎛ 1 ⎞ ⎡ n⎤⎪+ ⎜ ⎟ Ei Ai ( yo − yi ) + ⎜ ⎟ Ei Ai ( yo − yi) = 0,r⎢∑⎥y i = 1 r⎢∑⎥⎪ ⎝ ⎠ ⎣ ⎦ ⎝ ⎠x⎣i=1⎦⎪⎛1 ⎞ ⎛ 1 ⎞ ⎛ 1 ⎞ ⎛ 1 ⎞ ⎛ 1 ⎞ ⎛ 1 ⎞⎪⎜⎟ yo,c − ⎜ ⎟ yo, ad = ⎜ ⎟ yo; ⎜ ⎟ xo, c − ⎜ ⎟ xo,ad = ⎜ ⎟ xo,⎪⎝rc⎠ ry ⎝ ad ⎠ ry⎝ ⎠ y ⎝ rc ⎠ rx ⎝ ad ⎠ rx⎝ ⎠x⎪⎛ 1 ⎞ ⎛ 1 ⎞ ⎛ 1 ⎞ ⎛ 1 ⎞ ⎛ 1 ⎞ ⎛ 1 ⎞⎪⎜ ⎟ − ⎜ ⎟ = ⎜ ⎟ ; ⎜ ⎟ − ⎜ ⎟ = ⎜ ⎟ ;⎪⎝ rc ry ad ry y rc rx ad r⎩ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠x⎝ ⎠xnn; (10.9). (10.10)(10.11)135

− для кососжатых элементов⎧⎪⎛1 ⎞ ⎡ n2 m2 ⎤⎪⎜ ⎟ ⎢∑ Ei Ai ( yo, ad − yi ) + ∑ E j Aj ( yo,ad − y j ) ⎥ +⎪ ⎝ rad⎠ y ⎢ ⎣i= 1 j = 1⎥ ⎦⎪ 1n⎛ ⎞ ⎡⎤⎪+ ⎜ ⎟ Ei Ai ( yo yi )( yo,ad yi)r⎢∑− − ⎥ +⎪ ⎝ ⎠ y ⎣i= 1⎦⎪ n⎪+εN ,1 ∑ Ei Ai ( yo, ad − yi ) − ( N + ∆N )( yo,ad − eNy) = 0,⎪i=11n2 m⎪⎛⎞ ⎡2 ⎤⎜ ⎟ ⎢ Ei Ai ( xo, ad − xi ) + E j Aj ( xo,ad − x j ) ⎥ +⎪ ∑∑⎝ rad⎠ x ⎣ ⎢ i = 1 j = 1⎦ ⎥⎪⎛ 1n⎪ ⎞ ⎡⎤+ ⎜⎝ Ei Ai ( xo − xi r ⎠)( xo,ad − xi) +⎪ ⎟ ⎢∑⎥x ⎣i=1⎦⎪ n⎨+εN ,1 ∑ Ei Ai ( xo, ad − xi ) − ( N + ∆N )( xo,ad − eNx) = 0,(10.12)⎪ i=1⎪⎛1 ⎞ ⎡ nm⎤⎪⎜ ⎟ ⎢∑Ei Ai ( yo, ad − yi ) + ∑ E j Aj ( yo,ad − y j ) ⎥ +r⎪ ⎝ ad ⎠ y ⎢ ⎣i= 1 j = 1⎥ ⎦⎪ ⎛ 1 ⎞ ⎡ nm⎤⎪+ ⎜ ⎟ ⎢∑Ei Ai ( xo, ad − xi ) + ∑ E j Aj ( xo,ad − x j ) ⎥ +⎪ ⎝ rad⎠ x ⎣ ⎢ i= 1 j = 1⎦ ⎥⎪ ⎛ 1 ⎞ ⎡n⎤ 1n⎛ ⎞ ⎡ ⎤⎪+ ⎜ ⎟ Ei Ai ( yo − yi)i i ( o i ) 0,⎝ r⎢∑⎥ + ⎜ ⎟ E A y y⎠ y i 1 r⎢∑− ⎥ =⎪ ⎣ = ⎦ ⎝ ⎠x⎣i= 1⎦⎪⎛ 1 ⎞ ⎛ 1 ⎞ ⎛ 1 ⎞ ⎛ 1 ⎞ ⎛ 1 ⎞ ⎛ 1 ⎞⎪⎜ ⎟ yo, c − ⎜ ⎟ yo, ad = ⎜ ⎟ yo; ⎜ ⎟ xo, c − ⎜ ⎟ xo,ad = ⎜ ⎟ xo,⎪⎝ rc ⎠ ry ⎝ ad ⎠ ry⎝ ⎠ y ⎝ rc ⎠ rx ⎝ ad ⎠ rx⎝ ⎠x⎪⎛ 1 ⎞ ⎛ 1 ⎞ ⎛ 1 ⎞ ⎛ 1 ⎞ ⎛ 1 ⎞ ⎛ 1 ⎞⎪⎜ ⎟ − ⎜ ⎟ = ⎜ ⎟ ; ⎜ ⎟ − ⎜ ⎟ = ⎜ ⎟ .⎝ rc ⎠ ry ⎝ ad ⎠ ry⎝ ⎠ y ⎝ rc ⎠ rx ⎝ ad ⎠ r⎪⎩x⎝ ⎠xгде⎛ 1 ⎞ ⎛ 1 ⎞⎜ ⎟ , ⎜ ⎟⎝ r ⎠ ⎝ r ⎠yx– кривизны основного элемента от действующей при усилениинагрузки соответственно в плоскости оси y и x ;⎛ 1 ⎞ ⎛ 1 ⎞⎜ ⎟ , ⎜ ⎟⎝ rad⎠ ⎝ rad⎠кривизны дополнительного элемента от нагрузки после усиления соответственнов плоскости оси y и x ; ⎜ ⎟ , ⎜ ⎟ – кривизна основного эле-⎛ 1 ⎞ ⎛ 1 ⎞⎝ rc⎠ ⎝ rc⎠мента от действующей после усиления нагрузки соответственно в плоскостиоси y и x ; y o, x o – расстояния от выбранных осей до центра изгибасечения усиливаемого элемента при усилении соответственно в плоскостиyxyx–136

yxоси y и x ; y o,ad , x o,ad – расстояния от выбранных осей до центра изгибасечения дополнительного элемента после усиления соответственно в плоскостиоси y и x ; y o,c , x o,c – расстояния от выбранных осей до центра изгибасечения основного элемента после усиления соответственно в плоскостиоси y и x ; M , M и N – составляющие изгибающего момента соответственнов плоскости оси y и x и продольная сила от действующейxyпри усилении нагрузки; ∆M, ∆ M и ∆ N – составляющие приращения изгибающегомомента соответственно в плоскости оси y и x и продольногоусилия от дополнительной нагрузки, приложенной после усиления; i , j –количество элементарных площадок соответственно в основном и дополнительномсечении усиленного железобетонного элемента.Из первых трех уравнений систем (10.11) и (10.12) методом итераций1 r , 1 r , y , x . Из последнихопределяются неизвестные ( ) ( ) , ,ad y ad x o ad o adчетырех уравнений вычисляются ( 1 ) , ( 1 ) , , , ,r r y x . По формуламc y c x o c o c(10.7)…(10.10) определяются относительные деформации элементарныхплощадок основного и дополнительного сечения.Прочность усиленного элемента устанавливается методом последовательногонагружения. Аналогично усиленным железобетонным элементам,работающим под нагрузкой в одной плоскости, максимальное усилиеот внешней нагрузки, при котором относительные деформации бетона илиарматуры (основного или дополнительного сечений) достигают предельныхзначений, соответствует прочности усиленного элемента.Расчет прочности железобетонных элементов, усиленных увеличениемпоперечного сечения в растянутой и сжатой зонах при полной предварительнойразгрузке, производится для увеличенного сечения в одинэтап, как при поверочных расчетах.10.3. Особенности расчета раскрытия трещин и деформацийВ действующих нормативных документах введены ограничения раскрытиятрещин в железобетонных элементах и их прогибов, которые распространяютсяи на усиленные железобетонные элементы.Расчет раскрытия трещин производится по зависимостям(4.21)…(4.25) при значениях относительных деформаций в арматуре усиленныхэлементов, вычисленным по нормативным диаграммам материалов.137

Деформации железобетонных элементов после усиления могут бытьвычислены по формулам строительной механики. Например, для изгибаемыхэлементов пролетом l eff прогиб в сечении с координатой x, обусловленныйдеформацией изгиба, определяется по формулеl eff⎛ 1 ⎞ak= ∫ M ( x)⎜ dxr( x)⎟⎝ ⎠, (10.13)0где M ( x ) – изгибающий момент в сечении x от действия единичной силы,приложенной по направлению искомого перемещения;⎛⎜⎝1r( x)⎞⎟⎠ – кривизнаэлемента в сечении x от нагрузки, при которой определяется прогиб.Величина деформаций усиленных железобетонных конструкций взависимости от метода усиления и предъявляемых требований может отсчитыватьсяот первоначального состояния усиливаемой конструкции илисостояния конструкции после усиления. Например, если усиление элементовжелезобетонного перекрытия осуществляется увеличением поперечногосечения путем наращивания снизу и предельно допустимые прогибы установленыисходя из конструктивных и эстетических требований, отсчетназначается от состояния перекрытия после усиления. В этом случае в расчетвводится дополнительная кривизна⎛⎜⎝1r ad⎞⎟ сечения после усиления.⎠Вопросы для самоконтроля1. Какие особенности работы железобетонных элементов, усиленных увеличениемпоперечного сечения под нагрузкой, позволяет учитывать деформационная модельрасчета?2. Какие гипотезы принимаются при расчете усиленных железобетонных элементовна основе деформационной модели?3. В чем заключается особенность применения гипотезы плоских сечений дляжелезобетонных элементов, усиленных под нагрузкой?4. Изложите алгоритм расчета прочности железобетонных элементов, усиленныхувеличением поперечного сечения под нагрузкой.5. Как на основе деформационной модели рассчитывается ширина раскрытиятрещин и деформации железобетонных элементов, усиленных под нагрузкой?138

Тема 11. УСИЛЕНИЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙУВЕЛИЧЕНИЕМ ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ В ЗОНЕ ДЕЙСТВИЯПОПЕРЕЧНЫХ СИЛ. УСИЛЕНИЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙПРИ КРУЧЕНИИ, МЕСТНОМ СЖАТИИ И ПРОДАВЛИВАНИИ11.1. Общие положенияУсиление зоны среза конструкций производится увеличением ихпоперечного сечения путем устройства наращивания, железобетонныхобойм, рубашек, а также увеличением поперечного армирования путем установкидополнительной поперечной арматуры в зоне среза с обеспечениемсовместной работы с конструкцией.Дополнительная поперечная арматура принимается в виде арматурныхстержней или стальных полос, нормальных или наклонных к продольнойоси конструкции.Совместная работа наращиваний, обойм, рубашек с бетоном конструкциив зоне среза обеспечивается, кроме связей сдвига (как при усилениисжатой зоны), воспринимающих сдвигающее усилие вдоль оси конструкции,устройством поперечных связей, работающих на сдвиг поперек осиконструкции в наклонном сечении. Поперечные связи выполняются в видепоперечных арматурных стержней, а также насечки и шпонок на боковыхгранях усиливаемой конструкции.Совместная работа дополнительной поперечной арматуры с усиливаемойконструкцией обеспечивается: приваркой к существующей арматуре;приклеиванием к бетону в зоне среза; закреплением концов в верхней инижней зонах с помощью анкерных устройств. После установки в проектноеположение дополнительная поперечная арматура обетонируется илипокрывается антикоррозионными и огнезащитными составами.Восстановление прочности конструкций с наклонными трещинамивыполняется путем инъецирования трещин полимерраствором, позволяющимполучить равнопрочное соединение частей конструкции.При устройстве наращивания со стороны верхней и нижней гранейконструкции (рис. 11.1, а) поперечные связи выполняют в виде скоб, приваренныхконцами к оголенной продольной арматуре конструкции и дополнительнойпродольной арматуре, выполняющей для них функцию анкера.Интенсивность поперечных связей на единицу длины элемента вэтом случае должна быть не менее интенсивности существующего поперечногоармирования:f ywd , ad Asw,advsw,ad = ≥ vsw. (11.1)s139ad

При устройстве наращивания со стороны боковых граней конструкции(рис. 11.1, б) на них выполняют шпонки или насечку, а дополнительнуюпоперечную арматуру соединяют сваркой с арматурой усиливаемойконструкции с помощью пластин. В случае отсутствия на боковых граняхшпонок или насечки в расчете бетон наращивания не учитывается.Совместную работу железобетонных обойм и рубашек с усиливаемойконструкцией в зоне среза обеспечивают, кроме шпонок и насечки наконтактной поверхности, установкой дополнительной поперечной арматуры(рис. 11.2). В случае устройства рубашки свободные концы поперечнойарматуры приваривают к продольной арматуре конструкции или заанкериваютс помощью дополнительных анкеров (при тавровом сечении).Дополнительная поперечная арматура может устанавливаться в подготовленныхпазах с закреплением ее полимерраствором. Арматура устанавливаетсяперпендикулярно направлению наклонных трещин (при их наабРис. 11.1. Усиление зоны среза конструкций увеличением поперечного сечения:а – наращиванием со стороны верхней и нижней граней; б – наращиванием со стороныбоковых граней: 1 – усиливаемая конструкция, 2 – бетон наращивания, 3 – скоба,4 – пластина, 5 – дополнительная поперечная арматура,6 – оголенная арматура конструкции, 7 – насечка поверхности140

личии) или под углом 45° (при отсутствии наклонных трещин) с необходимойдлиной анкеровки в обе стороны от трещин, определяемой по формулегде ywd,adlbd≥fAywd, ad sw,adcd , sh 2( ′ + ′)f b h, (11.2)f и A sw,ad – расчетное сопротивление и площадь поперечногосечения вклеиваемой арматуры; f cd , sh – расчетное сопротивление срезубетона усиливаемой конструкции; b′ , h′ – ширина и глубина паза.а б вабвРис. 11.2. Усиление зоны среза конструкций увеличением поперечного сечения:а – рубашкой при прямоугольном сечении; б – рубашкой при тавровом сечении;в – обоймой, 1 – усиливаемая конструкция, 2 – монолитный бетон, 3 – дополнительнаяпоперечная арматура, 4 – насечка поверхности, 5 – анкерная пластинаДополнительная поперечная стержневая арматура, закрепленная поконцам приваркой к существующей арматуре или с помощью анкеров, приусилении может выполняться с предварительным напряжением. Предварительноенапряжение создают приданием уклона поперечным стержням путемих стягивания попарно с помощью стяжных болтов или завинчиваниемгаек на концах поперечных стержней при их нагревании. После выполненияпредварительного напряжения гайки на болтах заваривают. Для исключениязакручивания усиливаемой конструкции напряжение в поперечных стержняхдолжно создаваться одновременно с обеих сторон конструкции.Для закрепления дополнительной поперечной арматуры на усиливаемыхконструкциях в зоне среза со стороны верхней и нижней граней устанавливаютанкерные устройства в виде уголков или швеллеров (рис. 11.3, а).При усилении конструкций таврового сечения крепежные уголки устанавливаютпод полкой и заанкеривают болтами, пропускаемыми через отверстияв полке (рис. 11.3, б).141

Установка дополнительной поперечной арматуры, наклонной к продольнойоси элемента и закрепленной по концам, выполняется в специальнопробитые на боковых поверхностях борозды, которые затем заделываютполимерраствором (рис. 11.3, в).аббввРис. 11.3. Усиление зоны среза конструкций установкой дополнительной поперечнойарматуры: а – сборной балки; б – балки монолитного перекрытия; в – балкис наклонными стержнями, 1 – усиливаемая конструкция, 2 – уголок, 3 – швеллер,4 – стяжной болт, 5 – болт, 6 – дополнительная поперечная арматура, 7 – накладнаяарматура, 8 – борозды на боковой поверхности, 9 – существующая арматураКоэффициенты условий работы бетона наращивания и дополнительнойпоперечной арматуры в зоне среза принимаются равными:− при отсутствии в момент усиления наклонных трещин в зоне срезаγ = , γ , = 1;c, ad 1sw ad− при наличии в момент усиления наклонных трещин в зоне среза иусилении дополнительной поперечной арматуры с предварительным напряжениемγ = , γ , = 0,9 ;c, ad 0,9sw ad142

− при наличии в момент усиления наклонных трещин в зоне среза иусилении дополнительной поперечной арматурой без предварительногонапряженияγ = , γ , = 0,7 .c, ad 0,7sw adПлощадь поперечного сечения дополнительной поперечной арматурыи толщина наращивания определяется расчетом.Величина предварительного напряжения дополнительной поперечнойарматуры принимается равной 70...100 МПа.11.2. Расчет прочностиРасчет прочности железобетонных конструкций с усиленной зонойсреза на действие поперечных сил производится с учетом совместной работыэлементов усиления с усиливаемой конструкцией и коэффициентов условийработы дополнительного бетона и поперечной арматуры ( c, ad , sw,ad )γ γ .Для обеспечения прочности по наклонной полосе между наклоннымитрещинами усиленной конструкции должно выполняться условие( )( )V ≤ 0,3η η f b + b d + h′ , (11.3)Sd w1 c1 cd , red ad adгде η w1– коэффициент, учитывающий влияние хомутов, нормальных кпродольной оси конструкцииα = E E ,EE s c,redc,redη w1 = 1 + 5αEρsw≤ 1,3 ; (11. 4)A s + A sρ sw =b + bsw sw,ad adad, ⎡⎣( )( b + b )( d + h′)E bd + E b d + b + b h′=c c ad ad ad adadad; (11.5)⎤⎦; (11.6)A sw,ad , s ad – соответственно площадь поперечного сечения и шаг дополнительнойпоперечной арматуры;β 4 = 0,01 (здесь f cd , ad в МПа);f cd , cd , adfη = 1 − β f ; (11.7)c1 4 cd,red( )'fcdbd + fcd,ad b ad d + b + bad hadcd , red =⎣'⎡( b + bad)( d + had)⎤⎦, (11.8)f – соответственно расчетное сопротивление сжатию бетона конструкциии бетона наращивания.143

Расчет усиленных железобетонных конструкций на действие поперечнойсилы для обеспечения прочности по наклонной трещине производится(рис. 11.4) из условияV ≤ V = V + V + V , (11.9)Sd Rd cd sw s,incгде V cd – поперечное усилие, воспринимаемое бетоном усиленной конструкцииf ctd , ctd , adVcdMcd= , (11.10)linc'( 1 ) ( )( ) 2M = η + η + η f b + b d + h ; (11.11)cd c2 f n ctd , red ad adfctd , red=, ⎡⎣( )( b + b )( d + h′)f bd + f b d + b + b h′ctd ctd ad ad ad adadad⎤⎦; (11.12)f – расчетное сопротивление растяжению соответственно бетонаконструкции и бетона наращивания; η c2, η c3, η f ,принимаемые по [8];swη N – коэффициенты,V – поперечное усилие, воспринимаемое поперечной арматурой,нормальной к продольной оси усиливаемой конструкции( )V = v + v ⋅ l , (11.13)sw sw sw, ad inc,crvsw = f ywd Asws , vsw, ad = f ywd , ad Asw,ad sad ≥ vsw, (11.14)s ad – шаг дополнительной поперечной арматуры, принимается: при высотесечения конструкции с учетом наращивания, равной или менее 450 мм – неболее 0,5( h h′ad )+ и не более 150 мм; при высоте сечения конструкции сучетом наращивания более 450 мм - не более ( h h′ )s,inc1+ ad и не более 500 мм;3V – поперечное усилие, воспринимаемое дополнительной наклоннойпоперечной арматурой, пересекающей опасную наклонную трещинуV = f A Θ , (11.15)s, inc ywd, ad s, inc, ad sinΘ – угол наклона дополнительной поперечной арматуры к продольной осиконструкции; A s, inc,ad – площадь сечения дополнительной наклонной поперечнойарматуры, пересекающей опасную наклонную трещину.144

Рис. 11.4. Схема усилий в наклонном сечении усиленной конструкцииДлина проекции опасной наклонной трещины на продольную оськонструкции принимается из минимума выражения ( Vcd Vsw Vs,inc )в выражение для+ + , гдеV cd вместо lincподставляется l inc,cr , при этом значение2 d + h′ad и не более значения l inc , а также неl inc,cr принимается не более ( )менее ( d h′ ) l ≥ d + h′ .+ ad , если inc ad145

При действии на усиливаемую конструкцию сосредоточенных силзначения l inc принимаются равными расстояниям от опоры до точек приложенияэтих сил.При действии на усиливаемую конструкцию равномерно распределеннойнагрузки q значение l , для расчета V sw принимается равнымнаименьшей из трех величин:( )inc crMcdl ; 2 d + h′ ; ≥ d + h′inc ad advsw+ vsw,adТогда значение l inc для расчета V cd вычисляется в случае:− если l ,inc cr= l – по формулеinc( , )l = M q + v + v , (11.16)inc cd sw sw ad.− если l ( d h′ )inc, cr = 2 + ad или inc,crl=vswM+ vcdsw,ad, а такжеl = d + h′ – по формулеinc,cradl = M q . (11.17)Значение поперечной силы принимается равнымincSdmaxcdV = V − ql , (11.18)где V max – поперечная сила в опорном сечении усиливаемой конструкции.Если перед усилением конструкции выявлены наклонные трещины взоне среза, то длина проекции опасной наклонной трещины на продольнуюось l inc,cr принимается равной фактической длине проекции магистральнойнаклонной трещины, если она меньше ее расчетного значения.Расстояние между поперечными стержнями усиливаемой конструкциии дополнительными поперечными стержнями, а также между концомпредыдущего и началом последующего наклонного дополнительногостержня по длине зоны среза не должно превышать величиныsmaxinc( )( ′ ) 2η c4 fctd , red b + bad d + had= (11.19)VSd146

11.3. Усиление коротких консолейУсиление коротких консолей колонн, работающих преимущественнона срез, производится увеличением их поперечного сечения путем наращивания,а также установкой дополнительной горизонтальной или наклоннойпредварительно напряженной арматуры.Наращивание консолей (рис. 11.5, а) производится, как правило,снизу с установкой дополнительной замкнутой поперечной арматуры диаметромне менее 6 мм. Класс бетона наращивания принимается не менеечем класс бетона усиливаемой консоли. Поперечная арматура наращиваниясоединяется с оголенной арматурой колонны. Шаг дополнительнойпоперечной арматуры должен быть не более четверти вылета консоли и неболее 150 мм. Минимальный процент поперечного армирования принимаетсяне менее 1 %. Необходимая высота наращивания определяется расчетоми должна составлять не менее длины вылета консоли.При необходимости одновременного усиления консоли и сжатой зонычасти колонн ниже консоли применяется наращивание на всю высотуподконсольной части колонны (рис. 11.5, б).абРис. 11.5. Усиление коротких консолей колонн: а – наращиванием;б – наращиванием по длине подконсольной части: 1 – усиливаемая консоль,2 – бетон наращивания, 3 – замкнутая арматура, 4 – наклонная поперечная арматура,5 – скобы, 6 – оголенная арматура колонны, 7 – насечка147

Дополнительную наклонную или горизонтальную поперечную арматуруустанавливают по боковым граням консолей и закрепляют по концамс помощью металлических крепежных элементов (рис. 11.6). Предварительноенапряжение создают путем взаимного стягивания посредствомстяжных болтов или завинчиванием гаек по концам в сочетании с нагреваниемдополнительной арматуры. Необходимая площадь поперечного сечениядополнительной поперечной арматуры определяется расчетом.а б вРис. 11.6. Усиление коротких консолей колонн установкой дополнительнойпредварительно напряженной поперечной арматуры: а, в – наклонной; б – горизонтальной,1 – усиливаемая консоль, 2 – наклонная арматура, 3 – горизонтальная арматура,4 – уголок-накладка, 5 – упор, 6 – уголок, 7 – стяжной болт, 8 – гайка11.4. Усиление при крученииУсиление конструкций при кручении производится увеличением ихпоперечного сечения путем устройства железобетонных обойм с дополнительнойпродольной и поперечной арматурой с обеспечением совместнойработы с бетоном конструкций (рис. 11.7, а). Совместная работа бетонаобойм с бетоном усиливаемой конструкции обеспечивается устройствомшпонок и насечки, а также посредством поперечных связей в виде скоб, соединяющихдополнительную арматуру усиления с существующей арматуройусиливаемой конструкции.Вязаные поперечные хомуты должны быть замкнутыми с надежнойанкеровкой по концам. Сварные поперечные стержни должны быть приваренык угловым продольным стержням, образуя замкнутый контур. Класс бетонаобойм принимается не ниже класса бетона усиливаемой конструкции.Дополнительная поперечная арматура, установленная по периметрусечения и заанкеренная по концам с помощью уголков, может выполняться148

с предварительным напряжением путем взаимного стягивания стержней спомощью стяжных болтов. Величина предварительного напряжения дополнительнойпоперечной арматуры принимается равной 70...100 МПа.После выполнения предварительного напряжения дополнительная поперечнаяарматура обетонируется (рис. 11.7, б).абРис. 11.7. Усиление конструкций при кручении железобетонной обоймой:а – с поперечной арматурой без предварительного напряжения; б – с предварительнонапряженной поперечной арматурой: 1 – усиливаемая конструкция, 2 – бетон обоймы,3 – замкнутая поперечная арматура, 4 – предварительно напряженная поперечная арматура,5 – продольная арматура обоймы, 6 – уголок, 7 – стяжной болт, 8 – насечкаКоэффициенты условий работы бетона обоймы и дополнительнойпродольной арматуры в зоне действия крутящих и изгибающих моментовпринимаются равными:− при усилении под нагрузкой, не превышающей 65 % расчетной,γ = , γ , = 1, γ , = 1;c, ad 1s adsw ad− при невозможности достижения требуемой степени разгруженияγ = , γ , = 0,9 , γ , = 0,7 .c, ad 0,9s adsw adКоэффициенты условий работы дополнительного бетона и поперечнойарматуры в зоне действия крутящих моментов и поперечных сил принимаютсяравными:− при отсутствии перед усилением спиральных или наклонных трещинγ = , γ , = 1;c, ad 1sw ad149

− при наличии спиральных или наклонных трещин при усилениидополнительной поперечной арматурой без предварительного напряженияγ = , γ , = 0,7 ;c, ad 0,7sw ad− при наличии спиральных или наклонных трещин при усилениипредварительно напряженной дополнительной поперечной арматуройγ = , γ , = 0,9 .c, ad 0,9sw adШаг дополнительных поперечных стержней у грани параллельнойплоскости изгиба принимается равным:− при высоте сечения усиленного элемента не более 450 мм не более( d h′h )+ + и не более 150мм;0,5 ad ad− при высоте сечения усиленного элемента более 450 мм не более13( d h′h )+ + и не более 500мм.adadШаг дополнительных поперечных стержней у грани перпендикулярнойплоскости изгиба принимается равным не более (2 b + b ad ) и не более600 мм.Расчет прочности усиленных железобетонных конструкций на действиекрутящих моментов производится с учетом совместной работы элементовусиления с усиливаемой конструкцией и применением коэффициентовусловий работы бетона и арматуры: γc, ad , γs, ad , γ sw,ad .11.5. Усиление при местном сжатии и продавливанииУсиление конструкций при местном смятии и продавливании производитсяувеличением площади опирания вышерасположенных конструкцийпутем устройства железобетонных опорных обойм и пространственныхстальных распорок.При устройстве железобетонных опорных обойм (рис. 11.8) совместнаяработа с усиливаемой конструкцией обеспечивается устройством наконтактирующей поверхности шпонок и насечки. Дополнительная поперечнаяарматура обойм в обоих направлениях соединяется сваркой с оголеннойарматурой конструкции. Конструктивные требования при устройствеопорных обойм, аналогичны, как при усилении коротких консолей.150

Рис. 11.8. Усиление при продавливании устройством опорной железобетонной обоймы:1 – усиливаемая конструкция, 2 – бетон обоймы, 3 – колонна,4 – арматура обоймы, 5 – окаймляющая арматура, 6 – коротыши,7 – оголенная арматура колонны, 8 – насечка поверхностиПространственные стальные распорки состоят из нижней обвязки,установленной на цементно-песчаном растворе, верхней угловой обвязки,охватывающей по периметру опорную железобетонную обойму на колонне,и стальных подкосов, соединяющих обвязки между собой (рис. 11.9).Рис. 11.9. Усиление при продавливании устройством пространственных распорок:1 – усиливаемая конструкция, 2 – нижняя обвязка из уголков, 3 – верхняя обвязка из уголков,4 – опорная железобетонная обойма, 5 – пространственные распорки из уголков151

Расчетные усилия в элементах пространственных стальных распорокопределяются как в статически определимой пространственной ферме. Сечениястальных элементов определяются расчетом по [11].Вопросы для самоконтроляУсиление зоны среза1. Каким образом, в общем случае, производится усиление зоны среза эксплуатируемыхжелезобетонных конструкций?2. Как обеспечивается совместная работа дополнительных бетона и поперечнойарматуры с усиливаемым в зоне среза железобетонным элементом?3. Каким образом производится восстановление прочности железобетонныхконструкций с наклонными трещинами в зоне среза?4. Приведите примеры усиления зоны среза железобетонных конструкций устройствомнаращивания, железобетонной рубашки и обоймы.5. С какой целью и как осуществляется предварительное напряжение дополнительнойпоперечной арматуры при усилении зоны среза?6. Чему равны коэффициенты условий работы дополнительного бетона и поперечнойарматуры при расчете прочности по наклонному сечению усиленных железобетонныхэлементов?7. Приведите примеры и конструктивные требования при усилении зоны срезакоротких железобетонных консолей.8. Изложите алгоритм расчета прочности по наклонному сечению усиленных взоне среза железобетонных элементов.Усиление при кручении, местном сжатии и продавливании9. Как, в общем случае, производится усиление эксплуатируемых железобетонныхконструкций при кручении?10. Как обеспечивается совместная работа дополнительного бетона и поперечнойарматуры с усиливаемым при кручении железобетонным элементом?11. Приведите примеры усиления железобетонных элементов при кручении.12. Чему равны коэффициенты условий работы дополнительного бетона и арматурыпри расчете прочности усиленных железобетонных элементов при кручении?13. Приведите примеры усиления железобетонных элементов при местном сжатиии продавливании.Тема 12. МЕТОДЫ УСИЛЕНИЯ КОНСТРУКЦИЙС ИЗМЕНЕНИЕМ ИХ РАСЧЕТНОЙ СХЕМЫУсиление конструкций с изменением расчетной схемы производитсяизменением места передачи нагрузок на конструкцию; повышением степенивнешней статической неопределимости путем устройства дополни-152

тельных жестких и упругих опор, постановкой дополнительных связей приобеспечении неразрезности и пространственной работы конструкций; повышениемстепени внутренней статической неопределимости путемустройства затяжек, распорок, шпренгелей, шарнирно-стержневых цепей.12.1. Изменение места передачи нагрузкиИзменение места передачи нагрузки на конструкцию производят спомощью специальных распределительных устройств, позволяющих добитьсяперераспределения сосредоточенных нагрузок на существующиеконструкции и уменьшения в них изгибающих моментов. Распределительныеустройства могут быть железобетонными или металлическими и располагатьсясверху или снизу конструкции. Характерной особенностью этогометода усиления является наличие зазора между усиливаемой конструкциейи распределительным устройством по длине между точками контакта.Зазор должен быть не меньше максимальной величины прогиба вышерасположенного элемента (распределительного устройства или усиливаемойконструкции).При установке распределительных устройств сверху усиливаемойконструкции (рис. 12.1, а) уменьшается трудоемкость производства работпо усилению, но создаются препятствия для передвижения людей и напольноготранспорта, перепады отметок перекрытия. Нагрузка от распределительныхустройств на существующую конструкцию передается черезопорные подушки, представляющие собой стальные пластины, уложенныена цементно-песчаный раствор.При невозможности создания перепадов высот на перекрытии распределительныеустройства подвешиваются снизу усиливаемой конструкции(рис. 12.1, б). Нагрузка на распределительные устройства в этом случаепередается с помощью стоек, пропущенных через отверстия в перекрытии.Нагрузка от распределительных устройств на существующую конструкциюпередается через подвески, представляющие собой стальные тяжи,пропущенные в отверстия перекрытия и заанкеренные с помощью пластинна цементно-песчаном растворе.В случае необходимости полной передачи дополнительной нагрузкис одной конструкции на другие опоры распределительных устройств размещаютза пределами усиливаемой конструкции (рис. 12.2).153

абРис. 12.1. Усиление конструкций изменением места передачи нагрузки:а – при расположении распределительных устройств сверху конструкции; б – то же, снизуконструкции; 1 – усиливаемая конструкция, 2 – распределительная балка, 3 – опорнаяпластина, 4 – цементно-песчаный раствор, 5 – тяжи, 6 – стойка, 7 – отверстия в плитеаб бРис. 12.2. Полная передача дополнительной нагрузки на другие конструкции:а – посредством стоек на нижерасположенное перекрытие; б – посредствомраспределительной балки на ригели перекрытия; 1 – разгружаемая конструкция,2 – конструкция, на которую передается дополнительная нагрузка, 3 – стойка,4 – распределительная балка, 5 – отверстия в перекрытии154

12.2. Повышение степени внешнейстатической неопределимостиУсиление конструкций подведением дополнительных жесткихопор – эффективный метод усиления, позволяющий многократно увеличитьнагрузку на конструкции. Метод применяется, когда существует возможностьуменьшения габаритов помещения. К жестким относятся опоры,осадка которых соизмерима с осадкой существующих опор (не более 10 %от прогиба усиливаемой конструкции) и которой можно пренебречь прирасчете.Дополнительные жесткие опоры выполняют в виде одиночных стоекс самостоятельными фундаментами, подкосов и подвесок с опиранием насуществующие конструкции. Дополнительные жесткие опоры изготавливаютиз железобетона или металла.При устройстве дополнительных жестких опор с опиранием на самостоятельныефундаменты (рис. 12.3) следует учитывать, что основание подподошвой существующих фундаментов уплотнено в результате длительнойзагрузки, поэтому для уменьшения осадки фундамента дополнительнойопоры грунт под ним предварительно обжимают или устраивают подним развитую песчано-щебеночную подушку, распределяющую давлениена основание.Рис. 12.3. Усиление конструкции дополнительной жесткой опорой с самостоятельнымфундаментом: 1 – усиливаемая конструкция; 2 – стойка дополнительной опоры;3 – фундамент опоры; 4 – песчано-щебеночная подушка; 5 – надрез155

Дополнительные жесткие опоры в виде подкосов (рис. 12.4, а) и подвесок(рис. 12.4, б) передают нагрузку на существующие фундаменты, чтопозволяет избежать осадки, хотя в ряде случаев и требует их предварительногоусиления. В случае передачи нагрузки от дополнительных подкосов наколонны для восприятия возникающего распора устраивают затяжки.аРис. 12.4. Усиление дополнительными жесткими опорами в виде:а – подкосов; б – подвесокДля включения дополнительных жестких опор в совместную работупроизводится обязательное подклинивание конструкций с помощью домкратови клиньев. При усилении конструкций дополнительными жесткими опорамиследует стремиться к максимальной разгрузке усиливаемой конструкциина момент усиления, так как перераспределяться по новой схеме будеттолько нагрузка, приложенная к конструкции после подведения опоры.При невозможности эффективного разгружения усиливаемой конструкциивыполняется предварительный подъем усиливаемой конструкции вместе установки дополнительной опоры.156

гдеПодъем производится силойR = R − R , (12.1)R u – реакция дополнительной опоры от полной нагрузки;u157adR ad – реакциядополнительной опоры от нагрузки, приложенной к конструкциипосле усиления.Усилие подъема конструкции R может также определяться исходя извеличины прогиба усиливаемой конструкции.При отсутствии верхней арматуры или малой площади ее сечениянад дополнительной опорой, конструкция после образования трещин рассматриваетсякак разрезная. В этом случае устраивается уширение опорыдля усиливаемой конструкции на дополнительную опору, учитывающеевозможное отклонение в развитии трещин, или формируется магистральноенаправление трещины путем надреза конструкции сверху по оси дополнительнойопоры глубиной не менее 50 мм (см. рис. 12.3, поз. 5).Дополнительные упругие опоры менее эффективны, однако позволяютв меньшей степени стеснить свободное пространство помещений. Купругим опорам относятся дополнительные опоры, осадка которых соизмеримас прогибом усиливаемой конструкции (более 10 % от прогиба).Дополнительные упругие опоры создают с помощью балок (железобетонныхили металлических) (рис. 12.5, а, б), металлических ферм (рис. 12.5, в)или подвесок, расположенных со стороны верхней, нижней или боковыхграней усиливаемой конструкции и опираемых на опорные части конструкцииили самостоятельные опоры. Нагрузка от усиливаемой конструкциипередается через расклинивающие прокладки, позволяющие включитьдополнительные упругие опоры в совместную работу.При устройстве дополнительных упругих опор также следует стремитьсяк максимальной разгрузке усиливаемой конструкции, так как поновой схеме будет перераспределяться только нагрузка, приложенная послеусиления.Для усиления изгибаемых большепролетных конструкций многопролетныхзданий эффективно выполнять дополнительные упругие опорыв виде двухконсольных кронштейнов. Кронштейны выполняются с помощьюпрокатных профилей, опирающихся на оголовок колонн (рис. 12.6, а),или с помощью треугольных ферм (рис. 12.6, б). Кронштейны устанавливаютпопарно со стороны боковых граней усиливаемой конструкции, соединяютмежду собой опорными элементами и соединительными планками.Высоту опорной части кронштейнов принимают равной высоте опорныхчастей усиливаемых балок. Длина вылета консолей не превышает1/4...1/6 пролета усиливаемой конструкции.

