В строителството и големите индустрии стоманобетонните конструкции често играят ключова роля, служейки като рамки, тавани и функционални платформи за различни сгради. Те носят многотонни товари, действащи както в статичен, така и в динамичен режим. С течение на времето стресът не може да не повлияе на състоянието на конструкцията. В резултат на това е необходимо укрепване на стоманобетонни конструкции по един или друг начин. Конкретната методология за извършване на такива операции зависи от условията на експлоатация на съоръжението, техническите и физически параметри и изискванията за планиране.
Какво са стоманобетонните конструкции?
На първо място трябва да решите какво е стоманобетонна конструкция по принцип. В капиталното строителство товачаст от конструкцията, която поема повишени експлоатационни натоварвания. Основата на конструкцията е оформена от бетонна конструкция, а като основна армировка се използват армировъчни пръти. В същото време укрепването и възстановяването на стоманобетонни конструкции може да се извърши цялостно и частично. Ако дефектна зона на повърхността е идентифицирана чрез диагностика, тогава ремонтът ще се отнася преди всичко за тази част, въпреки че първо трябва да се проучат причините за разрушаването, което може да оправдае възможността за реконструкция на други участъци от конструкцията..
Какво се разбира под усилване като такова? Това е техническа операция в строителството, поради която се удължава експлоатационният живот на сградите и в частност на отделните конструкции. Има различни методи за ремонт и укрепване на стоманобетонни конструкции. Всички те в различна степен включват решаването на следните задачи:
- Увеличаване на здравината на възлите и носещите компоненти на конструкцията чрез включване на нови елементи. Последните могат да бъдат греди, прегради, конзолни части, усилватели и др.
- Разтоварване или преразпределение на масата, която действа върху стоманобетонната основа. В този случай се засяга подреждането на структури, които механично влияят на целевата зона на укрепление. Разтоварването намалява изискването за стоманобетонни конструкции.
- Увеличаване на основните якостни характеристики на обект и неговите елементи чрез замяна.
Когато е необходимо да се подсили RC-дизайни?
Още на етапа на монтаж на носещата рамка се избират технически решения и строителни материали в съответствие с бъдещите натоварвания с очакване за дългосрочна експлоатация. С течение на времето, поради различни фактори, техническото състояние на конструкцията се влошава и възниква необходимост от поддържане на критичните й елементи. Пълното армиране на стоманобетонни конструкции трябва да се извършва в следните случаи:
- Загуба на здравина на дизайна поради стареене и умора на материалите. Това е особено вярно за бетонната конструкция, която е подложена на отрицателни химични влияния и естествено механично натоварване.
- Преустройство на сграда, в резултат на което се променя конфигурацията на носещи стени, греди, колони, ферми и конзоли. Може да се наложи укрепване или облекчаване на масата в точките за закрепване на конструкцията.
- Промяна на броя на етажите. Има и преразпределение на тежестта върху колони, тавани и стени, което изисква ревизия и носещата способност на елементите на конструкцията.
- Движения на земята, които или вече са се деформирали, или са променили конфигурацията на удара върху основата и следователно върху носещите възли на рамката. Необходимо е също възстановяване на баланса на силите между структурите.
- Разрушаване или частична повреда на носещи части или отделни елементи поради аварии, природни бедствия, земетресения, бедствия, причинени от човека.
- Когато грешки са открити на етапа на проектиране или идентифицирани вече по време на експлоатацията на сградата.
В този случай основният и найчесто срещани причини, които водят до необходимостта от укрепване на стоманобетонни конструкции по един или друг начин. Специфичният характер на износването или повредата трябва да се определи по време на цялостно проучване, въз основа на което се разработва проект за укрепване на конструкцията и се избира най-добрият начин за неговото изпълнение.
Диагностика и отстраняване на проблеми с дизайна
Техническата проверка се извършва по график или извънпланово при очевидни признаци на разрушение на сградата. Тази част от дейностите се регулира от стандарти за неразрушаващо изпитване в съответствие с GOST 22690 и 17624. Оценката въз основа на резултатите от проучването се извършва в съответствие с набора от правила (SP) за укрепване на стоманобетонни конструкции под числото 63.13330.
Диагностичните процедури започват с визуален преглед, при който се откриват външни повреди - дефекти, стружки, пукнатини и др. За откриване на скрити повреди се използват неразрушителни методи за изпитване. Такива задачи се решават с помощта на специално оборудване, например с помощта на електромагнитни или ултразвукови дефектоскопи. По-специално, ултразвуковите устройства, работещи по георадарен и ехо-импулсен методи, по-често се използват за отстраняване на неизправности на стоманобетон. По време на проверката, кухини, наличие на агресивни компоненти в конструкцията, разрушаване на армировъчни пръти, следи от корозия и др.
