Пособие по проектированию усиления стальных конструкций

2.50. Для конструкций допускается использовать без усиления элементы, прогибы которых превышают предельные значения по #M12293 0 9056425 24257 77 4289134001 4 382368735 980596338 1159957205 2827пп.13.1#S-#M12293 1 9056425 24257 80 4 433032697 25197 2687364669 3571758239 49111475113.4 СНиП II-23-81#S*, но не препятствуют нормальной эксплуатации (передвижению мостовых и подвесных кранов, обеспечению надежной работы ограждающих конструкций, бесперебойной эксплуатации установленного на конструкциях оборудования и т.п.).

2.51. Факт выполнения конструкций из стали, марка или свойства которой не соответствуют указаниям #M12293 2 9056425 4120950664 25510 414376458 2225 1920352059 1159957205 350062449 4табл.50 СНиП II-23-81#S*, сам по себе не может служить основанием для замены или усиления конструкций.

В случаях, когда материал конструкций не удовлетворяет требованиям #M12293 3 9056425 4120950664 25510 414376458 2225 1920352059 1159957205 350062449 4табл.50 СНиП II-23-81#S* для элементов рассматриваемой группы и климатического района, дальнейшая эксплуатация конструкций требует специального обоснования.

3. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮУСИЛЕНИЯ СОХРАНЯЕМЫХ КОНСТРУКЦИЙ ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

3.1. С целью сокращения объемов работ по усилению, а в некоторых случаях и отказа от усиления необходимо выявлять и использовать резервы несущей способности сохраняемых конструкций путем:

уточнения усилий, действующих в перенапряженных элементах, за счет учета пространственной работы каркаса; фактических условий соединения и закрепления, учета фактических значений нагрузок, воздействий и их сочетаний;

уточнения прочностных характеристик материала конструкций и соединений, фактических размеров сечений и элементов;

включения в работу ограждающих конструкций или других вспомогательных элементов зданий и сооружений.

С этой целью рекомендуется проведение мероприятий по улучшению условий работы несущих конструкций, таких как:

изыскание возможности уменьшения нагрузок, действующих на все здание или отдельные элементы его (ограничение грузоподъемности кранов, их сближения между собой, ограничение хода тележки, изменение схемы расположения кранов на подкрановых путях, изменение конфигурации кровли для уменьшения снеговых мешков, мероприятия по борьбе с отложением промышленной пыли и т.д.);

уменьшение нагрузок от веса ограждающих конструкций путем замены их более легкими, в особенности в тех случаях, когда замена ограждающих конструкций связана с их неудовлетворительным состоянием.

Мероприятия по уменьшению крановых и других технологических нагрузок не должны ухудшать условия основного производства и должны быть обязательно согласованы со службой эксплуатации, включая приемы и методы контроля за уровнем нагрузок.

3.2. Основными способами усиления конструкций являются:

увеличение площади поперечного сечения отдельных элементов конструкции;

изменение конструктивной схемы всего каркаса или отдельных элементов его, в результате чего меняется расчетная схема;

регулирование напряжений.

Каждый из этих способов может применяться самостоятельно или в комбинации с другим. При выборе способа усиления и разработке проекта усиления необходимо учитывать требования монтажной технологичности.

3.3. При конструктивном оформлении усиления путем увеличения сечений необходимо:

обеспечить надежную совместную работу элементов усиления и усиливаемой конструкции, в том числе требования по местной устойчивости (размеры свесов, отгибов) и неискажаемости сечения (установка в необходимых случаях ребер, диафрагм и т.п.);

не принимать решений, затрудняющих проведение мероприятий по антикоррозионной защите, в особенности ведущих к щелевой коррозии или образованию замкнутых полостей, применяя в необходимых случаях герметизацию щелей;

назначать места обрыва элементов усиления из условия работы неусиленных сечений при действии расчетных нагрузок в упругой стадии, не допуская резких концентраторов напряжений в указанных местах;

учитывать наличие конструктивного оформления узлов, ребер жесткости, прокладок и т.п., а также допустимость увеличения габаритов строительных конструкций;

обеспечивать технологичность производства работ по усилению, в частности, доступность сварки, возможность сверления отверстий, закручивания болтов и т.п.