Рис. 12.5. Усиление конструкций дополнительными упругими опорами в виде:а, б – балок, в – треугольной фермыабвРис. 12.6. Усиление конструкций дополнительными упругими опорами в видедвухконсольных кронштейнов: а – из прокатных профилей; б, в – из треугольных ферм:1 – усиливаемая конструкция, 2 – стальная балка, 3 – ребра жесткости, 4 – соединительныйстержень или пластина, 5 – опорный столик, 6 – соединительная накладка, 7 – уголок,8 – опорный элемент, 9 – тяж, 10 – упор158

Опорные элементы кронштейнов выполняют в виде седлообразныхнакладок, устанавливаемых сверху смежных усиливаемых балок (рис. 12.6, б)или в виде опорного листа толщиной 20...30 мм, вставляемого в зазор междусборными балками, и передающего нагрузку через распределительнуюнакладку на оголовок колонны (рис. 12.6, в). При этом опорные элементыне должны быть жестко закреплены, а иметь возможность сдвига на уровнеграни в обе стороны на 5...10 мм.Включение кронштейнов в совместную работу производят расклиниваниемс контролем прогиба или подвеской тарированного груза весом,равным величине опорной реакции (12.1), и укладкой в образовавшийсязазор фиксирующих прокладок.Для опирания элементов дополнительных опор на существующиеколонны на последних устраивают специальные опорные хомуты. Опорныехомуты могут быть как железобетонными, так и металлическими с последующимобетонированием или без него.Железобетонные опорные хомуты (рис. 12.7, а) армируют, аналогичнокоротким консолям, наклонной или замкнутой горизонтальной арматурой.Перед устройством опорных хомутов бетонная поверхность колонныскалывается на толщину защитного слоя бетона. Поперечную арматуруприваривают к оголенной арматуре колонн.Металлические опорные хомуты (рис. 12.7, б) выполняют изшвеллеров, которые приваривают к оголенной арматуре колонн. Передприваркой отрезки швеллеров устанавливают в проектное положение исоединяют между собой стяжными болтами. При наличии зазоров междушвеллерами и оголенной арматурой устанавливают металлическиепрокладки.Металлические опорные хомуты (рис. 12.7, в), состоящие из верхнейопоры, привариваемой к оголенной арматуре колонны, тяжей иопорного столика, позволяют создавать предварительное напряжениедополнительных опор.Усиление многопролетных шарнирно опертых конструкций можетпроизводиться установкой дополнительных связей над опорами в виденадопорной арматуры с целью обеспечения неразрезности усиливаемойконструкции. Дополнительная надопорная арматура может устанавливатьсяпри наращивании в верхней зоне конструкций при бетонировании расширенныхшвов между плитами перекрытия или вскрытых пустот смежныхмногопустотных панелей (рис. 12.8).159

ааббвв4Рис. 12.7. Опорные хомуты: а – железобетонный; б – стальной с обетонированием;в – стальной, 1 – колонна, 2 – ригель, 3 – бетон хомута, 4 – коническая шайба,5 – поперечная арматура хомута, 6 – швеллер, 7 – оголенная арматура колонны,8 – стяжной болт, 9 – сварной шов, 10 – тяж, 11 – опорный уголок,12 – ребра жесткости, 13 – пластина, 14 – пластина с рифленой поверхностьюПри проектировании усиления конструкций обеспечением их неразрезностидополнительная арматура должна заводиться за точку нулевыхмоментов объемлющей эпюры на длину не менее 15∅, где ∅ – диаметрдополнительной надопорной арматуры.Для уменьшения изгибающих моментов в колоннах многоэтажныхмногопролетных зданий от воздействия ветровой нагрузки устраивают дополнительныекрестовые или портальные связи из прокатных профилей, которыезакрепляют на колоннах с помощью окаймляющих стальных уголков.160

абВ общем случае усиление конструкций повышением степени внутреннейстатической неопределимости производится включением в совместнуюработу с усиливаемой конструкцией других конструкций, устройствомпредварительно напряженных затяжек, шпренгелей, шарнирно-стержневыхцепей, распорок с передачей дополнительных усилийна конструкцию.Усиление балок путем включения их в совместную работу с железобетоннымиплитами настила производят установкой дополнительных упобРис. 12.8. Усиление конструкций путем обеспечения их неразрезности:а – при бетонировании пустот многопустотных плит; б – при бетонированиирасширенных швов между плитами; 1 – усиливаемые плиты, 2 – ригель,3 – арматурный каркас, 4 – отверстия в плитах, 5 – бетон12.3. Повышение степени внутренней статической неопределимости161

ров, препятствующих сдвигу настила относительно балок. При усилениибез предварительной разгрузки комбинированная конструкция включаетсятолько на ту часть нагрузки, которая приложена после усиления.12.3.1. Устройство предварительно напряженных затяжекПри обеспечении совместной работы дополнительной арматуры сусиливаемой конструкцией только закреплением по концам с помощьюанкерных устройств, без сцепления ее в пролете с бетоном конструкции,дополнительная арматура выполняет функцию затяжки.В зависимости от места закрепления концов дополнительной арматурымогут быть горизонтальная (рис. 12.9, а) и шпренгельная (рис. 12.9, б)затяжки, а также их сочетание (рис. 12.9, в).абвРис. 12.9. Усиление изгибаемых конструкций затяжками: а – горизонтальная затяжка;б – шпренгельная затяжка; в – сочетание горизонтальной и шпренгельной затяжек,1 – усиливаемая конструкция, 2 – горизонтальная затяжка, 3 – шпренгельная затяжка,4 – стяжной болт, 5 – анкерное устройство, 6 – прокладка, 7 – ограничитель162

Для включения дополнительной арматуры в виде затяжек в работу,предусматривается ее предварительное напряжение с обязательнымконтролем величины натяжения.Затяжки выполняют, в основном, из арматурных стержней диаметром12...40 мм, реже – из прокатных профилей. На концах затяжки, какправило, имеют резьбу с гайками для ликвидации начальных погибовстержней и обжатия анкеров в узлах сопряжения с конструкцией. Послекорректировки длины затяжек гайки на их концах сваривают с болтом.Конструкция анкерных устройств зависит от места их закрепленияна усиливаемой конструкции. Для балочных конструкций со свободнымиторцами анкерные устройства принимают седлообразной формы из швеллеровили листовой стали, охватывающими надопорную часть конструкции(рис. 12.10, а, б). Анкерные устройства устанавливают на цементнопесчаномрастворе. Для неразрезных опор анкеры принимают в виде отрезковшвеллеров, привариваемых со стороны боковых граней к оголеннойарматуре усиливаемой конструкции через прокладки и соединенных междусобой соединительными стержнями (рис. 12.10, в).аб бвггд дРис. 12.10. Конструкция анкерных устройств: 1 – усиливаемая конструкция,2 – затяжка, 3 – швеллер, 4 – лист, 5 – оголенная арматура конструкции,6 – соединительный стержень, 7 – уголок, 8 – лист, 9 – колонна, 10 – держатель анкера163

Если опорами усиливаемой конструкции являются колонны, то анкерныеустройства выполняются в виде обойм, охватывающих колонны(рис. 12.10, г). При опирании конструкций на промежуточные опоры, которымислужат главные балки и ригели, анкеры принимаются в виде упорногоуголка с вертикальным держателем (рис. 12.10, д). Для обеспечениянадежной совместной работы дополнительной арматуры с усиливаемойконструкцией анкерные устройства должны быть максимально жесткими.Предварительное напряжение затяжек осуществляют созданиемуклона ветвей затяжек в горизонтальной или вертикальной плоскости.Уклон ветвей затяжек в вертикальной плоскости создается отклонениемветвей затяжки от усиливаемой конструкции или подтягиванием к ней.В случае малой ширины поперечного сечения или большой длиныусиливаемой конструкции, когда расстояния между ветвями затяжки недостаточнодля придания им требуемого уклона в горизонтальной плоскости,применяется их взаимное стягивание несколькими стяжнымиболтами с установкой между ними дополнительных распорок.При натяжении затяжек путем создания уклона их ветвей величинаотклонения от первоначального положения каждой ветви определяется взависимости от величины предварительного напряжения и отношениядлины отклоняемого участка между крайними упорами к полной длиневетви (рис. 12.11)2ml1⎛ l σ p ⎞C = ⎜ + 1⎟−1, (12.2)2n⎝ l1Es⎠где l – полная длина ветви затяжки; l 1 – длина отклоняемого участка ветвизатяжки между крайними упорами, σ , E s – предварительное напряжениеи модуль упругости затяжки; n – количество стяжных болтов на отклоняемомучастке; m – количество отклоняемых участков, разделенныхгоризонтальными участками.В местах перегиба между шпренгельной затяжкой и усиливаемойконструкцией устанавливают прокладки из пластины и круглого коротышас ограничителями, предотвращающими взаимное сближение ветвей затяжкипри их предварительном напряжении взаимным стягиванием.На горизонтальных затяжках и горизонтальных участках шпренгельныхзатяжек с параллельными ветвями без стяжных болтов устанавливаютсоединительные прокладки, предотвращающие смещение ветвей затяжки отпроектного положения в процессе предварительного напряжения и эксплуатации(рис. 12.12).p164

абвгРис. 12.11. Расчетные схемы отклонения ветви затяжки для предварительногонапряжения: а – один стяжной болт при двух распорках; б – два стяжных болтапри трех распорках; в – два стяжных болта; г – один стяжной болтабРис. 12.12. Расположение соединительных прокладок на затяжках:а – на боковых гранях; б – на нижней грани, 1 – усиливаемая конструкция,2 – затяжка, 3 – соединительные прокладки165

Для усиления растянутой зоны большепролетных конструкций затяжкимогут состоять из отдельных стержней, поперечные сечения которыхуменьшаются от середины пролета к опорам в соответствии с эпюрой моментов.Концы затяжек закрепляют на анкерных устройствах в виде корытообразныхэлементов, приклеенных к конструкции. С помощью стяжныхболтов стержни затяжек напрягают (рис. 12.13). Анкерные устройства рассчитываютна восприятие разности усилий в смежных стержнях затяжки.Рис. 12.13. Усиление большепролетной конструкции затяжкой: 1 – усиливаемаяконструкция, 2, 3, 4 – стержни затяжки, 5 – стяжной болт, 6 – анкерное устройствоДля усиления конструкций в виде длинных консолей, работающих,главным образом, на изгиб, применяются горизонтальные и диагональныепредварительно напряженные затяжки, которые закрепляютсяодним концом в верхнем узле за опорой, а другим – на свободном концев верхнем узле для горизонтальных или в нижнем – для диагональныхзатяжек (рис. 12.14). Для предотвращения смятия бетона диагональнойзатяжкой в месте перегиба устанавливают уголки-подкладки. Предварительноенапряжение создают: для горизонтальной затяжки – взаимнымстягиванием ветвей с помощью стяжных болтов; для диагональной – путемоттягивания ее ветвей к низу конструкции с помощью болтов с захватами.С целью исключения проскальзывания болтов по диагональнойзатяжке на ее ветвях приваривают упоры.Дополнительная арматура в виде шпренгельной затяжки при усилениисборных плит может устанавливаться в пустоты или расширенныйшов между плитами с последующим обетонированием или без него. Концызатяжки при предварительном напряжении заанкеривают с помощьюконцевых анкеров в виде уголков, опираемых на торцы плит. Предварительноенапряжение осуществляют завинчиванием гаек по концам затяжки166

или отклонением затяжки в пролете с помощью натяжных болтов с упоромна смежные плиты (рис. 12.15).абРис. 12.14. Усиление длинных консолей затяжками: а – горизонтальной;б – диагональной, 1 – усиливаемая конструкция, 2 – затяжка, 3 – пластина,4 – уголок, 5 – сварной шов, 6 – стяжной болт, 7 – натяжной болт, 8 – упорРис. 12.15. Усиление сборных плит шпренгельной затяжкой в швах между плитами:1 – усиливаемая конструкция, 2 – затяжка, 3 – уголок, 4 – подкладка-упор, 5 – гайка167

Величина предварительного напряжения затяжек определяется израссмотрения деформированной системы при условии, что в предельномсостоянии сумма предварительного напряжения и приращения напряженияот нагрузки, приложенной после усиления, достигнет расчетного сопротивленияарматуры затяжки.Потери предварительного напряжения определяются в соответствиис [8] как для конструкций с натяжением арматуры на бетон с учетомподатливости концевых анкеров и прокладок в местах сопряжения с усиливаемойконструкцией: металлический упор на бетон с раствором –3...4 мм/узел; то же без раствора – 4...5 мм/узел; сопряжение металла сметаллом с помощью болтов – 1 мм/узел.Требуемое предварительное напряжение приближенно можно определятьлинейной интерполяцией в зависимости от отношения нагрузки наусиливаемую конструкцию в момент устройства затяжки к расчетной нагрузкев интервале [0, f yk,ad ], но не менее σ p,min = 0,4 f yk,ad и не болееσ = f (для высокопрочной стержневой арматуры –p,max yk,adσ p,max = 0,9 f0.2 k,ad , для высокопрочной проволоки – p,max 0,7 f0.2 k,adσ = ).12.3.2. Устройство шпренгелей и шарнирно-стержневых цепейДля усиления изгибаемых конструкций применяются шпренгели(рис. 12.16, а) и шарнирно-стержневые цепи (при количестве опор большедвух) (рис. 12.16, б), которые создают противоположную по знаку нагрузкув виде ряда сосредоточенных сил. При этом усиливаемая конструкцияработает в условиях сжатия с изгибом.Шпренгели и шарнирно-стержневые цепи состоят из ветвей, устанавливаемыхсо стороны боковых или нижней грани усиливаемой конструкции;анкерных устройств, аналогичных применяемым при устройствезатяжек; подвесок или стоек в местах перегиба ветвей. Подвески, имеющиена свободном конце винтовую нарезку, крепят к ветвям цепи шарнирно,пропуская через соединительные планки. Ветви шпренгелей и шарнирностержневыхцепей изготавливают из арматуры или прокатных профилей.Количество промежуточных опор шарнирно-стержневой цепи, как правило,принимается равным 3, 5, 7 и т.д.Шарнирно-стержневые цепи монтируют следующим образом. Наусиливаемой конструкции закрепляют анкерные устройства. Затем подвешиваютветви цепи с прикрепленными подвесками, оставляя свободноеместо для центральной подвески. Закручивая гайки, обжимают анкерныеустройства и промежуточные узлы. Затем натяжение ослабляют и подвескиустанавливают в проектное положение. После этого производят натя-168

жение ветвей цепи в месте расположения центральной подвески. Натяжениецепи производят при действии нагрузки, составляющей не менее70...80 % от полной.абРис. 12.16. Усиление конструкций: а – шпренгелем; б – шарнирно-стержневойцепью; 1 – усиливаемая конструкция, 2 – ветви шпренгеля или цепи,3 – анкерное устройство, 4 – стойка-оттяжкаВеличины сосредоточенных сил, передаваемые подвесками на усиливаемуюконструкцию, определяются очертанием ветвей цепи. Очертаниецепи рекомендуется принимать таким, чтобы тангенсы углов наклона кпродольной оси усиливаемой конструкции отдельных звеньев, начиная отсередины, относились между собой как 1:3:5:7 и т.д. В этом случае реакцииусилий в подвесках будут примерно одинаковыми, а натяжение ветвейи его контроль можно производить центральной подвеской.12.3.3. Устройство предварительно напряженных распорокПри обеспечении совместной работы дополнительных сжатых элементовзакреплением их по концам они выполняют функцию распорок. В качестведополнительных элементов применяются жесткие прокатные профили ввиде уголков и швеллеров из сталей: С38/23, С44/29, С46/33. Для включенияраспорок в работу предусматривают их предварительное напряжение.169

Устойчивость сжатых прокатных профилей обеспечивают их раскреплениемпо длине поперечными стержнями или планками.Распорки (рис. 12.17, а) состоят из стоек уголкового профиля, устанавливаемыхпо углам колонн, соединительных стержней или планок иопорных прокладок из уголков или листового металла. Полки уголковдолжны плотно примыкать к граням усиливаемой колонны, для чего в местепримыкания стоек выравнивают поверхность и в зазоры зачеканиваютцементный раствор. Нагрузка на стойки распорки передается через подкладкипо концам стоек, установленные на растворе. Стойки распорки могутрасполагаться с одной стороны усиливаемой конструкции (для изгибаемыхбалочных конструкций и крайних колонн) или с двух сторон (длясредних колонн).Для усиления поврежденного участка устраивается местная стальнаяраспорка (рис. 12.17, б). Стойки местной распорки по концам привариваютчерез прокладки или коротыши к оголенной арматуре усиливаемойконструкции или приклеивают к бетону сжатой зоны.При усилении сжатых элементов ферм покрытий распорками изпрофильного металла упоры для распорок устраивают в соответствии сконфигурацией узлов в месте их установки.абРис. 12.17. Усиление сжатых конструкций: а – стальной распоркой; б – местнойстальной распоркой; 1 – усиливаемая колонна, 2 – уголок, 3 – соединительные планки,4 – опорный уголок, 5 – коротыши, 6 – оголенная арматура, 7 – поврежденный участок170

Предварительное напряжение стоек выполняют их продольным сжатиемс помощью домкратов (рис. 12.18, а) или с перегибом в середине ихдлины (риc. 12.18, б).Домкраты устанавливают на опорные столики, приваренные к распорке,и упирают в вышерасположенные конструкции перекрытия. Последостижения необходимой степени предварительного напряжения междустойками и прокладками приваривают упорные элементы, фиксирующиестойки в сжатом состоянии.Для осуществления перегиба в боковых полках уголков предусматриваютсянадрезы, по концам каждой стойки и в середине закрепляютмонтажные хомуты со стяжными болтами. После натяжения болтови выпрямления стоек их закрепляют приваркой соединительныхпланок или стержней, в местах надреза стоек приваривают дополнительныенакладки, восстанавливающие их поперечное сечение. Требуемаявеличина отклонения стоек определяется в зависимости от предварительногонапряжения по формуле (12.2).бРис. 12.18. Методы предварительного напряжения распорок: а – с помощью домкратов;б – с помощью перегибов в середине длины, 1 – усиливаемая колонна, 2 – стойки,3 – швеллер, 4 – уголок, 5 – опорный столик, 6 – домкрат, 7 – стяжной болт,8 – соединительные планкиВеличина предварительного напряжения распорок приближенноможет определяться линейной интерполяцией в зависимости от отношения171

нагрузки на усиливаемую конструкцию в момент усиления к расчетной нагрузкев интервале [0, R y,ad ], но не менее σ p,min = 0,4Ryn,ad и не болееσ = 0,8R.p,max yn,adПотери предварительного напряжения определяют с учетом податливостив местах сопряжения с усиливаемой конструкцией.12.4. Увеличение длины опирания конструкцийПри недостаточной длине опирания сборных многопустотных панелейна промежуточных опорах в пустоты смежных плит через пробитыеотверстия заводят общие арматурные каркасы с последующим бетонированием,аналогично усилению путем создания неразрезности.В случае недостаточного опирания сборных многопустотных панелейна крайних опорах в пустоты через пробитые отверстия устанавливаютарматурные каркасы, таким образом, чтобы они выступали за торцы панелей.Затем параллельно торцам панелей устанавливают дополнительныекаркасы, после чего выполняют бетонирование пустот на длине установленныхкаркасов и дополнительной торцевой балки (рис. 12.19, а).ааббРис. 12.19. Усиление сборных панелей при недостаточном опирании: а – многопустотныхна крайней опоре, б – ребристых на промежуточной опоре; в – ребристых на крайнейопоре: 1 – усиливаемая панель, 2 – опора, 3 – дополнительные каркасы, 4 – швеллер,5 – опорный уголок, 6 – болты анкера172

При недостаточном опирании ребристых панелей на промежуточныхопорах устраивают опорные столики из швеллеров и соединительныхуголков (рис. 12.19, б).В случае недостаточного опирания ребристых панелей на крайнихопорах опорные элементы из швеллеров выступают за торец панелей ипритягивают к панелям болтами (рис. 12.19, в).Вопросы для самоконтроля1. Как, в общем случае, производится усиление эксплуатируемых конструкцийизменением их расчетной схемы?2. Каким образом производится усиление эксплуатируемых конструкций изменениемместа приложения нагрузки?3. В чем заключается особенность усиления конструкций изменением местапередачи нагрузки с помощью распределительных устройств?4. Приведите примеры усиления конструкций изменением места передачи нагрузкипри расположении распределительных устройств сверху (снизу) усиливаемыхконструкций.5. Какими методами производится усиление эксплуатируемых конструкций повышениемстепени их внешней статической неопределимости?6. Какие мероприятия необходимо предусматривать при устройстве дополнительныхжестких опор с опиранием на самостоятельные фундаменты?7. Как обеспечивается включение дополнительных жестких опор в совместнуюработу с усиливаемой конструкцией?8. Какие конструктивные мероприятия предусматриваются при отсутствии верхнейарматуры над дополнительной опорой в случае усиления изгибаемой конструкции?9. Приведите примеры усиления конструкций дополнительными упругимиопорами.10. В каких случаях для усиления конструкций применяются двухконсольныекронштейны?11. Для чего предназначены и как устраиваются опорные хомуты (железобетонные,стальные)?12. Как производится усиление многопролетных шарнирно опертых конструкцийобеспечением их неразрезности (на примере железобетонных многопустотных панелейперекрытия)?13. Какими методами производится усиление эксплуатируемых конструкцийповышением степени их внутренней статической неопределимости?14. Изложите принцип работы и устройства предварительно напряженных затяжек.15. Как производится предварительное напряжение затяжек при усилении эксплуатируемыхконструкций?16. Как производится усиление длинных консолей предварительно напряженнымизатяжками?17. Как определяется величина предварительного напряжения затяжек при усиленииэксплуатируемых конструкций под нагрузкой?18. В чем заключается принцип усиления конструкций шпренгелями и шарнирно-стержневымицепями?19. Изложите принцип работы и устройства предварительно напряженных распорок.173

20. Как производится предварительное напряжение распорок при усилении эксплуатируемыхконструкций?21. Каким образом производится увеличение длины площадки опирания на крайнейи промежуточной опорах железобетонных многопустотных панелей перекрытия?22. Каким образом производится увеличение длины площадки опирания накрайней и промежуточной опорах железобетонных ребристых панелей перекрытия?Тема 13. РАСЧЕТ ПРОЧНОСТИЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ,УСИЛЕННЫХ ИЗМЕНЕНИЕМ ИХ РАСЧЕТНОЙ СХЕМЫ13.1. Расчет усиленияпутем изменения места передачи нагрузкиРасчет усиления путем изменения места передачи нагрузки заключаетсяв выборе расстояния между опорами распределительных устройств,расположения их по длине усиливаемой конструкции и схемы передачинагрузок на существующие конструкции (рис. 13.1). Проектирование распределительныхустройств производится на проектную нагрузку по действующимнормам: железобетонных – в соответствии с [8]; стальных – в соответствиис [11].абвРис. 13.1. Принципиальные схемы распределительных устройств при усилении:а – однопролетной балки; б – неразрезной балки; в – сборных плит перекрытия174

13.2. Расчет усиления конструкцийувеличением их степени внешней статической неопределимости13.2.1. Расчет усиления железобетонных конструкцийдополнительными жесткими опорамиПри расчете конструкций, усиливаемых дополнительными жесткимиопорами, изгибающие моменты в сечениях конструкции суммируются отнагрузки, действующей до усиления при первоначальной расчетной схеме,и от нагрузки, приложенной к конструкции после усиления при измененнойрасчетной схеме. Суммарная эпюра изгибающих моментов не должнавыходить за пределы эпюры материалов, характеризующей фактическуюпрочность конструкции.В случае превышения допустимого значения отрицательного моментанад дополнительной опорой производится перераспределение моментовв пределах 30 % от полученных по упругому расчету (или более 30 %с проверкой трещиностойкости опорного сечения).При проектировании усиления конструкций дополнительными жесткимиопорами производится проверка прочности усиливаемой конструкциина действие поперечных сил в местах установки дополнительных опор.13.2.2. Расчет усиления железобетонных конструкцийдополнительными упругими опорамиРасчет конструкций, усиленных дополнительными упругими опорами,основывается на равенстве прогибов усиливаемой конструкции и упругойопоры в месте их контакта. Как и в случае усиления дополнительнымижесткими опорами, при усилении упругими опорами изгибающие моментыв сечениях конструкции суммируются от нагрузки, действующей доусиления при первоначальной расчетной схеме и от нагрузки, приложеннойк конструкции после усиления при измененной расчетной схеме.При проектировании усиления конструкций дополнительными упругимиопорами первоначально по превышению усилий от внешней нагрузкинад усилиями, соответствующими прочности усиливаемой конструкции,намечают размещение упругих опор и вычисляют их реакции из условиясоздания требуемого разгружения. Затем приравнивают выражения прогибовусиливаемой конструкции от действия внешней нагрузки, прикладываемойпосле усиления, и реакции опоры и прогибов упругой опоры отдействия реакции опоры. Из полученного уравнения определяют требуемуюжесткость дополнительной упругой опоры и размеры ее поперечногосечения.175

Жесткость усиливаемой железобетонной конструкции в предельномсостоянии необходимую для расчета допускается определять по формулеM RdB = , (13.1)(1 r)sm,0ε ,0где( 1 cm + εsm)r cr = , (13.2)dε cm – средние относительные деформации крайнего сжатого волокнабетона, ε cm = ψcε c,3, ε c,3– предельные относительные деформации крайнегосжатого волокна бетона в сечении с трещиной, соответствующие расчетномусопротивлению бетона;ε – средние деформации крайнего растянутого стержня продольнойарматуры ε sm,0= ψsε sy , ε sy – относительные деформации крайнегорастянутого стержня арматуры в сечении с трещиной, соответствующиерасчетному сопротивлению арматуры ε = f / E ;ψ c ,crsy yd sψ s – коэффициенты неравномерности деформаций соответст-ψ = и ψ = 0,9;венно бетона и арматуры: 0,9 cd – расстояние между крайним сжатым волокном бетона и крайнимрастянутым стержнем арматуры.При проектировании усиления конструкций при полном ее загружениидостаточно определить необходимую разгружающую реакцию упругойопоры, по которой в результате статического расчета вычисляют усилияи подбирают сечение элементов упругой опоры. Предварительное напряжениеупругой опоры должно осуществляться силой, равной разгружающейреакции.Если конструкция упругой опоры не подвешивается у опор к усиливаемойконструкции, выполняют проверку на отрыв усиливаемой конструкцииот опор при снятии временной нагрузки. При появлении в местеустановки дополнительной упругой опоры отрицательных моментов следуетпроизводить проверку сечений на его воздействие.Если между усиливаемой конструкцией и упругой опорой контакт впоперечном направлении предусматривается по всей длине (в отличие отнаращивания касательные напряжения по контакту не учитываются), расчетпроизводится исходя из равенства значений кривизны изогнутых осейконтактирующих балочных конструкций.1 ∆Mr1 ∆M= ;12= ;1 B1r2 B2s1 1 ∆M1 ∆M2= ; = . (13.3)r r B B1 21 2176

Изгибающий момент ∆ M = ∆ M1 + ∆ M 2 от нагрузки, приложеннойпосле усиления, распределяется пропорционально их жесткостям.13.2.3. Расчет усиления железобетонных конструкцийустройством их неразрезностиПри устройстве усиления конструкций с обеспечением их неразрезностиследует также как и при усилении дополнительными опорами стремитьсяк максимальной разгрузке усиливаемых конструкций. Усилия вконструкциях определяются отдельно от нагрузок, действующих до замыканияшарниров, и от нагрузок, которые прикладываются после замыканияшарниров.В первом случае принимается первоначальная расчетная схема, а вовтором случае – измененная с учетом неразрезности. Расчетные усилия всечениях конструкций определяются как сумма усилий, полученных попервой и второй схемам. Увеличением жесткости отдельных пролетов илиопорных зон можно регулировать перераспределение моментов и поперечныхсил.13.3. Расчет усиления конструкций увеличением их степенивнутренней статической неопределимости13.3.1. Расчет прочности железобетонных конструкций,усиленных предварительно напряженными затяжкамиУстройство затяжек превращает усиленную конструкцию в статическинеопределимую комбинированную систему, состоящую из железобетонногоэлемента и затяжки.Поскольку реакция от затяжки передается на опорное сечение усиливаемойизгибаемой, внецентренно сжатой (растянутой) конструкции, топоявляется дополнительная сжимающая сила. Кроме того, в зависимостиот места закрепления затяжки, возникают концевые разгружающие илидогружающие моменты. При усилении шпренгельными затяжками на усиливаемуюконструкцию действуют разгружающие силы в местах перегибазатяжки.Расчет прочности железобетонных элементов, усиленных затяжкамипроизводят в предположении, что предельное состояние усиленных конструкцийнаступает одновременно с достижением существующей арматуройи затяжкой расчетного сопротивления.177

Первоначально ориентировочно определяют площадь поперечногосечения затяжки с учетом коэффициента условий ее работы:− для горизонтальной – γ p, ad = 0,8 ;− для шпренгельной и диагональной – γ p, ad = 0,7и вычисляют усилие в затяжке в предельном состоянии. Затем выполняютпроверку прочности усиленной конструкции с учетом реактивной сжимающейсилы затяжки.Расчетные схемы конструкций, усиленных предварительно напряженнымизатяжками приведены на рис. 13.2 и 13.3.aбвРис. 13.2. Расчетные схемы конструкций, усиленных горизонтальными затяжками:а – изгибаемой; б – внецентренно сжатой; в – внецентренно растянутой178

Рис. 13.3. Расчетная схема изгибаемой конструкции,усиленной шпренгельной затяжкойРасчетные схемы консольных конструкций, усиленных горизонтальнойи диагональной затяжками, приведены на рис. 13.4 и 13.5.После определения сечения затяжки производят проверку прочностиусиленной конструкции. Дополнительная сжимающая сила опорной реакциизатяжки равна:− для горизонтальной затяжкиN = γ f A , (13.4)ad p, ad yd, ad p,ad− для шпренгельной и диагональной затяжекN = γ f A ϕ, (13.5)ad p, ad yd , ad p, ad cosгде ϕ – угол, который составляет наклонный участок затяжки с продольнойосью усиленной конструкции.179

Дополнительный концевой момент равенM ad = Nad ead, (13.6)где e ad – расстояние между местом закрепления затяжки и осью, проходящейчерез центр тяжести сечения конструкции.Разгружающая сила в местах перегиба шпренгельной затяжки и закреплениядиагональной затяжки на консоли равнаPad Nad tg= ϕ . (13.7)При усилении конструкций затяжками могут возникнуть отрицательныеизгибающие моменты от предварительного напряжения в затяжке. В этом случаенеобходимо выполнить проверку прочности конструкции на действие усилияпредварительного напряжения в затяжке при нагрузке на конструкцию настадии усиления. При этом усилие в затяжке принимается равнымгдеpN= γ σ A , (13.8)ad p p p,adγ – коэффициент точности натяжения, γ = 1 ± ∆γ (учитываетсянеблагоприятное влияние предварительного напряжения), ∆γ p = 0,2 .ppРис. 13.4. Расчетная схема консольной конструкции, усиленной горизонтальной затяжкой180

Рис. 13.5. Расчетная схема консольной конструкции,усиленной диагональной затяжкой13.3.2. Расчет прочности железобетонных конструкций,усиленных шпренгелями и шарнирно-стержневыми цепямиРасчет конструкций, усиленных шпренгелями и шарнирностержневымицепями, производят в следующей последовательности. Определяютнеобходимую степень разгрузки усиливаемой конструкции из условияпрочности, как разность между внутренними усилиями в расчетных сеченияхот полной нагрузки и усилиями, соответствующими фактическойпрочности конструкции. Затем проектируют очертание шпренгеля или шарнирно-стержневойцепи. Стрелу подъема рекомендуется принимать максимальнойс учетом допускаемых габаритов. При проектировании шпренгелейили шарнирно-стержневых цепей рекомендуется распор от ветвей передаватьна усиливаемую конструкцию ниже центра тяжести ее сечения.181

Реакции в подвесках (стойках) определяют из условия создания требуемойразгрузки усиливаемой конструкции по изгибающему моменту илипоперечной силе. Распор в цепи, передаваемый на усиливаемую конструкциюопределяется из условия равновесия сил. Производят проверку прочностиусиливаемой конструкции с учетом внецентренно приложенной реакциираспора. По найденным реакциям в подвесках и геометрическимразмерам цепи определяют усилия в отдельных ветвях и площадь поперечногосечения.При проектировании усиления шпренгелями и шарнирностержневымицепями стропильных ферм следует учитывать, что дополнительныесосредоточенные силы, прикладываемые к узлам ферм, могутувеличивать усилия в ее отдельных элементах, поэтому требуется проверкапрочности элементов фермы.13.3.3. Расчет прочности железобетонных конструкций,усиленных предварительно напряженными распоркамиУстройство предварительно напряженных распорок превращает усиленнуюконструкцию в статически неопределимую комбинированную систему,состоящую из железобетонного элемента и распорок. При передачереакции от распорки на опорное сечение изгибаемой, центрально (внецентренно)сжатой (растянутой) конструкции появляется дополнительная растягивающаясила. Кроме того, при односторонних распорках или при разныхусилиях в ветвях двухсторонних распорок возникают концевые разгружающиемоменты.Расчет конструкций, усиленных распорками, производится в предположении,что в предельном состоянии напряжения в распорке достигаютрасчетных сопротивлений.Расчет прочности железобетонных конструкций, усиленных распорками,может производиться по общему случаю расчета с учетом коэффициентовусловий работы:− для распорок с предварительным напряжением без надреза полокстоек γ p, ad = 0,8 ;− для распорок с предварительным напряжением путем созданияуклона стоек с надрезом их полок в местах перегиба γ p, ad = 0,75 .Ветви распорки, установленные в растянутой зоне усиливаемых конструкций,в расчете не учитываются.Проверка прочности усиленной конструкции производится с учетомвлияния опорной реакции распорки (рис. 13.6).182

Рис. 13.6. Расчетная схема сжатого элемента,усиленного односторонней распоркойДополнительная растягивающая сила опорной реакции распоркиN′ = γ R A . (13.9)ad p, ad y, ad p,adДополнительный концевой момент для односторонней распоркиM ′ = N′e , (13.10)ad ad adгде e ad – расстояние между местом закрепления распорки на конструкциии осью, проходящей через центр тяжести ее сечения.При устройстве распорки в усиливаемых конструкциях могут возникнутьотрицательные изгибающие моменты и растягивающие усилия отпредварительного напряжения в распорке. Необходимо выполнять проверкупрочности на стадии усиления на действие усилия предварительногонапряжения в распорке при нагрузке на конструкцию в момент устройствараспорки. При этом усилие в распорке принимается равнымN′ = γ σ A . (13.11)ad p p p,ad183

Расчет предварительно напряженных распорок в момент усиленияпроизводится как для стальных конструкций по [11]. Расчетная длина ветвипринимается равной полной длине распорки или расстоянию от местаперегиба до упора в конструкцию в зависимости от метода создания предварительногонапряжения.Вопросы для самоконтроля1. Как выполняется расчет усиления эксплуатируемых конструкций путем измененияместа передачи нагрузки?2. Изложите алгоритм расчета изгибаемых конструкций, усиленных дополнительнымижесткими опорами.3. Изложите алгоритм расчета изгибаемых конструкций, усиленных дополнительнымиупругими опорами.4. Изложите алгоритм расчета прочности изгибаемых железобетонных конструкций,усиленных предварительно напряженными затяжками.5. В какой последовательности выполняется расчет усиления конструкцийшарнирно-стержневыми цепями?6. Изложите алгоритм расчета прочности центрально и внецентренно сжатыхжелезобетонных конструкций, усиленных предварительно напряженными распорками.Тема 14. УСИЛЕНИЕ КАМЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙПри реконструкции зданий и сооружений с каменными конструкциямивозникает необходимость восстановления и усиления: отдельныхэлементов, их сопряжений, здания в целом.Необходимость восстановления и усиления каменных конструкцийвызывается снижением ограждающих и эстетических свойств при эксплуатациии устанавливается в результате их обследования и поверочныхрасчетов.14.1. Методы восстановления каменных конструкцийНаиболее распространенными методами восстановления каменныхконструкций являются: оштукатуривание, инъецирование имеющихсятрещин, частичная или полная перекладка элементов.Восстановление элементов оштукатуриванием применяется при поверхностныхповреждениях кладки в виде выветривания раствора, размо-184

раживания, расслоения на глубину до 150 мм, а также при наличии стабилизированныхосадочных трещин. Оштукатуривание осуществляетсявручную (при глубине повреждения до 40 мм) или торкретированием раствороммарки М75 и выше на основе цемента.Для обеспечения надежного сцепления штукатурного слоя с кирпичнойкладкой производят подготовку оштукатуриваемой поверхности:кладку очищают от поврежденного кирпича и раствора, промывают и высушивают.При большой площади и толщине штукатурного слоя дополнительнорасчищают горизонтальные швы на глубину 10…15 мм, на кладкевыполняют насечку поверхности, устанавливают металлические сетки изпроволоки диаметром 2…6 мм или стеклосетки. Металлические сетки могутвыполняться на месте путем обвязки проволокой диаметром 2…3 ммвокруг анкеров диаметром, не превышающих толщину шва (рис. 14.1).Края сеток заводят за поврежденный участок на длину не менее 500 мм.Если поврежденный участок находится вблизи угла здания, сетку заводятза угол на стену не менее чем на 1000 мм.аРис. 14.1. Восстановление кирпичных стен: а – с использованием обвязкииз проволоки, б – с использованием готовых сеток: 1 – анкер, 2 – проволока,3 – сетка, 4 – гвозди, 5 – восстанавливаемая кладка, 6 – раствор185

Для восстановления и усиления каменной кладки, имеющей сквозныетрещины силового и осадочного характера (при стабилизировавшихсяосадках), применяется инъецирование цементным и полимерным растворамипутем их нагнетания под давлением до 0,6 МПа с помощью нагнетательныхустройств.Расчетное сопротивление каменной кладки, усиленной инъецированиемраствора в трещины, принимается с учетом поправочного коэффициентаm , зависящего от вида раствора и характера трещин:k− m k = 1,1 – для кладки с трещинами от силовых воздействий, инъецированныхцементным раствором;− m k = 1,3 – то же, полимерным раствором;− m k = 1,0 – для кладки с трещинами от неравномерной осадки илинарушением связи между отдельными элементами, инъецированными цементнымили полимерным растворами.Частичная (полная) перекладка производится при наличии большого количествамелких, одиночных глубоких и сквозных трещин при стабилизировавшихсяосадках здания. Для перекладки применяют кирпич и раствор марки,не ниже марки кирпича и раствора восстанавливаемой кладки. При перекладкеучастков должна быть сохранена принятая перевязка швов (рис. 14.2).Рис. 14.2. Восстановление каменной кладки частичной перекладкой:а – частичная перекладка с одной стороны, б – то же с двух сторон:1 – трещина, 2 – восстанавливаемая стена, 3 – частичная перекладка186

14.2. Усиление элементов каменных конструкцийДля местного усиления кирпичных стен, имеющих сквозные трещинысилового и осадочного характера, применяют скобы из круглой сталидиаметром не менее 6 мм, концы которых закрепляются в устраиваемыхотверстиях в кладке на глубину 100 мм и более, а также накладки из листовогоили профильного металла, закрепляемые на усиливаемых участкахстен с помощью стяжных болтов (рис. 14.3). Скобы и накладки могут размещатьсяс одной (при толщине стены 640 мм и менее) или двух сторон(при большей толщине) усиливаемого участка, на поверхности, в горизонтальныхшвах (для скоб диаметром, не превышающем толщину шва) и впредварительно подготовленных штрабах. Размещение накладок в штрабахэффективно при смещениях участков стен, разделенных трещиной, относительнодруг друга по вертикали.777676Рис. 14.3. Усиление стен наладками: а – общий вид усиления, б – усиление простенка,в – усиление вблизи угла здания: 1 – стальная накладка, 2 – стяжной болт, 3 – гайка, 4 – штраба,5 – опорная пластина (полоса), 6 – уголок, 7 – трещина187

В качестве накладок применяются прокатные профили в виде швеллеров№№ 16…20, уголков с шириной полки, примыкающей к стене,75…100 мм, а также полосовая сталь шириной 70 мм и более. Стяжныеболты выполняют из круглой стали диаметром 16…22 мм. Расстояние оттрещины до ближайших к ней стяжных болтов должно составлять не менее600мм. В случае если трещина находится вблизи угла здания, накладки заводятсяза угол не менее чем на 1000 мм. После монтажа накладок штрабызаполняют бетоном. Стальные накладки, устанавливаемые на поверхностистен без устройства штраб, покрывают антикоррозионными составами илиоштукатуривают по сетке.При невозможности достижения требуемой степени повышенияпрочности без увеличения поперечного сечения элемента применяют методыусиления, увеличивающие площадь поперечного сечения путем устройстванаращивания или обойм.Наращивание может быть каменным, армокаменным или железобетонным.Для наращивания применяется кирпич и раствор марок не ниже фактическойусловной марки кирпича и раствора, полученной при испытанииобразцов из усиливаемой конструкции.Наращивание устраивают толщиной в 1/2 кирпича или более. Совместнаяработа с кирпичной кладкой усиливаемой конструкции обеспечиваетсяпутем устройства борозд в усиливаемой кладке глубиной в 1/2 кирпичаили с помощью анкеров, забиваемых в швы. Для кладки наращиваниявозможно применение продольного и поперечного армирования.Расчет прочности каменных конструкций, усиленных каменным (армокаменным)наращиванием, производится по [12] с учетом его совместнойработы с усиливаемой конструкцией путем введения дополнительногокоэффициента условий работы к расчетному сопротивлению каменнойкладки наращивания, равного:− при усилении элемента под нагрузкой, превышающей 70 % расчетной,γ k, ad = 0,8.− при усилении элемента под нагрузкой, не превышающей 70 % расчетной,γ k, ad = 1.Для устройства наращивания из железобетона применяется бетонкласса не ниже C 12 15. Железобетонная часть возводится в предварительноподготовленных нишах или существующих каналах кирпичной кладки(рис. 14.4). Процент армирования железобетонной части сечения должен188

составлять 0,5…1,5 %. Так как деформативность каменной кладки существенновыше деформативности железобетона, то при усилении под нагрузкойдополнительные бетон и арматура работают совместно с усиливаемойконструкцией и достигают своего расчетного сопротивления в предельномсостоянии.Рис. 14.4. Усиление простенков с пилястрами монолитными железобетоннымиэлементами: а, в – сквозная пробивка стены; б, г – устройство углубленийс одной стороны: 1 – усиливаемая кладка, 2 – продольная арматура,3 – поперечная арматура, 4 – бетон усиленияЭффективным методом увеличения прочности каменной кладки прималых эксцентриситетах ( e 0 ≤ h 6 ) является устройство обойм: стальной,железобетонной и растворной.Наиболее массовыми элементами, усиливаемыми обоймой, являютсястолбы и простенки. Столбы, как правило, имеют прямоугольную формупоперечного сечения с соотношением сторон не более 1,5, что способствуетэффективной работе обойм, ограничивающих поперечные деформации всечении. Простенки имеют вытянутую в плане форму, обычно с соотношениемсторон более двух. При этом для эффективного использования обоймустанавливаются дополнительные связи в виде стяжных болтов или анкеров.Допускаемые расстояния между связями (анкерами, хомутами) не более1000 мм и не более двух толщин стены по длине, по высоте – не более750 мм. Связи надежно закрепляют в усиливаемой кладке.189

Стальная обойма – это система из продольных элементов уголковогопрофиля (рис. 14.5), устанавливаемых на растворе по углам или выступамконструкции и приваренных к ним поперечных элементов (планок)в виде полосовой или арматурной стали, а также опорных подкладок(при усилении всего столба или простенка, когда на продольныеэлементы передается часть усилий от вышерасположенных конструкций).Шаг планок принимают не более меньшего размера поперечногосечения и не более 500 мм.Рис. 14.5. Усиление каменных конструкций стальной обоймой:1 – усиливаемая конструкция, 2 – уголок, 3 – планка, 4 – поперечная связь,5 – полоса, 6 – анкеры, 7 – болт, 8 – опорный уголок, 9 – стальная пластинаДля повышения эффективности усиления поперечные планки рекомендуетсянапрягать. Для этого со стороны двух противоположных гранейк продольным элементам приваривают планки только с одного конца. Послечего нагревают планки до 100…120°С и приваривают в нагретом состояниивторой свободный конец к вертикальным уголкам. При остываниипланок происходит обжатие усиливаемой конструкции.190