Въз основа на получените данни се разработва допълнителна стратегия за отстраняване на повреда, ремонт, възстановяване илипреразпределение на товарите. На същия етап дефектолозите могат да дадат препоръки за укрепване на стоманобетонни конструкции, като се вземат предвид спецификата на повредата, която може да бъде отстранена само с инструменти за неразрушаващо изпитване. Важна роля при определянето на това как да се укрепи конструкцията ще играят специфичните технически и физически параметри, на които се експлоатира конструкцията.
Получете спецификации
Параметрите на армировката могат да варират в зависимост от конфигурацията на прилагане на допълнителната сила и специфичните изисквания за поддържане на конструкцията. Най-често срещаните характеристики са модулът на еластичност на опората и якостта на опън. По този начин оптималното укрепване на стоманобетонни конструкции с композитни материали осигурява средно еластичност в диапазона от 70 000-640 000 MPa и показатели за якост на опън - от 1500 до 5000 MPa. Разбира се, не е необходимо във всеки случай да се стремим към максимална производителност. Изборът на специфичен мощностен потенциал на подпорните и усилващи елементи зависи от текущото състояние на стоманобетонната конструкция.
Що се отнася до параметрите на размерите, те ще зависят от схемата за укрепване, която се съставя на базата на решението за планиране. Например, фрагментарното укрепване на стоманобетонна плоча може да се извърши чрез допълнителна опора за монолитен безгредов модул с дебелина 300 mm. Подсилващите колони обикновено имат средно сечение 400x400 mm и се поставят под пода на стъпки от 5-7,5 m.определя се от напрегнато-деформационното състояние на подовете и носещите стени.
В сложна форма, например, армировката на стоманобетонни конструкции с въглеродни влакна може да има следните технически характеристики:
- Дебелината на елемента е 0,3 мм.
- Ширина - 300 мм.
- Тегло - 500 g/m2.
- Модул на еластичност – 230000 N/mm2.
- Плътност – 1,7 g/cm3.
- Якост на опън - 4000 N/mm2.
- Якост на срязване на конструкцията - 7 N/mm2.
- Якост на натиск на материала - 70 N/mm2.
- Деформация при счупване на конструкцията – 1,6%.
- Адхезия на композитни влакна към бетонна конструкция - 4 N/mm2.
- Модул на Янг - 400 N/mm2.
Специфичността на използването на съвременни композитни материали се дължи на факта, че лепилният състав играе значителна роля в операциите по сглобяване с тях. Често той действа като независимо уплътняващо и възстановяващо средство за укрепване на бетонната конструкция. Например, епоксидните съединения могат да изпълняват функциите на запечатване на технологични шевове и фуги.
Правила
В процеса на изчисляване, проектиране и извършване на монтажни работи човек трябва да се ръководи от няколко GOST, сред които са 31937, 22690 и 28570. Тези документи в различна степен регулират поддръжката и реконструкцията на сгради и конструкции. Също така е необходимо да се вземат предвид стандартите на документа SP 63.13330, който дава конкретни инструкции относноорганизиране и изпълнение на ремонтно-възстановителни мерки, включително укрепване на стоманобетонни конструкции с композитни материали. SP 164.1325800 също ще помогне при използването на други пластмасови и фибростъкло материали за подсилване. Общите разпоредби, на които трябва да внимавате, са както следва:
- Разработването на проекта за укрепване трябва да се извършва само на базата на данни от теренното проучване на конструкциите.
- До момента на изчисляване на материалите и конфигурацията на монтажните работи трябва да се изготви информация за размера на целевия обект, неговото състояние, методите на армировка, якостта на бетона и др.
- След прегледа се взема основно решение за допустимостта на конструкцията за ремонт с последваща експлоатация.
- Мерките за укрепване трябва да се извършват така, че композитните влакна или металните пръти да осигурят съвместно натоварване с бетонната конструкция.
- Не е позволено да се укрепват конструкции, в които има джобове от корозионни повреди.
- В процеса на изготвяне на проект също е важно да се изчисли необходимостта от осигуряване на допълнителни защитни свойства на материала, например да се включат огнеупорни или влагоустойчиви покрития в конструкцията.
Ползи от армировката на бетон
Наред с правилата, регулиращи ремонта и възстановяването на строителни конструкции, би било полезно първоначално да се подготви база от методически материали, които ще помогнатрешаване на задачите на практика. Към днешна дата има много визуални инструкции, които описват стъпка по стъпка и визуално технологиите за прилагане на специфични методи за реконструкция на определени структури. Например, LLC "Interaqua" и "NIIZHB" предлагат изчерпателно ръководство за укрепване на стоманобетонни конструкции с композитни материали въз основа на набора от правила SP 52-101-2003. Материалът описва избора на конструктивни решения, принципите за изчисляване на укрепването на стени и тавани, както и технологични методи за използване на карбонови части.