3.4. При усилении конструкций путем изменения конструктивной схемы требуется:

учитывать перераспределение усилий в конструкциях, элементах, узлах, а также в опорах, включая дополнительные проверки фундаментов;

учитывать разность температур, если существующие и новые конструкции могут эксплуатироваться в разных температурных режимах, а также температурный режим при замыкании статически неопределимых систем;

предусматривать в конструктивных решениях элементов и узлов возможность компенсации несовпадения размеров существующих и новых конструкций.

3.5. Способ усиления конструкций, предусматривающий регулирование напряжений, позволяет уменьшить усилия, действующие в конструкции. Преимущество его состоит также в том, что усиление может производиться без разгрузки конструкции и остановки технологического процесса.

3.6. Элементы усиления необходимо проектировать, как правило, ориентируясь на полное изготовление их в заводских условиях. В особых случаях допускается изготовление деталей усиления с припуском и последующей обработкой на месте установки.

Присоединение деталей усиления к конструкциям выполняется с помощью сварки, на болтах класса точности А и В или высокопрочных. В случае опасности возникновения хрупкого или усталостного разрушения присоединение осуществлять на высокопрочных болтах или болтах класса точности А. При соответствующем обосновании допускается применение дюбелей и самонарезающих винтов.

3.7. Марку стали элементов усиления следует назначать по #M12293 0 9056425 4120950664 25510 414376458 2225 1920352059 1159957205 350062449 4табл.50 СНиП II-23-81#S* с учетом качества стали усиливаемой конструкции. Если эти конструкции выполнены без сварки и отсутствуют данные о свариваемости стали, то для их усиления сварку можно применять только после проведения оценки свариваемости.

3.8. Применяемая для элементов усиления сталь, как правило, не должна уступать по качеству металлу усиливаемых конструкций (по механическим свойствам, вязкости и свариваемости).

При усилении конструкций, эксплуатируемых в агрессивной среде, коррозионная стойкость металла элементов усиления должна быть не ниже стойкости металла усиливаемой конструкции.

УСИЛЕНИЕ БАЛОК

3.9. Выбор способа усиления определяется:

условиями опирания на балку элементов перекрытий или покрытий (по верхнему или нижнему поясу);

возможностью увеличения строительной высоты балки и наличием пространства для размещения элементов усиления;

возможностью выполнения работ без остановки производства или во время технологических перерывов;

технологическими возможностями изготовления и монтажа элементов усиления.

3.10. При усилении балок путем увеличения сечения (рис.3) наиболее рациональными по расходу стали являются двусторонние симметричные или близкие к симметричным схемы усиления "а"-"е" с расположением элементов усиления по возможности дальше от центра тяжести неусиленного сечения балки.



Рис.3. Усиление балок путем увеличения сечений а-к - схемы усиления

При опирании настилов по верхнему поясу балки рекомендуются схемы "в"-"к", при этом несимметричное усиление по схеме "и" эффективно только при использовании упругопластической стадии работы материала существующей конструкции или при регулировании усилий, в остальных случаях более целесообразна схема одностороннего усиления "к" со значительным увеличением высоты сечения. Усиление составных сварных балок, имеющих ребра жесткости, с использованием схемы "в" и "г" требует либо вырезки ребер, либо подгонки элементов усиления, поэтому более рациональны в данном случае схемы "д" и "е", а при необходимости увеличения прочности верхней части стенки (например, в случае передачи сосредоточенных нагрузок) может быть рекомендована схема "ж".

3.11. Усиление балок путем изменения конструктивной схемы (рис.4) мало зависит от места опирания плит настила, однако при усилении по схемам "а" и "б" путем превращения разрезной конструкции в неразрезную требуется возможность доступа к узлам сопряжения.