Железобетонная обойма (рис. 14.6) представляет собой пространственныйарматурный каркас из продольной и поперечной арматуры, омоноличенныйбетоном. Этот вид обоймы применяется при значительных поврежденияхкладки и позволяет значительно повысить прочность усиливаемогокаменного элемента.Рис. 14.6. Усиление железобетонной обоймой: а – столбов, б – простенков:1 – усиливаемая конструкция, 2 – продольная арматура, 3 – поперечная арматура, 4 – бетон,5 – дополнительные поперечные связи, 6 – продольная арматура, 7 – анкерыТолщину обоймы и площадь поперечного сечения арматуры определяютрасчетом. Ориентировочно толщина обоймы принимается40…120 мм, диаметр поперечных стержней – 4…10 мм. Для обеспечениясцепления с бетоном продольная арматура отстоит от усиливаемой кладкине менее чем на 30 мм. Шаг хомутов принимают согласно расчету, но неболее 150 мм. Шаг продольной арматуры – 250…300 мм. Для обоймы рекомендуетсяприменять бетоны классов C 12 15и выше.Для увеличения площади контакта кладки с элементами усиленияобоймы рекомендуется в кладке через каждые 3-4 ряда выполнять бороздына глубину 1/2 кирпича или расчищать швы кладки на 10…15 мм в глубину.Бетонирование производится методом инъецирования, нагнетая смесьчерез инъекционные отверстия в опалубке, торкретированием или последовательнымбетонированием с наращиванием опалубки.191

Армированная растворная обойма выполняется по аналогии с железобетонной,но вместо бетона применяют раствор марки не ниже М50.Растворная обойма позволяет сохранить существующие размеры поперечногосечения практически без изменения. При производстве работ не применяетсяопалубка. Цементный раствор, наносимый тонким слоем порядка30…40 мм, выполняет функции связи между усиливаемой кладкой и арматуройи защищает арматуру от коррозии. Минимальная толщина защитногослоя составляет: для внутренних сухих помещений – 15 мм, для наружныхи влажных помещений – 20…25 мм.Для усиления каменных конструкций под нагрузкой, превышающей70…80 % от расчетной, эффективно (позволяют повысить прочность каменныхконструкций в 2-3 раза) применение предварительно напряженныхраспорок, установленных с одной или с двух сторон конструкции, вкоторых рабочими элементами являются вертикальные ветви распорки, апоперечные планки выполняют роль соединительных элементов, уменьшающихсвободную длину ветвей.Предварительно напряженные распорки (аналогично усилению железобетонныхконструкций) состоят из уголковых профилей, располагаемыхпо углам конструкции и связанных друг с другом планками из полосовойстали или стержневой арматуры. Сверху и снизу распорки передают нагрузкуна опорные уголки. Предварительное напряжение распорок осуществляетсяпутем их перегиба в середине длины или с помощью домкратов.14.3. Расчет усиления элементов каменных конструкцийРасчет каменных конструкций, усиленных обоймами, производится всоответствии с [12].При усилении элементов стальной обоймой в случае эксцентриситетовприложения нагрузки, не выходящих за пределы ядра сечения (малыеэксцентриситеты), расчет производится по условиюN⎡⎛m m R2,5µf ⎞A R A⎣⎝⎠ad ywd,adSd ≤ ψϕ ⎢⎜g k + η ⋅ ⎟ + y, ad s,ad⎢1 + 2,5µad 100⎤⎥ , (14.1)⎥⎦где N Sd – продольная сила от действующих нагрузок; A – площадь сеченияусиливаемой кладки; A s,ad – площадь сечения вертикальных уголков;R – расчетное сопротивление кладки сжатию, определяемое по ус-192

ловной марке кирпича или раствора; f ywd,ad – расчетное сопротивлениепланок; R y,ad – расчетное сопротивление вертикальных уголков; ϕ – коэффициентпродольного изгиба, при определении которого характеристикаα применяется как для неусиленной кладки; m – коэффициент, учитывающийвлияние длительного действия нагрузки; m k – коэффициент условийработы кладки, принимаемый: 1 – для кладки без повреждений, 0,7 –для кладки с трещинами; µ – процент армирования дополнительной поперечнойарматуройad( + )2Asw,ad b hµ ad = ⋅100h ⋅ b ⋅ sadg, где A sw,ad – площадь поперечногосечения планки; h,b – размеры поперечного сечения кладки; s ad –расстояние между планками; ψ – коэффициент, принимаемый: при цен-2e0тральном сжатии – 1, при внецентренном сжатии – по формуле 1− ;hη – коэффициент, принимаемый: при центральном сжатии – 1, при внецентренномсжатии – по формуле 1− .4e0hРасчет каменных конструкций с малыми эксцентриситетами, усиленныхжелезобетонной обоймой, производится из условия⎡⎛3µf ⎞N m m R A f A f A⎢⎣⎝⎠( , , , , 2, )ad ywd , adSd ≤ ψϕ ⎢⎜g k + η ⋅ ⎟ + γ c ad cd ad c ad + yd ad s ad1 + µ ad 100где ywd,ad⎤⎥ , (4.2)⎥⎦f – расчетное сопротивление поперечной арматуры; f yd , ad –расчетное сопротивление продольной арматуры; A c,ad – площадь сечениябетона обоймы, заключенного между хомутами и кладкой (до защитногослоя); A s2,ad – площадь сечения продольной арматуры; γ c,ad – коэффициентусловий работы бетона, равный: 1 – при передаче нагрузки на обоймуи наличии опоры обоймы снизу; 0,7 – при передаче нагрузки на обойму иотсутствии опоры внизу обоймы; 0,35 – без непосредственной передачинагрузки на обойму.Расчет конструкций с малыми эксцентриситетами, усиленных растворнойармированной обоймой, осуществляется из условия⎛2,8µfad ywd , ad ⎞NSd ≤ ψϕ ⎜ mgmkR + η ⋅ ⎟ A. (14.3)⎝ 1 + 2µad 100 ⎠193

При расчете обойм с дополнительными поперечными связями (приусилении простенков с соотношением сторон больше двух) в формулах(14.1), (14.2) и (14.3) для дополнительных связей вводится коэффициентусловия работы равный 0,5.Расчетные сопротивления поперечной и продольной арматуры, применяемойпри устройстве обойм, принимаются по табл. 14.1.Таблица 14.1Расчетные сопротивленияАрмированиеарматуры и профильной стали, МПаS240, профили S280Поперечная арматура 150 190Продольная арматура без непосредственнойпередачи нагрузки на обойму43 55То же, при передаче нагрузки на обоймус одной стороны130 160То же, при передаче нагрузки на обоймус двух сторон190 240Расчет центрально и внецентренно сжатых каменных элементов,усиленных предварительно напряженными распорками, производят в следующейпоследовательности:− определяют фактическую прочность столба или простенкаN Rd поданным поверочных расчетов;− определяют величину перегрузки элемента ∆ N = NSd − NRd,где N Sd – усилие, действующее на элемент после реконструкции;− определяют площадь поперечного сечения распорки из условиягде p,ad∆N≤ γA ϕp,adRs, ad y,ad, (14.4)A – площадь поперечного сечения распорки, R y,ad – расчетное сопротивлениестали распорки, , s ad γ – коэффициент условий работы распорки.Величина предварительного напряжения распорок приближенноможет определяться линейной интерполяцией в зависимости от отношениянагрузки на усиливаемую конструкцию в момент усиления к расчетнойнагрузке в интервале [0, R yn,ad ]: но не менее σ p,min = 0,4R yn,ad и не болееσ p,max = 0,8R yn,ad . Задаваясь величиной предварительного напряжения распорки,по формуле (12.2) определяют величину отклонения ветвей предварительнонапряженной распорки.194

14.4. Усиление сопряжений элементов каменных конструкцийДля восстановления целостности стен в местах сопряжения применяютстальные затяжки (рис. 14.7), шпонки (рис. 14.8), гибкие связи в видеанкеров (рис. 14.9), а также перекладку поврежденных участков.Рис. 14.7. Восстановление сопряжений стен стальными затяжками:1 –продольная стена, 2 – поперечная стена, 3 – перекрытие, 4 – тяжи,5 –распределительные прокладки, 6 – гайки, 7 – цементный растворРис. 14.8. Восстановление сопряжений железобетонными шпонками:а – с вертикальными арматурными каркасами, б – то же, с горизонтальными каркасамиРис. 14.9. Восстановление сопряжений гибкими связями: 1 – продольная стена,2 – железобетонная колонна, 3 – закладная деталь колонны, 4 – сварка, 5 – анкер195

Стальные затяжки выполняют из круглой стали диаметром20…25 мм с резьбой по концам и распределительных прокладок из уголковили швеллеров. Стальные затяжки располагают, как правило, в уровнеперекрытия. Устройство затяжек производят в следующей последовательности:устраивают горизонтальную штрабу в продольной стене на глубину60…130 мм, просверливают отверстия для тяжей. В поперечных стенах нарасстоянии не менее 1000 мм от места разрыва пробивают отверстие дляустановки распределительной прокладки. Тяжи закрепляют на распределительныхпрокладках и предварительно напрягают завинчиванием гаек наконцах в сочетании с нагреванием тяжей. После монтажа затяжек тяжи покрываютантикоррозионными составами, а штрабы заполняют бетоном илизаделываются кирпичом.Для восстановления сопряжений стен также используются шпонки:железобетонные и стальные. На этаж устанавливается не более 2-3 шпонок.Для первого этажа: в уровне пола у фундамента, в середине стены и вуровне перекрытия.Железобетонные шпонки состоят из арматурного каркаса из стержней16…20 мм и бетона класса C 12 15и выше.Стальные шпонки выполняют из пластин, уголков, швеллеров. Приустройстве стальных шпонок пробивают вертикальные штрабы длиной400…600 мм. Монтаж шпонок производят на растворах повышенной прочности.Шпонки оборачивают металлической сеткой, а после монтажа стягиваютболтами диаметром не менее 16 мм и оштукатуривают раствором.Перекладка участков стен, простенков осуществляется в случаях значительныхотклонений от вертикали, сдвигов, перекосов, выпучиваний, когдаотклонение от первоначального положения составляет более 1/3 толщины,с обязательным креплением гибкими связями к близлежащим конструкциям:стенам, колоннам, перекрытиям и покрытиям.14.5. Повышение пространственной жесткости каменных зданийВ результате неравномерной осадки оснований фундаментов, различнойжесткости элементов и разнонагруженности стен, а также при воздействияхприродных и техногенных факторов происходит нарушение пространственнойжесткости коробки здания в целом или какой-либо ее части.Для восстановления целостности остова здания применяют пояса,которые воспринимают неравномерные деформации, растягивающие усилиякладки и способствуют перераспределению нагрузки на основание.196

В зависимости от характера проводимых работ (восстановление жесткостиэксплуатируемого здания, реконструкция или надстройка), причини вида повреждений применяются стальные (гибкие, жесткие), армокаменныеили железобетонные пояса.Стальные гибкие напрягаемые пояса (рис. 14.10) представляют собойсистему горизонтальных распределительных устройств, состоящих изтяжей диаметром 20…40 мм, напрягаемых при помощи муфт с двухстороннейрезьбой (правой и левой) или закручиванием гаек на концах, концевыхи промежуточных упоров.Поясами создается один или несколько замкнутых контуров по стенам.Производится объемное обжатие всего здания или его части.С целью эффективного обжатия всей коробки здания длину большейчасти пояса рекомендуется принимать не более 1,5 коротких. В многоэтажныхзданиях тяжи устанавливают в уровне перекрытий. Допускается связьтяжей с перекрытиями. В промышленных и общественных одноэтажныхзданиях тяжи устанавливают в уровне низа стропильных конструкций.Пояса устанавливают либо на поверхности стен, ухудшая внешнийвид, но сокращая трудоемкость работ, либо в штрабах кладки, не меняявнешнего вида и надежно предохраняя металлические детали от коррозии.При устройстве пояса в кладке пробивают горизонтальные штрабыглубиной 70…80 мм и сквозные отверстия для продольных и поперечныхтяжей. На углах здания на растворах повышенной прочности вертикальноустанавливают отрезки уголков. Если пояса устанавливают на поверхностистен, для удобства монтажа и исключения провисания тяжей по длине вкладку забивают промежуточные скобы.Монтаж поясов усиливаемого здания осуществляется последовательноснизу вверх (см. рис. 14.10).Предварительное напряжение производят с помощью соединительныхмуфт одновременным натяжением всех тяжей или первоначально напрягаюттяжи проходящие внутри здания, а затем – снаружи. Натяжениепроизводят динамометрическим ключом, домкратом или ломиком с плечом1500 мм с усилием на конце 30…40 кг. Для уменьшения трудоемкостинатяжения рекомендуется осуществлять электро- или термонагревтяжей. Степень натяжения следует контролировать приборами. Тяжи считаютсянатянутыми, если они не провисают и при ударе по ним ломикомиздают звук высокого тона. При устройстве тяжей в условиях пониженныхтемператур выполняется их дополнительное натяжение. После фик-197

сации тяжей и их напряжения производится инъецирование трещин встенах или выполняется частичная перекладка в зависимости от характераи степени повреждения.Рис. 14.10. Усиление здания стальными предварительно напряженными поясами:1 – тяж, 2 – стяжная муфта с двухсторонней резьбой, 3 – упорный уголок,4 – накладка из швеллера, 5 – гайка с шайбой198

Расчет сечения гибких тяжей производят из условия равной прочноститяжей на растяжение и каменной кладки на срез.Расчетное усилие определяется по формулеNRd= 0,2R lb , (14.5)sqгдеR sq – расчетное сопротивление кладки на срез, МПа; l – длина стены;b – толщина стены.Стальные жесткие пояса (рис. 14.11) выполняются из профильнойстали (в основном, из швеллеров, уголков и полосовой стали) и предназначаютсядля передачи усилий на более прочные участки. Пояса охватываютвсе здание или его часть, выполняются замкнутыми или незамкнутыми.Незамкнутые пояса применяют при разрывах здания, продольных и поперечныхстен, углов. Номер профиля назначается конструктивно.Рис. 14.11. Усиление части здания устройством предварительно напряженногостального пояса из прокатных профилей: 1 – трещина, 2 – пояс из швеллера,3 – стяжной болт, 4 – гайка, 5 – анкерСтальные жесткие пояса могут выполняться предварительно напряженными.Натяжение жестких поясов натяжение осуществляется с помощьюболтовых соединений (рис. 14.12). Диаметр натяжного болта (шпильки)определяется расчетом и ориентировочно составляет 20…25 мм.Стальные жесткие пояса устанавливают по всему контуру зданияили его части в штрабах или на поверхности стен. В зависимости от толщиныстены ненапрягаемые пояса располагаются с одной или двух сторонстены: при толщине более 640 мм – с двух сторон, при толщине менее640 мм – с одной.199

Фиксация двухсторонних поясов выполняется болтами диаметром16...20 мм, которые при помощи гаек стягивают пояса друг с другом и играютроль анкеров. При расположении пояса с одной стороны совместнаяработа достигается за счет устройства анкеров (рис. 14.11, вариант А (вштрабе). Шаг болтов – 2000...2500 мм, анкеров – 500...700 мм.Рис. 14.12. Натяжное устройство предварительно напряженногостального пояса из прокатных профилейСтальные гибкие и жесткие пояса, установленные на поверхностистен, вместе с муфтами, упорными уголками, накладками, огрунтовываюти окрашивают или оштукатуривают по сетке.При надстройке здания с целью повышения его пространственнойжесткости в уровне перекрытий, покрытий выполняют армокаменные(рис. 14.13, а) или железобетонные (рис. 14.13, б) пояса жесткости.Рис. 14.13. Усиление стен здания поясами: а – армокаменным; б – железобетонным:1 – кирпичная кладка стен, 2 – армокаменный пояс, 3 – стальная сетка,4 – железобетонный пояс, 5 – продольная арматура, 6 – поперечная арматура,7 – утепление200

При устройстве армокаменного пояса допускается применение продольныхстержней арматуры в поясе диаметром до 12 мм с утолщениемшва до 25 мм. Ориентировочно площадь продольной арматуры пояса встенах толщиной до 510 мм можно принимать в пределах 4,5 см 2 , а прибольшей толщине – 6,5 см 2 .Железобетонный пояс выполняется из бетона класса не ниже C 12 15с армированием пространственным арматурным каркасом. Возможно использованиежесткой арматуры в поясе. Высота поперечного сечения поясасоставляет не менее 120 мм, ориентировочно ширина сечения поясапринимается равной: при толщине стены до 510 мм – толщине стены сучетом утепления, при толщине стены более 510 мм – возможно устройствоменьшего по ширине пояса. В месте устройства железобетонного поясаследует предусматривать дополнительное утепление стен для ликвидации«мостиков холода».14.6. Замена и усиление перемычек каменных зданийПолную перекладку клинчатых и арочных перемычек начинают одновременнос двух концов пролета перемычки до замкового камня. Приэтом рекомендуется выполнять плотное осаживание кирпича. Замковыйкамень плотно пригоняют по месту. Включение перемычки в работу осуществляетсяпутем обработки кирпича «на клин» или устройством клинообразногошва с размерами его внизу перемычки не менее 5 мм и вверхуне более 25 мм.Работы по замене брусковых перемычек начинают с установки временныхкреплений. Борозды (штрабы) пробивают с двух сторон перемычкипоочередно. Высота и ширина борозд должна соответствовать высоте иширине заменяемой перемычки и иметь зазор порядка 40...60 мм для плотнойзаклинки вновь подведенных элементов с существующей кладкой.Пробивка начинается с наиболее ослабленных мест старой перемычки.До монтажа стальных заменяющих балок из профильной стали(уголков, швеллеров) последние обворачивают сетками. При монтаже балокобеспечивается тщательное заполнение раствором марки не нижеМ100 зазоров между кирпичной кладкой и устанавливаемой конструкцией.После заполнения раствором стальные балки стягивают болтами. Шагстяжных болтов принимают не более 500 мм при пролетах не более2400 мм и не более 800 мм при пролетах более 2400 мм. Расстояние от торцовпрофиля до стяжного болта принимается не менее 100 мм.201

Аналогичный метод применяется и при устройстве новых проемов всуществующих стенах (рис. 14.14).Рис. 14.14. Устройство нового проема в существующих стенах: 1 – швеллер,2 – стяжные болты, 3 – раствор, 4 – стальная сетка, 5 – устраиваемый проемНомер профиля швеллера стальных перемычек для конкретной шириныпроема при различных толщинах стен указан в табл. 14.2. Послемонтажа элементов перемычки и твердения раствора осуществляется пробивкапроемов под перемычками. Величина опорных зон для стальных перемычекиз швеллеров при существующих или проектируемых проемахустанавливается согласно табл. 14.3.Подбор несущих перемычек в существующих стенахТаблица 14.2ТолщинаШирина проема, ммстены 600 900 1200 1500 1800 2400 3000 3600 4200250 2[10 2[10 2[10 2[10 2[10 2[12 2[14 2[16 2[18300 2[10 2[10 2[10 2[10 2[12 2[12 2[14 2[18 2[20510 2[10 2[10 2[10 2[10 2[12 2[14 2[16 2[20 2[22Примечание. Приведенные в таблице профили рассчитаны на нагрузку, эквивалентнуюслою кладки на высоту равную 1/3 пролета перемычки. Опирание перекрытий,прогонов над перемычкой допускается только на высоте пролета перемычки.При наличии в перемычках дефектов и повреждений для повышенияих прочности применяются стальные накладки, представляющие собойупругую опору для элементов (рис. 14.15, 14.16). Накладки выполняют изпрофильной стали уголкового или швеллерного профиля. Связь профилеймежду собой осуществляют планками из полосовой стали.202

Длина опирания несущих перемычек в существующих стенахТаблица 14.3Ширина проема, ммТолщина стены600 900 1200 1500 1800 2400 3000 3600 4200250 + + + +300 + +510 + + +Рис. 14.15. Усиление плоских перемычек накладками:1 – продольные уголки, 2 – поперечные планки, 3 – торцевые уголки, 4 – проемРис. 14.16. Усиление арочной перемычки: 1 – накладки усиленияарочной перемычки, 2 – планка, 3 – вертикальный уголок, 4 – опорный уголок203

Усиление уголками осуществляется с двух сторон поврежденной перемычкина цементном растворе марки не ниже М100. Для этого расчищаютгоризонтальный шов на глубину до 70 мм в опорных частях перемычек.Зазоры между уголками и перемычкой не допускаются. У торцов перемычкипробивают отверстия для установки отрезков уголков или полосына всю толщину стены с одного, затем с другого торца. Уголки (полосы)приваривают к торцам продольных уголков. По длине уголки соединяютпланками с шагом не более толщины стены и не более 500 мм. Соединительныепланки можно заменять сетками, приваренными к нижней граниуголков. Размеры уголков определяются расчетом.При недостаточной высоте полки уголков и большой ширине проемарекомендуется устанавливать подвески в виде наклонных планок из полосовойстали, толщиной 4 мм и более или круглой стали диаметром 10…16 ммс концевыми анкерами в верхней части стены над простенками. Внизу подвескипривариваются к продольным уголкам каркаса (рис. 14.17).Рис. 14.17. Усиление плоских перемычек с использованием подвесок:1 – накладки усиления, 2 – подвески из полосовой стали, 3 – отверстия под подвески,4 – опорная подкладка, 5 – болт, 6 – существующий проемУсиление перемычек может осуществляться путем уменьшения шириныпроема за счет устройства дополнительных рядов кладок со стороныпроема с обязательной перевязкой старой и новой кладки.204

Вопросы для самоконтроля1. Назовите наиболее распространенные методы восстановления каменныхконструкций.2. В каких случаях для восстановления каменных конструкций применяетсяоштукатуривание?3. Какими способами обеспечивается надежное сцепление штукатурного слояс кирпичной кладкой эксплуатируемых зданий?4. В каких случаях для восстановления каменных конструкций применяется икак выполняется инъецирование?5. Как определяется расчетное сопротивление каменной кладки, усиленнойинъецированием раствора в трещины?6. В каких случаях для восстановления каменных конструкций применяетсячастичная (полная) перекладка?7. В каких случаях и как устраиваются стальные накладки для кирпичных стенэксплуатируемых зданий?8. В каких случаях и как для усиления каменных конструкций устраиваетсянаращивание и обоймы?9. Каким образом обеспечивается совместная работа дополнительных элементовпри усилении каменных конструкций с усиливаемыми конструкциями?10. Каково устройство и методика расчета прочности усиленных железобетонной(растворной, стальной) обоймой каменных конструкций?11. В каких случаях и как для усиления каменных конструкций применяютсяпредварительно напряженные распорки?12. Каким образом производится усиление мест сопряжения кирпичных стен?13. В каких случаях и как для усиления каменных зданий устраиваются стальныепредварительно напряженные пояса?14. В каких случаях и как для усиления каменных зданий устраиваются железобетонныепояса?15. Изложите технологию замены перемычек и устройства новых проемов вкирпичных стенах.16. Приведите примеры методов усиления перемычек проемов в кирпичных стенах.Тема 15. УСИЛЕНИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ15.1. Общие положенияУсиление металлических конструкций может производиться послеих разгружения или под нагрузкой:– увеличением поперечного сечения отдельных элементов и узлових соединений,– изменением расчетной схемы конструкций.Особенностью усиления металлических конструкций является доступностьсечения по всей длине элементов и свариваемость металла, по-205

зволяющие уменьшить трудоемкость обеспечения совместной работы основногои дополнительного элементов.Однако нагрев элементов при сварке может снижать его прочность.При температуре более 550°С металл переходит в пластическое состояние ивыключается из работы по восприятию усилий. Степень снижения прочностиметалла в месте сварки зависит от способа и режима сварки, толщины иширины элемента, а также от направления сварных швов. Так, для продольныхшвов снижение прочности составляет до 15 %, а для поперечных – достигает40 %. Исходя из этого, запрещается применение поперечных сварныхшвов при усилении металлических конструкций под нагрузкой.С целью безопасности производства работ и повышения эффективностиусиления металлических элементов и узлов их сопряжений следуетстремиться к максимальному разгружению конструкции перед усилением,чтобы максимальные напряжения не превышали 0,8R y (гдесопротивление стали по пределу текучести).15.2. Усиление металлических конструкцийувеличением их поперечного сеченияR y – расчетноеУсиление металлических конструкций, работающих на растяжение,сжатие и изгиб, увеличением поперечного сечения элементов производитсяприсоединением дополнительных элементов. Совместная работа дополнительныхэлементов усиления с усиливаемой конструкцией обеспечиваетсяпутем сварки, а также с помощью болтового или заклепочного соединения.При выполнении усиления центрально-растянутых и сжатых металлическихконструкций следует стремиться к сохранению центровки усиливаемыхэлементов и узлов соединений (то есть дополнительные элементынеобходимо располагать так, чтобы положение центра тяжести элементапосле усиления не изменялось), в противном случае, требуется проверкапрочности усиленного элемента и узла сопряжения с учетом появившегосяэксцентриситета.При конструировании усиления сварные швы, болтовые и заклепочныесоединения необходимо располагать в удобных для исполнения и контролякачества местах. Кроме того, при сварочных соединениях следуетучитывать появление дополнительных и остаточных сварочных деформаций.Например, усиление ферм следует начинать с элементов и узлов нижнегопояса, а затем производить усиление верхнего пояса.Обеспечение совместной работы дополнительных деталей при усилениирастянутых элементов производится их обязательной заводкой в206

узлы на расстояние, необходимое для размещения прикрепляющих швов,достаточных для полного включения в работу у границы узловой фасонки.В качестве дополнительных элементов при усилении центральнорастянутыхэлементов используются, как правило, полосы и круглыестержни (рис. 15.1). При этом в случае приварки усиливающих полос кполкам и перу спаренных уголков требуется срезка выступающих концовсоединительных планок.В случае обеспечения совместной работы дополнительных элементовс усиливаемым растянутым элементом посредством электросваркисварные швы рекомендуется принимать с высотой катета шва 3…6 мм (взависимости от толщины соединяемых деталей), а швы, расположенныевблизи края элемента, следует выполнять сплошными, т.к. прерывистыешвы создают многочисленные «надрезы» – концентраторы напряжений,способствующие хрупкому разрушению при растяжении.Усиление сжатых элементов стальных конструкций производится:– увеличением поперечного сечения элемента при незначительномизменении его гибкости,– увеличением поперечного сечения элемента со значительнымуменьшением его гибкости,– уменьшением расчетной длины элемента без изменения поперечногосечения.В практике усиления металлических конструкций первый методприменяется для сжатых элементов небольшой длины (коротких), когдапрочность элемента определяется площадью его поперечного сечения. Двадругих метода усиления характерны для длинных сжатых элементов, теряющихустойчивость при разрушении.В первом случае для усиления центрально-сжатых элементов, аналогичнорастянутым, в качестве дополнительных элементов могут быть использованыполосы и круглые стержни, эффективно увеличивающие площадьпоперечного сечения, но незначительно изменяющие его жесткостьпри изгибе (см. рис. 15.1). Как и в случае растянутых элементов, дополнительныедетали усиления должны заводиться в узлы сопряжения.При усилении сжатых элементов увеличением поперечного сечения суменьшением его гибкости в качестве дополнительных элементов используютсяпрокатные профили в виде труб, уголков, швеллеров и т.д., развивающихсечение и эффективно повышающих его жесткость при изгибе(рис. 15.2). При этом если нет опасности потери устойчивости для сеченияне усиленного элемента вблизи узла, детали усиления могут быть не заведеныв узел и не прикреплены к нему. Допускается применение прерывистыхшвов, уменьшающих сварочные деформации, сокращающие срокисварочных работ и массу наплавленного металла.207

Рис. 15.1. Усиление увеличением поперечного сечения без изменения гибкости металлическихэлементов: а – из спаренных уголков; б – из спаренных швеллеров; в – из двутавровРис. 15.2. Усиление увеличением поперечного сечения с уменьшением гибкостиметаллических элементов: а – из спаренных уголков; б – из спаренных швеллерови двутавров; в – сварных сплошного сечения; г – клепаных208

Уменьшение расчетной длины отдельных элементов эффективно вслучае, когда не обеспечена их устойчивость. Усиление сжатых элементовуменьшением его расчетной длины в плоскости стропильной фермы производитсяустановкой дополнительных раскосов или подвесок (рис. 15.3, а),из плоскости фермы или для отдельно стоящих стоек – предварительнонапряженных шпренгелей (рис. 15.3, б, в).Рис. 15.3. Усиление стальных конструкций за счет уменьшения их расчетной длины:а – установкой дополнительных раскосов; б, в – установкой предварительнонапряженных шпренгелей: 1 – усиливаемый элемент, 2 – дополнительные раскосы,3 – дополнительная подвеска, 4 – предварительно напряженные шпренгелиУсиление изгибаемых металлических конструкций, кроме общих,имеет следующие особенности:− увеличение поперечного сечения изгибаемого элемента можно ограничиватьлишь зоной действия максимальных изгибающих моментов,где усиление требуется по расчету;− при конструировании усиления следует стремиться к наиболееэффективному размещению дополнительных деталей (на возможно большемрасстоянии от нейтральной оси неусиленного сечения);− учитывая влияние сварочных деформаций при усилении, увеличивающихпрогиб, усиление изгибаемых элементов необходимо начинать снижнего пояса, затем при необходимости следует усилить стенку, в последнююочередь – верхний пояс.209

Некоторые варианты конструктивных схем усиления стальных балокприведены на рис. 15.4 и 15.5.Рис. 15.4. Усиление изгибаемой балочной конструкции в пролетеРис. 15.5. Усиление стальных балок увеличением поперечного сечения с применением:а – пластин; б – стержней; в – уголков; г – труб; д – двутавровУсиленная стальная балка кроме условия прочности должна удовлетворятьусловиям общей и местной устойчивости. Повышение местной устойчивостибалок достигается установкой дополнительных поперечных(рис. 15.6, а), продольных (рис. 15.6, б) и диагональных ребер жесткости(рис. 15.6, в). С целью уменьшения концентрации местных напряжений уконцов коротких поперечных ребер жесткости в сжатой зоне они должныбыть окаймлены продольными ребрами жесткости (рис. 15.6, г).210

Повышение местной устойчивости элементов стальных конструкцийможет быть достигнуто также их бетонированием (рис. 15.7, а) или прикреплениемк ним деревянных деталей (рис. 15.7, б, в).Рис. 15.6. Усиление стенок стальных балок дополнительными ребрами жесткости:а – поперечными; б – продольными; в – диагональными; г – короткими поперечнымис окаймлением их продольными ребрами жесткостиРис. 15.7. Усиление стенок стальных конструкций: а – заполнением полости колонныбетоном; б, в – прикреплением деревянных брусьев; 1 – усиливаемая стальнаяконструкция, 2 – бетон, 3 – отверстие в стенке для заполнения бетоном,4 – деревянные брусья, 5 – стяжной болт211

15.3. Расчет металлических конструкций,усиленных увеличением их поперечного сеченияРасчет усиления стальных конструкций увеличением их поперечногосечения производится исходя из стадии напряженно-деформированногосостояния и принятой гипотезы:− по упругой стадии – сечение дополнительного элемента усилениявоспринимает только усилие от нагрузок, приложенных к конструкции послеусиления;− по пластической стадии – при достижении напряжений в сеченииусиливаемого элемента предела текучести происходит перераспределениеи выравнивание напряжений с сечением дополнительного элемента.Расчетная схема напряженного состояния металлической балки, усиленнойпод нагрузкой, приведена на рис. 15.8.Рис. 15.8. Схема напряженного состояния балки, усиленной под нагрузкой:а – в упругой стадии; б – в пластической стадииРасчет усиления металлических конструкций по пластической стадиидает более экономичные решения, но не для всех случаев разрушенияэкспериментально подтвержден. Поэтому данный вариант расчета применяетсяпри действии статических нагрузок на усиливаемые элементы приотсутствии опасности потери устойчивости. В остальных случаях расчетпроизводится по упругой стадии.212

Расчет усиленных центрально-растянутых и коротких сжатых элементовпроизводится из условия прочности:− по упругой стадии− по пластической стадииN Nad+ ≤ RyγA A + Ao o adN + NA + Aoadad≤ R γycc; (15.1), (15.2)где N, N ad – соответственно продольное усилие, действующее в элементепри его усилении и продольное усилие от дополнительной нагрузки,приложенной после усиления; A , A – соответственно площадь поперечногосечения основного и дополнительного элементов;oadR y – расчетное сопротивлениестали основного элемента; γ c – коэффициент условий работыэлемента конструкции по [11, приложение 4*].Расчет усиления сжатых элементов по условию устойчивости производитсяс учетом того, что потеря устойчивости элемента, усиленного поднагрузкой, может произойти только для всего усиленного сечения. Поэтомув расчете используется коэффициент продольного изгиба ϕ ( o+ad ) , определенныйпо гибкости элемента после усиления.Расчет усиленных центрально-сжатых элементов выполняется из условияобеспечения устойчивостиNNad( ) ( ) ( ) Ryϕ o ad A + + o ϕ o+ad Ao + A≤ γadc. (15.3)Возможные искривления от сварки при проверке устойчивости допускаетсяучитывать с помощью коэффициента условий работы γ c = 0,8 .Расчет усиленных изгибаемых элементов производится из условия:− по упругой стадии для крайнего волокна основного сечения на расстоянииy c,o от центра тяжести основного сечения и расстоянии y c,( o+ad )от центра тяжести усиленного сеченияM yIc,oM ad yc,( o+ad )+ ≤ Ryγ c ; (15.4)Io ( o+ad )213

− по упругой стадии для крайнего волокна дополнительного сеченияMyad d,( o+ad )I( o+ad )≤ R γ ; (15.5)y,adc− по пластической стадииM + MadW ( o + ad )≤ R γ , (15.6)ycгде M , M ad – соответственно изгибающий момент, действующий в элементепри его усилении и изгибающий момент от дополнительной нагрузки,приложенной после усиления; Io,I ( o+ ad ) – момент инерции сеченияэлемента соответственно до усиления и после усиления; Ry, R y,ad – расчетноесопротивление стали соответственно основного или дополнительногоэлемента при растяжении или сжатии.Для усиленных изгибаемых элементов должно выполняться условиепрочности на сдвиг по контакту основного и дополнительного сеченияQ SI ( o+ad )≤ Rs, (15.7)δгде S – статический момент части сечения дополнительной детали усиленияотносительно нейтральной оси; δ – толщина основного или дополнительногоэлемента в месте соединения; R – расчетное сопротивлениестали срезу основного или дополнительного элемента.Проверка местной устойчивости стенки балочных конструкций послеусиления производится для всех отсеков между поперечными ребрамижесткости без учета начальных напряжений в ней от нагрузки при усилениипо методике действующих норм.Швы, прикрепляющие дополнительные детали усиления к основномусечению усиливаемых элементов, рассчитываются на восприятие сдвигающихусилий, равных предельным усилиям на растяжение или сжатиедля дополнительных деталей усиления.Усиление отдельных элементов металлических конструкций, имеющихпогнутости, трещины, вмятины и разрывы сечений, производится, как правило,после их разгружения выравниванием, присоединением дополнительныхдеталей (рис. 15.9, 15.10.) или заменой поврежденной части (рис. 15.11).s214

Рис. 15.9. Усиление элементов стальных конструкций, имеющих повреждения,накладками: а – из уголка; б – из швеллера с дополнительными соединительнымипланками; в – из пластиныРис. 15.10. Усиление искривленных стальных элементов шпренгелемРис. 15.11. Восстановление элементов стальных конструкций вырезаниеми заменой поврежденной части: а – элементов из спаренных уголков;б – элементов из одиночного уголка215

15.4. Усиление соединений металлических конструкцийУсиление сварных швов производят путем увеличения их длины илитолщины.Стыковые швы не усиливают, так как их высота определяется толщинойстыкуемых элементов и устройство валика шва, выступающего отповерхности элементов, только может ухудшить условия его работы из-законцентрации местных напряжений.Усиление угловых швов выполняется увеличением их длины и (или)катета, возможно усиление за счет устройства лобовых швов и увеличениядлины за счет приварки дополнительных деталей (ребер, накладок и т.д.),при этом с целью снижения влияния сварочных напряжений расстояниемежду элементами узлов сопряжений рекомендуется не менее 40 мм(рис. 15.12, 15.13, а, б).абРис. 15.12. Усиление сварных швов: а – увеличением длины за счет наложениялобового шва; б – увеличением высоты катетов угловых швов: 1 – существующие швы,2 – дополнительный лобовой шов, 3 – дополнительная наплавкаУвеличение толщины шва необходимо производить послойно, наплавляяслой не более 2 мм, начиная с места дефекта усиливаемого шва(подрезы, кратеры, наплывы и т.д.) и используя при этом электроды толщинойне более 4 мм. Усиление последующего шва выполняется после остыванияпредыдущего до 100°С. Высота катета шва после наплавления недолжна превышать: толщины полки со стороны пера, полутора толщинполки профиля со стороны обушка.Усиление поперечных швов растянутых элементов под нагрузкой недопускается.При увеличении длины сварных швов соединяемых элементов уголковогопрофиля дополнительные швы следует накладывать в направленииуже существующих, начиная от края фасонки со стороны обушка. Расчетусиленных сварных швов производится без учета начальных напряжений отнагрузки при усилении.216

а4040бв33Рис. 15.13. Усиление узловых соединений: а, б – сварных; в – клепаных:1 – дополнительные швы, 2 – накладки, 3 – дополнительные фасонки,4 – дополнительные ребра, 5 – дополнительные высокопрочные болтыУсиление заклепочных и болтовых соединений при ослабеваниистяжки пакета деталей производится увеличением количества заклепок иболтов (рис. 15.13, в) или их заменой высокопрочными болтами с предварительнымнапряжением путем закручивания гаек тарировочными ключами.Натяжение высокопрочных болтов выполняют от середины узла к краям.В ряде случаев усиление заклепочных и болтовых соединений производитсязаменой их сваркой.Расчет высокопрочных болтов и сварных швов усиленных заклепочныхи болтовых соединений, сочетающих после усиления заклепки («черные»болты) и высокопрочные болты (сварные швы), из-за разной деформативностипроизводится на полное усилие после усиления.15.5. Усиление металлических конструкцийизменением их расчетной схемыУсиление металлических конструкций изменением их расчетнойсхемы является эффективным методом, который позволяет перераспреде-217

лить усилия между элементами. Все методы, рассмотренные для железобетонныхконструкций (тема 12) (изменение места передачи нагрузки, повышениестепени внешней статической неопределимости, повышение степениих внутренней статической неопределимости), применимы и для металлическихконструкций.На рис. 15.14 – 15.16 приведены схемы усиления металлических конструкцийповышением степени статической неопределимости: путемобеспечения неразрезности стальных шарнирно опертых балок (рис. 15.14),путем устройства дополнительных жестких и упругих опор в виде подкосов,подвесок и кронштейнов для балочных конструкций (рис. 15.15), устройствомзатяжек, шарнирно-стержневых цепей для стропильных ферм(рис. 15.16, а, б), включением в совместную работу со стропильной фермойконструкции светоаэрационного фонаря (рис. 15.16, в).Рис. 15.14. Усиление стальных балок обеспечением их неразрезности:1 – стальные накладкиПри проектировании усиления конструкций изменением их расчетнойсхемы следует производить проверку прочности и устойчивости всехэлементов и их сопряжений на действие изменившихся усилий. Применениеданных методов усиления может повлечь за собой необходимость усиленияне только отдельных элементов, но и узловых соединений.Следует стремиться к максимальной разгрузке усиливаемых конструкций,т. к. перераспределяться по новой схеме будут только усилия отнагрузки, приложенной после усиления. Эффективно выполнять предварительноенапряжение дополнительных элементов усиления.218

Рис. 15.15. Схемы усиления стальных балок дополнительными жесткими и упругимиопорами: а – предварительно напряженными подкосами с опиранием на фундаменты;б – подкосами с опиранием на колонну; в – подвесками; г – предварительнонапряженными кронштейнами: 1 – подкосы, 2 – затяжка с натяжнымприспособлением, 3 – подвески, 4 – кронштейныРис. 15.16. Схемы усиления стропильных ферм: а – предварительно напряженнымизатяжками, б – шарнирно-стержневыми цепями, в – включением конструкции фонаряв совместную работу с фермой: 1 – затяжка, 2 – натяжное приспособление, 3 – стальнойканат, 4 – подвеска, 5 – дополнительная стойка, 6 – дополнительный раскос219

На рис. 15.17 приведены примеры усиления стальных балочных конструкцийповышением степени внутренней статической неопределимостиустройствами предварительно напряженной горизонтальной и шпренгельнойзатяжки.Рис. 15.17. Схемы усиления стальных балок повышением степени внутреннейстатической неопределимости: а – предварительно напряженной горизонтальной затяжкой;б – предварительно напряженной шпренгельной затяжкой: 1 – горизонтальная затяжка,2 – натяжное приспособление, 3 – анкерное устройство, 4 – шпренгельная затяжка,5 – дополнительная стойка, 6 – дополнительный подкосПри этом анкерные устройства по концам затяжки могут быть размещеныв любом месте по длине пролета усиливаемой конструкции. Принципырасчета стальных балочных элементов, усиленных предварительно напряженнымизатяжками, не имеют отличий от расчета усиленных железобетонныхэлементов. Расчет узлов сопряжения затяжки с усиливаемым элементомпроизводится на действие усилий в затяжке в предельном состоянии по действующимнормативным документам для стальных конструкций.Вопросы для самоконтроля1. Назовите основные особенности усиления металлических конструкций.2. Приведите примеры усиления растянутых стальных элементов увеличениемих поперечного сечения.3. Как, в общем случае, производится усиление сжатых элементов стальныхконструкций?4. Приведите примеры усиления сжатых стальных элементов увеличением ихпоперечного сечения с уменьшением их гибкости.5. В чем состоит особенность усиления изгибаемых металлических конструкций?6. Приведите примеры усиления изгибаемых стальных элементов увеличениемих поперечного сечения.7. Как производится усиление стенок стальных элементов с целью повышенияих местной устойчивости?220