Ако говорим за промишлени съоръжения, тогава могат да се използват високоспециализирани ръководства, които също се фокусират върху специалните условия на работа на конструкциите. По-специално, Far East PromstroyNIIproject LLC предлага инструкции за укрепване на стоманобетонни конструкции от серия 1.400.1-18. Този материал подчертава нюансите на укрепване на носещи стени и тавани в конструкцията на промишлените сгради.
Разработване на проект за структурно укрепване
Основната задача на този етап е да предложи конкретно техническо решение за изпълнение на укрепване на структурата на целевия обект. В процеса на разработка специалистите се ръководят от данни за характеристиките на строителните материали, техните геометрични параметри, експлоатационни условия и съществуващи повреди. Към момента са разработени следните принципи на проектиране за армиране на стоманобетонни конструкции:
- Взаимосвързване на компонентите. Често срещана грешка, която се случва по време на строителството, е да се вземе предвид работната площадкав изолиран формат. Тоест една носеща стена, например, ще бъде изчислена въз основа на преките натоварвания върху нея, без да се фокусира върху близките фактори на влияние. Всъщност, висококачествена и издръжлива система може да бъде проектирана само с цялостно отчитане на всички експлоатационни фактори.
- Оптимизация. Задачите за укрепване на конструкциите могат да бъдат решени по различни начини и почти във всеки случай има решение, което ще позволи на съоръжението да поддържа висок експлоатационен живот. Но в същото време е желателно да се стремим да сведем до минимум количеството работа, масата на помощните поддържащи части и да рационализираме използването на консумативи. Колкото по-ниска е степента на намеса в структурата на конструкцията, толкова по-висока е нейната надеждност. Между другото, съвременните технологии за укрепване на стоманобетонни конструкции с композитни материали, които са по-малки по размер и тегло в сравнение с металните аналози, просто позволяват минимизиране на обема на включване на чужди елементи.
- Икономическа рационализация. Дори ако е възможно да се използват големи финансови ресурси при изпълнението на проекта за укрепване, важно е да се има предвид, че сложните и масивни технически решения винаги изискват високи разходи още в процеса на поддръжка по време на експлоатацията на конструкцията.
- Съответствие с установените изисквания. Всеки етап на проектиране трябва да вземе предвид както общите нормативни правила, така и специфичните изисквания на техническото и конструктивно устройство по отношение на целевата сграда.
Правила за изчисляване на армировката на стоманобетонни конструкции
Техническото изчисление на конструкциите е в основата на проектната работа, по време на която действителните натоварвания се съпоставят с мощностните потенциали на материалите, използвани за армировка. Първоначалните данни за комплексното изчисление са взети от проектната схема, нейните размери, действащи натоварвания и естеството на повредата. Отделни статии при оценката на материалите за армиране на стоманобетонни конструкции са изчислени показатели за якост на натиск, височина на зоната на натиск, устойчивост по наклонени участъци и др.
Основната стойност на конструкцията, която определя способността да се справя с действителните натоварвания, ще бъде моментът на максимално огъване. За изчисляването му се използват коефициентите за надеждност за материала и натоварването. Определя се и естеството на разпределението на повредите върху напречното сечение на конструкцията, като се взема предвид степента на нейната еластичност. Ако първоначалният максимален момент на огъване надвишава процеса на напукване по протежение на участъка, тогава изчислението трябва да се извърши по същия начин, както за участък с пукнатини, без да се отчита възможността за развитие на деформация..
Постоянните стойности на целевите материали също се използват в изчисленията за укрепване на конструкциите. Съвременните насоки за укрепване на стоманобетонни конструкции, по-специално, разчитат на следните показатели:
- Сила - диапазон от 1000 до 1500 MPa, но не по-малко.
- Модул на еластичност - от 50 до 150 GPa.
- Температура на стъклен преход (използва се за композити) - не по-малко от 40 °С.
Размерните параметри и монтажната конфигурация се определят индивидуално във връзка с конкретендизайни.
Класификация на методите за подсилване
Съвременните технологии позволяват използването на обширен списък от средства за техническо укрепване на различни конструкции, адаптирани към специфични условия на работа. На основно ниво си струва да се разделят всички начини за укрепване на стоманобетонни конструкции въз основа на тяхното физическо състояние. По-специално могат да се разграничат течни, тъкани и твърди елементи. В първия случай укрепването ще се извърши по метода за отстраняване на външни повреди. Това може да бъде премахване на пукнатини с пясъчно-циментов разтвор и запечатване на фуги с лепилни строителни смеси. Тъканните материали се използват по-рядко и най-вече като подсилващ агент, който се нанася върху излятата зона със същите укрепващи разтвори.