Рис.4. Усиление балок путем изменения их конструктивной схемы

а-л - схемы усиления

Установка дополнительных подкосов (схемы "в" и "г") возможна при наличии свободного пространства под балками.

Использование этих схем зависит также от способов усиления колонн и фундаментов.

При наличии свободного пространства под центральной частью балки эффективными могут быть схемы "д" и "е" с одно- или двустоечным шпренгелем. При использовании этих схем следует обеспечить конструктивные методы раскрепления точек перегиба шпренгеля из плоскости системы.

Рекомендуется также способы усиления балок с помощью дополнительных затяжек (схемы "ж" и "з") и подведения дополнительных балочных конструкций (схемы "и", "к"), для усиления прогонов рациональна схема "л" с подведением дополнительных опор, передающих нагрузку на параллельно устанавливаемые двухконсольные подпруги.

Практически во всех случаях усиления с изменением конструктивных схем целесообразно использование методов активного регулирования усилий для включения в работу новых элементов.

3.12. Если при увеличении нагрузок не обеспечена прочность стенки по срезу или ее устойчивость, то рекомендуется установка дополнительных поперечных, продольных или наклонных ребер жесткости. Наклонные ребра жесткости (рис.5) могут использоваться как без пригонки к поясам балки, так и с пригонкой; в первом случае они считаются не работающими на поперечную силу и служат только для обеспечения местной устойчивости, во втором - значительно снижают касательные напряжения в стенке.



Рис.5. Установка наклонных ребер жесткости а-д - без пригонки к поясам; б-г, е - с пригонкой

При проверке дополнительных ребер рекомендуется использовать одностороннее расположение ребер и швы минимального катета. Диагональные ребра, пригнанные к поясам, рекомендуется проектировать парными (двусторонними) из полосовой стали или уголков с креплением к полкам и вертикальным ребрам по типу схем "в" и "е" на рис.5 и устанавливать их вдоль сжатой диагонали отсека.

ОСОБЕННОСТИ УСИЛЕНИЯ ПОДКРАНОВЫХ БАЛОК

3.13. Усиление подкрановых балок для кранов с режимами работы 7К и 8К, имеющих повреждения в виде усталостных трещин, рекомендуется лишь в качестве временной меры при невозможности остановки производства для замены балок.

При кранах с другими режимами работы повреждения, связанные с эксплуатацией подкрановых балок, обычно незначительны, усиление таких балок целесообразно и экономически оправданно. При этом могут быть использованы схемы усиления рис.4.

3.14. При усилении подкрановых балок без тормозных конструкций при небольшом увеличении крановых нагрузок (на 5-10%) может быть использована схема усиления по рис.6, а, при большем увеличении нагрузок необходимо также усиление и нижнего пояса по схеме "б". Эти схемы не сложны и могут быть выполнены без остановки технологического процесса, а приварка элементов усиления в нижнем положении позволяет обеспечить качественное выполнение швов.



Рис.6. Усиление подкрановых балок а-е - схемы усиления

При усилении подкрановых балок с тормозными конструкциями могут использоваться схемы "в", "г", "д". Усиление по схемам "г" и "д" может быть выполнено без остановки технологического процесса; при усилении по схеме "в" требуется демонтаж кранового рельса, при этом для обеспечения постоянного уровня головки рельса усиление верхнего пояса должно быть выполнено по всей длине балки.

3.15. Для повышения местной прочности и устойчивости стенки подкрановых балок легкого и среднего режимов работы (группы режимов 1К-6К) рекомендуется усиление ламелями по схеме "г" на рис.6, а также конструктивные решения по п.7.2. Для предотвращения выпучивания ламелей при сварке целесообразно выполнить стяжку пакета болтами диаметрами 16-18 мм, шаг которых не должен превышать 12 или 18, где - диаметр отверстия под болты, а - толщина ламели. Кромку ламелей необходимо плотно подогнать к верхнему пояску балки, а для пропуска поясных швов снять фаску (возможно и решение с подкладными листами по рис.6, д).