8. Приведите примеры усиления металлических конструкций за счет уменьшенияих расчетной длины.9. Изложите методику расчета прочности усиленных увеличением поперечногосечения растянутых металлических элементов.10. Изложите методику расчета прочности усиленных увеличением поперечногосечения сжатых стальных элементов (из условия обеспечения прочности и устойчивости).11. Изложите методику расчета прочности усиленных увеличением поперечногосечения изгибаемых металлических элементов (по упругой и пластической стадии).12. Как производится усиление стальных элементов, имеющих повреждения?13. Назовите методы усиления сварных соединений стальных элементов.14. Приведите примеры усиления металлических конструкций повышениемстепени внешней статической неопределимости.15. Приведите примеры усиления металлических конструкций повышениемстепени внутренней статической неопределимости.Тема 16. УСИЛЕНИЕ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙПри реконструкции зданий с деревянными конструкциями (в основноммеждуэтажные перекрытия зданий старой застройки и стропильныекрыши) часто возникает необходимость усиления отдельных элементовили конструкции в целом.Снижение прочности деревянных конструкций связано с неудовлетворительнойих эксплуатацией, допускающей увлажнение древесины приотсутствии защиты от гниения и вредителей. На ранней стадии обнаружениядефектов бывает достаточно изменить условия эксплуатации: создатьдля деревянных конструкций соответствующий температурновлажностныйрежим (исключение попадания атмосферных и технологическихвод, систематическое проветривание и просушка, качественная термо-и пароизоляция) или тщательно обработать древесину антисептиками.При необходимости увеличения прочности или жесткости деревянныхконструкций их усиление выполняют заменой части разрушенного сеченияили участка конструкции, а также увеличением поперечного сечения.16.1. Усиление элементов деревянных конструкцийЧастичная замена древесины в сечении заключается в вырезаниидефектного участка, антисептировании древесины в местах усиления и последующейплотной установке новой древесины (рис. 16.1). Совместнаяработа старой и новой древесины в сечении обеспечивается болтовым,гвоздевым, нагельным соединением или приклеиванием.221

Рис. 16.1. Усиление деревянных элементов частичной заменой древесины в сечении:1 – усиливаемый элемент, 2 – накладки из новой древесины, 3 – болты (гвозди)Для усиления растянутых и изгибаемых деревянных элементов применяетсястержневая арматура, которая вклеивается в специально подготовленныепродольные пазы. Стальные профили прикрепляются к усиливаемомуэлементу путем приклеивания или болтового (гвоздевого) соединения.Расчет усиленных элементов производится по их приведенному сечениюв предположении совместной работы древесины и арматуры вплотьдо разрушения.Наиболее часто происходит снижение прочности деревянных балокмеждуэтажных перекрытий в местах их заделки в кирпичные стены. Из-занедостаточной термоизоляции стен и отсутствия проветривания концы балокувлажняются конденсатом, вызывая повышенную деформативностьбалок, их гниение и снижение прочности.При большом количестве поврежденных балок с целью экономии металлаприменяются стержневые накладки, представляющие собой заранееизготовленные стальные фермы из уголков и круглых стержней (рис. 16.2).Рис. 16.2. Усиление опорных участков стержневыми накладками:1 – усиливаемая балка, 2 – стержневая накладкаЗамена разрушенного концевого участка балок перекрытий производитсяустановкой накладок из досок или брусьев, а также стальных профилейвзамен обрезанного конца. Накладки могут устанавливаться сбокуили сверху сечения (рис. 16.3). На время установки накладок под балкиподводят временные опоры. Элементы усиления должны быть изолирова-222

ны от стен прокладками из рубероида. Размеры сечений накладок и соединительныхболтов определяются расчетом, деревянные накладки должныбыть несколько больше размеров сечения балки.Рис. 16.3. Усиление опорных участков деревянных балок накладками: а – деревяннымисо стороны боковых граней, б – деревянной со стороны верхней грани, в – стальнымисо стороны боковых граней; 1 – усиливаемая балка, 2 – накладки из новой древесины,3 – болты, 4 – уголок, 5 – хомут, 6 – деревянный вкладыш, 7 – гидроизоляция,8 –соединительная планка, 9 – стяжной болт, 10 – накладка из швеллера223

16.2. Усиление деревянных элементов стропильных крышВ конструкциях стропильных крыш наиболее часто подверженыгниению элементы мауэрлата, соприкасающиеся с кирпичной кладкой, иучастки стропильных ног, примыкающие к нему, а также стропила и обрешеткав местах протечек кровельного покрытия.При перегрузке кровли одним из повреждений стропил могут бытьпродольные трещины, которые стягивают стальными хомутами на болтах(рис. 16.4).Рис. 16.4. Усиление деревянных элементов с продольными трещинами:1 – усиливаемый элемент, 2 – продольная трещина, 3 – стальной хомутУсиление стропил может производиться увеличением поперечногосечения с помощью накладок на наиболее нагруженном участке или установкойшпренгелей (рис. 16.5). При недостаточной прочности стыка стропилс мауэрлатом устраивают дополнительные накладки или затяжки, воспринимающиегоризонтальные усилия (рис. 16.6).При значительных дефектах деревянных конструкций устраиваютполную замену элементов междуэтажных перекрытий и стропильной крышипутем установки новых конструкций рядом с поврежденными.Одним из методов реконструкции стропильной крыши при увеличениина нее нагрузки (например, замена более легкого покрытия на болеетяжелое) является увеличение уклона стропил (рис. 16.7).224

Рис. 16.5. Усиление деревянных элементов шпренгелем:1 – усиливаемый элемент, 2 – шпренгельРис. 16.6. Усиление стыка стропил с мауэрлатом: а – с помощью накладок,б – устройством затяжки: 1 – стальная накладка, 2 – затяжка225

Рис. 16.7. Увеличение уклона стропил существующей крыши:1 – существующая стропила, 2 – новая стропила, 3 – дополнительная стойка,4 – соединительная планка, 5 – болты16.3. Защита усиленных деревянных конструкцийУсиленные деревянные конструкции и элементы усиления должныбыть защищены от гниения, воздействия вредителей и грибов, а также отвозгорания. При отсутствии опасности увлажнения, наличии систематическойпросушки и влажности окружающей среды до 25 % применяется одноразовоеантисептирование (водный раствор фтористого натрия, кремнефтористогонатрия, хлористого цинка и др.), при более сложных условияхэксплуатации – двухразовое. Деревянные элементы, подлежащиесплошной окраске не антисептируются. Защита деревянных элементов отвоздействия огня выполняется огнезащитными составами – антипиренами(бурой, борной кислотой, сульфатом аммония и др.). Дополнительныестальные элементы окрашиваются антикоррозионными составами.Вопросы для самоконтроля1. Как производится усиление деревянных элементов частичной заменой древесины?2. Приведите примеры усиления опорных участков деревянных балок накладками.3. Как производится усиление деревянных элементов с продольными трещинами?4. Приведите примеры усиления стыка стропил с мауэрлатом.226

5. Как производится усиление стропил существующей крыши увеличением ихуклона?6. Каким образом защищаются усиленные деревянные элементы от гниения,воздействия вредителей и возгорания?Тема 17. УСИЛЕНИЕ ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ17.1. Общие положенияНесущая способность системы «основание-фундамент» в зависимостиот инженерно-геологических условий, условий реконструкции, особенностейреконструируемого здания, а также технических возможностейстроительной организации может быть увеличена за счет усиления основанияили фундаментов.Мероприятия по увеличению прочности и снижению деформативностиоснований направлены на изменение физико-механических характеристикгрунтов или условий их деформирования.Упрочнение грунтов производится за счет образования новыхструктурных связей между частицами грунта в ходе химического закрепления,цементации, битумизации, термообжига, замораживания и т.п. Применениеданных методов на практике возможно лишь с использованием соответствующегооборудования и материалов и, как правило, производитсяспециализированными организациями.Изменение условий деформирования грунта производится путемустройства по контуру фундамента обоймы, армирования основания корневиднымисваями (не связанными непосредственно с телом фундамента),системой взаимно пересекающихся гидроразрывов, заполненных раствором(метод геомассива) и т.п.При необходимости выполняют ремонт фундамента с целью восстановленияили увеличения его прочности и долговечности. Ремонт производятпутем инъецирования цементными или полимерными растворами,нанесения торкретбетона, устройства бетонной обоймы, оштукатуривания.Усиление фундаментов связано с устройством дополнительных конструктивныхэлементов, жестко соединяемых с существующим фундаментоми способных либо разгрузить усиливаемый фундамент, либо восприниматьдополнительные нагрузки.Усиление фундаментов производится путем увеличения ширины подошвы,глубины заложения или при помощи свай.227

17.2. Усиление фундаментов уширением подошвыУсиление фундаментов путем уширения подошвы предполагает увеличениеопорной площади существующего фундамента за счет присоединенияк его боковым граням дополнительных железобетонных или бетонныхэлементов. При уширении подошвы происходит перераспределение нагрузкина большей поверхности основания, что дает возможность повысить нагрузкуна фундамент, снизить осадку, уменьшить вероятность потери несущейспособности основания. Уширение подошвы также применяется для выравниванияэпюры контактных давлений, стабилизации крена фундамента.Не рекомендуется производить увеличение площади подошвы фундаментана слабых, структурно-неустойчивых и водонасыщенных грунтах, атакже при высоком уровне грунтовых вод.Уширение подошвы фундамента осуществляют: при одно- и двухстороннемуширении – наращиванием, с трех и четырех сторон фундамента –при помощи железобетонных рубашек или обойм.Наращивание для усиления ленточных фундаментов представляетсобой железобетонные или бетонные, сборные (банкеты) или монолитныеэлементы, примыкающие к боковой грани фундамента. Наращивание устраиваютвдоль всей длины фундамента либо под наиболее загруженнымиучастками. Ширина подошвы наращивания принимается не менее 200 мм,отношение ширины наращивания к высоте не менее 1/5.Обойма представляет собой конструктивный элемент усиления фундаментав виде монолитной железобетонной оболочки, охватывающей фундаментс четырех сторон. Применяется при усилении столбчатых фундаментов.Совместная работа элементов уширения подошвы с усиливаемымфундаментом обеспечивается:− устройством бетонных шпонок, выступов в углублениях существующегофундамента или несущих конструкций здания;− устройством анкеров, заделанных в теле существующего фундамента;− устройством сквозной арматуры;− сваркой арматуры элементов уширения с оголенной арматуройусиливаемого фундамента;− при помощи специальных опорных элементов: подкосов, разгружающихметаллических или железобетонных балок.Для обеспечения прочного сцепления между новым и старым бетономповерхность существующего фундамента очищают от грунта, старой гидроизоляции,химических веществ, а также от рыхлого раствора, бетона, промываюти просушивают, выполняют насечку поверхности контакта.228

Устройство наращивания с выступами, заходящими в горизонтальнопробитые штрабы стены (рис. 17.1, а), рекомендуется применять при толщинестен не менее 510 мм и при удовлетворительном их состоянии. Выступынаращивания заходят в стену на глубину не менее 120 мм. Допускаетсявдоль стены выступы делать прерывистыми. Длина одного выступадолжна быть не менее 500 мм, разрыва – не более 500 мм.Рис. 17.1. Уширение подошвы ленточного фундамента наращиванием с выступами:а – с применением анкеров, б – заведением под подошву фундамента,в – с применением сквозных анкеров, г – с одновременным инъецированием фундамента:1 – существующий фундамент, 2 – наращивание с выступами, 3 – анкеры,4 – подготовка, 5 – инъекционные трубкиУсиление ленточного фундамента может производиться железобетоннымнаращиванием с выступами в двух уровнях, (рис. 17.1, б). Выступынижнего уровня подводят под частично разобранную подошву фундамента.Такое конструктивное решение применяют при низкой прочности материалафундамента, наличии значительных дефектов и повреждений.Для обеспечения совместной работы усиливаемого фундамента и элементовусиления применяют арматурные стержни, устанавливаемые в сквоз-229

ные отверстия в теле фундамента и стен (сквозные анкеры) (рис. 17.1, в), анкерыили дюбели из стержневой арматуры диаметром 12…20 мм. Анкеры заделываютв фундаменте цементным раствором на глубину не менее 150 мм.Дюбели с закаленным острым концом забивают в швы между камнямикладки на глубину не менее 100 мм.Одновременно вместе с усилением фундамента может производитьсяего инъецирование. В этом случае вместо анкеров в отверстия, пробитыена глубину не менее 1/2 ширины фундамента, устанавливают инъекционныетрубки (рис. 17.1, г), которые выводят за пределы опалубки. Инъецированиепроизводят после схватывания бетона наращивания.При усилении фундаментов уширением, основание дополнительныхэлементов должно быть подготовлено путем втрамбовывания щебня или гравияна глубину 50…60 мм. При наличии в основании слабофильтрующих водонасыщенныхгрунтов предусматривают песчано-гравийную подготовкутолщиной не менее 100 мм.Дополнительные элементы устраиваются из тяжелого бетона классане ниже условного класса бетона усиливаемого фундамента и не ниже рекомендуемого[8] в зависимости от условий эксплуатации.Для усиления столбчатого фундамента может применяться железобетоннаяобойма, подводимая под элементы перекрытия подвала (рис. 17.2, а).Рис. 17.2. Уширение подошвы столбчатого фундамента железобетонными обоймами:а – с упором в элемент перекрытия подвала; б – с приваркой к арматуре фундамента:1 – существующий фундамент; 2 – обойма; 3 – подготовкаСовместная работа железобетонной обоймы с усиливаемым фундаментомобеспечивается путем приварки арматуры обоймы к частично оголен-230

ной арматуре фундамента (рис. 17.2, б). Верхняя грань обоймы выводится вышеобреза фундамента не менее чем на ширину сечения столба и не менее чемна 5∆, где ∆ – толщина слоя обоймы, примыкающего к столбу. Кроме того,грани столба делаются шероховатыми путем насечки поверхности.Примыкание обоймы к столбчатому фундаменту может производитьсяпутем объединения в единый пространственный каркас арматурыобоймы с оголенной арматурой подошвы фундамента и подколонной егочасти (рис. 17.3). При этом арматура подколонной части оголяется по угламфундамента.Рис. 17.3. Уширение подошвы фундамента под колонну: 1 – существующий фундамент;2 – наращивание части фундамента; 3 – щебеночно-песчаная подготовка; 4 – сваркаОбеспечение совместной работы при усилении ленточных фундаментовнаращиванием может быть выполнено с помощью продольных металлическихбалок (рис. 17.4, а). Такой способ обеспечения совместной работы рекомендуетсяиспользовать при отсутствии значительных поверхностных разрушений.Стальные балки в виде швеллеров стягивают болтами, установленнымис шагом 500…750 мм. К полкам балок крепят плоские металлическиезубья шириной не менее 50 мм, толщиной 10 мм, с шагом 250 мм. Зубья заводятв предварительно очищенные от раствора швы кладки. Глубина заделкизуба в стене принимается в зависимости от состояния кладки и должнабыть не менее 30 мм.Одностороннее наращивание с упорными элементами в виде подкосов(рис. 17.4, б) применяют для усиления ленточных фундаментов кирпичныхстен толщиной не менее 250 мм при значительном увеличении нагрузкина фундамент, изменении эксцентриситета приложения нагрузки,выправлении кренов. Стальные подкосы устанавливают в заранее подго-231

товленных углублениях с шагом 1,5…2 м. Глубина заделки подкосов принимаетсяне менее 120 мм.Рис. 17.4. Уширение подошвы ленточного фундамента: а – двухстороннимнаращиванием с опорными элементами в виде продольных балок; б – одностороннимнаращиванием с подкосами: 1 – существующий фундамент; 2 – наращивание;3 – продольные металлические балки; 4 – подготовка, 5 – стяжной болт;6 – плоские металлические зубья; 7 – анкер, 8 – стальной подкос; 9 – бетонНаращивание с обеспечением совместной работы с существующимфундаментом при помощи поперечных балок (рис. 17.5) применяют в случаезначительного увеличения опорной площади (более 400 мм с каждойстороны). Балки изготавливают из прокатных профилей, площадь поперечногосечения которого определяется расчетом.Опорные балки устанавливают с тем же шагом, что и подкосы при одностороннемнаращивании, и замоноличивают мелкозернистым бетоном.В случае если вылет свободной части наращивания превышает 0,9h(где h – высота наращивания), в уровне подошвы фундамента устанавливаютпоперечную арматуру, заанкеренную в фундаменте. Если шаг балок впродольном направлении превышает 2h , то наращивание армируется впродольном направлении в верхней зоне.При усилении столбчатых фундаментов под кирпичные столбыпоперечные балки устанавливают в горизонтальных штрабах и стягиваютболтами. Балки выполняют перекрестными из двух пар швеллеров,сваренных между собой. При устройстве элементов уширения ослабленнуюзону кирпичных столбов омоноличивают на высоту не менее250 мм от края ослабления.232

Рис. 17.5. Двухстороннее уширение с поперечными балками: 1 – существующий фундамент;2 – наращивание, 3 – стальная балка; 4 – подготовка; 5 – мелкозернистый бетон,6 – поперечная арматура, заанкеренная в теле фундамента, 7 – продольная арматураКрепление поперечной балки к железобетонной колонне выполняютпутем ее приварки к оголенной арматуре колонны (рис. 17.6), аналогичноопорным хомутам (см. тему 12). Наращиваемые части фундамента при бетонированиивыводят выше ослабленной зоны колонны не менее чем навеличину, равную большей стороне поперечного сечения колонны.Рис. 17.6. Уширение подошвы столбчатого фундамента с применениемпоперечных балок: 1 – арматура колонны; 2 – элементы уширения;3 – опорные балки из швеллеров; 4 – коротыши; 5 – подготовка233

При усилении ленточных фундаментов в качестве поперечных балокмогут использоваться железобетонные балки. Ширина балки назначаетсяне менее 200 мм, высота в зоне заделки балки в стене не менее 300 мм.По длине ленточного фундамента наращивание может быть выполненопеременного сечения (рис. 17.7). В этом случае подошва наращиваниядополнительно армируется сварными сетками.Рис. 17.7. Уширение фундамента с применением поперечных железобетонных балок:а – поперечный разрез; б – вид сбоку: 1 – существующий фундамент;2 – элементы уширения; 3 – железобетонная балка; 4 – подготовка17.3. Усиление фундаментов уширением подошвыс обжатием основанияУширение фундаментов сборными элементами (банкетами) выполняютс предварительным обжатием грунта под подошвой наращиваемых частейфундамента. Предварительное обжатие грунтов позволяет наиболее полноиспользовать прочностные свойства основания, включить в работу дополнительныеэлементы сразу после проведения усиления. При предварительномобжатии выбираются деформации, связанные с деформациями опорныхбалок, обжатием контактного слоя грунта.Усилие предварительного обжатия создают гидравлическими домкратами,опирающимися в поперечные балки, или при помощи клиньев.Усилие предварительного обжатия также может создаваться путем поворотасборного элемента уширения вокруг его нижней грани.Клинья рекомендуется применять для предварительного обжатияслабо сжимаемых грунтов, модуль деформации которых превышает15 МПа. Угол наклона клина α принимается не более 10°.234

Расклинивание производится при помощи домкратов или специальныхструбцин. По окончании обжатия грунтов клинья сваривают междусобой и производят заполнение зазора между фундаментом и элементамиуширения мелкозернистым бетоном (рис. 17.8).Рис. 17.8. Уширение подошвы фундамента железобетонными банкетамис предварительным обжатием грунта: 1 – существующий фундамент, 2 – банкетыдо обжатия, 3 – банкеты после обжатия, 4 – клинья, 5 – опорная балка,6 – мелкозернистый бетон замоноличиванияГидравлические домкраты применяют для обжатия песчаных, а также не-S ≤ ) пылевато-глинистых сильно сжимаемых грунтов.водонасыщенных ( 0,8 rДомкраты устанавливают либо непосредственно между элементомуширения и поперечной балкой, либо с применением специальных упоров(рис. 17.9). Давление обжатия контролируют по манометру, включенномув гидравлическую цепь домкрата.При использовании других силовых приспособлений момент достижениятребуемого давления обжатия может быть определен по величинеосадки блока, обжимающего грунтгдеSpp ⋅ bad= , (17.1)ES p – величина контрольной осадки наращиваемых частей; p – требуемоедавление обжатия; ad b – ширина подошвы наращиваемого блока;E – осредненный модуль деформации в пределах сжимаемой толщи.235

Обжатие грунтов производят одновременно с двух сторон фундамента.После достижения требуемого усилия обжатия банкеты фиксируютпри помощи металлических вставок, соединяемых сваркой к опорнойбалке. Зазоры между банкетами и фундаментом заполняют мелкозернистымбетоном.Рис. 17.9. Уширение подошвы фундамента с предварительным обжатием грунтов гидравлическимидомкратами: 1 – существующий фундамент, 2 – банкеты,3 – опорная балка, 4 – домкрат, 5 – мелкозернистый бетон замоноличивания,6 – щебеночно-песчаная подготовка, 7 – инвентарный упор, 8 – штампПри уширении железобетонными сборными элементами, обжимающимигрунты основания при их повороте, домкраты устанавливают горизонтальнои упирают непосредственно в фундамент либо в стену здания(рис. 17.10). В нижней части сборные элементы связаны анкерным стержнем,пропущенным через существующий фундамент. Количество анкеровпринимается не менее двух на один сборный элемент. Элементы уширенияразводят домкратами в стороны от фундамента, при этом по подошве блокаразвивается давление обжатия. Поворот банкет рекомендуется производитьодновременно с двух сторон фундамента. При повороте контролируютвеличину отклонения верхнего ребра сборного элемента от фундамента.После достижения значения, соответствующего положению, при которомсреднее давление под сборным элементом равно среднему давлениюпод подошвой усиливаемого фундамента, зазор между сборными элементамии фундаментом надежно расклинивают и заполняют бетоном.236

Для обжатия грунтов оснований могут использоваться плоские гидравлическиедомкраты. Домкраты изготавливаются из двух тонких стальныхлистов толщиной 1…3 мм, соединенных между собой контурным валикомдиаметром 20…80 мм (рис. 17.11).абРис. 17.10. Уширение подошвы фундамента с предварительным обжатием грунтовза счет их поворота вокруг нижнего ребра сборного элемента: а – стадия обжатия;б – схема усилий: 1 – существующий фундамент; 2 – сборные элементы; 3 – домкраты;4 – мелкозернистый бетон; 5 – анкерный стержень; 6 – щебеночно-песчаная подготовкаРис. 17.11. Предварительное обжатие грунтов плоскими домкратами:1 – существующий фундамент; 2 – наращивание; 3 – плоские домкраты;4 – щебеночно-песчаная подготовка237

Установку домкратов производят на уплотненную щебеночнопесчануюподготовку до бетонирования элементов уширения. После наборабетоном прочности не ниже 75 % проектной в полость домкрата нагнетаютпод давлением твердеющие растворы (эпоксидные смолы, цементныйраствор). Давление обжатия контролируют по манометру, установленномуна устройстве нагнетания твердеющего раствора.17.4. Расчет основания фундаментов,усиленных уширением подошвыРасчет основания фундаментов, усиленных уширением подошвы,производится по второй группе предельных состояний (по деформациямоснования). Расчет осадок основания методами, предусматривающими ограничениедавления по подошве фундамента расчетным сопротивлением,производится с учетом:− частичной разгрузки фундамента в ходе реконструкции;− неравномерной эпюры контактных давлений под подошвами старойи новой частей фундамента.Значение эпюры контактных напряжений под подошвой усиленногофундамента определяют от полной нагрузки, ожидаемой после реконструкции,с учетом начального давления под старой частью фундамента,действующего в период реконструкции.Допускается значения контактных давлений определять суммированиемэпюры начального давления фундамента до уширения и эпюры давленийот дополнительной нагрузки на основание после уширения, построеннойв предположении о линейном характере ее изменения. Дополнительнаянагрузка в этом случае определяется по фактическим прочностнымсвойствам грунта. При этом учитывают:− изменение свойств грунта основания, обжатого длительно действующейнагрузкой в период эксплуатации здания (повышающим коэффициентомK к расчетному сопротивлению R );R− увеличение расчетного сопротивления под подошвой усиливаемогофундамента за счет боковой пригрузки от уширяемых элементов, изменяющихусловия деформирования грунта основания под усиливаемымфундаментом.Учет благоприятного влияния боковой пригрузки от дополнительныхэлементов на величину расчетного сопротивления основания усиливаемогофундамента производят путем введения повышающего коэффици-238

ентаK q к расчетному сопротивлению грунта в подошве с учетом его длительногообжатияR tR= K R . (17.2)tq q tКоэффициент K q принимается по табл. 17.1 в зависимости от свойствгрунта и соотношения ширины дополнительных элементов b ad к ширинеусиливаемого фундамента b.Таблица 17.1Ширина дополнительныхчастей,Для песков (кроме рыхлых) и пылевато-глинистых грунтовпри коэффициенте пористости e и консистенции Lb ad e < 0,5 ; IL≤ 0 e = 0,6 ; I L = 0,25 e ≥ 0,7 ; IL≥ 0,8≤ b 21,0 1,0 1,0> b 21,3 1,2 1,1Примечания:1. Промежуточные значения принимаются по интерполяции.2. Коэффициент K q = 1, если уширение производится с одной стороны ленточногофундамента или с трех и менее сторон столбчатого фундамента.Давление под подошвой реконструируемого фундамента ограничиваетсяусловиями:− среднее давление под подошвой дополнительных частей фундаментадолжно быть меньше расчетного сопротивления грунта в естественномсостоянииpm,ad≤ R ; (17.3)− максимальное краевое давление под подошвой дополнительныхчастей фундамента должно быть меньше 1,2Rpmax, ad 1,2≤ R ; (17.4)− среднее давление под подошвой усиливаемого фундамента послереконструкции должно быть меньше расчетного сопротивленияpm≤ R ; (17.5)− максимальное давление под подошвой усиливаемого фундаментадолжно быть не более 1,2 R tqpmaxtq≤ 1,2 R tq . (17.6)239

Площадь наращиваемых частей фундаментавыраженияAadtqrA ad определяется изNenl− RtqA=, (17.7)R − N A3где N enl – расчетная нагрузка на фундамент после реконструкции с учетомсобственного веса и грунта на его обрезах (среднее взвешенное значениеудельного веса фундамента и грунта на его обрезах допускается приниматьγ mt = 20кН/м ); N r – расчетная нагрузка на фундамент в периодреконструкции с учетом собственного веса и грунта на его обрезах; R tq –расчетное сопротивление грунта под подошвой усиливаемого фундамента;A – площадь подошвы фундамента до усиления.Площадь дополнительных частей фундамента, устраиваемых с предварительнымобжатием грунтов, определяется из условия, что при обжатиипроисходит выравнивание давления под подошвами старой и новой частейфундамента:AadNenl− RredA= , (17.8)Rгде R red – приведенное расчетное сопротивление грунта под подошвойусиленного фундаментаRredredRtqA + RA=A + Aadad. (17.9)Давление обжатия, при котором происходит выравнивание контактныхдавлений под подошвами старой и новой частей фундамента, равноpadNr= . (17.10)A17.5. Усиление фундаментовувеличением их глубины заложенияУвеличение глубины заложения с подводкой нового фундаментаприменяется при недостаточной несущей способности и высокой деформативностиверхних слоев основания при возможности промерзания грунтовпод подошвой фундамента.Подводка новых фундаментов (рис. 17.12) осуществляется захваткамишириной 2…2,5 м. Предварительно несущие конструкции вывешивают на240

металлических балках либо на распорках, рассчитанных на усилия, возникающиеот действия нагрузок в период реконструкции. Балки и распоркиопирают на бетонные или деревянные подставки (тумбы).Рис. 17.12. Увеличение глубины заложения с подводкой нового фундамента:1 – новый монолитный фундамент; 2 – опорная поперечная балка;3 – продольная металлическая балка; 4 – распорки; 5 – гидроизоляция стен;6 – подготовка; 7 – связующий слой фундаментаПроизводство работ по откопке траншей для замены фундаментаразрешается производить лишь после крепления стенок выемок инвентарнымограждением. Ограждение стенок траншей раскрепляют одноразовымираспорками, омоноличиваемыми вместе с устройством нового фундамента,горизонтальными растяжками, заанкериваемыми за пределамипризмы обрушения откоса, защемлением в нижележащей толще грунта(шпунтовая стенка).Ограждения должны быть рассчитаны на активное давление со стороныгрунта с учетом пригрузки бровки траншеи опорными элементами временныхкреплений стены.Включение нового фундамента в совместную работу с несущей стенойпроизводится путем подклинивания, инъецирования раствором, зачеканкойжесткой бетонной смесью. Для этого верх фундамента при бетонированиине доводят до нижней грани стены на 100…150 мм при подклини-241

вании, 10…120 мм при зачеканке бетонной смесью и 30…50 мм при инъецированиираствором.Расклинивание производится после того, как бетон фундамента наберетне менее 50 % проектной прочности. По длине фундамента клиньярасполагают на расстоянии 0,5…0,7 м друг от друга. Для предохранениягидроизоляции, устраиваемой между фундаментом и стеной, от разрывовили смещения нижний клин опирается в металлическую подкладку с уголком,удерживающим ее от перемещений при раскалывании. По окончаниирасклинивания клинья сваривают друг с другом, щель между стеной ифундаментом заполняется жесткой бетонной смесью класса не менее классабетона фундамента.При увеличении глубины заложения и подводке нового фундаментапод колонну применяют стальные подкосы (рис. 17.13). Для упора подкосовна колонне устраивают железобетонный хомут. В нижней части подкосысвязывают между собой стальными тяжами, при натяжении которыхподкосы включаются в работу.Рис. 17.13. Заглубление фундамента под колонну:1 – монолитный фундамент,2 – опорный хомут, 3 – подкосы, 4 – затяжка, 5 – сварные стыки арматуры242

Сопряжение колонны и нового фундамента выполняют путем приваркиарматуры фундамента к оголенной арматуре колонны.17.6. Усиление фундаментов при помощи свайУсиление фундаментов при помощи свай производится за счет устройствадополнительных свайных фундаментов, опирающихся на болеепрочные подстилающие слои грунта и позволяет значительно повысить егонесущую способность основания и снизить деформативность.При усилении фундаментов реконструируемых зданий, как правило,используются:− вдавливаемые многосекционные сваи;− буронабивные сваи;− буроинъекционные.Многосекционные сваи выполняются из сборных железобетонныхили сталежелезобетонных элементов, соединяемых по мере погружениясвай в грунт. Для погружения многосекционных свай не требуется громоздкогооборудования. Вдавливание свай производят при помощи гидравлическихдомкратов, упираемых в выше расположенные конструкцииреконструируемого здания.Буронабивные сваи различных типов обладают высокой несущейспособностью и могут применяться в любых грунтовых условиях. Из-загромоздкости оборудования, применяемого при устройстве буронабивныхсвай, область их применения ограничена. Буронабивные сваи применяютсяпри усилении фундаментов по внешнему периметру реконструируемогоздания, могут устраиваться под наклоном к оси фундамента. Угол отклонениясвай от вертикали не должен превышать 30°.Буроинъекционные сваи также применяются в любых грунтовых условиях,позволяют проводить работы в стесненных условиях. Рекомендуетсяиспользовать при увеличении как вертикальных, так и горизонтальныхнагрузок на фундамент, для стабилизации неравномерных складок.При обеспечении совместной работы свай усиления с усиливаемымфундаментом возможны случаи:− устройство свай за контуром подошвы фундамента,− устройство свай непосредственно под фундаментом.Устройство свай за контуром фундамента требует дополнительныхконструктивных элементов, передающих нагрузку с усиливаемого фундаментана сваи.243

В качестве конструктивных элементов используются:− поперечные балки;− монолитные ростверки, заделываемые в тело усиливаемого фундамента;− ростверки, подводимые под существующий фундамент.Усиление сваями с применением поперечных металлических и железобетонныхбалок (рис. 17.14), подводимых под несущие конструкции зданияу поверхности земли, применяют при высоком уровне грунтовых вод.Опирание балок производится через монолитный железобетонный ростверк,объединяющий сваи по боковым сторонам ленточного фундаментаили по периметру столбчатого фундамента.Рис. 17.14. Усиление фундаментов сваями с применением стальных и железобетонныхпоперечных балок: а – ленточного фундамента; б – столбчатого фундамента;в – усиление многосекционными сваями: г – с применением железобетонной балки:1 – существующий фундамент; 2 – сваи усиления; 3 – железобетонный ростверк;4 – стальная балка; 5 – железобетонная балка; 6 – домкраты244

При неудовлетворительном состоянии кирпичных стен, низкойпрочности кирпичной кладки нижняя часть стены может быть усиленапродольными металлическими балками, устанавливаемыми с двух сторонв горизонтальных штрабах.Метод усиления сваями с монолитным ростверком и обеспечением егосовместной работы с усиливаемым фундаментом за счет железобетонныхшпонок (рис. 17.15) применяют при удовлетворительном состоянии фундамента.Размеры углублений в фундаменте подбираются таким образом, чтобыусилие от ростверка передавалось на фундамент по перевязанному шву.Рис. 17.15. Усиление фундаментов сваями с монолитным ростверком:а – заходящим в углубление фундамента, б – то же в углубление стен, в – то жев углубление фундамента и сваркой рабочей арматуры фундамента и ростверка:1 – существующий фундамент, 2 – сваи усиления, 3 – монолитный железобетонный ростверкМонолитные ростверки армируют сетками, поперечные стержни которыхпропускают через тело фундамента. Диаметр поперечных стержнейопределяется расчетом и принимается не менее 12 мм. Шаг поперечныхстержней – не более 500 мм.245

Включение в работу свай при помощи ростверков, подводимых подсуществующий фундамент, производится при усилении свайных фундаментов(рис. 17.16, а, б). При устройстве нового ростверка вынимают грунтиз-под подошвы усиливаемого фундамента и оголяют верхнюю часть существующихсвай.При усилении столбчатого фундамента сваями с монолитным ростверкомсовместная работа обеспечивается за счет соединения арматурыростверка и оголенной арматуры фундамента (рис. 17.16, в).Рис. 17.16. Усиление фундаментов сваями: а – с подводкой нового ростверкапод ленточный фундамент; б – то же под столбчатый фундамент; в – наклоннымисваями; г – сваями с одной стороны: 1 – существующий фундамент,2 – сваи усиления, 3 – монолитный ростверк, 4 – существующие сваи,5 – свая с винтовым наконечником, стальная балка246

В стесненных условиях реконструкции при невозможности устройствасвай с двух сторон фундамента применяют консольные металлическиебалки, опирающиеся на пару свай, одна из которых работает на выдергивание(рис. 17.16, г). В качестве свай, работающих на выдергивание, рекомендуетсяприменять винтовые и буронабивные сваи с уширением пяты. Сваи,воспринимающие вдавливающую нагрузку, выполняют буронабивными.Нижняя часть стены усиливается продольными балками, заведенными в горизонтальныештрабы стены. Шаг консольных балок определяется расчетоми принимается не менее трех диаметров свай и не более 3 м.Сваи под подошвой столбчатого железобетонного фундамента могутустраиваться через выполненные в нижней ступени отверстия (рис. 17.17, а).Для усиления могут применяться буроинъекционные, многосекционныетрубобетонные и буронабивные сваи. Диаметр свай принимается не более200 мм при вылете ступени 300 мм и не более 300 мм при вылете ступени450 мм.Рис. 17.17. Усиление фундамента сваями: а – устраиваемыми под подошвойстолбчатого фундамента; б – наклонными буроинъекционными:1 – существующий фундамент; 2 – сваи усиления; 3 – арматура сваи; 4 – сваркаСваи под подошвой ленточного или столбчатого фундамента, материалкоторого характеризуется низкой прочностью, устраивают непосредственнос поверхности строительной площадки через отверстия, пробитыев фундаменте под углом к его вертикальной оси (рис. 17.17, б).Для усиления применяют буроинъекционные сваи диаметром80…250 мм. Отверстия в фундаменте и скважины для свай выполняют при247

помощи малогабаритных станков вращательного бурения, оснащенныхшарошечным долотом, шнеками. Заполнение скважин производится цементно-песчанымраствором, нагнетаемым под давлением.Одновременно с устройством буроинъекционных свай может производитьсяукрепительная цементация фундамента. Для этого устраивают впределах фундамента скважину, не доводя до его подошвы на 0,5 м, и нагнетаютв основание под давлением 0,1…0,2 МПа цементный раствор, цементируязону контакта с подошвой фундамента.Вопросы для самоконтроля1. Назовите наиболее распространенные методы упрочнения грунтов.2. Какими способами производится усиление оснований изменением условийдеформирования грунта?3. Какими методами, в общем случае, производится усиление фундаментов?4. Какими мероприятиями обеспечивается совместная работа элементов уширенияподошвы с усиливаемым фундаментом?5. Приведите примеры усиления ленточных фундаментов уширением подошвы.6. Приведите примеры усиления столбчатых фундаментов уширением подошвы.7. Как производится уширение подошвы железобетонного фундамента под колонну?8. Какова конструкция одностороннего уширения подошвы ленточного фундамента?9. Для чего при уширении подошвы фундамента применяются поперечныебалки и какова их конструкция?10. С какой целью при уширении подошвы фундамента выполняется предварительноеобжатие грунта под ней?11. Приведите примеры уширения подошвы фундамента с предварительнымобжатием грунтов.12. В каких случаях применяется увеличение глубины заложения фундамента?13. Как производится увеличение глубины заложения подошвы ленточногофундамента?14. Как производится увеличение глубины заложения подошвы столбчатогофундамента?15. Изложите принципы расчета фундамента с уширением подошвы.16. В каких случаях для усиления фундаментов используют сваи?17. Какие типы свай рекомендуется использовать при усилении фундаментов?18. Приведите примеры усиления ленточных фундаментов с применением свай.19. Приведите примеры усиления столбчатых фундаментов с применением свай.20. Приведите примеры усиления фундаментов с применением буроинъекционныхсвай.248

РУКОВОДСТВОК ПРАКТИЧЕСКИМ ЗАНЯТИЯМ

ВВЕДЕНИЕИзучение второй части курса «Проектирование и реконструкциязданий и сооружений» сопровождается решением задач. Данное руководствопредназначено для оказания помощи на практических занятиях и длясамостоятельной подготовки к контрольным работам.В настоящем руководстве рассмотрены практические задачи, связанныес оценкой фактического технического состояния строительных конструкцийи проектирования их усиления.При решении задач целесообразно использовать интегрированнуюсистему MathCAD, позволяющую просто и эффективно реализовать алгоритмырасчетов. Для приобретения устойчивых навыков решения задач повторой части курса необходимом самостоятельно решить все задачи настоящегоруководства. При решении задач допускается использовать действующиенормативные документы (СНиП) для железобетонных, каменных,металлических и деревянных конструкций, а также по основаниямфундаментов.ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 1. Определение расчетныххарактеристик бетона и арматуры для поверочных расчетовэксплуатируемых железобетонных конструкцийЦель занятия: научиться определять расчетные характеристики бетонаи арматуры, необходимые для выполнения поверочных расчетов эксплуатируемыхжелезобетонных конструкций по результатам их обследования,проектным материалам и по данным испытаний.Исходные алгоритмы, рабочие формулы для расчета. Расчетныехарактеристики бетона для поверочных расчетов эксплуатируемых железобетонныхконструкций устанавливаются в соответствии со схемой, приведеннойна рис. 1, по данным проектной документации или по результатамиспытаний при детальном обследовании. Следует обратить внимание,что расчетные характеристики бетона эксплуатируемых железобетонныхконструкций определяются его условным классом C′ по ныне действующимнормам [8], независимо от того, что конструкции могли быть запроектированыпо ранее действовавшим нормам.250

Рис. 1Расчетные характеристики арматуры для поверочных расчетов определяютсятакже по действующим нормам [8] в соответствии со схемой,приведенной на рис. 2:− исходя из класса S, установленного по проектным данным (конструкциязапроектирована по [8]), по результатам испытаний вырезанныхобразцов (менее 5 штук) или по результатам химического анализа при отсутствиипроектных данных;− исходя из нормативного сопротивления, определенного по [8] поклассу арматуры, и коэффициентов безопасности γ s = 1,15 (1,25)251, по результатамиспытаний вырезанных образцов (не менее 5 штук);− исходя из профиля арматуры (при отсутствии проектных данных иневозможности отбора образцов).

