Диагностика повреждений и восстановление эксплуатационных качеств конструкций

4.2 Усиление кирпичных столбов

Усиление кирпичных столбов производят теми же методами, что и ранее рассмотренные при усилении простенков, т.е. с помощью железобетонных и стальных обойм. Эффективность применения обойм зависит от конкретных условий усиления, а также наличия необходимых материалов. При этом наиболее простым по исполнению считается усиление стальной обоймой, состоящей из продольных уголков и поперечных планок. Однако следует учитывать, что в условиях резкого удорожания стали, а также при больших объемах усиления стальная обойма может оказаться экономически нецелесообразной. Снизить металлоемкость обоймы можно, если повысить эффективность ее работы в составе каменной конструкции. Одним из таких способов является передача нагрузки непосредственно на продольные уголки обоймы, что, однако, не всегда возможно в условиях реконструкции.

Рассматриваемый метод усиления стальной обоймой на ненапрягающем цементе позволяет существенно повысить ее эффективность даже в том случае, если отсутствует непосредственная передача на нее нагрузки.

Это достигается следующим образом (рис. 4.14):

1. К усиливаемому элементу с помощью проволочных хомутов или струбцин крепят уголки.

135

2. Элемент оштукатуривают заподлицо с наружной поверхностью уголков.

Рис. 4.14. Схема усиления кирпичного простенка стальной обоймой:
1 - уголок; 2 - планка; 3 - резьбовое отверстие ø12 мм; 4 -штуцер; 5 -контрольное отверстие ø3 мм; 6 - зона зачеканивания

3. К уголкам с заданным шагом приваривают предварительно отрихтованные (спрямленные) поперечные планки, добиваясь плотного

136

их прилегания к оштукатуренной поверхности усиливаемого элемента. После этого струбцины (хомуты) снимают.

4. В торцах на глубину 50 - 70 мм зачеканивают зазоры между уголками и кирпичной кладкой.

5. В резьбовое отверстие 3 уголка вворачивают штуцер растворонасоса 4, через который закачивают раствор, приготовленный на расширяющемся цементе. Наполнение раствором контролируют с помощью специальных выпускных отверстий 5. Последовательно заполняют раствором полости и другие углы усиливаемого элемента.

6. Детали обоймы защищают антикоррозионным покрытием или оштукатуривают по сетке.

Растворная смесь наполнения готовится в растворомешалке небольшими порциями и используется в течение 2-х часов.

Для приготовления раствора применяются расширяющиеся (напрягающие) цементы марок НЦ-10 НЦ-20 (ТУ 21-20-48-82 и ТУ 21-20-18-80), песок с модулем крупности 1-1,5 (ГОСТ 8736-85).

Устройство стальной обоймы выше приведенным способом в сравнении с традиционным позволяет дополнительно на 15 - 20% увеличить несущую способность усиливаемого элемента. Положительный эффект достигается как за счет ощутимого преднапряжения обоймы расширяющимся цементом, так и вследствие хорошего сцепления арматуры (уголков) с раствором наполнения, а через него и с кирпичной кладкой.

Исследования показывают, что по эффективности сдерживания поперечных деформаций кирпичной кладки указанная обойма приближается к железобетонной.

Расчет конструкций из кирпичной кладки, усиленной стальной обоймой по предложенному методу, при центральном и внецентренном сжатии при эксцентриситетах, не выходящих за пределы ядра сечения, рекомендуется производить по формуле

где N - продольная сила;
A - площадь сечения усиливаемой кладки;

A_s¹ - площадь сечения продольных уголков стальной обоймы;

R_SW - расчетное сопротивление поперечных планок обоймы назначаемое в соответствии с [40, табл. 10];

137

R_SC - расчетное сопротивление уголков [40, табл. 10];

φ - коэффициент продольного изгиба;

m_q - коэффициент, учитывающий влияние длительного воздействия нагрузки;

т_k - коэффициент условий работы кладки, принимаемый равным 1 для кладки без повреждений и 0,7 для кладки с трещинами;

μ - процент армирования поперечными планками, определяемый по формуле

где h и b - размеры сторон усиливаемого элемента;
S - расстояние между осями поперечных планок, принимаемое не более 50 см (h ≥ S ≤ b).

Коэффициенты ψ и η принимаются при центральном сжатии ψ = 1; η = 1, при внецентренном сжатии определяются по формулам:

где е₀ - эксцентриситет приложения сжимающей силы N.

Пример 4.8. В связи с реконструкцией, требуется усилить кирпичный простенок сечением b × h = 64 × 64 см для восприятия сжимающей силы N = 630 кН, приложенной с эксцентриситетом е₀ = 5 см. Расчетная высота столба l₀ = 2,8 м.

Характеристика материалов

Кирпич глиняный, пластического прессования марки 75, раствор марки 25, R = 1,1 МПа; α = 1000.

Кладка имеет повреждения т_k = 0,7. Вертикальная арматура стальной обоймы из четырех уголков 50 × 50 мм A¹_s = 19,2 см², R_SC = 43 МПа; поперечные планки из полосовой стали R_sw = 150 МПа.

Усиление стальной обоймой проектируем в двух вариантах.

1-й вариант - традиционный (по оштукатуренной поверхности простенка).

2-й вариант - на напрягающем цементе.

138

Находим общие расчетные параметры.

Коэффициенты:

Гибкость

Коэффициент φ = 0,992.

Определяем составляющую усилия, которая воспринимается поперечными планками обоймы:

Пользуясь формулой [40,(71)], определяем требуемый процент поперечного армирования для 1-го варианта усиления:

откуда μ = 2,13%.

Принимаем шаг поперечных планок S = 25 см. Площадь поперечного сечения планки определяем по формуле

139

Пользуясь формулой (4.24), находим требуемый процент поперечного армирования для второго варианта усиления:

откуда μ = 0,64%.

Площадь поперечного сечения планки при заданном шаге S = 25 см² будет равна:

Таким образом, расход стали на поперечные планки при усилении по 2-му варианту сокращается примерно в 3,3 раза.

Примечание. Для восприятия сжимающей силы N = 500 кН (при тех же исходных данных) расход металла на поперечные планки во 2-м варианте будет меньше в 1,7 раза.

140