Що се отнася до твърдите тела, те са структурни части, които по някакъв начин са интегрирани или насложени върху повредена структура. В този случай методите за укрепване на стоманобетонни конструкции могат да бъдат разделени както според вида на използвания материал (метал, композити, камък), така и според конфигурацията на инсталацията. Най-популярният метод за подсилване с твърди продукти е армировката на колана, при която профилираните подложки захващат повредената зона. Но това не е единственият начин да използвате такива продукти.
Основни методи за укрепване на стоманобетонни конструкции
В зависимост от резултатите от първоначалното проучване и въз основа на дизайнерското решениемогат да се използват следните методи за укрепване на стоманобетонни конструкции:
- Полагане на ремонтна мазилка с цел възстановяване на структурата на бетонната повърхност. Ако има открити зони за преминаване на армировка, те също се запечатват с грундови смеси или мазилка.
- Внасяне на бетонов разтвор в кухини, пукнатини, кухини и други вътрешни структурни дефекти, открити чрез неразрушително изпитване.
- Торбетон с бетонова смес. Бетонният разтвор се нанася върху повърхността със специални пистолети с висока скорост. Тази механика на третиране на увредените зони позволява образуването на плътни подсилващи слоеве с висока якост.
- Укрепване на основата, върху която се крепи конструкцията. Това става чрез стоманобетонни скоби, метални колани, анкерни връзки и други твърди елементи.
- Укрепване на стоманобетонни колони, греди и стени чрез монтаж на сложни армировъчни скоби, рамки и ризи. В такова устройство могат да се използват елементи от армировка, кофраж и торкрет. Тъй като този метод включва създаването на доста значителни допълнителни конструкции, препоръките за укрепване на стоманобетонни конструкции препоръчват внимателно да се изчисли максималното натоварване на тавана. В противен случай след известно време ще бъде възможно да се открият вече пукнатини в конструкцията на носещите елементи от по-ниско ниво.
- Точково увеличаване на издръжливостта на напречните греди, греди, стълбове и носещи елементи с композитни материали. За такива цели се използват малкоформатни, но издръжливи части от въглеродни влакна, кевлар, карбон ии др.
Както показва практиката, най-ефективното решение за поддържане на силовия потенциал на стоманобетонните конструкции е именно конструктивната промяна в основата им. Добавянето на стени и тавани с поддържащи елементи на трети страни като подпори, напротив, се счита за неефективно и технологично нецелесъобразно. Но отново, конкретни решения трябва да се вземат въз основа на цялостно проучване и изчисление.
Укрепване със стомана и композити - кое е по-добро?
Основното разделение по много начини за укрепване на строителните конструкции се основава на вида на използвания материал. Силовите твърдотелни пръти и структурните елементи са най-често срещаните армировъчни фитинги, но могат да бъдат направени на базата на традиционни стоманени сплави и с помощта на модерни пластмаси. Кое е по-добро?
Предимствата на метала включват неговата гъвкавост, висока якост и достъпна цена. Между другото, укрепването на стоманобетонни конструкции с въглеродни влакна, с всички положителни технически и физически качества, може да струва 20-30% повече от използването на дори висококачествена неръждаема стомана. Какво оправдава подобни разходи? И все пак композитите показват ненадмината якост на опън, която превъзхожда дори стоманата. Също така, за разлика от бетона, въглеродните влакна се характеризират с по-висок ресурс на якост на умора, което елиминира междинните мерки за възстановяване по време на дългосрочната експлоатация на сградата. Има ли недостатъци на композитите освен високата цена? Има нюанси на екологичните свойства, тъй като впластмасата все още е в основата на материала, но значението на влиянието на синтетичните добавки е минимално по отношение на опасността за хората.
Заключение
Мерките за ремонт, възстановяване и укрепване на стоманобетонни конструкции по правило изискват много организационни и финансови разходи. Това се дължи на сложността на тяхното проектиране и технологичните проблеми при извършване на инсталационни операции. Дори дребните козметични процедури трябва да се извършват на няколко етапа - от отстраняване на неизправности с подготовката на обект за работа до директно отстраняване на повреда или повишаване на якостните качества на материалите. Ето защо, в препоръките за проектиране на армировка на стоманобетонни конструкции, експертите отбелязват необходимостта да се разгледат най-технически гъвкавите опции за решаване на проблема. Например, най-простата замяна на стоманена армировка с диаметър 12 mm с въглеродни влакна с дебелина 8 mm със същия ефект на армировка ще сведе до минимум до 50% от разходите за електроенергия. Но, разбира се, такава оптимизация не винаги е възможна. Във всеки случай принципите за поддържане на необходимата здравина, еластичност и твърдост на конструкциите трябва да излязат на преден план. Следването на нормативните планове и висококачествените инсталационни схеми ще позволи рационалното извършване на укрепването, като максимално отлага времето за необходимостта от завършване на реконструкцията на сградата с подмяна на стоманобетонната конструкция.