Рис. 2Коэффициенты q и β, учитывающие объем испытаний, необходимыепри выполнении статистической обработки результатов испытанийбетона и арматуры приведены соответственно в табл. 1 и 2.Коэффициент qТаблица 1n 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12q 0,23 0,28 0,31 0,34 0,37 0,39 0,41 0,42 0,43 0,45Коэффициент βТаблица 2n 3 4 5 6 7 8 9 50 и болееβ 2,58 2,50 2,44 2,39 2,28 2,16 2,04 1,94Пример 1. Поверочный расчет железобетонного элемента по первойгруппе предельных состояний производится по проектным данным. Железобетонныйэлемент запроектирован по ранее действовавшим нормам(СНиП II-21-75) и выполнен из тяжелого бетона марки М250 и арматурыкласса А-III. Определить расчетное сопротивление бетона на сжатие f cd ирасчетное сопротивление арматуры на растяжение f yd .252

Первоначально необходимо перейти от марки М бетона к его условномуклассу С'. Для этого от средней кубиковой прочности бетона перейдемк гарантированной кубиковой прочности с помощью коэффициентаперехода, равного 0,8, и коэффициента, учитывающего различную размерность(кг/см 2 и МПа), равного 0,1.fGc, cube fc, cube,mf c, cube, m = 250 кг/см ,= 0,8 ⋅ 0,1⋅ = 0,8 ⋅ 0,1⋅ 250 = 20 МПа ,fckGc,cube= 0,8 f = 0,8 ⋅ 20 = 16 МПа ,fC′ ck= С′16 . 20fGc,cubeВ соответствии с [8] γ c = 1,5 , тогдаff ck 16cd = = = 10,7 МПа .γ 1,5cДля арматуры класса S400 (аналог А-III) нормативное сопротивлениеравно f = 400 МПа , тогдаykf ykf 400yd = = = 348 МПа .γ 1,15sПример 2. На основе методики ускоренной оценки прочности бетонапо результатам испытаний определить расчетное сопротивление бетонана сжатие для расчета на прочность f cd . Результаты испытаний бетона:{ }f c, cube, i = 28,8; 26,9; 25,4; 30,6; 23,6; 35,2; 25,8 МПа .Среднее значение прочности бетона вычисляется как среднее арифметическоерезультатов испытаний бетонаf1n28,8 + 26,9 + 25,4 + 30,6 + 23,6 + 35,2 + 25,8= ∑ f = = 28 МПа .n = 7c, cube, m c, cube,ii 1Проверяем условиеf( ) − fc cube ( )fc, cube, max , , minc, cube,m2≤ q .35,2 − 23,6= 0,41 > q = 0,37 – условие не выполняется. Исключаем из расчетамаксимальное значение прочности и повторяем28расчет.f c , cube , m28,8 + 26,9 + 25,4 + 30,6 + 23,6 + 25,8== = 26,9 МПа6253

f30,6 − 23,6= 0,26 < q = 0,3428Gc, cube fc, cube,mfck= 0,8 ⋅ = 0.8⋅ 26,9 = 21,5 МПаGc,cube= 0,8 f = 0,8 ⋅ 21,5 = 17,2 МПаfC′ ck= С′17,221,5fGc,cubeff ck 17,2cd = = = 11,5 МПа .γ 1,5cПример 3. На основе методики статистической оценки прочности арматурыпо результатам испытаний определить расчетное сопротивление арматурына растяжение f yd . Результаты испытаний арматуры на растяжение:f{ }f , = 398, 415, 423, 402, 413, 428, 395, 415, 402, 395 МПа .y i1n441+ 2 ⋅ 458 + 466 + 2⋅ 445 + 457 + 471+ 2 ⋅ 438= ∑ f = = 452 МПа .n = 10yk, m yk,ii 1Вычисляем среднее квадратическое отклонение( )1 1S = f − f = ( f − 452) = 11,8 МПаn2 102yk yk, i y, m yk,in −1i= 1 10 −1i=1∑ ∑ ,нормативное сопротивление арматуры растяжениюf = f , − β S yk = 452 − 2,04 ⋅ 11,8 = 428 МПа ,ykyk mи расчетное сопротивление арматурыf ykf 428yd = = = 372 МПа .γ 1,15Задачи для самостоятельного решенияs№ 1. Железобетонный элемент запроектирован по ранее действовавшимнормам (СНиП II-В.1-62*) и выполнен из тяжелого бетона маркиМ200. Определить расчетное сопротивление бетона на сжатие f cd для поверочногорасчета прочности элемента по проектным данным.№ 2. Железобетонный элемент запроектирован по ранее действовавшимнормам. Согласно результатам испытаний 5 образцов среднее значениепредела текучести арматуры равно f yk, m = 470МПа . Определитьрасчетное сопротивление арматуры на растяжение f yd для поверочногорасчета на прочность.254

№ 3. На основе методики статистической оценки прочности бетонапо результатам испытаний определить его расчетное сопротивление насжатие f cd для расчета по первой группе предельных состояний. Результатыиспытаний бетона на сжатие следующие:{ }f , , = 39,8; 41,5; 42,3; 40,2; 46,3; 42,8; 39,5; 44,5; 40,2; 37,5 МПа .c cube iПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 2. Поверочные расчеты прочностижелезобетонных конструкций эксплуатируемых строительныхсооружений по результатам их обследованияЦель занятия: научиться выполнять поверочные расчеты прочностиэксплуатируемых железобетонных конструкций с учетом их фактическоготехнического состояния, установленного при обследовании.Исходные алгоритмы, рабочие формулы для расчета. В основерешения задач по определению прочности железобетонных элементов лежитприменение методик расчета действующих норм с использованиемряда коэффициентов условий работы, учитывающих дефекты и поврежденияэлементов.При местном разрушении бетона сжатой зоны конструкции поверочныйрасчет производится при фактических геометрических размерах поперечногосечения за вычетом разрушенного участка (рис. 3, а).При наличии силовых продольных трещин в месте сопряжения полкии ребра изгибаемых элементов таврового поперечного сечения площадьсечения свесов полки в расчете не учитывается (рис. 3, б).При местном снижении прочности бетона сжатой зоны, когда в сжатойзоне расположен бетон разного класса, поверочный расчет (по альтернативноймодели) железобетонного элемента производится при приведенномрасчетном сопротивлении бетона сжатой зоны (рис. 3, в).Рис. 3255

Коэффициенты условий работы для арматуры железобетонных элементов,учитывающие дефекты и повреждения приведены в табл. 3.на растяжение при наличии продольныхтрещин в зоне анкеровкина растяжение поперечнойарматурына растяжение поперечной арматурыпри нарушении ее анкеровкиКоэффициенты условий работы арматуры256Таблица 3К расчетному сопротивлениюдля средних стержней – γ s = 0,5для угловых стержней – γ s = 0, 25неравномерность распределения напряжений подлине – γ s1 = 0,8при соотношении диаметров продольных и поперечныхстержней менее 1/3 – γ s2 = 0,9для стержней поперечной арматуры расчетного1 ,наклонного сечения –n ⎛ lx i ⎞γ s3= ∑n ⎜l ⎟i = 1⎝bd,i ⎠К площади поперечного сеченияпродольной и поперечной арматуры,поврежденной коррозией учет ослабления коррозией –оборванных или пораженных коррозиейболее 50 % площади стержнейарматурыарматуры из высокопрочной проволокипри наличии язвенной илипиттинговой коррозии, а также,если коррозия вызвана хлоридамипродольной арматуры на сжатиепри повреждении поперечной арматуры(или мест ее сварки) и увеличениирасстояния между хомутамиболее допустимогоне учитывается в расчете – K s = 0не учитывается в расчете – K s = 0не учитывается в расчете – K s = 02 2d0− dKs= 1−2d0Пример 4. При обследовании установлено, что в результате воздействиявысокой температуры при пожаре прочность бетона сжатой зоны изгибаемогожелезобетонного элемента различается по высоте (рис. 4). Требуетсяопределить прочность железобетонного элемента, если α = 0,85 .Размеры сечения элемента: b = 200 мм , h = 500 мм , h = 200 мм ,fb = 500 мм , c = 50 мм . Элемент имеет арматуру с расчетным сопротивлениемf = 339 МПа и модулем упругостиyd5E = 2 ⋅ 10 МПа . Исходная площадьпоперечного сечения продольной арматуры составляет2A s1 = 1606 мм ( K = 0,87 ).ssf

f cd , i⎧9⎧475⎧50⎪=11⎪⎨ МПа425 ⎪y мм14,5i = ⎨ h100275i = ⎨ мм .150⎪⎩ 16⎪⎩ 100⎪⎩ 200Рис. 4Задаемся высотой сжатой зоны бетона элементаx = 300 мм. Определяемприведенное расчетное сопротивление бетона сжатой зоны сеченияS = bh ( y − c),ci i i6 3S c1 = 200 ⋅ 50 ⋅ (475 − 50) = 4,25 ⋅ 10 мм ,6 3S c2 = 7,5 ⋅ 10 мм ,3 3f f S Scd , red cd , i ci cii= 1 i = 16 3S c3 = 6,75 ⋅ 10 мм ,= ∑ ∑ , , 11,8 МПаcd redВычисляем высоту сжатой зоны элементаxeffcd,redefff = .f yd Ks As1339 ⋅ 0,87 ⋅1606= = = 236 мм .α f b 0,85 ⋅11,8 ⋅ 200300 − 236Точность вычисления составляет ∆ = ⋅ 100% = 27,3% > 5% .236Принимаем высоту сжатой зоны x = 250мм и повторяем расчет.При этом изменится значение толщины слоя, учитываемого в расчете, покоторому проходит нижняя граница сжатой зоны: h 3 = 100 мм ,6 3S c3 = 4,5 ⋅ 10 мм .eff257

Тогда3 3f f S S= ∑ ∑ , , 11,4 МПаcd , red cd , i ci cii= 1 i = 1f = ,cd redxefff yd Ks As1339 ⋅ 0,87 ⋅1606= = = 243 мм .α f b 0,85 ⋅11,4 ⋅ 200cd , red250 − 243Точность вычисления составляет ∆ = ⋅ 100% = 2,7% < 5% .243Относительная высота сжатой зоны бетона и ее граничное значениеравны:x effξ = 2430,541h − c= 500 − 50= ;εcu23,5ξ lim = = = 0,673 ,ε + ε 1,7 + 3,5sycu2где ε cu2 = 3,5‰ находим по [8, табл. 6.1],f yd 339ε sy = = = 1,7‰ .E52 ⋅10Поскольку условие ξ = 0,541≤ ξ lim = 0,673 выполняется, продольнаяарматура достигает в предельной стадии предельных деформаций. Прочностьжелезобетонного элемента по нормальному сечению составляет( )M = α f , b x d − 0,5 x ,Rd cd red eff effM = 0,85 ⋅11,4 ⋅ 200 ⋅ 243 ⋅ (450 − 0,5 ⋅ 243) = 154кНм .RdЗадачи для самостоятельного решенияcd№ 4. Изгибаемый железобетонный элемент прямоугольного поперечногосечения ( b = 300 мм , h = 600 мм ) из тяжелого бетона с расчетнымсопротивлением f = 9,6 МПа , α = 0,85 имеет арматуру в растянутой зоне4Ø25 мм класса S500 ( c = 50 мм ), в сжатой – 2Ø20 мм класса S500( c 1 = 50 мм ). Расчетное сопротивление арматуры – f = 365 МПа . В процессеэксплуатации элемент получил повреждения в виде продольныхтрещин вдоль угловых стержней растянутой арматуры в зоне их анкеровкии уменьшение площади поперечного сечения в результате коррозии в зонедействия максимального изгибающего момента K s = 0,82 . Требуется определитьпрочность элемента по нормальному сечению.syd258

f№ 5. Железобетонная ребристаяплита (рис. 5) с расчетным тавровым поперечнымсечением с полкой в сжатой зоне( b w = 140 мм , h = 300 мм , b eff = 1460 мм ,h′ = 30 мм) выполнена из тяжелого бетонаусловного класса С′ 17,2, армированасогласно проектным данным армату-21,5Рис. 5рой класса А-III с результатами испытаний на растяжение: среднее значениепредела текучести 5 отобранных образцов составляет 560 МПа . Нижниестержни поражены коррозией с уменьшением поперечного сечения более50 %. Требуется определить прочность элемента по нормальному сечению.№ 6. Железобетонная колонна расчетной длиной l o = 7,2 м многоэтажногорамного каркаса прямоугольного поперечного сечения( b = 400 мм , h = 600 мм ) из тяжелого бетона условного класса С′ 33,642армирована симметрично расположенной в сечении арматурой в сжатой ирастянутой зонах по 2Ø18 мм S500 ( f = 450 МПа , с = 50 мм , с 1= 50 мм ).В расчетном сечении действует продольная силаN = 2000 кН и изгибающиймоментydSdМ = 450 кНм , определенный с учетом случайного эксцентриситетаи влияния продольного изгиба. В процессе эксплуатацииколонна под воздействием коррозии получилаповреждения мест сварки поперечной и наиболеесжатой продольной арматуры. Требуетсяпроверить прочность колонны по нормальномусечению.№ 7. Железобетонная балка покрытияпоперечного сечения (рис. 6) из тяжелого бетонаусловного класса С′ 17,5армирована21,9поперечными стержнями Ø8мм А-III( f yk = 450 МПа , E s = 2 ⋅ 10 МПа ) с шагомs = 100 мм , приваренными по концам к продольнойарматуре Ø32 мм. Временная равномернораспределенная нагрузка –q = 10,8 кН/м , постоянная с учетом собствен-5SdРис. 6259

ного веса балки –g = 33 кН/м . Поперечная сила у края опоры равнаV = 180 кН. При обследовании балки установлено, что в результатеSdкоррозии мест сварки поперечной арматуры с продольной в нижней частиребра нарушена анкеровка поперечной арматуры с одного конца.Требуется проверить прочность балки на действие поперечной силы.ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 3. Поверочные расчеты прочности,трещиностойкости и жесткости железобетонных конструкций порезультатам их обследования на основе деформационной модели(с применением ЭВМ)Цель занятия: научиться выполнять поверочные расчеты прочности,трещиностойкости и жесткости эксплуатируемых железобетонных конструкцийс учетом их фактического технического состояния, установленногопри обследовании, на основе деформационной модели с использованиемприкладных программ расчета на ЭВМ.Исходные алгоритмы, рабочие формулы для расчета. В основеопределения параметров напряженно-деформированного состояния эксплуатируемыхжелезобетонных элементов на базе деформационной моделис использованием диаграмм «напряжение-деформация» для бетона иарматуры лежит применение коэффициентов условий работы к расчетномусопротивлению и площади поперечного сечения арматуры, а также учетдефектов и повреждений бетона поперечных сечений элементов.Деформационная модель позволяет производить поверочные расчетыжелезобетонных элементов произвольной формы поперечного сеченияиз тяжелых и легких бетонов с различными физико-механическими характеристикамибетона по сечению элемента и произвольным расположениемарматуры любых классов, включая предварительно напряженную.В программе «БЕТА», кроме величины внутренних усилий( M , N ), соответствующих пределу прочности элемента по сечению,RdRdнормальному к его продольной оси, вычисляются внутренние усилия( M cr ) , соответствующие образованию трещин, нормальных к продольнойоси элемента, а также ширина их раскрытия ( w k ) . На любых этапах работы(с трещинами, без трещин, в предельной стадии) при заданных внутреннихусилиях ( M , N e ) вычисляется кривизна железобетонного элемента.SdSd260

Для изгибаемых железобетонных элементов, работающих как свободноопертые или консольные балки с расчетным пролетом (вылетом)l , прогиб определяется по формулеeffamax⎛ 1 ⎞= αk⎜ ⎟ l⎝ r ⎠2eff, (1)⎛ 1 ⎞где ⎜ ⎟ – кривизна элемента в сечении с максимальным изгибающим⎝ r ⎠моментом от нагрузки, при которой определяется прогиб; α k – коэффициент,принимаемый по табл. 4.Коэффициент α k для определения прогибов изгибаемых элементовСхема загружения балки Коэффициент α kТаблица 4l effq548P0,5 l eff 0,5 l eff112l effaPl effPa21 a−8 6leff2l effq14l effP13261

Окончание табл. 4Схема загружения балки Коэффициент α kal effPa ⎛ a ⎞3 −6leff⎜ l eff⎟⎝ ⎠Примечание. В случае загружения изгибаемого элемента одновременно по несколькимсхемам α = α ,определяется для суммарногоизгибающего момента.nnk k iMi Mii = 1 i=1∑ ∑ , а кривизна⎛⎜⎝1r⎞⎟⎠Расчет на основе деформационной модели позволяет получить распределениепо поперечному сечению относительных деформаций и напряженийна любой стадии работы железобетонного элемента.Варьируя параметрами сечения железобетонного элемента и последовательнопроизводя расчеты с построением графика, можно нагляднопродемонстрировать степень влияния дефектов и повреждений на прочность,жесткость и трещиностойкость элемента.Поверочный расчет железобетонного элемента по нормальному сечениюна аварийность (установление категории состояния V или IV) дляусилий от фактически действующих нагрузок производится по диаграммамдеформирования бетона и арматуры при средних значениях их прочностныххарактеристик.Пример 5. При обследовании установлено, что в результате воздействиявысокой температуры при пожаре условный класс бетона железобетоннойбалки различается по высоте в соответствии с рис. 4 ( С′ 13,4, 16,8С′ 16,6, 20,7С′ 21,7, С′ 24 ). Требуется проверить прочность балки27,2 30при длительном действии расчетной равномерно распределенной нагрузкиq = 32 кН/м , прогиб и ширину раскрытия трещин, нормальных к продольнойоси элемента, в зоне действия максимального изгибающего момента отнормативной нагрузки q n = 24 кН/м . Класс конструкции по условиям эксплуатации– ХС3 ( w lim = 0,3 мм ). Предельно допустимый прогиб балки со-262

l effгласно [13, раздел 10] a lim = . Размеры сечения элемента: b = 200 мм ,200h = 500 мм , h = 200 мм , b = 500 мм , c = 50 мм . Расчетный пролет свободноопертой балкиffeff2l = 5,8 м. Элемент армирован стержневой арматурой2Ø32 мм (исходная площадь поперечного сечения продольной арматурыA s1 = 1606 мм , K s = 0,87 ) с нормативным сопротивлениемf = 390 МПа , установленным по результатам испытаний.ykВычисляем значение максимального изгибающего момента в балкеот расчетной и нормативной равномерно распределенных нагрузок:MSd2 2eff 32 ⋅5,8ql= = = 135 кНм ,8 8MSd,n2 2n eff 24 ⋅5,8q l= = = 101 кНм .8 8После ввода исходных данных в соответствии с требованиями программырасчета параметров напряженно-деформированного состояния внормальном сечении железобетонного элемента «БЕТА», в которой реализованадеформационная модель, и выполнения расчета на ЭВМ, получаемследующие результаты:− изгибающий момент, соответствующий прочности железобетоннойбалки по нормальному сечению M = 151,5 кНм > M = 135 кНм –прочность балки обеспечена, (на рис. 7 для железобетонной балки представленораспределение по сечению относительных деформаций и напряженийв предельной стадии, точка на диаграмме деформирования арматурыдемонстрирует достижение стержнем арматуры расчетного сопротивленияпри растяжении);− ширина раскрытия трещин, нормальных к продольной оси балки,от действия нормативной нагрузки w = 0,28 мм < w = 0,3 мм – требуемаятрещиностойкость балки обеспечена;⎛ 1 ⎞ −6 −1− по кривизне ⎜ ⎟ = 4,219 ⋅ 10 мм от действия нормативной нагрузкии формуле (1) вычисляем максимальное значение прогиба⎝ r ⎠балки:⎛ 1 ⎞ 2 5 −6 2leff5800amax= α k ⎜ ⎟leff= ⋅ 4,219 ⋅10 ⋅ 5800 = 15 мм < alim= = = 29 мм –⎝ r ⎠ 48 200 200требуемая жесткость балки обеспечена.kRdlimSd263

Рис. 7Задачи для самостоятельного решения№ 8. Железобетонная балка прямоугольного поперечного сечения( b = 300 мм , h = 600 мм ) из тяжелого бетона условного класса С′ 9,612( α = 0,85) , установленного при обследовании, имеет согласно проектнымданным [8] арматуру в растянутой зоне 4Ø25 мм класса S500 ( c = 50 мм ), всжатой – 2Ø20 мм класса S500 ( c 1 = 50 мм ). В процессе эксплуатации балкаполучила повреждения в виде продольных трещин вдоль угловых стержнейрастянутой арматуры в зоне их анкеровки и уменьшения площади поперечногосечения в результате коррозии в зоне действия максимального изгибающегомомента K s = 0,82 . Требуется определить прочность балки понормальному сечению, а также прогиб и ширину раскрытия трещин, нормальныхк продольной оси элемента, в зоне действия максимального изгибающегомомента от нормативной длительной нагрузки q = 35 кH/м , равномернораспределенной по длине балки пролетомnl = 5,9 м .eff264

№ 9. Железобетонная колонна расчетной длиной l o = 7,2 м многоэтажногорамного каркаса прямоугольного поперечного сечения( b = 400 мм , h = 600 мм ) из тяжелого бетона класса В40 (СНиП 2.03.01-84*)армирована симметрично расположенной в сечении арматурой в сжатойи растянутой зоне по 2Ø18мм А-III (СНиП 2.03.01-84*)( с = c1 = 50 мм ). В расчетном сечении действует продольная силаN = 2000 кН и изгибающий момент М = 450 кНм , определенный сSdучетом случайного эксцентриситета и влияния продольного изгиба. Впроцессе эксплуатации колонна под воздействием коррозии получилаповреждения мест сварки поперечной и наиболее сжатой продольнойарматуры. Требуется проверить прочность колонны по нормальномусечению.№ 10. Свободно опертая железобетонная балка расчетным проле-l = 5,8 м, загруженная сосредоточенной силой в середине проле-томeffта, запроектирована по ранее действовавшим нормам (СНиП II-21-75) иимеет следующие проектные данные: b = 200 мм , h = 500 мм , с = 50 мм ,с 1 = 30 мм , бетон марки М250, арматура класса А-III: в сжатой зоне –2Ø20 мм, в растянутой – 2Ø25 мм. При обследовании выявлены в зонедействия максимального изгибающего момента повреждения сжатойзоны в виде отколов ребер (рис. 8) с оголением и коррозией арматуры,а также разрушением мест сварки вертикальной и горизонтальной поперечнойарматуры с продольной. Класс конструкции по условиям эксплуатации– ХС3. Требуется проверить прочность балки по нормальномусечению ( P = 75кH ), а также прогиб и ширину раскрытия трещин,нормальных к продольной оси балки, в зоне действия максимальногоизгибающего момента от нормативной длительной нагрузки P = 60кH .№ 11. Балка перекрытия из бетона марки М200 (СНиП II-В.1-62*), с арматурой с нормативным сопротивлением f yk = 390 МПа , определеннымв результате испытаний вырезанных образцов, и размерамипоперечного сечения в соответствии с рис. 9. Максимальный изгибающиймомент от фактической длительно действующей нагрузки составляетM Sd, n = 140 кНм . Требуется произвести расчет конструкции нааварийность.Sdn265

72001002Ø25500502Ø2050Рис. 8 Рис. 9ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 4. Поверочные расчеты прочностикаменных конструкций по результатам их обследованияЦель занятия: научиться по результатам испытаний и проектнымданным определять расчетные характеристики материалов эксплуатируемыхкаменных и армокаменных конструкций, производить их поверочныерасчеты прочности с учетом фактического технического состояния, установленногопри обследовании.Исходные алгоритмы, рабочие формулы для расчета. Расчетные характеристикикладки для поверочных расчетов эксплуатируемых каменных иармокаменных конструкций определяются в соответствии со схемой рис. 10.Расчетное сопротивление каменной кладки(по СНиП II-22-81 «Каменныеи армокаменные конструкции»)исходя из марки кирпича Ми марки раствора М(по проектным данным)исходя из условной марки кирпича М'и условной марки раствора М'(по результатам испытаний)Рис. 10266

Условная марка кирпича, а также раствора по результатам испытанийустанавливается как среднее значение единичных испытаний. В случаеиспытаний на сжатие пластинок раствора, отобранных из швов кладки,применяется понижающий коэффициент 0,7.Расчетное сопротивление каменной кладки по условным маркамкирпича и раствора, не совпадающим со значениями параметрического ряда[12, табл. 2], вычисляется линейной интерполяцией между ближайшимипараметрическими значениями по формуле (2) в соответствии со схемой,изображенной на рис. 11.гдеR = R − −+ χ ⋅ ∆ R + χ ⋅ ⎡⎣ ∆ R + χ ⋅ ∆ R − ∆ R ⎤⎦ , (2)( i 1 ),( j 1) сж 1 р 2 сж ( 3 1)M ′ − М( i−1)χ сж =;М( i+ 1) − M( i−1)M ′ − М( i−1)χ p =; ∆ R1 = RМ( i+ 1) − M( i− 1 ),( j + 1) − R( i−1 ),( j −1);( i −1)∆ R2 = R( i+ 1 ),( j −1) − R( i−1 ),( j −1); ∆ R3 = R ( i+ 1 ) , ( j + 1 ) − R ( i+ 1 ) , ( j −1) .Марка раствораМаркакирпичаM ( i+1)M ′ M ( i−1)M ( j +1)R ( i+ 1 ),( j + 1)R ( i−1 ),( j + 1)M ′RM ( j −1)R ( i+ 1) ,( j −1)R ( i−1) ,( j −1)Рис. 11В основе решения задач по определению прочности каменных и армокаменныхэлементов лежит применение методики расчета действующихнорм с использованием ряда коэффициентов условий работы к расчетномусопротивлению каменной кладки R, учитывающих дефекты и поврежденияэксплуатируемых элементов (см. табл. 5.1).При местном разрушении каменной кладки конструкции поверочныйрасчет производится при фактических геометрических размерах поперечногосечения за вычетом разрушенного участка. При одностороннемуменьшении поперечного сечения в поверочном расчете следует учитыватьфактический эксцентриситет действующих продольных усилий.Поверочный расчет каменных и армокаменных конструкций на аварийностьпроизводится для усилий от фактически действующих нагрузокпри средних значениях прочностных характеристик каменной кладки иарматуры (для армокаменных конструкций).267

Пример 6. Центрально сжатый кирпичный столб прямоугольногопоперечного сечения с размерами 1030 × 510 мм, высотой 6 м из обыкновенногоглиняного кирпича пластического прессования в процессе эксплуатацииполучил повреждения в виде силовых волосных вертикальныхтрещин, пересекающих менее 4-х рядов кладки. Результаты испытаний насжатие кирпича и раствора:⎧112⎧52,8⎪1272⎪56,72R cж = ⎨148 кг/см , R р = ⎨57,9 кг/см .⎪⎪ 138⎪⎪ 68,6⎩149⎩49,8Требуется проверить прочность столба при действии кратковременнойнагрузки N Sd = 700 кН.Вычисляем среднее значение прочности кирпича и раствора при сжатии:Rсжпроверяем условиеRсж151 2∑ Rсж , i (112 127 148 138 149) 135кг/см ,5 i=1 5= = + + + + =( max) − Rсж( min)149 −112= = 0,27 ≤ q = 0,31 (табл. 1) – выполняется.R135RRррсж151 2∑ Rр,i (52,8 56,7 57,9 68,6 49,8) 57,2кг/см ,5 i=1 5= = + + + + =( max) − Rр( min)68,6 − 49,8= = 0,33 > q = 0,31 – не выполняется.R57,2рИсключаем из расчета максимальное значение прочности раствора2R р(max) = 68,6кг/см и повторяем расчет:Rр141 2 2Rр,i (52,8 56,7 57,9 49,8) 54 кг/см ; 0,7 54 38 кг/см4 i=1 4= ∑ = + + + = ⋅ = .Таким образом, при сжатии условные марки кирпича и раствора соответственноравны: М ′ 135 и М ′ 38 . Далее линейной интерполяцией междуближайшими параметрическими значениями [12, табл. 2] по формуле (2)определяем расчетное сопротивление кирпичной кладки при сжатии:kсжM ′ − М( i −1)135 −125= = = 0,4 ;М( i+ 1) − M( i−1)150 −125kpM ′ − М( i −1)38 − 25= = = 0,52 ,М( i + 1) − M( i−1)50 − 25268

∆ R1 = R( i− 1 ),( j + 1) − R( i−1 ),( j −1)= 1,5 − 1,4 = 0,1;∆ R2 = R( i+ 1 ),( j −1) − R( i−1 ),( j −1)= 1,7 − 1,4 = 0,3;∆ R3 = R( i+ 1 ),( j + 1) − R( i + 1 ),( j −1)= 1,8 − 1,7 = 0,1.R = R − −+ k ⋅ ∆ R + k ⋅ ⎡⎣∆ R + k ⋅ ∆ R − ∆ R ⎤⎦=( i 1 ),( j 1) сж 1 р 2 сж ( 3 1)( )= 1,4 + 0,4 ⋅ 0,1 + 0,52 ⋅ ⎡⎣0,3 + 0,4 ⋅ 0,1 − 0,1 ⎤⎦= 1,6 МПа.Упругая характеристика α для кладки из глиняного кирпича пластическогопрессования и условной марки раствора М'38 согласно [12, табл. 15]равна α = 1000 . При минимальном значении гибкости столбаlλ o 6000h = = = 11,76 и упругой характеристике α = 1000 по [12,b 510табл. 18] линейной интерполяцией определяем коэффициент продольногоизгиба ϕ = 0,845 . При наличии силовых трещин, пересекающих менее 4-хрядов кладки, K тр = 0,75 .Проверяем условие прочности столба при центральном сжатии:N = m ϕ K RA = 1⋅ 0,845 ⋅ 0,75 ⋅1,6 ⋅ (1030 ⋅ 510) = 532 кН < N = 700 кН.Rd g тр SdПри заданной нагрузке прочность столба не обеспечена – требуетсяего усиление.Задачи для самостоятельного решения№ 12. Центрально нагруженный кирпичный столб прямоугольногопоперечного сечения с размерами 770 × 770 мм, высотой 4 м из обыкновенногоглиняного кирпича пластического прессования в процессе эксплуатацииполучил повреждения в результате размораживания в виде разрушениянаружного слоя кладки по периметру сечения на глубину до половиныкирпича. Результаты испытаний на сжатие кирпича и раствора:⎧96⎧32,8⎪1122⎪36,72R cж = ⎨88 кг/см , R р = ⎨37,9 кг/см .⎪⎪ 118⎪⎪ 28,6⎩102⎩35,8Требуется определить прочность столба при действии длительнойнагрузки ( m g = 0,85 ).269

№ 13. Для исходных данных примера 6 проверить прочность столбапри действии длительной нагрузки N = 400 кН , m = 0,8 , если в процессеэксплуатации он отклонился от вертикали в верхнем сечении в направлениименьшей стороны на 120 мм.s№ 14. Центрально нагруженный кирпичный столб квадратного поперечногосечения с размерами 510 × 510 мм, высотой 3 м из обыкновенногоглиняного кирпича пластического прессования условной марки насжатие М'120 и цементно-песчаного раствора условной марки М'65 имеетсетчатое армирование из круглой стали с расчетным сопротивлениемR = 210 МПа (процент армирования кладки по объему µ = 2 % ), в процессеэксплуатации получил повреждения в виде одностороннего разрушениянаружного слоя кладки на глубину до половины кирпича. Требуется определитьпрочность столба при действии длительной нагрузки ( m g = 0,85 ).SdgПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 5. Поверочные расчетыпрочности и жесткости металлических конструкций по результатамих обследованияЦель занятия: научиться по результатам испытаний и проектнымданным определять расчетные характеристики металла эксплуатируемыхметаллических конструкций, производить их поверочные расчеты прочностии жесткости с учетом дефектов и повреждений, установленных при обследовании.Исходные алгоритмы, рабочие формулы для расчета. Расчетноесопротивление металла для поверочных расчетов эксплуатируемых металлическихконструкций по прочности определяется с учетом коэффициентанадежности γ m исходя из его нормативного значения, установленного попроектным данным (при их наличии и соответствии им металла эксплуатируемойконструкции) или по результатам статистической обработки испытанийвырезанных образцов по формулеR= σ − α S , (3)n m s Rгде σ m – среднее арифметическое значение предела текучести иливременного сопротивления по данным n испытаний, S R – среднее квадратическоеотклонение результатов испытаний, α s – коэффициент, учитывающийобъем испытаний и определяемый по табл. 5.270

Коэффициент α sТаблица 5n 10 12 14 16 18 20 30 40 и болееα 2,911 2,736 2,614 2,524 2,453 2,396 2,220 2,125sНормативное сопротивление металла, вычисленное по формуле (3),допускается использовать при условии S / σ ≤ 0,1. Больший разброссвойств образцов свидетельствует о том, что они не относятся к одной партииметалла.В основе решения задач по расчету прочности стальных элементовлежит применение методики расчета действующих норм с использованиемкоэффициентов условий работы к расчетному сопротивлению стали, учитывающихдефекты и повреждения эксплуатируемых элементов.При равномерном коррозионном износе стальных элементов из прокатныхпрофилей расчетные геометрические характеристики поперечногосечения допускается определять по формулам:R∗( )1 SA omA = − k ⋅∆ A , (4)∗( )W = − k ⋅∆ W , (5)1 SW oгде A , W – площадь поперечного сечения момент сопротивления безoo∗SASWучета коррозионных повреждений, ∆ – глубина проникновения коррозии,k , k – коэффициенты уменьшения вследствие коррозии соответственноплощади поперечного сечения и момента сопротивления:kSA⎧⎪1 t −для замкнутых профилей,= ⎨2/ t −для уголков,⎪⎩ 4/ ( t + d ) −для швеллеров и двутавров;SWt и d – исходные толщины полки и стенки соответственно (мм).Коэффициент k для некоторых типоразмеров прокатных профилейприведен в табл. 6 и 7.Коэффициент kSWдля швеллеров (ГОСТ 8240-72 ∗ )(6)Таблица 6№ профиля 12 14 16 16а 18 20 22 24 27 30 36k SWx 0,29 0,28 0,27 0,25 0,26 0,25 0,24 0,23 0,22 0,21 0,18k SWy 0,27 0,26 0,25 0,24 0,25 0,24 0,23 0,22 0,20 0,19 0,17271

Коэффициент kSWдля двутавров (ГОСТ 8239-72 ∗ )Таблица 7№ профиля 20 22 24 27 27а 30 30а 36 40 50 60k SWx 0,26 0,25 0,24 0,23 0,22 0,22 0,21 0,18 0,17 0,15 0,13k SWy 0,24 0,23 0,21 0,20 0,20 0,20 0,19 0,16 0,15 0,13 0,11При местном разрушении металла элемента поверочный расчет производитсяпри фактических геометрических размерах поперечного сеченияза вычетом разрушенного участка при фактическом эксцентриситете действующихпродольных усилий.Прогиб изгибаемых стальных элементов, вычисленный по формуле (1),не должен превышать предельно допустимый [13, раздел 10]. Кривизна всечении с максимальным изгибающим моментом от нормативной нагрузки Мопределяется по формуле⎛ 1 ⎞ M⎜ ⎟ = . (7)⎝ r ⎠ E IМомент инерции поперечного сечения I вычисляется с учетом дефектови повреждений, установленных при обследовании.Пример 7. Стойка высотой l eff = 6 м из двутавра № 27а2( A = 54,6 см ,o3оx oW = 485 см , i , = 10,9 см , t = 13,7 мм, d = 8,5 мм ) эстакады,построенной в 1975 г. и эксплуатирующейся в среднеагрессивнойсреде, получила общее искривление на момент обследования f ′ = 6 смпри нагрузкеoN′ = 400 кН и равномерный по поперечному сечению коррозионныйизнос с глубиной проникновения коррозии ∆ = 1,5 мм. Установитьвозможность дальнейшей эксплуатации стойки при расчетной нагрузкеN = 500 кН. Из поясов стоек у опор отобрано 14 образцов металла дляиспытаний. Среднее арифметическое значение предела текучести металлаσ = 273 МПа, S = 18,4 МПа .mRПроверяем условие S / σ = 18,4/ 273 = 0,067 ≤ 0,1 – выполняется.RmДля n = 14 по табл. 5 α = 2,614 , тогда нормативное сопротивлениеметалла по пределу текучести вычисляем по формуле (3)Rs= σ − α S = 273 − 2,614 ⋅ 18,4 = 225 МПа .yn m s RКоэффициент надежности по материалу γ m = 1,1 (в 1932 – 1982 гг.).∗из272

Расчетное сопротивление R y = 225/1,1 = 205 МПа.Расчетные геометрические характеристики сечения вычисляются по∗2формулам (4), (5): A ( 1 k ) A ( 1 0,18 1,5 ) 54,6 40 см= − ⋅∆ = − ⋅ ⋅ = ,SA( ) ( )ok = 4/ t + d = 4/ 13,7 + 8,5 = 0,18, по табл. 7 k = 0,22 ,SA3( 1 SW∗) o ( 1 0,22 1,5) 485 325 смW = − k ⋅∆ W = − ⋅ ⋅ = .Так как k ⋅∆ = 0,18 ⋅ 1,5 = 0,27 > 0,25, к расчетному сопротивлениюSA∗металла для среднеагрессивной среды вводится понижающий коэффициентγ d = 0,9 , следовательно, R y = 0,9 ⋅ 205 = 185 МПа .Вычисляем радиус инерции для фактического поперечного сечениястойки с учетом ослабления коррозией ( h = 27 − 2 ⋅ 1,5 = 26,7 см )ixW h 325 26,7= ⋅ = ⋅ = 10,4 см ;A 2 40 2условную гибкость в плоскости искривленияλ = leffRy600 1851,71i E= 10,4 ⋅ 52,1⋅10= ;напряжения в момент замера искривленияxN o′ 400 ⋅10 Нσ ′ = = =2 100 МПа .A 40 ⋅100 ммДалее по формуле (6.5) вычисляем эксцентриситет e и приведенныйотносительный эксцентриситет m от искривления стойки при действиисжимающего усилия N в предельном состоянииef⎛2 σ′⎞2 ⎛100⎞ψ o = 1 − 0,1λ = 1 − 0,1⋅1,71 ⋅ ⎜ ⎟ = 0,842 ,⎜ ⎟⎝R y ⎠⎝185⎠f = ψ f ′ = 0,842 ⋅ 6 = 5,05 см ,oo из3mfSWfoA 5,05 ⋅ 40= = = 0,621.W 325Коэффициент влияния формы сечения определяем по [11, табл. 73]( 1,75 0,1m f ) 0,02 ( 5 m f )η = − − ⋅ − ⋅ λ == ( 1,75 − 0,1⋅ 0,621) − 0,02 ⋅ ( 5 − 0,621)⋅ 1,71 = 1,54 .273

ηm f1,54 ⋅ 0,621k = 0,82 + 0,1 = 0,82 + 0,1⋅ = 0,877 .λ1,71e = k ⋅ f o = 0,877 ⋅ 5,05 = 4,43 см .Уточняем значение относительного эксцентриситета в предельномсостоянииeA 4,43 ⋅ 40m f = = = 0,545 .W 325Приведенный относительный эксцентриситет в предельном состоянииравенm = η ⋅ m = 1,54 ⋅ 0,545 = 0,839 .effВ соответствии с [11, табл. 74] для λ = 1,71 и m = 0,839 с учетомлинейной интерполяции ϕ e = 0,603. Проверяем условие устойчивостистойки как элемента, подверженного действию осевой силы с изгибом, прикоэффициенте условий работы по [11, табл. 6*, формула (51)] (γ с = 0,95).3N 500 ⋅10= = 207 МПа > γ сRy= 0,95 ⋅ 185 = 175 МПа .ϕ A 0,603⋅ 40 ⋅100eУсловие не выполняется, стойку необходимо усилить.efЗадачи для самостоятельного решения№ 15. Центрально-нагруженная колонна (γ с = 0,95) здания (1980 г.)высотой l eff = 9 м из сварного двутавра (А = 190 см 2 , W = 2865 см 3 , i = 19,5 см,h = 50 см) имеет общее искривление на момент обследования f ′ = 4,5 смпри неизвестной нагрузке. Коэффициент влияния формы сечения вычисляетсяпо формуле ( 1,75 0,1 f ) 0,02 ( 5 f )η = − m − ⋅ − m ⋅ λ . Выполнить проверкуустойчивости колонны при расчетной нагрузке N = 1300 кН. Нормативноесопротивление исходного металла по пределу текучести согласно проектнымданным№ 16. Центрально-нагруженная колонна (γ с = 0,95) водонапорной башнивысотойR = 245 МПа , модуль упругостиyn5изЕ = 2,1⋅10 МПа .l = 6 м из двутавра № 30К1 по ГОСТ 26020-83 ( A = 108 см ,eff4I = 18110 см ,xнапряженной точки4I = 6080 см , t = 13,5 мм , d = 9 мм , координаты наиболееyx = 15 см , y = 15 см ) на момент обследования имеетccослабление поперечного сечения в виде выреза одной из полок, выходяще-o2274