Для подкрановых балок тяжелого режима работы (группы режимов 7К и 8К) при необходимости увеличения их ресурса по выносливости рекомендуется устанавливать ламели к верхнему поясу по схеме "е" на рис.6. Крепление ламелей к поясу в этом случае выполняется конструктивным швом или плотной подгонкой без сварки с прижатием крючьями, установленными в отверстия для крепления рельса, а к поперечным ребрам жесткости - расчетным швом с полным проплавлением. Допускается постановка односторонней ламели со стороны кранового моста, если постановка парной затруднительна.

Высоту ламели (рис.6, е) следует принимать в пределах /8... /10 ( - расстояние между ребрами жесткости балки), но не менее 150 мм. Расстояние принимается максимальным по фактической ширине ребер жесткости и с учетом расположения отверстий для крепления рельса. Минимальная толщина ламели назначается в соответствии с #M12293 0 9056425 83 24572 4294967262 1537392623 980591961 1336436757 891977297 1759358610п.7.24 СНиП II-23-81#S* как для неокаймленного свеса.

3.16. Усиление верхних поясов подкрановых балок путем постановки дополнительных вертикальных или наклонных пластин следует проводить с использованием методов снижения концентрации напряжений в концах монтажных швов и постановки остающихся подкладок с выводом швов на эти подкладки, выполнения закруглений, обварки торцов и т.п.

3.17. При необходимости увеличения ресурса балки по усталостной прочности рекомендуется проверить расчетную долговечность в соответствии с указаниями прил.5 и в случае, если она не удовлетворяет требованиям длительной безотказной эксплуатации, провести усиление с помощью ламелей по рис.6, а.

Одновременно с усилением подкрановых балок для увеличения их ресурса рекомендуется использовать эффективные способы крепления рельса к балке, в частности - постановку упругих прокладок или тангенциальную прокладку.

УСИЛЕНИЕ СТРОПИЛЬНЫХ ФЕРМ

3.18. При усилении стропильных ферм путем увеличения сечений стержней следует стремиться к сохранению центровки в узлах ферм. При усилении сжатых стержней элементы усиления целесообразно располагать таким образом, чтобы максимально увеличить радиус инерции сечения, при этом их можно не заводить на фасонки, если обеспечена прочность неусиленного сечения. Элементы усиления растянутых стержней заводят на фасонки на длину, достаточную для передачи воспринимаемой ими части усилия.

3.19. При усилении прямолинейных стержней путем увеличения сечений (рис.7) для сжатых стержней наиболее рациональны схемы "а", "в", "г". Удобна схема "б", поскольку швы выполняются в нижнем положении, но при этом существенно смещается центр тяжести сечения и, кроме того, при необходимости завести уголок усиления на фасонку (например, при усилении раскосов) в нем необходимо устроить прорезь. Использование схем "б" и "д" для усиления верхнего пояса может оказаться невозможным из-за опирания прогонов или панелей покрытия.

Рис.7. Усиление элементов стропильных ферм а-м - схемы усиления

При усилении искривленных стержней могут быть использованы схемы "л" и "м", не требующие подгонки элементов усиления.

3.20. Усиление сварных швов в узлах крепления стержней стропильных ферм можно выполнять в необходимых случаях с использованием дополнительных фасонок (рис.8, а, б). Усиление узлов клепаных ферм целесообразно производить с помощью сварки (если позволяет качество металла и швы воспримут все усилие) или же способом передачи усилия на уголковый коротыш и затем на фасонку через болты класса точности А (рис.8, в).

Рис.8. Усиление узлов крепления стержней стропильных ферм

3.21. При усилении стропильных ферм путем изменения конструктивной схемы (рис.9) обычно требуется и усиление отдельных стержней за счет увеличения их сечений.

