Как следует подклинивать зазоры между усиливающей и усиливаемой конструкциями?

В этом деле опасно переусердствовать. При сильной забивке стальных пластин возникают большие расклинивающие усилия, причем усилия неконтролируемые, которые могут вызвать в усиливаемой конструкции опасные для нее изгибающие моменты. Особенно осторожно следует проводить усиление многопролетных неразрезных балок. Если при усилении балки одного из пролетов создать большое расклинивающие усилие, то в соседних пролетах изгибающие моменты возрастут, что может привести балки в аварийное состояние, — такие случаи в практике усиления встречаются. Поэтому толщину стальных клиньев (пластин) следует подбирать в соответствии с фактическими зазорами и забивать их легкими ударами молотка.

Необходимо помнить и о том, что в опорах (стойках) из монолитного железобетона или каменной кладки будут происходить усадочные процессы, особенно интенсивные в первые дни. Поэтому подклинивание зазоров нужно производить не ранее чем через неделю после возведения опор, а передачу дополнительной нагрузки — после набора бетоном или кладкой проектной прочности.

5. Чем отличаются жесткие опоры от упругих?

Жесткие — это опоры, которые не деформируются под нагрузкой (рис. 48, а). Упруго проседающими, или просто упругими, называются опоры, которые деформируются (проседают) под нагрузкой вместе с самой конструкцией (рис. 48, б). Деформации упругих опор зависят от величины нагрузки, от жесткости опирающейся конструкции (например, балки) и от жесткости самих опор. Чем меньше жесткость опоры, тем меньше опорная реакция R, тем меньше разгружается опирающаяся конструкция.

 

 

К жестким опорам обычно относят стойки (колонны) из кирпича, железобетона или металла, подкосы и т. п. элементы, которые подводят под усиливаемые конструкции и деформации которых настолько малы, что ими можно пренебречь. Однако подобные опоры имеют один существенный недостаток — они перегораживают помещения. Кроме того, опоры в виде стоек требуют устройства самостоятельных фундаментов. При этом следует иметь в виду, что основание под фундаментом в свою очередь подвергается деформациям (осадкам), в результате которых нагрузка на стойку уменьшается, а изгибающие моменты и поперечные силы в усиленной балке возрастают. Во избежание этого необходимо под подошвой фундамента либо предварительно обжимать грунт, либо устраивать большую песчано-щебеночную подушку. Поэтому, несмотря на всю простоту подобного усиления, его применяют довольно редко.

Указанных недостатков лишены портальные рамы (рис. 49), стальные балки (рис. 50), фермы (рис. 51), шпренгели и некоторые другие усиливающие конструкции. В процессе нагружения они подвергаются заметным деформациям (прогибам) совместно с усиливаемой конструкцией (пунктирные линии на рисунках), которыми пренебречь нельзя, не допустив грубейшую ошибку. Поэтому дополнительные опоры, которые образуют подобные конструкции, относятся к упругим.

 

 

6. Насколько эффективно усиление стальными балками?

Подведение стальных балок под железобетонные балки или плиты — довольно распространенный прием усиления. Основан он на принципе частичного разгружения — стальная балка является дополнительной (упругой) опорой и берет на себя часть полезной нагрузки. Однако эффективность такого усиления, как правило, невелика. Сечения стальных балок проектировщики зачастую подбирают простым суммированием несущих способностей усиливаемой и усиливающей балок: если существующая балка (плита) в состоянии воспринимать только часть расчетного изгибающего момента М, то сечение стальной балки подбирают из условия восприятия недостающей части.

Такой подход ошибочен по двум причинам. Во-первых, стальная балка включается в работу не с самого начала, а со времени приложения дополнительной нагрузки. Чем меньше разгружена железобетонная балка (плита), тем менее эффективно работает стальная балка (см. вопрос 6.3). Во-вторых, доли совместно воспринимаемой нагрузки определяются не несущими способностями сечений, а совместными деформациями (прогибом f). Поэтому дополнительная нагрузка распределяется пропорционально жесткостям существующей и усиливающей конструкций.

Поясним на примере (рис. 52). Железобетонная балка пролётом 6 метров имеет жесткость 81000 кН·м² (при отсутствии трещин) и в состоянии воспринимать 80% расчетного изгибающего момента М = 290 кН·м. До начала усиления нагрузка на балку снижена наполовину, т.е. изгибающий момент в ней составляет 145 кН·м. Следовательно, из оставшейся половины изгибающего момента 30%М (ΔМ_b = 87 кН·м) должна воспринять железобетонная балка, а 20%M (M_s = 58 кН·м) - стальная. Поскольку прогибы балок одинаковы (f _b = f _s), пропорционально этим моментам должны быть и жесткости балок: ΔM_b/B_b = М_s/В_s' откуда B_s/B_b = 2/3, т. е. жесткость стальной балки B_s = 54000 кН ·м². Этой жесткости соответствует прокатный двутавр № 45, напряжения в котором при действии воспринимаемого им момента 58 кН·м составят 47 МПа, т. е. всего 1/5 расчетного сопротивления стали марки С235. Чем большая часть нагрузки снята с железобетонной балки до начала усиления, тем меньшее сечение потребуется для усиливающей балки и тем эффективнее она будет работать. Но даже при полном снятии нагрузки напряжения в последней (двутавр № 33а) составят всего 110 МПа.

Из приведенного примера видно, насколько неэффективно используется несущая способность усиливающей балки даже при самом раннем включении ее в работу. Правда, стальная балка будет нагружаться более интенсивно после образования трещин в железобетонной балке, когда жесткость последней заметно снижается. Однако строгий расчет их совместной работы затруднителен, а его результаты могут оказаться далекими от фактической работы.