осл2го на край ( A = 10 см , координаты ослабления x = 10 cм ,ослy = 14,2 cм ). Выполнить проверку прочности колонны при расчетнойнагрузкеN = 1900 кН ( n = 1,5 , c = 1,04 , c = 1,47xyосл) с использованием методакомпенсирующих добавок. Нормативное сопротивление исходногометалла по пределу текучести согласно проектным данным R = 235 МПа( γ m = 1,05 ).oo№ 17. Выполнить проверку на хрупкую прочность центрально растянутой( N = 300 кН ) подвески из листовой стали Ст3сп по ГОСТ 10706-76*со следами гильотинной резки по краям с исходными размерами поперечногосечения b = 100 мм , t = 15 мм , эксплуатирующейся в слабоагрессивнойсреде при расчетной температуре T = − 27°C . Подвеска на моментобследования имеет равномерный по поперечному сечению коррозионныйyизнос с глубиной проникновения коррозии ∆ = 2 мм . Расчетные сопротивлениястали: R = 235 МПа , R = 350 МПа ( γ = 1,3 ). Критическая температурахрупкости стали подвески T = − 29 ° C.ucr∗uynПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 6. Поверочные расчетыпрочности и жесткости деревянных конструкций по результатамих обследованияЦель занятия: научиться по результатам испытаний и проектнымданным определять расчетные прочностные характеристики древесины ирасчетные геометрические характеристики поперечного сечения эксплуатируемыхдеревянных конструкций с учетом дефектов и повреждений, установленныхпри обследовании, производить их поверочные расчетыпрочности и жесткости.Исходные алгоритмы, рабочие формулы для расчета. Расчетноесопротивление древесины для поверочных расчетов эксплуатируемых деревянныхконструкций по прочности определяется в соответствии со схемой,изображенной на рис. 12.Значения расчетных сопротивлений приведены в [9, табл. 6.5] длядревесины сосны, ели, лиственницы европейской в зависимости от ее сортапри влажности 12 %. Расчетные сопротивления других пород устанавливаютсяс учетом переходного коэффициента k x = 0,65...2,2.275

Расчетное сопротивлениедревесиныпо проектным данным (сорт, порода,вид напряженного состояния(по СНБ 5.05.01-2000)по результатам испытанийf S ; ( fi,, k ⋅C)i, α, k = σi,α − β i,αfid = α, α,γmРис.12Коэффициент надежности по материалу допускается принимать:γ = 3,8 – для изгиба, γ = 5,5 – растяжения вдоль волокон, γ = 2,2 –mmсжатия и смятия вдоль волокон, γ m = 3,3 – скалывания вдоль волокон,γ = 1,8 – сжатия и смятия поперек волокон.mКоэффициент, учитывающий сортность древесины, равен: C = 1,0 –для 1 сорта, C = 0,94 – 2 сорта, C = 0,65 – 3 сорта. Сортность древесиныопределяется по табл. 8.Требования к пиломатериаламmТаблица 8Наименование пороковНорма пороков для древесины сорта1 2 31. Гниль не допускается2. Червоточинане допускаетсядопускается толькоповерхностное3. Сучки, кроме несросшихся, рыхлых,загнивших, допускаются при условии,если на длине 20 см сумма размеров всехсучков на пласте и кромке не более4. Сучки несросшиеся, рыхлые, загнившиесяпри условии, если:а) размер сучка не превышает1/4 ширины(толщины)не допускаются1/3 ширины(толщины)1/2 ширины20 мм 50 ммне допускаютсяб) количество сучков на длине 1м1 шт. 2 шт.не допускаются5. Сучки-пасынкине нормируются6. Косослой на длине 1 м не более 7 см 10 см 15 см7. Трещины в элементе:1/4 толщинруютсяне норми-1/3 толщиныа) глубиной не более1/4 длины 1/3 длины не нормируютсяб) длиной не болееэлемента элемента276

Значение расчетного сопротивления древесины, установленного попроектным данным или по результатам статистической обработки испытаний,приведенным к влажности 12 %, уточняется с использованием следующихкоэффициентов согласно [9]:– k mod = 0,65...1,45 . Учитывает условия эксплуатации и длительностьдействия нагрузки;– k t = 1 при t ≤ + 35°C , k t = 0,8 при t ≤ + 50°C . Для промежуточныхзначений k принимается по линейной интерполяции. Коэффициентtучитывает повышенную температуру воздуха при эксплуатации;– k h = 0,8...1,0 . Учитывает особенность работы элемента высотойпоперечного сечения более 0,5 м;– k δ = 0,95...1,1 . Учитывает толщину слоя клееных элементов;– k R = 0,6...1,0 . Учитывает особенность работы гнутых элементов;– k o = 0,8 . Для растянутых элементов с ослаблением в расчетномсечении и изгибаемых элементов из круглых лесоматериалов с подрезкой врасчетном сечении;– k s = 0,9 . Для элементов, подвергнутых глубокой пропитке антипиренамипод давлением.Кроме того, в деревянных конструкциях построечного изготовлениярасчетное сопротивление древесины неклееных элементов на растяжениеследует снижать на 30 %.В основе решения задач по расчету прочности деревянных элементовлежит применение методики расчета действующих норм с использованиемрасчетных геометрических характеристик сечения и коэффициентов условийработы к расчетному сопротивлению древесины, учитывающих дефектыи повреждения эксплуатируемых деревянных элементов.Прогиб изгибаемых деревянных элементов, вычисленный по формуле(1) при кривизне в сечении с максимальным изгибающим моментом поформуле (7), не должен превышать предельно допустимое значение по [13,раздел 10].Для расчета прогиба изгибаемых деревянных элементов моментинерции поперечного сечения I принимается brutto. Модуль упругостидревесины при расчете по предельным состояниям второй группы следуетпринимать: вдоль волокон E 0 = 10000 МПа , поперек волоконЕ 90 = 400 МПа . В зависимости от условий эксплуатации и длительностиk t277

действия нагрузки модуль упругости древесины необходимо умножать накоэффициент k mod , а для конструкций, подвергающихся воздействию повышеннойтемпературы – на коэффициент k t .Пример 8. Центрально-растянутый нижний пояс квадратного поперечногосечения с размерами b × h = 150× 150 мм деревянной фермы имеетдва сквозных взаимно перпендикулярных отверстия квадратного поперечногосечения с размерами 30× 30 мм, расположенные в разных поперечныхсечениях на длине 200 мм (рис. 13). Ферма эксплуатируется внутри неотапливаемогопомещения при относительной влажности воздуха свыше 75 %.Требуется выполнить проверку прочности нижнего пояса при действиидлительной нагрузки (собственный вес конструкций покрытия + снег)N = 100 кН . Согласно проектным данным деревянная ферма выполнена вdзаводских условиях, порода древесины – сосна, 1сорт. Нормативное сопротивлениедревесины в результате статистической обработки испытанийпри влажности 12 % с обеспеченностью 0,95 f ,0, = 48 МПа , γ = 0,95 .tknN d1 2N d1-1 2-2 расчетное+ =

k = 0,8 – для растянутого элемента с ослаблением в расчетном сечении)oего расчетное сопротивление составляетft,0, d = ft,0, d ⋅ kmod ⋅ ko= 9,2 ⋅ 0,85 ⋅ 0,8 = 6,3 МПа .Учитывая, что ослабления сечения расположены на участке длиной,не превышающей 0,2 м, при расчете площади поперечного сечения элементаnetto A inf , ослабления принимаются совмещенными в одном сечении>2A inf = 150 ⋅150 − 30 ⋅150 − 30 ⋅ 120 = 14400 мм .Проверяем выполнения условия прочности (7.3) для центральнорастянутогонижнего пояса фермы№ 18. Выполнить проверку прочности при кратковременной нагруз-N = 150 кН центрально-сжатого элемента фермы квадратного попе-кеNσ = = 100 10 = 6,9 МПа > = 6,3 МПа .3d ⋅t,0, d fA,0,inf 14400t dСледовательно, прочность недостаточна, требуется усиление.Задачи для самостоятельного решенияdречного сечения с размерамиb × h = 130× 130 мм, k = 0,538. Согласнопроектным данным ферма заводского изготовления из древесины ели 2сорта эксплуатируется на открытом воздухе. При обследовании установлено,что сжатый элемент имеет ослабление поперечного сечения до 30 %его площади, не выходящее за кромку.№ 19. При действии длительной равномерно распределенной нагрузкипри M = 45 кНм, M = 30 кНм выполнить проверку прочности иdkжесткости деревянной балки перекрытия расчетным пролетом l eff = 5 мпрямоугольного поперечного сечения с размерами b × h = 200× 300 мм , изготовленнойсогласно проектным данным из дуба (2 сорт), эксплуатируемойвнутри отапливаемого помещения при температуре до + 45°С, относительнойвлажности воздуха свыше 75 %. В середине пролета балка имеетослабление в виде сквозного круглого отверстия диаметром 50 мм в серединевысоты сечения. Балка имеет по длине постоянное подкреплениесжатой кромки из плоскости изгиба в виде прикрепленного дощатого настила,исключающее потерю устойчивости из плоскости изгиба. Предельнодопустимый прогиб балки согласно [13, раздел 10] a lim = .200279cl eff

№ 20. Центрально-растянутый элемент деревянной фермы круглогопоперечного сечения диаметром 140 мм, изготовленной в построечных условияхиз сосны 1 сорта, эксплуатируется на открытом воздухе. Требуетсяпроверить прочность элемента при действии постоянной нагрузкиN d = 50 кН , если в результате гниения древесины произошло равномерноепо периметру уменьшение поперечного сечения на глубину до 20 мм.ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 7. Поверочные расчеты несущейспособности основания и осадки фундаментов эксплуатируемыхзданийЦель занятия: научиться по результатам инженерно-геологическихизысканий при обследовании и проектным данным определять расчетныепрочностные и деформационные характеристики грунтов основания фундаментовэксплуатируемых зданий, производить их поверочные расчетыпо I и II группам предельных состояний.Исходные алгоритмы, рабочие формулы для расчета. Расчетноесопротивление грунтов основания фундаментов эксплуатируемого зданияопределяется по результатам инженерно-геологических изысканий в соответствиис [10] при определенных условиях – с учетом произошедшего запериод эксплуатации обжатия грунтов длительно действующей нагрузкойпо формуле (7.9).Кроме того, для зданий III степени ответственности, претерпевшихравномерные осадки величиной не более 50 % от предельной, учитываетсяснижение сжимаемости грунта основания на глубину не более ширины подошвыфундамента, обжатого длительно действующей нагрузкой, по формуле(7.10).Учет нагрузок при расчете по второй группе предельных состояний(по деформациям) оснований фундаментов эксплуатируемых зданий производитсяв соответствии со схемой, изображенной на рис. 14.Осадки основаниястабилизировалисьОсадки основанияне стабилизировалисьрасчет абсолютныхосадок от дополнительнойнагрузкирасчет неравномерностиосадокот полной нагрузкирасчет абсолютныхосадок от полнойнагрузкирасчет неравномерностиосадокот полной нагрузкиРис.14280

Пример 9. Реконструируемое кирпичное здание без подвала с отношениемдлины к высоте L / H ≤ 1,5 , II степени ответственности, эксплуатируемоеболее 30 лет, находится в удовлетворительном состоянии и не имеетпризнаков осадочных повреждений. Требуется определить возможностьнадстройки дополнительных этажей без усиления ленточных фундаментов.Расчетная нагрузка (II группа предельных состояний) с учетом собственноговеса фундамента и грунта на его обрезах до надстройки составляет:для наружных стен – N r = 180 кН/м, для внутренней стены –N = 240 кН/м ; после надстройки составит: для наружных стен –renlN = 300 кН/м, для внутренней стены – N = 600 кН/м . Ширина подошвыфундаментаenlb = 0,8 м , глубина заложения d 1 = 1,5 м . Предельное значениесредней осадки для кирпичного зданияS = 10 см . Основанием фундаментовслужат мелкие пески средней прочности с физикомеханическимихарактеристиками, установленными по результатам лабораторныхисследований: γ II = 19,4 кН/м , с II = 1 кПа , ϕ II = 30°, e = 0,7 ,Е = 18 МПа , коэффициент относительной сжимаемостиm v−5 2= 4,6 ⋅10 м /кПа . Физико-механические характеристики грунта другихслоев основания приведены на рис. 15.По [10, формула (В.1)] вычисляем расчетное сопротивление грунтаоснования в естественном состоянииγc1 ⋅ γc21R = ⎡M ykzbγ II + M qd1γ II + M cc⎤II =k ⎣⎦1,3 ⋅1,3 = [ 1,15 ⋅ 1 ⋅ 0,8 ⋅ 19,4 + 5,59 ⋅ 1,5 ⋅ 18,9 + 7,95 ⋅ 1 ] = 312 кПа ,1где γ c1 = 1,3 , γ c2 = 1,3 – по [10, табл. (В.1)] для зданий с жесткой конструктивнойсхемой с отношением длины к высоте L / H ≤ 1,5 , фундаментыкоторых опираются на пески мелкие; k = 1 – для физико-механических характеристикгрунтов основания, установленных по результатам лабораторныхисследований; k z = 1 – при b < 10 м, M y = 1,15 , M q = 5,59 , M c = 7,95 –при ϕ = 30°;18⋅ 0,5 + 19,4 ⋅1 γ = = 18,9 кН/м0,5 + 11 3II3u– усредненное значение объемноговеса грунтов, залегающих выше подошвы фундамента;3γ II = 19,4 кН/м – то же ниже подошвы на глубину в пределах ( / 2)b .281

NDLнасыпной грунтγ318кН/ мII =0,5песок мелкийγ 3II = 19,4кН/ м ,E = 28МПа,1,01,5WL1220,4γ s − γ wγ II =26,51 =+ e− 10= =1 + 0,73= 9,4кН/ м2,0σ zq4676σ zpглина твердаяγ320кН/ мII =E = 30МПа77572330ГСТ2,00,2σ zq117Рис. 15Рассмотрим последовательно фундаменты под внутреннюю и наружныестены. Методом эквивалентного слоя определяем расчетную осадкуфундамента от нагрузок, действующих до реконструкции здания. Дополнительноедавление на уровне подошвы фундамента равноpN= − γ ⋅ = 240 −18,9 ⋅ 1,5 = 272 кПа ,b0,8r 10 II d1pпри 0 = 272 = 0,87 > 0,8 коэффициент K 1,44R 312R = .282

Высота эквивалентного слоя составляетhэ( 1− µ ) ( 1−0,25)002 2= ⋅ ω⋅ b = ⋅ 2,12 ⋅ 0,8 = 1,92 м ,1− 2µ 1− 2 ⋅ 0,25где µ 0 – коэффициент бокового расширения для песков, µ 0 = 0,25 ;ω – коэффициент формы подошвы для ленточного фундамента, ω = 2,12 .Осадка фундамента под внутреннюю стену равна−5э v uS = h m p0 = 1,92 ⋅ 4,6 ⋅10 ⋅ 272 = 0,023 м = 2,4см < S = 10 см .Расчетное сопротивление грунта под подошвой фундамента подвнутреннюю стену по формуле (7.9) равноRt= R ⋅ K = 312 ⋅ 1,44 = 449 кПа .RДавление под подошвой фундамента от нагрузки после реконструкцииравноNp = enl = 600 = 750 кПа > R 449 кПаb 0,8t = .Значит, требуется усиление.Аналогично определяем расчетную осадку фундамента от нагрузок, действующихдо реконструкции здания, для наружных стенpN= − γ ⋅ = 180 −18,9 ⋅ 1,5 = 197 кПа ,b0,8r 10 II d1pпри 0 = 197 = 0,63 < 0,7 коэффициент K 1,32R 312R = .Осадка фундаментов под наружную стену равна−5э v uS = h m p0 = 1,92 ⋅ 4,6 ⋅10 ⋅ 197 = 0,017 м = 1,7 см < S = 10 см .Расчетное сопротивление грунта под подошвой фундаментов под наружныестены равноRt= R ⋅ K = 312 ⋅ 1,32 = 411 кПа .RДавление под подошвой фундамента от нагрузки после реконструкцииравноNp = enl = 300 = 375 кПа < R 411 кПаb 0,8t = .283

Следовательно, давление под подошвой фундаментов наружных стенпосле реконструкции не превышает расчетное сопротивление грунтов основанияс учетом его обжатия длительно действующей нагрузкой.Так как стены здания находятся в удовлетворительном состоянии ине имеют признаков осадочных повреждений, согласно схеме, изображеннойна рис. 14, осадку основания фундаментов определяем от дополнительнойнагрузкиNad = Nenl − Nr= 300 − 180 = 120 кН/м .Среднее дополнительное давление в подошве фундаментов равноpN= − γ ⋅ = 120 −18,9 ⋅ 1,5 = 122 кПа.b0,8ad 10, adII d1Осадку основания вычисляем методом послойного суммирования:строим эпюру природного давления от веса грунта σ , эпюру дополнительногодавления от нагрузки σ zp , определяем глубину сжимаемой толщина пересечении эпюр σ zp и 0,2σzq . Результаты расчета и построений приведенына рис. 15.Конечная осадка фундаментов под наружные стены равнаn hi⋅ σ zp,i ⎡0,8 ⎛122 + 76 76 + 46 46 + 30 ⎞ 0,5 ⎛ 30 + 23 ⎞⎤S = β ∑ = 0,8 ⋅i=1 E ⎢⋅ ⎜ + + ⎟ + ⋅ ⎜ =28 2 2 2 30 2⎟⎥⎣ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎦i−3Значит, условие выполняется.= 5,3 ⋅ 10 м = 0,53 см < 10 см .zqЗадача для самостоятельного решенияrenl№ 21. Произвести проверку условия P ≤ R для длительно обжатогогрунта основания центрально-нагруженного фундамента с размером подошвы1,5 × 1,5 м 2 одноэтажного производственного здания II степени ответственностис железобетонным каркасом в связи с увеличением нагрузкипосле реконструкции с учетом собственного веса фундамента и грунта наего обрезах с N = 700 кН до N = 1000 кН . Глубина заложения фундаментаd 1 = 1,5 м . Здание эксплуатируется более 20 лет и не имеет осадочныхповреждений. Предельное значение средней осадки для фундаментовкирпичного здания S = 12 см . Основанием фундаментов служат пескиuсредней крупности ( γ ′ = γ = 19,6 кН/м ) с расчетным сопротивлением вIIII3284

естественном состоянии R = 415 кПа , вычисленным по данным инженерно-геологическихизысканий. Расчетная осадка при давлении, равном расчетномусопротивлению R , имеет значение S = 3,6 см .RКОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА № 1Для контроля степени усвоения студентами пройденного материалапо оценке фактического технического состояния эксплуатируемых строительныхконструкций предусматривается контрольная работа, включающаядве задачи:− первая задача – определение по данным испытаний расчетного сопротивленияодного из материалов (бетона, арматуры, каменной кладки,металла или древесины) эксплуатируемой конструкции или грунтов основанияфундамента, обжатого в процессе эксплуатации длительно действующейнагрузкой;− вторая – по заданным расчетным характеристикам материаловвыполнение поверочного расчета эксплуатируемой конструкции (железобетонной,каменной, металлической или деревянной) с учетом дефектов иповреждений или основания фундамента с учетом условий эксплуатациипо первой и второй группам предельных состояний.При выполнении контрольной работы допускается свободное пользованиедействующими нормативными документами (СНБ или СНиП).Время, отводимое для выполнения контрольной работы, составляет45 минут.ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 8. Расчет прочности по сечению,нормальному к продольной оси, железобетонных конструкций,усиленных увеличением их поперечного сеченияЦель занятия: научиться выполнять расчет прочности сечений, нормальныхк продольной оси, железобетонных элементов эксплуатируемыхконструкций, усиленных увеличением их поперечного сечения в растянутойи сжатой зонах.Исходные алгоритмы, рабочие формулы для расчета. В основерешения задач по определению прочности железобетонных элементов,усиленных увеличением их поперечного сечения с обеспечением совместнойработы (без учета сдвиговых деформаций по контакту), лежит применениеметодик расчета действующих норм [8] с учетом наличия в сеченииусиленного элемента бетона и арматуры различных классов.285

При этом учитываются неисправляемые дефекты и повреждения(коррозия или обрывы арматуры, повреждения бетона в сжатой зоне ит.д.), а также возможные ослабления арматуры при сварке понижающимкоэффициентом K к площади поперечного сечения существующей и дополнительнойарматуры усиливаемого элемента.При усилении железобетонного элемента под нагрузкой усиливаемаячасть его поперечного сечения уже находится в определенном напряженно-деформированномсостоянии, которое при высокой степени нагруженияпри усилении (превышающей 0,65R d , где R d – расчетное усилие для исходногоэксплуатируемого элемента) может влиять на работу усиленногожелезобетонного элемента в предельном состоянии; дополнительные бетони арматура (без предварительного напряжения) в предельном состояниине достигают расчетных значений их сопротивлений. Поэтому к расчетнымсопротивлениям дополнительного бетона и арматуры вводятся понижающиекоэффициенты соответственно γ c, ad = 0,9 и γ s, ad = 0,9 .При расчете в предельном состоянии железобетонных элементов,усиленных в растянутой зоне установкой дополнительной арматуры, следуетиспользовать значение приведенной рабочей высоты сечения d ,вычисленной по формуле (8.7) с учетом расчетных значений площади поперечногосечения основной (ослабление коррозией, обрыв, ослаблениепри сварке) и дополнительной арматуры (ослабление при сварке) и понижающегокоэффициента к расчетному сопротивлению основной и дополнительнойарматуры (при усилении под нагрузкой, превышающей 65 %расчетной).Значение граничной относительной высоты сжатой зоныξ lim дляэлементов, усиленных увеличением поперечного сечения, вычисляется по[8, формула (7.5)]. При этом напряжения в растянутой арматуре σ s,limпринимаютсяпо арматуре (существующей или дополнительной с учетомγs,ad) с более высоким расчетным сопротивлением, а характеристика сжатойзоны бетона ω при наличии в ней бетонов разных классов вычисляетсяпо приведенному расчетному сопротивлению бетонагдеA c и c,adfcd , red=f A + f Acd c cd , ad c,adAc+ Ac,adred, (8)A – площади поперечных сечений в сжатой зоне соответственноосновного и дополнительного бетона.286

В расчете железобетонных элементов, усиленных увеличением поперечногосечения в сжатой зоне, значение приведенной рабочей высотысечения принимается с учетом толщины дополнительного бетона h′ad , т.е.d = d + h′ .redadПример 10. Железобетоннаябалка с размерами поперечного сеченияb = 300 мм , h = 800 мм выполненаиз тяжелого бетона условногокласса С′ 17 и армирована в соответствиис рис. 16. Усиление балки21произведено под нагрузкой, превышающей65 % от расчетной.Требуется проверить прочностьжелезобетонной балки, усиленнойприваркой через скобы дополнительнойарматуры S 500 ( f = 450 МПа )в растянутой зоне, при изгибающеммоменте от действия длительной нагрузкиM Sd = 550 кНм .Определяем расчетное сопротивлениебетона балкиydff ck 17cd = = = 11,3 МПа .γ 1,5cВычисляем высоту сечения бетона сжатой зоныf yd K As1 + γs, ad f yd , ad K As1, ad − f yd As2xeff= =α f b365⋅ 0,85 ⋅ 1472 + 0,9 ⋅365⋅ 0,85 ⋅942 − 365⋅339= = 206 мм.0,85 ⋅11,3 ⋅300Вычисляем приведенную рабочую высоту сеченияdredcdd f yd K As1 + dad γs, ad f yd , ad K As1,ad= =f K A + γ f K Ayd s1 s, ad yd , ad s1,ad( ) ( )Рис. 16800 − 50 ⋅365⋅ 0,85 ⋅ 1472 + 800 + 80 ⋅ 0,9 ⋅ 450 ⋅ 0,85 ⋅942= = 804 мм .365⋅ 0,85 ⋅ 1472 + 0,9 ⋅ 450 ⋅ 0,85 ⋅942303Ø12(f yd = 365 МПа)3Ø25(f yd = 365 МПа)50803Ø20 S500287

Определяем значение граничной относительной высоты сжатой зоныω0,773ξ lim = = = 0,623,γs, adσs,lim⎛ ω ⎞ 0,9 ⋅ 450 ⎛ 0,773 ⎞1 + 1 − 1 + 1 −σ⎜1,1⎟500⎜1,1⎟⎝ ⎠⎝ ⎠sc,uгдеω – характеристика сжатой зоны для тяжелого бетона равнаω = k − 0,008 ⋅ α ⋅ f = 0,85 − 0,008 ⋅ 0,85 ⋅ 11,3 = 0,773.cПроверяем условиеxeffcd≤ ξ d .limredx = 206мм < ξ d = 0,623 ⋅ 804 = 500мм – выполняется.efflimred( 0,5 ) ( 0,5 ) ( 0,5 )M = f K A d − x + γ f K A d − x + f A x − c =Rd yd s1 eff s, ad yd, ad s1, ad ad eff yd s2 eff 1= 365 ⋅ 0,85 ⋅1472 ⋅ ( 750 − 103) + 0,9 ⋅ 450 ⋅ 0,85 ⋅ 942 ⋅ ( 880 − 103)+( )6+ 365⋅339 ⋅ 103 − 30 = 556,5 ⋅10 H ⋅ мм = 556,5 кНм > = 550 кНм .Следовательно, условие прочности выполняется.M SdПример 11. Ребристая плита покрытия из бетона с расчетным сопротивлениемf = 7,5 МПа , α = 0,85 с размерами поперечного сечения,cdприведенными на рис. 17, армирована предварительно напряженной арматуройс расчетным сопротивлением f = 680 МПа . Согласно проектнымданным предварительное напряжение арматуры с учетом всех потерьσ pm, t = 470 МПа . Требуется проверить прочность плиты покрытия, усиленнойпри полном разгружении наращиванием сжатой зоны из бетонакласса С 16 ( f 10,7 МПа20 cd = , α = 0,85 ) толщиной h′ad = 40 мм , при действииизгибающего момента M = 150 кНм .SdОпределяем положение нижней границы сжатой зоны. Проверяемусловие ее положения в бетоне наращивания:pdf A ≤ α f b′ h′,pd p cd , ad ad ad3pd p 680 980 666 10 Н 666 cd , ad ad′ad′f A = ⋅ = ⋅ = кН > α f b h == 0,85 ⋅10,7 ⋅1460 ⋅ 40 = 531⋅ 10 Н = 531 кН.Значит, условие не выполняется.3288

Проверяем условие положения нижней границы сжатой зоны в полкеплиты:f A ≤ α f b′ h′ + α f b′ h′.pd p cd , ad ad ad cd f ff A = 666кН < α f b′ h′ + α f b′ h′=pd p cd,ad ad ad cd f f3 3= 531⋅ 10 + 0,85 ⋅ 7,5⋅1460 ⋅ 30 = 810 ⋅ 10 Н = 810 кНСледовательно, условие выполняется. Нижняя граница сжатой зоныпроходит в полке плиты.1460Xeff3025040Ø2530075Рис. 17Вычисляем расчетную высоту сжатой зоны бетона в полке плитыf3 3pd Ap − α fcd, adbad ′ had′ 666 ⋅10 − 531⋅10xeff′ = = = 14,5 мм .α f b′0,85 ⋅ 7,5⋅1460cdfТогда расчетная высота сжатой зоны бетона с учетом наращиванияравна x = x′ + h′= 14,5 + 40 = 54,5 мм .eff eff adПо формуле (8) определяем приведенное расчетное сопротивлениебетона сжатой зоны плитыfcd , redfcd Ac + fcd, ad Ac , ad 7,5⋅1460 ⋅ 14,5 + 10,7 ⋅1460 ⋅ 40= = = 9,85 МПа .A + A1460 ⋅ 14,5 + 40cc,ad( )289

Определяем значение граничной относительной высоты сжатой зоныω0,783ξ lim = = = 0,579 ,σs,lim⎛ ω ⎞ 610 ⎛ 0,783 ⎞1 + 1 − 1 + 1 −σ⎜1,1⎟500⎜1,1⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠sc,uгде ω – характеристика сжатой зоны для тяжелого бетона равнаω = k − 0,008 ⋅ α ⋅ f = 0,85 − 0,008 ⋅ 0,85 ⋅ 9,85 = 0,783,ccd , redнапряжения в предварительно напряженной арматуре:σ = f + 400 − σ − ∆σ = 680 + 400 − 470 − 0 = 610 МПа ,s,lim pd pm, t pm,t∆σ = 1500σ f − 1200 = 1500 ⋅ 470 680 − 1200 = − 163 МПа < 0 ,pm, t pm,t pdпринимаем ∆σ pm, t = 0 МПа .Проверяем условиеxeff≤ ξ d .limxeff= 54,5 мм < ξ d = 0,579 ⋅ 250 = 144 мм – выполняется.limИзгибающий момент, который может воспринять плита покрытия,усиленная наращиванием бетона в сжатой зоне, равен( 0,5 ) 680 980 ( 250 0,5 54,5)M = f A d − x = ⋅ ⋅ − ⋅ =Rd pd p eff6= 148,4 ⋅10 Н ⋅ мм = 148,4 кНм.Превышение изгибающего момента от действующих нагрузокM Sd − M Rd 150 −148,4 M Sd = 150 кНм составляет= ⋅ 100% = 1,1% < 5% – вM 148,4пределах точности инженерных расчетов. Прочность обеспечена.Задачи для самостоятельного решенияRd№ 22. Колонна многоэтажного здания с не смещаемым каркасом прямоугольногопоперечного сечения ( b = 400 мм , h = 500 мм , с = с1 = 50 мм )из бетона условного класса С′ 18 ( α = 0,85 ) армирована стержневой ар-22,5матурой с расчетным сопротивлением f yd = 339 МПа ( As1 = As2 = 982 мм ).В процессе эксплуатации колонна была усилена в растянутой зоне под нагрузкой,превышающей 65 % расчетной, приваркой дополнительной арматурыкласса S 500 площадью поперечного сеченияA s1, ad = 628 мм к сущест-22290

вующей арматуре. Расстояние между центрами тяжести существующей и дополнительнойарматуры в растянутой зоне составляет 50 мм. Требуется проверитьпрочность усиленной колонны при действии усилий N = 1000 кН иM = 400 кНм (усилия приведены с учетом гибкости колонны).Sd№ 23. Ребристые плиты покрытия с размерами поперечного сечения,приведенными на рис. 17, из бетона с расчетным сопротивлениемf = 15 МПа , α = 0,85 армированы стержневой арматурой с расчетнымcdсопротивлениемf = 365 МПа (2Ø18 мм по одному стержню в каждомsdребре) без предварительного напряжения. В процессе эксплуатации плитыусилены в растянутой зоне приклеиванием полосовой стали сечением150 × 6 мм к нижней грани ребер плит ( f y, ad = 210 МПа ). Определить придействии изгибающего момента прочность усиленной плиты по сечению,нормальному к продольной оси.№ 24. Шарнирно опертая железобетонная плита перекрытия расчетнымпролетом l o = 4,5 м из бетона условного класса С′ 14,4с размерамипоперечного сечения b = 1000 мм , h = 250 мм , с = 30 мм армирована18стержневой арматурой с расчетным сопротивлением f = 365 МПа2( A s1 = 680 мм ). При реконструкции предполагается передать на плиту перекрытия,усиленную наращиванием в сжатой зоне из бетона классаС 20 толщиной h′ 100 мм25ad = , дополнительную нагрузку. Равномернораспределенная нагрузка, действующая в момент усиления, составляет2215 кН/м , после усиления будет составлять 25 кН/м . Требуется проверитьпрочность усиленной плиты.№ 25. Требуется определить прочность балки, усиленной наращиваниемв сжатой зоне толщинойh′ad = 150 мм из бетона класса С 25 , с ус-30тановкой дополнительной арматуры класса S 400 (SdydA s2, ad = 680 мм ,с 1, ad = 30 мм) под нагрузкой, не превышающей 65 % расчетной. Балка прямоугольногопоперечного сечения ( b = 250 мм , h = 400 мм , с = 30 мм ) избетона с расчетным сопротивлением f = 10,5 МПа , α = 0,85 армированапредварительно напряженной арматурой с расчетным сопротивлениемf = 680 МПа ( A = 1472 ммpdp2cd). Согласно проектным данным предварительноенапряжение арматуры с учетом всех потерь σ pm, t = 410 МПа .2291

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 9. Расчет прочности, трещиностойкостии жесткости железобетонных конструкций, усиленныхувеличением их поперечного сечения, на основе деформационноймодели (с применением ЭВМ)Цель занятия: научиться выполнять расчет прочности, трещиностойкостии жесткости железобетонных элементов эксплуатируемых конструкций,усиленных увеличением их поперечного сечения с обеспечениемсовместной работы (без учета сдвиговых деформаций по контакту), наоснове деформационной модели с использованием прикладных программрасчета на ЭВМ.Исходные алгоритмы, рабочие формулы для расчета. В основеопределения напряженно-деформированного состояния эксплуатируемыхжелезобетонных элементов, усиленных увеличением поперечного сечения,на базе деформационной модели с использованием диаграмм «напряжениедеформация»для бетона и арматуры основного и дополнительного сечениялежит правильное задание параметров сечения элемента (классов бетона иарматуры основного и дополнительного сечений, коэффициентов условийработы к расчетному сопротивлению и площади поперечного сечения арматуры,учет дефектов и повреждений бетона основного сечения элемента).При усилении железобетонного элемента под нагрузкой расчет производитсяв два этапа. На первом этапе (при усилении) рассматриваетсяосновное сечение элемента с учетом его фактического технического состоянияи выполняется расчет параметров напряженно-деформированногосостояния при действии внутренних усилий в момент времени усиления.На втором этапе задаются параметры дополнительного сечения ивыполняется расчет (после усиления) напряженно-деформированного состоянииусиленного сечения элемента, нормального к продольной оси.В программе «БЕТА» вычисляются внутренние усилия, соответствующиепределу прочности ( M Rd , N Rd ) и образованию трещин ( M cr ) всечении, нормальном к продольной оси, усиленного элемента, а также ширинаих раскрытия ( w k ) . При заданных внутренних усилиях ( M Sd , NSde )вычисляется кривизна усиленного железобетонного элемента. Кривизна⎛ 1 ⎞определяется отдельно для усиленного и дополнительного сечений. ⎜ ⎟ и⎝ r ⎠c⎛ 1 ⎞⎜ ⎟ – кривизна соответственно от полной нагрузки и дополнительной⎝ r ⎠adнагрузки, приложенной после усиления.292

Пример 12. Железобетонная крайняя колонна первого этажа сечением300 × 300 мм ( с = c1 = 30 мм ) многоэтажного рамного не смещаемогокаркаса с сеткой колонн 6 × 6 м и расстояниемl = 4,7 м между внутреннимигранями ригелей перекрытий (300 × 500 мм, В20) запроектирована избетона класса В20 (СНиП 2.03.01-84*, при обследовании установлено, чтопрочность бетона колонны не ниже проектной) с симметричным армированиемстержневой арматурой класса А-III Ø20 мм, поставленной в углахсечения. В процессе реконструкции здания при действующих усилиях отвнешней нагрузки N = 1000 кН , M = 30 кНм произведено усилениеSdколонны железобетонной обоймой толщинойSdcolh′ = 80 мм из бетона классаС 25 с армированием арматурой класса S 400 по три стержня Ø20 мм30( c = c1, = 30 мм ) со стороны более сжатой и менее сжатой зон сечения.adadУсилия в колонне от действующих нагрузок после усиления, полученные врезультате статического расчета каркаса с учетом изменения жесткостиусиленных элементов, составляют: продольное усилие N = 2500 кН ( N , = 2000 кН );Sd соответствующие изгибающие моменты:− в месте защемления в фундаменте M Sd = 80 кНм ( M1Sd1 , lt = 64 кНм ),− в средней трети длины колонны M Sd = 70 кНм ( M2Sd2 , lt = 56 кНм ),− в месте сопряжения с ригелем M Sd = 30 кНм ( M3Sd3 , lt = 24 кНм ).Необходимо проверить прочность усиленной колонны с учетом продольногоизгиба.Определяем расчетную длину колонны по [8, формула (7.46)]. Дляэтого вычисляем параметр β , зависящий от жесткости сопрягаемых с колоннойэлементов [8, формула (7.43)]:где− ригеляad3 6Sd ltEb ⋅ Ib ⋅ kb27 ⋅10 ⋅ 3125 ⋅10 ⋅ 0,35 1640 1010 Н мм2B b = = = ⋅ ⋅ ,1+ χ 1+0,83 3b b 300 ⋅ 500b h6 4NSd , lt 2000I b = = = 3125 ⋅10 мм ; k b = 0,35;χ = = = 0,8;12 12N 2500− рассматриваемой колонны, с учетом усиления обоймой,E 3 6col1 , red ⋅ Icol ⋅ k1 col 30 ⋅10 ⋅ 3731⋅10 ⋅ 0,710 2B col = = = 4352 ⋅10 Н ⋅ мм ,11 + χ 1 + 0,8Sd293

E ⋅ A + E ⋅ A= =col1 col1 col1 , ad col1, adгде Ecol1,redAcol + A1 col1, adcol13 4 3 427 ⋅10 ⋅ 9 ⋅ 10 + 32 ⋅10 ⋅12,16 ⋅103= = 30 ⋅10 МПа ;49 + 12,16 ⋅10( )4 2A = 300 ⋅ 300 = 9 ⋅10 мм , A col , ad = 1520 ⋅ 80 = 12,16 ⋅10 мм ,3 3col h1 col1460 ⋅ 460b6 4I col = = = 3731⋅10 мм , k1col = 0,7,12 12− колонны вышерасположенного этажа14 2E 3 6col ⋅ I2 col ⋅ k2 col 27 ⋅10 ⋅ 675 ⋅10 ⋅ 0,710 2B col = = = 710 ⋅10 Н ⋅ мм ,21 + χ 1 + 0,83 3bcolh2 col2300 ⋅ 3006 4где I col = = = 675 ⋅10 мм .212 12Вычисляем коэффициент жесткости сопрягаемых с колонной элементовпо [8, формула (7.47)]:KA− для верхнего узлаB 10 10col l1 col + B1 col l2 col24352 ⋅ 10 4700 + 710 ⋅10 4700= = = 3,74 ;/ 1640 10 1 5700( B )10b ⋅ α lb( ⋅ ⋅ )− для нижнего узла при защемлении в фундаменте – K B = 0 . Тогда( K K ) ( )β = 0,7 + 0,05 + = 0,7 + 0,05 3,74 + 0 = 0,887 ,ABβ = 0,85 + 0,05K= 0,85 + 0,05 ⋅ 0 = 0,85 ,minпринимаем большее из двух значений – β = 0,887 .lo= β ⋅ l = 0,887 ⋅ 4,7 = 4,2 м .colГибкость усиленной колонны равнаI6col13731⋅10где i = = = 133 мм .4A 21,16 ⋅10col1λ = l o 420031,6i= 133= ,294

Проверяем условиеM min 30λ = 31,6 > 34 − 12 = 34 − 12 = 29,5 .M80maxСледовательно, необходим учет продольного изгиба для колонны.Влияние гибкости колонны несмещаемого каркаса на его прочность учитываетсяувеличением изгибающих моментов у ее концов и в средней третидлины по [8, формулы (7.60), (7.61)]:M = η ⋅ M ⋅ C = 1,188 ⋅80 ⋅ 0,75 = 71,3 кНм < M = 80 кНм ,Sd ns1 Sd1 m Sd1(из двух значенийгдеM Sd = ηns 2⋅ M max = 1,188 ⋅ 70 = 83,2 кНмM принимаем большее M = 83,2 кНм ),Sd1 1η ns = η 1,1881 ns = = = ;2 NSd25001 − 1 −N 15764Ncrit⎡ ⎛⎞ ⎤⎢ ⎜⎟ ⎥6,4EI 0,11= ⎢ ⎜ + ⎟ + α ⋅ ⎥ =⎥⎢ ⎜ 0,1 + ⎟ ⎥⎣ ⎝ϕ p ⎠ ⎦cm ccrit 0,12e Isl ⎢kδo lt⎜ e ⎟⎡ ⎛⎞⎤3 66,4 ⋅30 ⋅10 ⎢3731⋅10 ⎜ 0,11 ⎟6⎥= 0,1 6,7 93,5 10 15764 кН2 ⎢ ⎜ + + ⋅ ⋅ =4200 1,8 0,271 ⎟⎥;⎢ ⎜ 0,1+⎟⎥⎣ ⎝ 1 ⎠⎦E = E , = 30 ⋅10 МПа ,cm col1redkklt1lt2Таким образом,3Sdcol1lt1 1M Sd 8016 4I = I = 3731⋅10 мм ;M 64= 1 + β = 1 + 1⋅ = 1,8 < 1 + β = 1 + 1 = 2 ,M 56= 1 + β = 1 + 1⋅ = 1,8 < 1 + β = 1 + 1 = 2 .lt1 1M Sd 702k = k = k = 1,8 ;lt1 lt2lte136lδ e = = = 0,078 < δ1e,min = 0,5 − 0,01 o − 0,01 fcd,red =h 460h4200= 0,5 − 0,01 − 0,01⋅ 13,8 = 0,271,460c295

принимаемfe1e228δ e = = = 0,061< δ2e,min= 0,271,h 460δ e = δ e = δ1 e = δ2 e,min = 0,271;M Sd180M Sd270= = ⋅ 1000 = 32 мм , e2= = ⋅ 1000 = 28 мм ;N 2500N 2500fcdSdfck0,8 ⋅ 20= = = 10,7 МПаγ 1,5c, cd , adSdfck25f = = = 16,7 МПа ;γ 1,5f ⋅ A + f ⋅ A⋅ ⋅ + ⋅ ⋅= = = 13,8 МПа ,4 4cd col1 cd, ad col1, ad 10,7 9 10 16,7 12,16 10cd , red4Acol+ A1 col1, ad( 9 + 12,16)⋅10ϕ p 1= – для арматуры без предварительного напряжения;cEs2 ⋅10α e = = = 6,7 ;E330 ⋅10cm,red52⎛ h ⎞ ⎛ h + 2 ⋅ had′s s s,ad ad⎞I = A ⋅ ⎜ − c⎟ + A ⋅ − c =2⎜2⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠2 2⎛ 300 ⎞ ⎛ 300 + 2 ⋅ 80 ⎞= 1256 ⋅ ⎜ − 30⎟ + 1885 ⋅ ⎜ − 30⎟= 93,5 ⋅10 мм⎝ 2 ⎠ ⎝ 2 ⎠CmM min30= 0,6 ± 0,4 = 0,6 + 0,4 ⋅ = 0,75 > 0,4.M80max6 4Далее выполняем проверку прочности колонны, усиленной железобетоннойобоймой, по сечению, нормальному к продольной оси.Расчет в программе «БЕТА» производится в два этапа: на первом –для исходного сечения колонны при усилиях от внешней нагрузки в моментусиления N = 1000 кН , M = 30 кНм , на втором – для усиленногоSdSdсечения колонны при наиболее неблагоприятной комбинации усилий отнагрузки после усиления N = 2500 кН , M = 83,2 кНм .SdПосле выполнения расчета на ЭВМ получаем, что продольная сила, соответствующаяпрочности по нормальному сечению колонны, усиленной железобетоннойобоймой, при заданном эксцентриситете составляетN = 3481 кН > N = 2500 кН – прочность колонны обеспечена. На рис. 18RdSdдля усиленной железобетонной колонны представлено распределение по сечениюотносительных деформаций и напряжений в предельной стадии. Изображениеточки на диаграмме деформирования бетона демонстрирует достижениебетоном основного сечения предельных деформаций при сжатии.Sd1;296

Рис. 18Пример 13. Шарнирно опертая железобетонная многопустотная панельперекрытия расчетным пролетом l = 5,8 м из бетона со средней кубиковойпрочностью f c, cube, m = 15 МПа , армированная арматурой классаS 800 ( σ = 300 МПа ) 8Ø12 мм, усилена под нагрузкой ( M = 45 кНм ,pM Sd, n = 30 кНм ) наращиванием в сжатой зоне из тяжелого бетона классаС 20 толщиной 50 мм. Проверить прочность и эксплуатационную при-25годность панели при нагрузке после усиления ( M Sd = 120 кНм ,M = , нагрузка равномерно распределенная, длительно дейст-Sd, n 80 кНмвующая). Класс конструкции по условиям эксплуатации ХС3( limw = 0,3 мм при практически постоянном сочетании нагрузок).После ввода исходных данных в соответствии с требованиями программы«БЕТА» расчет параметров напряженно-деформированного состоянияв сечении, нормальном к продольной оси, усиленного железобе-effSd297

SdSd nтонного элемента, происходит в два этапа: на первом – для исходного сеченияпанели при усилиях от внешней нагрузки в момент усиленияM = 45 кНм , M , = 30 кНм , на втором – для усиленного сечения панелипри усилиях от действующих нагрузок после усиленияM = 120 кНм ,M Sd, n = 80 кНм .В результате расчета на первом этапе получаем следующее: при изгибающеммоменте от нормативных нагрузок M Sd, n = 30 кНм трещины,нормальные к продольной оси панели, не образуются. Кривизна панели в⎛ 1 ⎞ −6 −1момент усиления составляет ⎜ ⎟ = 1,1 ⋅ 10 мм . Прогиб от действия⎝ r ⎠ oнормативной нагрузки при усилении вычисляем по формуле (1)a⎛ 1 ⎞ 2 5 6 2max,1,1 10−o = α k ⎜ ⎟ leff= ⋅ ⋅ ⋅ 5800 = 3,9 мм⎝ r ⎠o48klimПосле расчета на втором этапе получаем результаты: при изгибающеммоменте от нормативных нагрузок M Sd, n = 80 кНм ширина раскрытиятрещин, нормальных к продольной оси панели, составляетw = 0,24 мм < w = 0,3 мм. Дополнительная кривизна панели при норма-⎛ 1 ⎞−6 −1тивной нагрузке после усиления равна ⎜ ⎟ = 4,35 ⋅10 мм , тогда дополнительныйпрогиб усиленной панели равен⎝ r ⎠ ad⎛ 1 ⎞ 2 5 6 2max,4,35 10−a ad = α k ⎜ ⎟ leff= ⋅ ⋅ ⋅ 5800 = 15,2 мм .⎝ r ⎠ad48Полный прогиб усиленной панели составляетleff5800amax = amax, o + amax, ad = 3,9 + 15,2 = 19,1 мм < alim= = = 29 мм .200 200Изгибающий момент, соответствующий прочности усиленной панелипо сечению, нормальному к продольной оси, равенM Rd = 132 кНм > M Sd = 120 кНм . Таким образом, усиленная панель перекрытияудовлетворяет требованиям I и II группы предельных состоянийпри заданных усилиях от действующих нагрузок.На рис. 19 для усиленной железобетонной панели перекрытия представленораспределение относительных деформаций и напряжений в предельнойстадии по сечению, нормальному к продольной оси. Изображениеточки на диаграмме деформирования бетона демонстрирует достижениеарматурой растянутой зоны предельных деформаций при растяжении.Sd.298

Рис. 19Задачи для самостоятельного решения№ 26. Железобетонная колонна сечением 400 × 500 мм пространственногокаркаса здания усилена при действииусилий от длительной нагрузки6Ø25( N Sd = 2000 кН , M = 100 кНм ,Sd yM = 50 кНм ) железобетонной обоймойSd xтолщинойh′ = 100 мм (рис. 20). Бетонadколонны класса В20, арматура класса А-II(СНиП 2.03.01-84*), c = c1 = 50 мм . Бетонусиления класса С 25 , арматура усиленияS 500 , c = c1, = 50 мм .30Требуетсяadadпроверить прочность колонны после уси-Рис. 2010Ø25299

ления при действии усилий от практически постоянного сочетания нагрузок( N = 4000 кН , M = 600 кНм , M = 300 кНм ) без учета влиянияSdпродольного изгиба.Sd y№ 27. Железобетонная балка перекрытия из тяжелого бетона с гарантированнойкубиковой прочностьюGc,cubeSd xf = 25 МПа длиной l = 7,5 м сразмерами поперечного сечения b = 300 мм , h = 600 мм армирована в растянутойзоне стержневой арматурой класса А-III (СНиП 2.03.01-84*)3Ø16 мм ( c = 30 мм ). Балка усилена в растянутой зоне приваркой дополнительнойарматуры класса S 500 3Ø20 мм на расстоянии от центра тяжестисуществующей арматуры 60 мм с последующим обетонированием мелкозернистымбетоном класса С 20 ( c 50 мм25 ad = ). Усиление балки производитсяпод нагрузкой q = 6 кН/м. Требуется проверить прочность и эксплуатационнуюпригодность балки при нагрузке после усиления ( q = 30 кН/м ,q n = 20 кН/м , нагрузка длительно действующая). Класс конструкции по условиямэксплуатации ХС1 ( w lim = 0,4 мм при практически постоянном сочетаниинагрузок).№ 28. Шарнирно опертая второстепенная балка перекрытия из тяжелогобетона условного класса С′ 14 пролетом l 6 м17,5eff = с размерамипоперечного сеченияb = 150 мм , h = 310 мм , b′ = 950 мм , h′ = 80 мм армированав растянутой зоне арматурой класса A-II 2Ø20 мм ( c = 30 мм ).Равномерно распределенная длительная нагрузка, действующая при усилении,равна q = 8 кН/м. Балка усилена в растянутой зоне приваркой дополнительнойстержневой арматуры класса S 400 2Ø20 мм ( c = 40 мм )на расстоянии от центра тяжести существующей арматуры 60 мм с последующимобетонированием и наращиванием со стороны сжатой зоны толщинойh′ad = 100 мм из бетона класса С 20 . Требуется определить допускаемуюравномерно распределенную длительную нагрузку на усилен-25ную балку перекрытия исходя из требований прочности и эксплуатационнойпригодности ( a lim = , lim 0,3 мм200w = ).l effffeffad300

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 10. Расчет прочности по сечению,наклонному к продольной оси, железобетонных конструкций,усиленных увеличением их поперечного сечения в зоне действияпоперечных силЦель занятия: научиться выполнять расчет прочности по сечению,наклонному к продольной оси, железобетонных элементов эксплуатируемыхконструкций, усиленных увеличением их поперечного сечения в зонедействия поперечных сил (зоне среза).Исходные алгоритмы, рабочие формулы для расчета. В основерешения задач по определению прочности железобетонных элементов,усиленных увеличением их поперечного сечения с обеспечением совместнойработы, лежит применение методик расчета действующих норм [8] сучетом наличия в сечении усиленного элемента бетона и арматуры различныхклассов.При этом учитываются неисправляемые дефекты и повреждения(коррозия или обрывы поперечной арматуры, повреждения бетона и т.д.)усиливаемого элемента.При усилении зоны среза железобетонного элемента, имеющего наклонныетрещины, дополнительные бетон и поперечная арматура в предельномсостоянии не достигают расчетных значений сопротивлений. Поэтомук расчетным сопротивлениям дополнительного бетона и арматурывводятся понижающие коэффициенты соответственно γ c,ad и γ sw,ad .При расчете в предельном состоянии железобетонных элементов,усиленных в зоне среза дополнительными бетоном и арматурой, следуетприменять расчетное сечение с увеличенными в результате усиления поперечнымиразмерами и приведенными значениями прочностных и деформационныххарактеристик сечения, состоящего из бетона разных классов.Учет влияния сжатых полок в тавровых и двутавровых усиленныхэлементах производится в пределах их эффективной ширины b′f , eff , котораяпринимается: при обеспечении совместной работы основного и дополнительногобетона на срез с учетом увеличения сечения и составляет неболее ⎡( bw + bad ) + 3 ⋅ ( h′ f + had′ )⎣⎤ , при отсутствии совместной работы – без⎦учета увеличения сечения и составляет не более ( bw3 h′f )+ ⋅ .301

Пример 14. Железобетонная балка расчетным пролетом l eff = 6 мпрямоугольного поперечного сечения с размерами b = 150 мм , h = 600 мм ,c = 50 мм загружена в четвертях пролета двумя сосредоточенными силамиP = 250 кН . Бетон условного класса С′ 12 ( f 8 МПа15 cd = , f ctd = 0,74 МПа ,3E = 24 ⋅10 МПа ). Поперечная арматура класса A-I Ø6 мм ( f = 157 МПа ,c2A = 57 мм ) с шагом s = 200 мм. Дополнительная поперечная арматураswкласса S 400 Ø10 мм ( f ywd , ad = 263 МПа , A sw, ad = 157 мм ) с шагомs ad = 160 мм установлена без предварительного напряжения при наличии взоне среза конструкции наклонных трещин. Толщина наращивания составляетh′ = 100 мм, со стороны нижней и боковых граней – 50 ммad( h ad = 50 мм , b ad = 100 мм ). Бетон наращивания класса С 20 253( f cd , ad = 13,3 МПа , f ctd , ad = 1,0 МПа , E c, ad = 29 ⋅10 МПа ). Требуется проверитьпрочность балки по наклонной сжатой полосе между диагональнымитрещинами и наклонной трещине.Определяем приведенные прочностные и деформационные характеристикирасчетного сечения усиленной балки (рис. 21) с учетом коэффициентовусловий работы дополнительных бетона и поперечной арматуры:γ c, ad = 0,7 , γ sw, ad = 0,7 .ywd2d h'adb+b adffcd,adctd , adEc,adv sw , ad,,d+ h'adb+b adffcd,redctd , redEc,red,,v sw , redfcd , fctdEv swc,v sw, red = vsw+ vsw,adРис. 21302

f( b + bad)( d + had)( )⎡⎤=⎦='fcdbd + γ c, ad fcd , ad ⎣b ad d + b + bad hadcd , red'⎡⎣( )( 150 + 100) ⋅ ( 550 + 100)8⋅150 ⋅ 550 + 0,7 ⋅13,3 ⋅ 100 ⋅ 550 + 150 + 100 ⋅100⎤=⎦= 8,6 МПа ,fctd , red⎡⎣( )( b + b )( d + h′)fctdbd + γ c, ad fctd , ad b ad d + b + bad had′ ⎤=⎦=adad⎡⎣( )( 150 + 100) ⋅ ( 550 + 100)0,74 ⋅150 ⋅ 550 + 0,7 ⋅1⋅ 100 ⋅ 550 + 150 + 100 ⋅100⎤=⎦= 0,72 МПа ,Ec,red, ⎡⎣( )( b + b )( d + h′)Ecbd + Ec ad b ad d + b + bad had′ ⎤=⎦=⎡⎣( )( 150 + 100) ⋅ ( 550 + 100)3 3ad24 ⋅10 ⋅150 ⋅ 550 + 29 ⋅10 ⋅ 100 ⋅ 550 + 150 + 100 ⋅100⎤3=⎦= 26,4 ⋅10 МПа .vsw,advswadf ywd Asw157 ⋅ 57= = = 44,7Н/мм ,s 200γsw, ad f ywd , ad Asw,ad 0,7 ⋅ 263 ⋅157 = = = 180Н/мм > vsw= 44,7Н/мм .s160adПроверяем прочность усиленной балки по наклонной полосе междудиагональными трещинами( )( )V = 0,3η η f b + b d + h′ =Rd w1 c1 cd,red ad ad3= 0,3 ⋅1,19 ⋅ 0,91⋅ 8,6 ⋅ ( 150 + 100) ⋅ ( 550 + 100) = 454 ⋅ 10 Н =V Sd= 454кН > = 250 кН – прочность обеспечена,где η w1 = 1 + 5αEρ sw = 1 + 5 ⋅ 7,6 ⋅ 0,005 = 1,19 ≤1,3;5 3α = E E , = 2 ⋅10 26,4 ⋅ 10 = 7,6 ;E s c redAsw s + Asw, ad sad57 200 + 157 160ρ sw = = = 0,005 ;b + b150 + 100adη = 1 − β f = 1 − 0,01⋅ 8,6 = 0,91.c1 4 cd,red303

Выполняем проверку прочности усиленной балки по наклоннойтрещине из условияVSd ≤ VRd = Vcd + Vsw.Длину проекции наиболее опасного наклонного сечения на продольнуюось балки принимаем равной расстоянию от сосредоточенного грузадо опоры l = 1500 мм .Vcdinc'( )( ) 2η 2c2 fctd , red b + bad d + had2 ⋅ 0,72 ⋅ 250 ⋅ 6503= = = 101⋅ 10 Н = 101 кН ,l1500inc( ) ( )3V = v + v , ⋅ l , = 44,7 + 180 ⋅ 822 = 185⋅ 10 Н = 185 кН .sw sw sw ad inc crПри этом длина проекции опасной наклонной трещины на продольнуюось принимается'( )( ) 2η c2 fctd , red b + bad d + hadd + had′ = 650 мм < linc,cr = =v + v2swsw,ad2 ⋅ 0,72 ⋅ 250 ⋅ 650= = 822 мм < 2 ⋅ ( d + h ad′ ) = 2 ⋅ 650 = 1300 мм .44,7 + 180V = V + V = 101+ 185 = 286 кН > V = 250 кН .Rd cd sw SdСледовательно, прочность обеспечена.Задача для самостоятельного решения№ 29. Железобетонная балка монолитного перекрытия пролетом 6 м,усиленная в зоне среза дополнительнойb ′f , effпоперечной арматурой с предварительнымнапряжением с последующим обетонированиемс обеспечением совместнойработы основного и дополнительногобетона на срез (в момент усиления взоне среза имелись наклонные трещины),загружена равномерно распределенной200Рис. 22100450нагрузкойq = 60 кН/м ; поперечная силана опоре VSd ( max)= 500 кН ; размеры поперечногосечения приведены на рис. 22.304

Бетон балки условного класса С′ 12 ( f 8 МПа15 cd = , f ctd = 0,74 МПа ,3E = 24 ⋅10 МПа ). Поперечная арматура класса A-I Ø8 ммc2( f ywd = 157 МПа , A sw = 101 мм ) с шагом s = 150 мм . Дополнительная поперечнаяарматура класса S 500 Ø10 мм ( f , = 324 МПа ,2A sw, ad = 157мм ) с шагом s ad = 200 мм .Толщина наращивания составляетywd adh′ = 50 мм , со стороны нижней ибоковых граней – 50 мм ( h = 50 мм , b = 100 мм ). Бетон наращиванияadкласса С 25 ( f 30 cd , ad = 16,7 МПа , f ctd , ad = 1,2 МПа , E c, ad = 32 ⋅10 МПа ).Требуется проверить прочность усиленной балки в зоне среза.adad3ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 11. Расчет прочности железобетонныхконструкций, усиленных изменением их расчетной схемыЦель занятия: научиться выполнять расчет прочности (на примережелезобетонных элементов) эксплуатируемых конструкций, усиленныхизменением их расчетной схемы: изменением места приложения сосредоточеннойнагрузки, устройством дополнительных жестких и упругих опор,предварительно напряженных затяжек и распорок.Исходные алгоритмы, рабочие формулы для расчета. В основерешения задач по определению прочности железобетонных элементов,усиленных изменением расчетной схемы, лежит применение методовстроительной механики и принципа независимости действия для определениявнутренних усилий в усиливаемом (с учетом изменения его первоначальнойрасчетной схемы) и дополнительном элементах в линейной постановке.При расчете прочности усиливаемого элемента на действие измененныхвнутренних усилий по методикам действующих нормативных документовучитываются его неисправляемые дефекты и повреждения.Пример 15. Полная расчетная нагрузка, действующая на стропильнуюжелезобетонную балку пролетом l = 11,8 м, составляет q = 36 кН/м .Изгибающий момент, соответствующий прочности балки, M Rd = 700 кНм.Требуется определить длину распределительной балки при симметричномее расположении относительно середины пролета стропильной балки дляeff305

передачи дополнительной сосредоточенной нагрузки в середине пролетаот тельфера P ad = 56 кН.Определяем усилие в стропильной балке от действия полной до установкительфера и дополнительной нагрузокМSd,q2 2effql= =36 ⋅11,8= 627 кНм ,8 8МSd,PPad leff= =56 ⋅11,8= 165 кНм .4 4Превышение изгибающего момента от внешней нагрузки над изгибающиммоментом, соответствующим прочности балки, составляет( Sd q Sd P ) Rd ( )∆ M = M , + M , − M = 627 + 165 − 700 = 92 кНм.При симметричном расположении опор распределительной балкиотносительно середины пролета стропильной балки расстояние между нимидолжно быть не менееleff , ad( M Rd M Sd,q ) ( )4 ⋅ − 4 ⋅ 700 − 627= leff− = 11,8 − = 6,6 м .P56adПри этом поперечное сечение распределительной балки подбираетсяна изгибающий моментMSd,adPad leff , ad= =56 ⋅ 6,6= 92 кНм .4 4Пример 16. Двухпролетная неразрезная железобетонная балка (рис. 23)загружена равномерно распределенной нагрузкой q = 15 кН/м . Балка выполненаиз бетона с расчетным сопротивлением на растяжениеf = 0,9 МПа ,симметрично армирована. Изгибающий момент, соответствующий ее прочности,составляет M , = M , = 56 кНм . Размеры сечения: b = 200 мм,Rd spRd suрd = 450 мм. Шаг поперечной арматуры Ø8 мм (A sw = 101 мм 2 ,f = 175 МПа ) у существующих опор равен s 1 =200 мм, в пролете – s 2 =ywd400 мм. Требуется выполнить расчет усиления балки дополнительной жесткойопорой в середине одного из пролетов, если после усиления в этомпролете будет приложена дополнительная нагрузка p = 30 кН/м .ctd306

Рис. 23Как видно из эпюры моментов (см. рис. 23) неразрезная балка неможет воспринимать увеличенную нагрузку в одном из ее пролетов. Поэтомудля ее усиления подводится дополнительная жесткая опора в серединедополнительно загружаемого пролета. Строим эпюру изгибающихмоментов от дополнительной нагрузки при измененной расчетной схеме исуммарную эпюру от полной нагрузки.307

Превышение опорного изгибающего момента над изгибающим моментом,соответствующим прочности балки у существующей опоры, равноM, − M Rd, suр = 73,4 − 56 = 17,4 кНм .Sd suрС учетом перераспределения усилий с опоры в пролеты изгибающиемоменты не превышают предельные. Величина перераспределения на существующейопоре составляет 17,4 ⋅ 100% = 24% < 30% – проверка трещиностойкостисечения не требуется.73,4Выполняем проверку прочности наклонного сечения у новой опорыв зоне среза на действие увеличенной поперечной силыlincvswf ywd Asw175⋅101 = = = 44,2 Н/мм ,s 40022 2 6Mcd = η c2 fctdbd = 2 ⋅ 0,9 ⋅ 200 ⋅ 450 = 72,9 ⋅10 Н ⋅ мм ,6M cd 72,9 ⋅10= = = 1280 мм > 2d= 2 ⋅ 450 = 900 мм,v 44,2swпринимаем l inc, cr = 900 мм . Тогда значение l inc для вычисления поперечнойсилы, воспринимаемой бетоном, равноlincM cd 72,9 ⋅10= = = 1270 мм.q + p +( 15 30)Проверяем условие прочности по наклонной трещинеM72,9 ⋅103V = V + V = + v ⋅ l = + 44,2 ⋅ 900 = 97,2 ⋅ 10 Н =1270cdRd cd sw sw inc,crlinc= 97,2 кН > V Sd = 55,8 кН – условие прочности выполняется.Пример 17. На ребристую железобетонную панель покрытия пролетомl eff = 6 м из бетона класса С 25 и арматуры класса S 500 ( d = 270 мм )30действует постоянная нагрузка p = 5 кН/м и временная – q = 1,5 кН/м(рис. 24). Изгибающий момент, соответствующий прочности ребристойпанели покрытия составляет M Rd = 20 кНм. Требуется подобрать сечениеподпирающей стальной балки пролетом l eff,ad = 6 м при создании упругойопоры в середине пролета, если усиление выполняется при отсутствиивременной нагрузки.30866

Рис. 24Определяем изгибающий момент от постоянной нагрузки и временнойнагрузок:MSd,p2 2eff 5⋅6pl= = = 22,5 кНм ,8 8MSd,q2 2eff 1,5 ⋅ 6ql= = = 6,75 кНм .8 8Вычисляем превышение момента от полной нагрузки над изгибающиммоментом, соответствующим прочности панели.( Sd p Sd q ) Rd ( )∆ M = M , + M , − M = 22,5 + 6,75 − 20 = 9,25 кНм .309

Требуемая реакция упругой опоры в середине пролета в предельномсостоянии при действии на панель полной нагрузки равнаRu4 ⋅ ∆M4 ⋅9,25= = = 6,2 кН .l 6effРеакция упругой опоры от действия временной нагрузки, приложеннойпосле усиления равнаRad4 ⋅ M Sd,q 4 ⋅ 6,75= = = 4,5 кН .l 6effТогда величина усилия предварительного напряжения, приложенногов середине пролета балки в момент усиления должна составлятьR = R u – R ad = 1,7 кН.Нагрузка, перераспределяемая при усилении предварительно напряженнойупругой опорой, равна8⋅ ∆M8⋅9,25∆ q = = = 2,06 кН/м .l2 2eff 6Прогибы усиливаемой панели от нагрузки, приложенной после усиления,и реакции дополнительной опоры, а также подпирающей балки равны4 3eff Ru leff5∆qla = − ,384B48Baad3u eff , adR l= .48BadТак какa = a ,ad4 3 3eff u eff u eff , ad5∆ql R l R l− = , откуда при leff= leff , ad ,384B 48B 48BadBad3 118RuB 8 ⋅ 6,2 ⋅10 ⋅15,04 ⋅10= = = 61,14 ⋅10 Н ⋅ мм5∆ql− 8R3 35 ⋅ 2,06 ⋅ 6 ⋅10 − 8 ⋅ 6,2 ⋅10effu11 2Жесткость усиливаемой панели в предельном состоянии определяемпо формуле.где6M Rd 20 ⋅10B = = = 15,04 ⋅10 Н ⋅ мм(1 r) 51,33 ⋅10 −cr11 2ε( 1 cm + ε ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅) = = = 1,33 ⋅10 ммr crd270−3 −3sm,0 0,9 1,75 10 0,9 2,25 10−5 −1,;310

5 −3ε = f / E = 450/ 2 ⋅ 10 = 2,25 ⋅ 10 .sy yd sПри модуле упругости стали подпирающей балки E s = 2⋅10 5 МПа,Iad11Bad61,14 ⋅10= = = 3,060 ⋅ 10 мм = 3060смE52 ⋅10s6 4 4Балку для упругой опоры принимаем из двух швеллеров № 20 поГОСТ 8240-89 ( I = 3040см ).ad4Пример 18. Изгибающий момент, соответствующий прочности второстепеннойбалки монолитного перекрытия, равен M Rd = 143 кНм. Балкавыполнена из бетона c расчетными характеристиками f = 8,5 МПа ,f = 0,75 МПа , α = 1,ctdE c3= 23 ⋅10 МПа. Размеры сечения: b w = 300 мм,b ' f = 2000 мм, h ' f = 80 мм, d = 560 мм (рис. 25). Балка имеет арматуру с расчетнымсопротивлением f = 257 МПа , A s = 911 мм 2 . Балка усилена предва-ydрительно напряженной горизонтальной затяжкой из арматуры 2Ø16 мм2( A p, ad = 402 мм ) c расчетным сопротивлением f pd , ad = 510 МПа ,f pk, ad = 580 МПа . Расстояние от нижней грани до центра тяжести ветвейзатяжки составляет 100 мм. Равномерно распределенная нагрузка, действующаяв момент усиления, составляет 20 кН/м, после усиления будет составлять50 кН/м. Требуется проверить прочность усиленной второстепеннойбалки при действии кратковременной нагрузки, а также рассчитать величинуотклонения ветвей затяжки при осуществлении ее предварительногонапряжения.Вычисляем изгибающие моменты в балке до усиления и после:M Sd ,1220 ⋅ 6= = 90 кНм ,8M Sd ,22.cd50 ⋅ 6= = 225 кНм .8Определяем дополнительные сжимающую силу и концевой моментот опорной реакции затяжки в предельном состоянии:Nad = γ p, ad f pd, ad Ap, ad = 0,8 ⋅510 ⋅ 402 = 164 кН ,M = N e = 164 ⋅ 0,5 = 82 кНм, e = ( 0,4 + 0,1)= 0,5 м .adad adadEs2 ⋅10α = = = 9,1,E323 ⋅10c56Sred131⋅10y = = = 400 мм = 0,4 м ,3A 324,3⋅10red311

3 2( 300 600 1700 80) 9,1 911 324,3 10 ммA = A + α A = ⋅ + ⋅ + ⋅ = ⋅ ,red c s6 3( 300 600 300 1700 80 560) 9,1 911 40 131 10 ммS = ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ = ⋅ .redРис. 25Выполняем проверку усиленной конструкции как внецентренно сжатогоэлемента с учетом влияния затяжки приeoM Sd = 225 – 82 = 143 кНм, N Sd = N ad = 164 кН.143 103 871 ммM Sd= = ⋅ = , e = eo+ y − c = 871 + 400 – 40 = 1231 мм.N 164Sd312

Так как h′ = 80 мм > 0,1h= 0,1⋅ 600 = 60 мм , то b′ = 2000 мм.fОпределяем положение нижней границы сжатой зоны. Так как3 3Sd yd s 164 10 257 911 398 10 Н cd′f′fN + f A = ⋅ + ⋅ = ⋅ < f b h =3= 8,5 ⋅ 2000 ⋅ 80 = 1360 ⋅ 10 Н – проходит в полке.fxeff3Sd + yd s ⋅ + ⋅N f A 164 10 257 911= = = 24 мм ,f b′ 8,5 ⋅ 2000cdfxeffd24 ω0,782= = 0,042 < ξ lim = = = 0,604,560 σs,lim⎛ ω ⎞ 510 ⎛ 0,782 ⎞1 + 1 − 1 + 1 −σ⎜1,1⎟500⎜1,1⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠sc,uω = k − 0,008 ⋅ f = 0,85 − 0,008 ⋅ 8,5 = 0,782 ,ccd( Ne) f b′x ( d 0,5x) 8,5 2000 24 ( 560 0,5 24)Rd= − = ⋅ ⋅ ⋅ − ⋅ =cd f eff eff( Ne)6 3 6Sd= 224 ⋅10 Н ⋅ мм = 224 кНм > = 164 ⋅10 ⋅ 1234 = 202 ⋅10 Н ⋅ мм = 202 кНмСледовательно, прочность обеспечена.Аналогично производим проверку прочности опорного сечения, вкотором появились отрицательные изгибающие моменты M Sd = 82 кНмс учетом арматуры 4∅10 мм ( c 1 = 40 мм ,2A = 314 мм , f = 200 МПа ).sydeo82 103 500 ммM Sd= = ⋅ = , e = eo− y + c = 500 – 400 + 40 = 140 мм,N 164Sdxeff3Sd + yd s ⋅ + ⋅N f A 164 10 200 314= = = 89 мм ,f b8,5 ⋅300cd wx eff 890,159 lim 0,604d = = < ξ = ,560( Ne) f b x ( d 0,5x) 8,5 300 89 ( 560 0,5 89)Rd= − = ⋅ ⋅ ⋅ − ⋅ =cd w eff eff( Ne)6 3 6Sd= 117 ⋅10 Н ⋅ мм = 117 кНм > = 164 ⋅10 ⋅ 140 = 23⋅ 10 Н мм = 23 кНм .Следовательно, прочность обеспечена.313

Производим проверку прочности наклонного сечения на действиеувеличенной поперечной силыVSd,maxqleff= = 50 ⋅ 6 = 150 кН ,2 22A = 78,5 мм , n = 4, f = 160 МПа , s = 200 мм,swvywdb′ = b + 3h′= 300 + 3⋅ 80 = 540 мм ,swf w ff ywd Asw160 ⋅ 78,5 ⋅ 4= = = 250 Н/мм ,s 200( )2 2 6M = η 1 + η + η f b d = 2 ⋅ 1,22 ⋅ 0,75 ⋅ 300 ⋅ 540 = 160 ⋅ 10 Н ⋅ мм,cd c2 f N ctd w( b′ f bw ) h′f ( )− ⋅ 540 − 300 ⋅ 80η f = 0,75 = 0,75 ⋅ = 0,09 < 0,5 ,b d300 ⋅ 560wNSd164 ⋅10η = 0,1 = 0,1⋅ = 0,13 < 0,5 ,Nf ⋅ b ⋅ d 0,75 ⋅ 300 ⋅ 560ctdw1 + η + η = 1 + 0,09 + 0,13 = 1,22 < 1,5 ,fN3linc6M cd 160 ⋅10= = = 800 мм > 2d= 2 ⋅ 560 = 1120 мм ,v 250swпринимаем l inc, cr = 800 мм. Тогда значение l inc для вычисления поперечнойсилы, воспринимаемой бетоном, равноlincM cd 160 ⋅10= = = 1790 мм .q 506Проверяем условие прочности по наклонной трещинеM160 ⋅103V = V + V = + v ⋅ l = + 250 ⋅ 800 = 290 ⋅ 10 Н =1790cdRd cd sw sw inc,crlincSd Sd,maxinc63 3= 290кН > V = V − q ⋅ l = 150 ⋅10 − 50 ⋅ 1790 = 61⋅ 10 Н = 61 кН .Следовательно, условие прочности выполняется.При усилении балки затяжкой может появиться отрицательный изгибающиймомент в пролете от предварительного напряжения в затяжке.314

Необходимо выполнить проверку прочности балки на стадии усиления надействие усилия предварительного напряжения в затяжке при нагрузке наконструкцию в момент устройства затяжки. Определяем требуемое предварительноенапряжение затяжкиM90σ = = ⋅ 580 = 232 МПа < 0,4 = 0,4 ⋅ 580 = 236 МПа ,Sd ,1p f pk, ad f pk,adM Sd,2225принимаемσ = 236 МПа . Усилие предварительного напряжения в затяжкеравноpP = σ p Ap, ad = 236 ⋅ 402 = 95⋅ 10 Н = 95 кН .3С учетом коэффициента точности натяжения при неблагоприятномвлиянии предварительного напряжения γ = 1 + ∆γ = 1 + 0,2 = 1,2 , ∆γ p = 0,2;P = 95⋅ 1,2 = 114 кН . Тогда разгружающий моментM ad, p = 114 ⋅ 0,5 = 57 кНм .Изгибающий момент усиленной конструкции от нагрузки, действующейв момент усиления, и усилия в затяжке от действия предварительногонапряжения равен M Sd = 90 − 57 = 33 кНм > 0. Следовательно, проверкапрочности конструкции на стадии усиления не требуется.Определяем величину предварительного напряжения в затяжке длярасчета отклонения ветвей при натяжении с учетом потерь:σ = 236МПа + ∆σ + ∆σ + ∆σ = 236 + 188 + 3,6 + 13 = 441 МПа ,p p, A p, ir p,cppгде– потери от деформации анкеров на растворе:∆l6 5∆σ = = ⋅ 2 ⋅ 10 = 188 МПа ,6400adp, A Es,adlad∆l ad = 2⋅3 = 6 мм, l ad = 6,4 м, E s,ad = 2⋅10 5 МПа;– потери от релаксации напряжений:∆σ p, ir = 0,1σ p − 20 = 0,1⋅ 236 − 20 = 3,6 МПа ;– потери от упругого обжатия бетона:3 3⎛ P P ⋅ ead⋅ y ⎞ ⎛ 95⋅10 95⋅10 ⋅500 ⋅ 400 ⎞∆σ p, c = α ⋅ ⎜ + ⎟ = 9,1⋅ + 13 МПа3 10= ,AredI⎜red 324,3⋅10 1,723 ⋅10⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠315

I red3 32 ⋅2 2300 ⋅ 600 1700 80= + 300 ⋅ 600 ⋅ 200 + + 1700 ⋅ 80 ⋅ 160 + 9,1⋅ 911⋅ 360 =12 1210 4= 1,723 ⋅ 10 мм , e = y + 100 мм = 400 + 100 = 500 мм.adДля натяжения затяжки двумя стяжными болтами с распоркой длиной300 мм в середине пролета вычисляем величину отклонения однойветви затяжки по формуле (12.2): m = 1, l = l 1 = 6400 мм, n = 2,2 2ml ⎛1 l σ p⎞ 1⋅ 6400 ⎛ 6400 441 ⎞C = ⋅ + 1 − 1 = ⎜ ⋅ + 1 1 106 мм5 ⎟ − = ,2n ⎜ l1 E ⎟⎝ s,ad ⎠ 2 ⋅ 2 ⎝ 6400 2 ⋅10⎠то есть расстояние в свету между ветвями затяжки должно быть доведено до300 – 2⋅106 = 84 мм.Пример 19. Крайняя колонна рамного не смещаемого каркаса сечениемb = 400 мм, h = 500 мм из бетона с расчетным сопротивлениемf = 8,5 МПа , α = 0,85 имеет арматуру с расчетным сопротивлениемcdf = 256 МПа , A s = 1232 мм 2 , A s,1 = 1232 мм 2 ( с = с1 = 50 мм ). Требуетсяydпроверить прочность без учета продольного изгиба колонны, усиленнойпредварительно напряженной односторонней распоркой, и распорки вмомент усиления, а также рассчитать величину ее отклонения от вертикалипри осуществлении предварительного напряжения. Продольная сила иизгибающий момент, действующие на колонну на момент усиления составляют:N Sd,1 = 1000 кН, M Sd,1 = 100 кНм, после усиления расчетныеусилия будут составлять: N Sd,2 = 2500 кН, M Sd,2 = 250 кНм. Предварительноенапряжение распорки будет осуществляться с перегибом ее в серединевысоты и в местах приварки к оголенной арматуре колонны по концам(рис. 26). Распорка состоит из двух равнополочных уголков 100 × 100 × 10 мм2по ГОСТ 8509-93 ( A p, ad = 3848 мм , R y, ad = 225 МПа , R yn, ad = 235 МПа ,c 1, ad = 30 мм).Выполняем проверку усиленной колонны как внецентренно сжатогоэлемента с учетом влияния распорки при действии нагрузки после усиления.eoM Sd,2250= = = 0,1 м = 100 мм .N 2500Sd,2Для симметричного сечения y = h / 2 = 500/ 2 = 250 мм ,e = eo+ y − c = 100 + 250 − 50 = 300 мм .316

Дополнительные растягивающая сила и концевой момент в месте закрепленияраспорки на колонне в предельном состоянии равны:Nad ′ = γ s, ad Ry, ad Ap, ad = 0,75 ⋅ 225⋅ 3848 = 650 ⋅ 10 Н = 650 кН ,M ′ = N′e = 650 ⋅ 0,28 = 182 кН ,adad adгде e = h − y + c1, = 500 − 250 + 30 = 280 мм = 0,28 м.adad3Рис. 26Тогда расчетные усилия в колонне после усиления при измененнойрасчетной схеме составляют:NSd = NSd,2 − N′ad = 2500 − 650 = 1850 кН ,M Sd = M Sd,2 − M ad′ = 250 − 182 = 68 кНм .317

Выполняем проверку прочности колонны при измененных в результатеустройства распорки внутренних усилиях по программе «БЕТА» наЭВМ. Результаты расчета: N = 1953 кН , M = 72,4 кНм . Условие прочностиМ = 72,4 кНм > M = 68 кНм – выполняется.RdSdRdОпределяем требуемое предварительное напряжение распоркиM Sd,1100σ p = Ry, ad = ⋅ 225 = 90 МПа < 0,4 Ryn,ad = 0,4 ⋅ 235 = 94 МПа .M 250Sd,2Усилие предварительного напряжения в распорке с учетом надрезовполок уголков в местах перегибов ( ≈ 50% ) равно3p p, ad 94 3848 360 10 Н 360 кН 0,5 p, ad yn,adP = σ A = ⋅ = ⋅ = < ⋅ A ⋅ R == 0,5 ⋅3848⋅ 235 = 452 ⋅ 10 Н = 452 кН .С учетом коэффициента точности напряжения при его неблагоприятномвлиянии γ = 1 + ∆γ = 1 + 0,2 = 1,2 , ∆γ p = 0,2,ppP = 360 ⋅ 1,2 = 432 кН < N Sd ,1 = 1000 кН ;разгружающий изгибающий моментM = 432 ⋅ 0,28 = 121 кНм > M = 100 кНм .3Rdad , pSd ,1Таким образом, от влияния распорки в колонне на момент усиленияобразуется изгибающий момент обратного знака ∆ = 121− 100 = 21 кНмM Sdпри продольном сжимающем усилии ∆ N Sd = 1000 − 432 = 568 кН . Производимпроверку на ЭВМ сечения колонны при усилиях в момент усиления.Результаты расчета: M = 72,5 кНм , N = 1946 кН . Условие прочностиМRdRd= 72,5 кНм > ∆ M = 21 кНм – выполняется.SdПоскольку концы распорки соединены с арматурой колонны черезпрокладки сваркой, то потери предварительного напряжения от деформациианкеров по концам принимаем равными нулю.Вычисляем величину отклонения стоек распорки по формуле (12.2)m = 1, l 1 = 4100 мм, n = 2, l = 4100 мм,Rd2 2ml ⎛1 l σ p⎞ 1⋅ 4100 ⎛ 4100 94 ⎞C = ⋅ + 1 − 1 = ⎜ ⋅ + 1 1 35 мм5 ⎟ − = .2n ⎜ l1 E ⎟⎝ s,ad ⎠ 2 ⋅ 2 ⎝ 4100 2 ⋅10⎠Далее производится проверка стальной предварительно напряженнойраспорки в момент усиления по [11]:i = 30,3 мм , l = 2050 мм ,mineffl eff2050λ = = = 67,i 30,3min318

R225λ = λ = 67 ⋅ = 2,24 , ϕ = 0,792,y,ad1E5s,ad 2 ⋅10P = 432 кН < N = ϕ R A = 0,792 ⋅ 225⋅ 3848 = 685⋅ 10 Н = 685кН .u y, ad p,adСледовательно, прочность обеспечена.Задачи для самостоятельного решения№ 30. Нагрузка, действующая на железобетонную ребристую панельшириной 1,5 м, пролетом l = 6 м , составляет q = 4 кН/м .2Изги-effбающий момент, соответствующий прочности панели, – M Rd = 32,5 кНм.Требуется рассчитать размеры распределительного устройства для передачидополнительной сосредоточенной нагрузки в центре панели P ad = 10 кНпри симметричном его расположении относительно центра панели.№ 31. Железобетонная балка пролетом l eff = 8 м загружена равномернораспределенной нагрузкой q = 10 кН/м . Балка выполнена из бетонас расчетным сопротивлением на растяжение3f = 1 МПа , симметричноармирована. Изгибающий момент, соответствующий ее прочности, составляетM = 125 кНм . Размеры сечения: b = 300 мм, d = 550 мм. Шаг попе-Rdречной арматуры Ø10 мм (A sw = 236 мм 2 ,ctdf = 175 МПа , n = 3 ) у опорравен s 1 = 200 мм, в пролете – s 2 = 300 мм. Требуется выполнить расчетусиления балки двумя дополнительными жесткими опорами в четвертяхпролета, если после усиления в этом пролете будет приложена дополнительнаянагрузка p = 50 кН/м (от дополнительной нагрузки при измененнойрасчетной схеме в балке: изгибающие моменты – M Sd, sp = 44 кНм (всреднем пролете), M Sd, suр = 56 кНм (на дополнительных опорах); поперечныесилы – V = 100 кН (у дополнительной опоры), V = 22 кН (у основнойопоры).Sd№ 32. Железобетонная балка пролетом l eff = 7 м нагружена постоянной( p = 16 кН/м ) и временной ( q = 34 кН/м ) нагрузками. Изгибающиймомент, соответствующий прочности балки, составляет M Rd = 250 кНм.Требуется подобрать сечение подпирающей стальной балки пролетомl eff,ad = 7 м при создании упругой опоры в середине пролета, если усилениевыполняется при отсутствии временной нагрузки. Жесткость железобетоннойбалки в предельном состоянии равна B 1 = 8 ⋅10 Н ⋅ мм .ywdSd12 2319

№ 33. Ребристая панель перекрытия пролетом l eff = 6 м из тяжелогобетона ( f = 11,5 МПа , f = 0,9 МПа , α = 0,85 ,cdctdE c3= 27 ⋅10 МПа ) с размерамипоперечного сечения b = 140 мм , h = 300 мм , d = 270 мм ,b′ = 1460 мм , h′ = 30 мм имеет стержневой арматуру с расчетным сопро-fтивлениемff = 450 МПа , A s = 402 мм 2 . Поперечная арматура класса S 500ydпроволока Ø5 мм ( f = 295 МПа ,ywd2A = 19,6 мм , n = 2, s = 60 мм ). Изгибающиймомент, соответствующий прочности панели перекрытия, равенM Rd = 48,5 кНм. Панель усилена предварительно напряженной шпренгельнойзатяжкой (рис. 27) из арматуры 2Ø25 мм с расчетными сопротивленииямиf pd , ad = 365 МПа , f pk, ad = 390 МПа . Равномерно распределеннаянагрузка, действующая в момент усиления, составляет 5 кН/м 2 . После усилениядополнительно будет приложена нагрузка в виде двух сосредоточенныхсил P = 50 кН в четвертях пролета. Требуется проверить прочностьусиленной ребристой панели при действии длительной нагрузки.swdРис. 27№ 34. Центрально-нагруженная колонна каркаса l eff = 3 м сечениемb = 400 мм, h = 400 мм из бетона с расчетным сопротивлениемf = 10 МПа , α = 0,85 имеет арматуру с расчетным сопротивлениемcdf = 365 МПа , A s = 982 мм 2 , A s,1 = 982 мм 2 ( с = с1 = 50 мм ). Требуетсяyd320

проверить прочность колонны, усиленной предварительно напряженнойдвухсторонней распоркой, если продольная сила, действующая на колоннуна момент усиления, составляет N Sd,1 = 1000 кН, после усиления будет составлятьN Sd,2 = 3000 кН. Предварительное напряжение распорки будет осуществлятьсяс перегибом ее в середине высоты. Распорка состоит из равнополочныхуголков 100 × 100 × 10 мм по ГОСТ 8509-93 ( A p, ad = 7696 мм ,R y, ad = 225 МПа , R yn, ad = 235 МПа , c 1, ad = 30 мм).2ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 12. Расчет прочности усиленныхкаменных конструкцийЦель занятия: научиться выполнять расчет прочности каменных иармокаменных элементов эксплуатируемых конструкций, усиленных увеличениемих поперечного сечения, наращиванием каменной кладкой, железобетоном,а также устройством железобетонной, растворной и стальнойобоймами.Исходные алгоритмы, рабочие формулы для расчета. В основерешения задач по определению прочности каменных элементов, усиленныхувеличением их поперечного сечения с обеспечением совместной работы,лежит применение методик расчета действующих норм [12] с учетомналичия в сечении усиленного элемента дополнительной каменной кладки,бетона и арматуры.При этом учитываются неисправляемые дефекты и повреждения:коррозия или обрывы арматуры армокаменных конструкций, повреждениякаменной кладки в виде силовых трещин (коэффициент K ), отколов (расчетпо фактическим площади поперечного сечения и эксцентриситету) и т.д.При усилении каменных элементов наращиванием каменной кладкойпри высокой степени нагружения (превышающей 0,7N , N – расчетноепродольное усилие для исходного эксплуатируемого элемента) дополнительнаякаменная кладка в предельном состоянии не достигает расчетногосопротивления. Поэтому к расчетному сопротивлению дополнительнойкаменной кладки вводится понижающий коэффициент γ , = 0,8R dmpR dk ad .Если при усилении каменных конструкций выполняется инъецированиеимеющихся трещин, то в расчете учитывается повышение расчетногосопротивления каменной кладки с помощью коэффициента m .k321

Пример 20. Внутренняя кирпичная стена из керамического кирпичаМ50 на цементно-песчаном растворе М25 (расчетное сопротивление каменнойкладки R = 0,9 МПа ) многоэтажного дома с высотой этажаH = 3,2 м толщиной h = 250 мм имеет трещины с раскрытием до 2 мм,пересекающие до восьми рядов кладки при числе трещин не более 4-х на1 м ширины стены. Стена усилена двухсторонним наращиванием из бетонакласса С 12 ( f 15 cd , ad = 8 МПа ) толщиной had= h′ad = 60 мм , армированноговертикальными сетками из арматуры S 240 Ø8 мм (A s, ad = 50,3 мм ,f yd, ad = 130МПа (табл. 14.1)) с шагом вертикальных стержнейs = 100 мм . Расчетная нагрузка с учетом собственного веса составляетadSdN = 250 кН/м . Нагрузка передается на наращивание при отсутствии опорыснизу. Требуется проверить прочность усиленной кирпичной стены.Расчет выполняем для участка стены шириной b = 1000 мм . Расчетнаявысота стены равна l = H = 3200 мм . Упругая характеристика кир-oпичной кладки α = 1000 (как для неусиленной кладки).lo3200λ h = = = 8,64h + h + h′250 + 60 + 60adad, ϕ = 0,92 .Прочность участка шириной 1 м усиленной стены вычисляем поформуле (14.2) без учета работы поперечной арматуры. Коэффициент условийработы γ c, ad = 0,7 – при передаче нагрузки на наращивание и отсутствииопоры снизу.3 2( ′ ) 1000 ( 60 60) 120 10 ммA = b h + h = ⋅ + = ⋅ .c ad ad( , , , , 2, )NRd = ψϕ ⎡mg KmpRA + γ c ad fcd ad Ac ad + f yd ad A ⎤s ad =⎣⎦3( ) ( )= 1⋅ 0,92 ⋅ ⎡1 ⋅ 0,5 ⋅ 0,9 ⋅ 250 ⋅ 1000 + 0,7 ⋅ 8 ⋅120 ⋅ 10 + 130 ⋅ 50,3 ⋅10 ⋅ 2 ⎤ =⎣⎦3= 842 ⋅ 10 Н = 842 кН/м > = 750 кН/м – прочность обеспечена.N Sd2Задачи для самостоятельного решения№ 35. Центрально-нагруженный кирпичный столб с размерами поперечногосечения 510 × 510 мм, высотой 4 м из глиняного кирпича в процессеэксплуатации получил повреждения в виде силовых волосных вертикальныхтрещин, пересекающих менее 4-х рядов кладки. Расчетное сопро-322

тивление каменной кладкиR = 1,6 МПа. При реконструкции здания столбусилен железобетонной обоймой из бетона класса С 12 ( f 15 cd , ad = 8 МПа )толщиной h′ = 80 мм , армированной продольной арматурой класса S 280adad4Ø20 мм и поперечной арматурой класса S 240 Ø6 мм с шагомs = 150 мм . Нагрузка непосредственно на обойму не передается. Требуетсяпроверить прочность столба при действии кратковременной нагрузкиN = 600 кН.Sd№ 36. Простенок жилого дома из глиняного кирпича марки М75 нарастворе марки М25 сечением 510 × 1030 мм, высотой 1,8 м не имеет поврежденийи усилен стальной обоймой из 4-х уголков 50 × 50 × 4 мм и поперечныхпланок из полосы сечением 60 × 4 мм с шагом по высоте 300 мм. Требуетсяпроверить прочность простенка при кратковременном действии вертикальногоусилия 600 кН, приложенного с эксцентриситетом 50 мм.№ 37. Внутренняя кирпичная стена ( R = 0,6 МПа ) многоэтажногодома с высотой этажа H = 2,5 м , толщиной h = 250 мм имеет волосныетрещины, пересекающие не более 2-х рядов кладки на 1 м ширины стены.Стена усилена двухсторонним наращиванием из каменной кладки из керамическогокирпича М50 на цементно-песчаном растворе М25 толщинойh = h′ = 120 мм под нагрузкой, превышающей 70 % расчетной. Нагрузкаadadпередается на наращивание с опиранием снизу. Расчетная нагрузка с учетомсобственного веса составляет N = 300 кН/м . Требуется проверитьпрочность усиленной кирпичной стены.ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 13. Расчет прочности усиленныхметаллических конструкцийЦель занятия: научиться выполнять расчет прочности стальныхэлементов эксплуатируемых конструкций, усиленных увеличением их поперечногосечения присоединением дополнительных элементов.Исходные алгоритмы, рабочие формулы для расчета. В основерешения задач по определению прочности стальных элементов, усиленныхувеличением их поперечного сечения с обеспечением совместной работы,лежит применение методик расчета действующих норм (СНиП II-23-81*)с учетом наличия в сечении усиленной конструкции дополнительныхстальных элементов.Sd323

При этом учитываются неисправляемые дефекты и повреждения:коррозия и местное разрушение металла, общее искривление стальныхконструкций и т.д.Расчет прочности усиленных металлических элементов увеличениемпоперечного сечения под нагрузкой производится, в основном, по упругойстадии их работы. При действии статических нагрузок на усиливаемыеэлементы и при отсутствии опасности потери устойчивости допускаетсяпроизводить расчет их прочности по пластической стадии работы.Для усиленных под нагрузкой изгибаемых элементов, работающихкак свободно опертые или консольные балки с расчетным пролетом (вылетом)l eff , прогиб определяется по формулеa = a + a , (9)max max, M max, M adгде a max,M – прогиб исходного элемента от действия нормативной нагрузкипри усилении; a max, M – прогиб усиленного элемента от действияadнормативной дополнительной нагрузки после усиления. Оба слагаемыхвычисляются по формуле (7) при соответствующихдля каждой стадии жесткостях се-400чений усиливаемого элемента.300yoy(o + ad)252525500Рис. 2810251250Пример 21. Стальная сварная балкасоставного сечения из стали с расчетнымсопротивлением R = 255 МПа ( γ = 0,95)пролетомyeffl = 12 м усилена при действииизгибающего момента M = 2500 кНмувеличением поперечного сечения в соответствиис рис. 28. Дополнительныеэлементы выполнены из стали с расчетнымсопротивлением R y, ad = 215 МПа.Требуется проверить прочность усиленнойбалки при действии изгибающего моментаM = 4000 кНм.Определяем геометрические характеристикипоперечного сечения исходнойбалки и балки после усиления.c3 2A = 1200 ⋅ 10 + 2 ⋅ 400 ⋅ 25 = 32 ⋅10 мм ,o324

S = 1200 ⋅10 ⋅ 625 + 400 ⋅ 25 ⋅ 1237,5 +oy6So20 ⋅10c, o3Ao32 ⋅10= = = 625 мм ,6 3400 ⋅ 25⋅ 12,5 = 20 ⋅ 10 мм ,3 310 ⋅1200 ⎛ 400 ⋅ 252⎞9 4I o = + 2 ⋅ + 400 ⋅ 25 ⋅ 612,5 = 8,94 ⋅10 мм12 ⎜ 12⎟,⎝⎠3 3 2A ( o+ ad ) = 32 ⋅ 10 + 300 ⋅ 25 + 500 ⋅ 25 = 52 ⋅10 мм ,S ( o + ad ) = 1200 ⋅10 ⋅ 650 + 400 ⋅ 25 ⋅ 37,5 + 400 ⋅ 25 ⋅ 1262,5 + 300 ⋅ 25 ⋅ 1287,5 +I ( o+ad )y6 3+ 500 ⋅ 25 ⋅ 12,5 = 30,6 ⋅ 10 мм ,S= = = 589 мм ,( o+ad )630,6 ⋅10c,( o+ad )A( o+ad )352 ⋅103 32 ⋅10 ⋅1200 400 25= + 10 ⋅1200 ⋅ ( 625 + 25 − 589)+ 2 ⋅ +12 122 2 300 ⋅ 25+ 400 ⋅ 25 ⋅ ( 589 − 25 − 12,5) + 400 ⋅ 25 ⋅ ( 1250 + 25 − 589 − 12,5)+ +122 500 ⋅ 2532( ) ( )+ 300 ⋅ 25 ⋅ 1250 + 25 − 589 + 12,5 + + 500 ⋅ 25 ⋅ 589 − 12,5 =129 4= 16,88 ⋅ 10 мм .Проверяем напряжения для крайнего растянутого и крайнего сжатоговолокон основного и дополнительного элементов.M yIc,oo ( o+ad )M = 4000 − 2500 = 1500 кНм ,ad( )66,( + ) − 2500 ⋅10 ⋅ 625 1500 ⋅10 ⋅ ( 589 − 25)M ad yc o ad had+ = + =I9 98,94 ⋅10 16,88 ⋅10= 225 МПа < γ R = 0,95 ⋅ 255 = 242 МПа ,o ( o+ad )cy( + −6,( + ) ) ( )M ( h − y , ) M ad h had yc oc o ad 2500 ⋅10 ⋅ 1250 − 625+ = +II98,94 ⋅106( )1500 ⋅10 ⋅ 1250 + 25 − 589+ = 236 МПа < γ 242 МПа9cRy= ,16,88 ⋅103325

MadIyc,( o+ad )( o+ad )61500 ⋅10 ⋅589= = 55 МПа < γ9сRy,ad = 0,95 ⋅ 215 = 204 МПа ,16,88 ⋅10( + + ′ − ,( + ) ) 1500 ⋅10 6 ⋅ ( 1250 + 25 + 25 − 589)M h h h yad ad ad c o adI( o+ad )y,ad= =916,88 ⋅10= 63 МПа < γ R = 204 МПа – прочность обеспечена.cЗадачи для самостоятельного решения№ 38. Стальная сварная балка составного сечения из стали с расчетнымсопротивлением R = 225 МПа ( γ = 0,95) пролетом l = 12 мyусилена при действии изгибающего момента M = 1000 кНм( M n = 750 кНм ) увеличением поперечного сечения в соответствии с рис. 28.Дополнительные элементы выполнены из стали с расчетным сопротивлениемR y, ad = 210 МПа. Требуется проверить прочность и жесткость усиленнойбалки при действии изгибающего момента( M n = 3375 кНм ), модуль упругости сталиcЕ = 2,1⋅10 МПа .5effM = 4500 кНм25 25Рис. 29bad2№ 39. Центрально-нагруженная стойка из двутавра№ 50 ( A = 100 см ) с расчетным сопротивлениемR = 210 МПа ( γ = 0,95) высотой l = 1,5 мycусилена при действии продольного усилияN = 1500 кН увеличением поперечного сечения в соответствиис рис. 29. Дополнительные элементы выполненыиз стали с расчетным сопротивлениемR y, ad = 235 МПа. Требуется из условия прочности сучетом пластических деформаций определить ширинудополнительных элементов при действии продольногоусилия N = 3200 кН .eff№ 40. Центрально-сжатый раскос фермы из спаренных уголков70 × 70 × 10 мм (2A = 26,2 см , i min = 2,1 см ) из стали с расчетным сопротивлениемyR = 235 МПа ( γ = 0,95) длиной l = 1,8 м усилен при действиипродольного усилияceffN = 150 кН увеличением поперечного сече-326

ния в соответствии с рис. 30. Дополнительныеэлементы выполнены из круглой сталиØ30 мм с расчетным сопротивлениемR y, ad = 210 МПа.Требуется проверить прочность и устойчивостьусиленного раскоса при действиипродольного усилия N = 500 кН .10Рис. 30ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 14. Расчет основания усиленныхфундаментов реконструируемых зданий и сооруженийЦель занятия: научиться выполнять расчет основания фундаментов,усиленных уширением подошвы, для реконструируемых зданий исооружений.Исходные алгоритмы, рабочие формулы для расчета. Расчет основанияфундаментов, усиленных уширением подошвы, производится повторой группе предельных состояний с учетом ограничения давления в подошвеусиленного фундамента.При определении расчетного сопротивления грунта под подошвойусиливаемого фундамента учитывается изменение прочностных свойствгрунта, обжатого длительно действующей нагрузкой (применением повышающегокоэффициента K R ) и увеличение расчетного сопротивлениягрунта под подошвой фундамента за счет бокового пригруза от уширяемыхэлементов (применением коэффициента K q ).Для ленточных фундаментов ширина наращиваемой части определяетсяиз выраженияNenl− Rtqbbad=, (10)R − N bгдеN r иtqrN enl – расчетные нагрузки на 1 м длины ленточного фундаментасоответственно до усиления в период реконструкции и после усиления,b – ширина фундамента до усиления, b ad – ширина дополнительных частейфундамента.327

Ширина дополнительных частей ленточного фундамента, устраиваемыхс предварительным обжатием грунтов, определяется из условияbadNenl− Rredb= . (11)RПриведенное расчетное сопротивление грунта под подошвой усиленногофундамента равноRtqb+ RbadRred=. (12)b + bДавление обжатия, при котором происходит выравнивание давленийпод подошвами усиливаемой и дополнительной частей ленточного фундамента,определяется по формулеpadredadNr= . (13)bПример 22. Для исходных данных примера 9 выполнить расчет основанияленточного фундамента внутренней стены, усиленного уширениемподошвы с обеспечением совместной работы с помощью стальныхопорных балок.Задаемся шириной двустороннего наращивания подошвы ленточногофундамента b > b / 2 = 0,8/ 2 = 0,4 м .adТогда при коэффициенте пористости e = 0,7 по табл. 17.1 для песковповышающий коэффициент, учитывающий увеличение расчетного сопротивлениягрунта под подошвой фундамента за счет бокового пригруза отуширяемых элементов, K q = 1,1 . Из примера 9 расчетное сопротивлениегрунта под подошвой фундамента внутренней стены с учетом обжатиядлительно действующей нагрузкой R = 479 кПа . По формуле (17.2) расчетноесопротивление грунта основания под подошвой усиливаемого фундаментапри ширине двустороннего наращивания b > 0,4 м равноRtad= K R = 1,1 ⋅ 449 = 494 кПа .tq q tВычисляем требуемую ширину наращивания ленточного фундаментапо формуле (10). Воспользуемся расчетными нагрузками из примера 9:N = 240 кН/м , N = 600 кН/м .rbenladNenl− Rtqb600 − 494 ⋅ 0,8= = = 1,05 м .R − N b 494 − 240/ 0,8tqr328

Принимаем ширину наращивания с каждой стороны равнойb ad /2 = 1,05/2 = 0,53 м ≈ 0,55 м. Полная ширина усиленного ленточногофундамента равна b enl = b + b ad = 0,8 + 1,1 = 1,9 м.Полная нагрузка с учетом собственного веса наращивания при средневзвешенномобъемном весе бетона и стали γ = 25 кН/м3составляетNenl ′ = Nenl + γ badd1 = 600 + 25⋅1,1 ⋅ 1,5 = 642 кН/м .Определяем по [10, формула (В.1)] расчетное сопротивление грунтав естественном состоянии под подошвой элементов наращивания для исходныхданных примера 9 ( γ = 19,4 кН/м , с = 1 кПа , ϕ = 30°Е = 18 МПа ,1 3II 18,9 кН/мM = 5,59 , M = 7,95 ).qII3IIII ,γ = , γ 1 = 1,3 , γ 2 = 1,3 , k = 1, k = 1, M = 1,15 ,ccγc1 ⋅ γc21R = ⎡M ykzbenl γ II + M qd1γ II + Mcc⎤II =k ⎣⎦1,3 ⋅1,3 = [ 1,15 ⋅ 1 ⋅ 1,9 ⋅ 19,4 + 5,59 ⋅ 1,5 ⋅ 18,9 + 7,95 ⋅ 1 ] = 352 кПа .1Проверяем условия (13.3) и (13.5):pm,adNenl′ − Nr642 − 240= = = 212 кПа ≤ R = 352 кПа ,b 1,9enlNr240pm = + pm,ad = + 212 = 512 кПа > Rtq= 494 кПа ,b 0,8превышение составляет менее 5 %( − )512 494⋅ 100% = 3,5% < 5% .512Условия ограничения давления под подошвой усиленного фундаментавыполняются.Так как стены здания находятся в удовлетворительном состоянии ине имеют осадочных повреждений, осадку основания фундамента определяемот дополнительной нагрузкиN = N′− N = 642 − 240 = 402 кН/м .ad enl rСреднее дополнительное давление в подошве фундаментовpN= − γ ⋅ = 402 −18,9 ⋅ 1,5 = 183 кПа.1,9ad 10, adII db1enlОсадку основания вычисляем методом послойного суммирования:строим эпюру природного давления от веса грунта σ , эпюру дополни-czqzy329

тельного давления от нагрузки σ zp , определяем глубину сжимаемой толщина пересечении эпюр σ zp и 0,2σzq . Результаты расчета и построений приведенына рис. 31.N' enlDLнасыпной грунт3γ = 18кН/мII0,5песок мелкий3γ II = 19,4кН/м ,E = 28МПа ,1,01,5WL1830,41701573γ = 9,4кН/мII2,0σ zq137117глина твердая3γ II = 20кН/мE = 30МПа775793625668σ zp480,2σ zq404,0383534ГСТ31Рис. 31330

Конечная осадка фундамента под внутренние стены от дополнительнойнагрузки равнаn hi⋅ σzp,i ⎡0,4 1 1⎤S = β ∑ = 0,8 ⋅ 170 ( 137 93) ( 62 48 38 34)i=1 E ⎢⋅ + + + ⋅ + + + =28 28 30⎥⎣⎦i−3= 13,4 ⋅ 10 м = 1,34 см < = 10 см – условие выполняется.S uЗадачи для самостоятельного решения№ 41. Для исходных данных примера 9 выполнить расчет основанияленточного фундамента внутренней стены, усиленного уширениемподошвы сборными блоками с предварительным обжатием грунтовпод подошвой наращиваемых частей фундамента и обеспечением совместнойработы с помощью стальных опорных балок. Определитьвеличину осадки блока, обжимающего грунт. Здание II степени ответственности,эксплуатирующееся более 30 лет, имеет признаки осадочныхповреждений.r№ 42. Центрально-нагруженный столбчатый фундамент с размеромподошвы 1 × 1 м одноэтажного производственного здания II степениответственности с железобетонным каркасом в связи с увеличением нагрузкипосле реконструкции с учетом собственного веса фундамента игрунта на его обрезах с N = 300 кН до N = 1300 кН усилен уширениемподошвы обоймой. Глубина заложения фундамента d 1 = 1,5 м . Зданиеэксплуатируется более 20 лет и не имеет осадочных повреждений. Предельноезначение средней осадки для фундаментов кирпичного зданияS = 12 см . Основанием фундаментов служат пески средней крупностиu3( γ ′II = γ II = 19,6 кН/м , e = 0,6 , с II = 1 кПа , ϕ II = 30°, Е = 18 МПа ,γ c1 = 1,3 , γ c2 = 1,3 , k = 1, k z = 1,) с расчетным сопротивлением грунта подподошвой фундамента с учетом обжатия длительной нагрузкойR = 480 кПа . Выполнить расчет основания фундамента под колонну,tусиленного уширением подошвы.enl331

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА № 2Для контроля степени усвоения студентами пройденного материалапо расчету усиления эксплуатируемых строительных конструкций предусматриваетсяконтрольная работа, включающая две задачи:– первая задача – расчет прочности по нормальному или наклонномусечению железобетонных элементов, усиленных увеличением поперечногосечения дополнительным бетоном и арматурой, или изменением расчетнойсхемы (устройством предварительно напряженных затяжек или распорок);– вторая – расчет прочности эксплуатируемой железобетонной конструкции,усиленной изменением расчетной схемы (изменением места передачинагрузки, дополнительными жесткими или упругими опорами) иликаменной (армокаменной), металлической конструкции, усиленной увеличениемпоперечного сечения, или расчет основания фундамента (столбчатого,ленточного), усиленного уширением подошвы.При выполнении контрольной работы допускается свободное пользованиедействующими нормативными документами (СНБ или СНиП).Время, отводимое для выполнения контрольной работы, составляет45 минут.332

ВОПРОСЫ К ЭКЗАМЕНУРаздел I1. Реконструкция зданий и сооружений – часть общей реконструкции предприятийи жилого фонда. Причины аварий строительных конструкций и меры по их предотвращению.Агрессивное воздействие жидких сред на материалы строительных конструкций.Классификация агрессивных сред. Виды коррозии бетона.2. Агрессивное воздействие газовоздушных и твердых сред на материалы строительныхконструкций. Агрессивное воздействие нефтепродуктов на железобетонныеконструкции. Разрушающие воздействия на стальные и деревянные строительные конструкции.3. Установление необходимости усиления железобетонных конструкций. Общий(предварительный осмотр). Признаки, характеризующие аварийность железобетонныхконструкций. Дефекты и повреждения, снижающие прочность и эксплуатационнуюпригодность железобетонных конструкций. Категории состояния железобетонных конструкций.4. Детальное (инструментальное) обследование железобетонных конструкций.Определение прочности бетона, расположения и степени коррозии арматуры, шириныраскрытия трещин, отклонения от проектного положения, постоянных и временных нагрузок.Натурные испытания железобетонных конструкций.5. Поверочные расчеты эксплуатируемых железобетонных конструкций. Определениерасчетных характеристик бетона, арматуры. Учет дефектов и повреждений вповерочных расчетах железобетонных конструкций.6. Алгоритм выполнения поверочных расчетов железобетонных конструкцийдля оценки их технического состояния. Ремонтно-восстановительные работы в зависимостиот категории состояния железобетонных конструкций. Оценка износа зданий исооружений.7. Поверочные расчеты эксплуатируемых изгибаемых железобетонных элементовна основе деформационной модели по прочности, раскрытию трещин и деформациям.Расчетные диаграммы деформирования бетона и арматуры для линейно-упругихрасчетов конструкций или нелинейного (пластического) расчета сечений. Системауравнений для расчета изгибаемых элементов. Алгоритм расчета.8. Поверочные расчеты эксплуатируемых внецентренно нагруженных железобетонныхэлементов на основе деформационной модели по прочности. Расчетные диаграммыдеформирования бетона и арматуры при нелинейных расчетах конструкций. Системауравнений для расчета внецентренно нагруженных элементов. Алгоритм расчета.9. Особенности обследования металлических конструкций. Дефекты и повреждения,снижающие прочность и эксплуатационную пригодность металлических конструкций.Категории состояния металлических конструкций. Определение расчетных характеристикметалла эксплуатируемых элементов, сварных швов и болтов. Учет дефектови повреждений (ослабление сечений, искривления) в поверочных расчетах металлическихконструкций. Расчет на хрупкую прочность.333

10. Особенности обследования каменных конструкций. Дефекты и повреждения,снижающие прочность и эксплуатационную пригодность каменных конструкций. Признаки,характеризующие аварийность каменных конструкций. Определение расчетныххарактеристик каменной кладки. Учет дефектов и повреждений в поверочных расчетахкаменных конструкций.11. Особенности обследования деревянных конструкций. Дефекты и повреждения,снижающие прочность и эксплуатационную пригодность деревянных конструкций.Определение расчетных характеристик древесины. Учет дефектов и поврежденийв поверочных расчетах деревянных конструкций.12. Обследование оснований фундаментов реконструируемых зданий и сооружений.Особенности поверочных расчетов.Раздел II13. Классификация методов усиления и замены железобетонных конструкций.14. Усиление железобетонных конструкций увеличением их поперечного сечения.Методы усиления растянутой зоны конструкций. Обеспечение совместной работыдополнительной арматуры путем приварки.15. Усиление железобетонных конструкций увеличением их поперечного сечения.Методы усиления растянутой зоны конструкций. Обеспечение совместной работыдополнительной арматуры путем приклеивания.16. Расчет прочности железобетонных элементов, усиленных в растянутой зоне.Расчет прочности контактного шва в растянутой зоне.17. Усиление железобетонных конструкций увеличением их поперечного сечения.Методы усиления сжатой зоны железобетонных конструкций. Обеспечение совместнойработы дополнительного бетона и арматуры с усиливаемой конструкцией в сжатойзоне.18. Расчет прочности железобетонных элементов, усиленных увеличением поперечногосечения в сжатой зоне. Расчет прочности контактного шва в сжатой зоне.19. Особенности расчета на основе деформационной модели железобетонныхэлементов, усиленных увеличением поперечного сечения (на примере изгибаемых элементов).29. Усиление зоны среза железобетонных элементов (методы усиления и обеспечениясовместной работы дополнительных элементов с усиливаемой конструкцией).Методы усиления коротких консолей.21. Расчет прочности усиленных в зоне среза железобетонных элементов.22. Методы усиления железобетонных конструкций при кручении, местном сжатиии продавливании. Особенности расчета прочности железобетонных элементов,усиленных в зоне действия крутящих моментов.23. Усиление конструкций изменением их расчетной схемы (методы измененияместа передачи нагрузок).24. Методы усиления конструкций повышением степени их внешней статическойнеопределимости (дополнительные жесткие и упругие опоры). Принципы расчета.Устройство опорных хомутов.334

25. Методы усиления конструкций повышением степени их внутренней статическойнеопределимости (устройство предварительно напряженных затяжек). Принципырасчета прочности железобетонных элементов, усиленных затяжками.26. Методы усиления конструкций повышением степени их внутренней статическойнеопределимости (устройство предварительно напряженных распорок). Принципырасчета прочности железобетонных элементов, усиленных распорками.27. Усиление конструкций шпренгелями и шарнирно-стержневыми цепями.Принципы расчета. Методы увеличения длины опирания плитных конструкций напромежуточных и крайних опорах.28. Методы восстановления каменных конструкций (оштукатуривание, инъецированиетрещин, перекладка элементов). Усиление каменных конструкций накладками.Методы усиления сопряжения стен (затяжки, шпонки, гибкие связи, перекладка).29. Усиление каменных конструкций наращиванием, обоймами. Обеспечениесовместной работы дополнительных элементов с усиливаемой конструкцией. Расчетпрочности каменных элементов, усиленных обоймами.30. Методы повышения жесткости остова здания (предварительно напряженныестальные, армокаменные и железобетонные пояса). Методы усиления и замены перемычек,устройства новых проемов в стенах при реконструкции зданий.31. Методы усиления металлических конструкций. Усиление увеличением поперечногосечения, изменением расчетной схемы. Принципы расчета.32. Особенности усиления деревянных конструкций.33. Усиление фундаментов уширением их подошвы без предварительного обжатиягрунта. Принципы расчета.34. Усиление фундаментов реконструируемых зданий уширением их подошвы спредварительным обжатием грунта. Принципы расчета.35. Методы увеличения глубины заложения фундаментов.36. Методы усиления фундаментов с применением свай.335

СЛОВАРЬ НОВЫХ ТЕРМИНОВАвария – событие, происходящее по техногенным, конструктивным,технологическим, эксплуатационным причинам или в результате природно-климатическихвоздействий, интенсивность которых не превышаларасчетных значений, заключающееся в разрушении здания, его части илиэлемента и создающее угрозу для жизни и здоровья людей, окружающейсреды или производственного процесса.Дефект – несоответствие сооружения, его части или отдельного элементатребованиям нормативных документов, образовавшееся при их возведении(изготовлении).Местная обойма – увеличение поперечного сечения путем бетонированиясо всех четырех сторон на отдельном участке по длине конструкции.Наращивание – увеличение поперечного сечения усиливаемой конструкциипутем бетонирования со стороны одной или двух граней приобеспечении совместной работы.Обойма – увеличение поперечного сечения усиливаемой конструкциипутем бетонирования со всех четырех сторон при обеспечении совместнойработы.Обследование – комплекс работ по определению фактического техническогосостояния и степени износа здания, его отдельных элементов.Повреждение – дефект, образовавшийся в результате воздействий(климатических, механических, химических и др.) при хранении, транспортировании,монтаже, нарушении правил технической эксплуатации.Распорка – сжатая арматура в виде прокатного профиля, не имеющаяпо длине сцепления с бетоном, закрепленная концами на усиливаемойконструкции.Рубашка – увеличение поперечного сечения усиливаемой конструкциипутем бетонирования со стороны трех граней при обеспечении совместнойработы.Затяжка – растянутая арматура, закрепленная концами на усиливаемойконструкции, не имеющая по длине сцепления с бетоном.Шарнирно-стержневая цепь – растянутая арматура, не имеющая подлине сцепления с бетоном, закрепленная концами на усиливаемой конструкциис более чем двумя перегибами по длине.Шпренгель – растянутая арматура, не имеющая по длине сцепленияс бетоном, закрепленная концами на усиливаемой конструкции, с однимили двумя перегибами, опирающимися на нее по длине конструкции.336

ЛИТЕРАТУРА1. Шагин, А.Л. Реконструкция зданий и сооружений / А.Л. Шагин [и др.];под ред. А.Л. Шагина. – М.: Высш. шк., 1991. – 352 с.2. Бедов, А.И. Обследование и реконструкция железобетонных и каменныхконструкций эксплуатируемых зданий и сооружений: учеб. пособие/ А.И. Бедов, В.Ф. Сапрыкин. – М.: Изд-во АСВ, 1995. – 192 с.3. Ребров, И.С. Усиление металлических конструкций / И.С. Ребров. – Л.:Стройиздат, 1988. – 288 с.4. Топчий, В.Д. Реконструкция промышленных предприятий. В 2 т. Т. 1 /В.Д. Топчий [и др.]. – М.: Стройиздат, 1990. – 591 с.5. Гринев, В.Д. Усиление железобетонных и каменных конструкций: текстыпроблемных лекций / В.Д. Гринев. – Новополоцк: Новополоц. политехн.ин-т, 1992. – 64 с.6. Обследование и испытание зданий и сооружений / под ред. Р.И. Рамшина.– М.: Высш. шк., 2006. – 447 с.7. СНБ 1.04.01-04. Здания и сооружения. Основные требования к техническомусостоянию и обслуживанию строительных конструкций и инженерныхсистем, оценке их пригодности к эксплуатации.8. СНБ 5.03.01-02. Бетонные и железобетонные конструкции (с изменениями).9. СНБ 5.05.01-2000. Деревянные конструкции.10. СНБ 5.01.01-99. Основания и фундаменты.11. СНиП II-23-81*. Стальные конструкции.12. СНиП II-22-81. Каменные и армокаменные конструкции.13. СНиП 2-01-07-85. Нагрузки и воздействия.14. Пособие П1-98 к СНиП 2.03.01-84*. Усиление железобетонных конструкций.– Минск: Минстройархитектуры, 1998. – 189 с.15. Пособие по проектированию усиления стальных конструкций (к СНиПII-23-81*) / УкрНИИпроектстальконструкция. – М.: Стройиздат, 1989. –158 с.16. Пособие П11-01 к СНБ 5.01.01-99 «Геотехнические реконструкции основанийи фундаментов». – Минск: Минстройархитектуры, 2001. – 120 с.17. Железобетонные конструкции. Основы теории, расчета и конструирования/ Н.П. Блещик [и др.]; под ред. Т.М. Пецольда, В.В. Тура. –Брест: БГТУ, 2003. – 380 с.18. Бондаренко, С.В. Усиление железобетонных конструкций при реконструкциизданий / С.В. Бондаренко, Р.С. Санжаровский. – М.: Стройиздат,1990. – 351 с.337

19. Житушкин, В.Г. Усиление каменных и деревянных конструкций: учеб.пособие / В.Г. Житушкин. – М.: Изд-во АСВ, 2005. – 56 с.20. Испытание сооружений. Справочное пособие / Ю.Д. Золотухин [и др.];под ред. Ю.Д. Золотухина. – Минск: Выш. шк., 1992. – 272 с.21. Кузнецов, Ю.Д. Обеспечение долговечности железобетонных конструкцийпри реконструкции промышленных предприятий / Ю.Д. Кузнецов,И.Н. Заславский. – Киев: «Будiвельник», 1985. – 112 с.22. Коновалов, П.А. Основания и фундаменты реконструируемых зданий /П.А. Коновалов. – М.: Стройиздат, 1988. – 245 с.23. Лазовский, Д.Н. Усиление железобетонных конструкций эксплуатируемыхстроительных сооружений / Д.Н. Лазовский. – Новополоцк:Полоц. гос. ун-т, 1998. – 245 с.24. Рекомендации по усилению железобетонных и каменных конструкций /Д.Н. Лазовский [и др.]. – Новополоцк: Полоц. гос. ун-т, 1993. – 485 с.25. Онуфриев, Н.М. Усиление железобетонных конструкций промышленныхзданий и сооружений / Н.М. Онуфриев. – М.: Стройиздат, 1965. –342 с.26. Ройтман, А.Г. Надежность конструкций эксплуатируемых зданий /А.Г. Ройтман. – М.: Стройиздат, 1985. – 175 с.27. Сахновский, М.М. Уроки аварий стальных конструкций /М.М. Сахновский, А.М. Титов. – Киев: «Будiвельник», 1969. – 200 с.28. Хило, Е.Р. Усиление строительных конструкций / Е.Р. Хило,Б.С. Попович. – Львов: Вища шк., 1985. – 156 с.29. Рекомендации по восстановлению и усилению полносборных зданийполимеррастворами / ТбилЗНИИЭП. – М.: Стройиздат, 1990. – 160 с.30. Рекомендации по обеспечению долговечности и надежности строительныхконструкций гражданских зданий из камня и бетона с помощьюкомпозиционных материалов / НИИЛЭП ОИСИ. – М.: Стройиздат,1988. – 160 с.31. Рекомендации по обследованию и оценке технического состояниякрупнопанельных и каменных зданий / ЦНИИСК им. В.В. Кучеренко. –М.: Стройиздат, 1988. – 57 с.32. Рекомендации по обследованию зданий и сооружений, поврежденныхпожаром / НИИЖБ. – М.: Стройиздат, 1987. – 75 с.33. Рекомендации по проектированию усиления железобетонных конструкцийзданий и сооружений реконструируемых предприятий. Надземныеконструкции и сооружения / Харьков. ПромстройНИИпроект,НИИЖБ. – М.: Стройиздат, 1992. – 248 с.338

34. Рекомендации по оценке состояния и усилению строительных конструкцийпромышленных зданий и сооружений / НИИСК.– М.: Стройиздат,1989. – 104 с.35. Рекомендации по оценке надежности строительных конструкций повнешним признакам / ЦНИИпромзданий. – М.: Стройиздат, 1989. – 112 с.36. Рекомендации по обследованию и оценке качества с применением неразрушающихметодов, возводимых и эксплуатируемых конструкций /НИИЖБ. – М.: Стройиздат, 1987. – 55 с.37. Рекомендации по ремонту и восстановлению железобетонных конструкцийполимерными составами / НИИЖБ. – М.: Стройиздат, 1986. – 28 с.38. Рекомендации по усилению каменных конструкций зданий и сооружений/ ЦНИИСК. – М.: Стройиздат, 1984. – 36 с.39. Руководство по обеспечению долговечности железобетонных конструкцийпредприятий черной металлургии при их реконструкции и восстановлении/ Харьков. ПромстройНИИпроект, НИИЖБ. – М.: Стройиздат,1982. – 112 с.40. Руководство по защите железобетонных конструкций от действия нефтепродуктов/ НИИЖБ. – М.: Стройиздат, 1983. – 32 с.41. Мадатян, С.А. Стержневая арматура железобетонных конструкций.Обзорная информация / С.А. Мадатян. – М.: ВНИИНТПИ, 1991. – 71 с.42. Тур, В.В. Прочность и деформации бетона в расчетах конструкций /В.В. Тур, Н.А. Рак. – Брест: БГТУ, 2003. – 252 с.43. Шалимо, М.А. Защита бетонных и железобетонных конструкций откоррозии / М.А. Шалимо. – Минск: Выш. шк., 1986. – 200 с.44. Лащенко, М.Н. Повышение надежности металлических конструкцийзданий и сооружений при реконструкции / М.Н. Лащенко. – Л.: Стройиздат,Ленингр. отд-ние, 1987. – 136 с., ил.339

Учебное изданиеПРОЕКТИРОВАНИЕ РЕКОНСТРУКЦИИЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙУЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКСдля студентов специальности 1-70 02 01«Промышленное и гражданское строительство»В трех частяхЧасть 2ЛАЗОВСКИЙ Дмитрий НиколаевичОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ И УСИЛЕНИЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙРедактор О. П. МихайловаДизайн обложки И. С. ВасильевойПодписано в печать 29.01.08. Формат 60 × 84 1/16. Гарнитура Таймс. Бумага офсетная.Печать трафаретная. Усл. печ. л. 19,49. Уч.-изд. л. 17,95. Тираж 80 экз. Заказ № 120Издатель и полиграфическое исполнение:Учреждение образования «Полоцкий государственный университет»ЛИ 02330/0133020 от 30.04.04 ЛП № 02330/0133128 от 27.05.04211440 г. Новополоцк, ул. Блохина, 29