Рис.9. Усиление стропильных ферм путем изменения их конструктивной схемы а-к - схемы усиления

Установка шпренгелей по схеме "а" уменьшает расчетные длины элементов верхнего пояса в плоскости фермы, но не влияет на их устойчивость из плоскости. При этом часто требуется провести усиление растянутых стержней.

Усиление по схеме "б" существенно снижает усилия во всех стержнях, за исключением двух средних раскосов, однако применение этой схемы очень ограниченно.

Превращение разрезных стропильных ферм в неразрезные (схема "в") с устройством стыков на опорах требует разборки кровли. Эту схему усиления целесообразно использовать при трех пролетах и более.

При наличии фонаря по среднему ряду колонн его элементы могут быть включены в совместную работу с фермами (схема "г"). Такое решение, как правило, требует усиления стоек и раскосов фонаря. Его эффективность зависит от относительной ширины фонаря. Схема "д" применяется в случаях, когда затруднены работы внутри здания.

Усиление ферм одно- или двустоечным шпренгелем (схемы "е" и "ж"), а также усиление затяжкой по нижнему поясу (схема "и") рационально при использовании в качестве затяжек высокопрочных элементов (например, стальных канатов).

3.22. Применение продольной распределительной конструкции (рис.9, к) может быть рекомендовано при установке новых подвесных кранов, когда продольные вертикальные связи включают в работу на восприятие локальных нагрузок соседние стропильные фермы. Кроме того, установка дополнительных вертикальных связей по всей длине покрытия повышает надежность стропильных ферм, выполненных из кипящих сталей и эксплуатирующихся при отрицательных температурах.

УСИЛЕНИЕ КОЛОНН И ПОПЕРЕЧНИКА В ЦЕЛОМ

3.23. Усиление колонн необходимо, как правило, при значительном увеличении нагрузок, в случае существенного коррозионного износа или при значительных локальных повреждениях. Ввиду сложности разгрузки колонн их усиление обычно выполняется под нагрузкой, что в основном определяет выбор способа усиления.

3.24. При усилении колонн путем увеличения сечений (рис.10) используются симметричные и несимметричные схемы усиления.

Рис.10. Усиление колонн путем увеличения сечений а - симметричные без смещения центра тяжести; б - несимметричные со смещением центра тяжести

При усилении центрально-сжатых колонн и стоек рекомендуются симметричные схемы усиления или схемы, обеспечивающие минимальное смещение центра тяжести усиленного сечения от линии действия сжимающих усилий.

При усилении внецентренно сжатых колонн с преобладающими моментами одного знака рационально использование несимметричной схемы усиления со смещением центра тяжести усиленного сечения в сторону действия момента.

При выборе способа усиления следует учитывать условия, затрудняющие производство работ:

устройство подмостей для приварки элементов усиления;

разборку стеновых ограждений при усилении колонн крайних" рядов.

3.25. При усилении колонн путем изменения конструктивной схемы (рис.11) могут быть использованы различные схемы.



Рис.11. Усиление колонн и поперечника в целом путем изменения конструктивной схемы а-д - схемы усиления

В высоких однопролетных зданиях с кровлей малой жесткости (например, из волнистых листов асбофанеры) целесообразно ужесточение связей по нижним поясам (схема "а") для увеличения эффекта пространственной работы. Этот прием рекомендуется для относительно коротких зданий с жесткими торцами.

Расчетная длина колонн из плоскости рамы может быть уменьшена постановкой дополнительных распорок (схема "б"), а в плоскостях рамы - установкой подкосов (схема "г").

Целесообразно использование дополнительных стоек и подкосов для снижения продольных усилий в колоннах. Кроме случаев, указанных в п.3.11, рекомендуется также установка подкрановых стоек, соединенных с основной колонной гибкими связями (схема "в").

3.26. При значительном увеличении крановых нагрузок целесообразно устройство отдельной крановой эстакады, воспринимающей все вертикальные нагрузки от крана.

3.27. Для усиления колонн и стоек могут применяться предварительно напряженные шпренгельные системы, основным назначением которых является уменьшение расчетной длины сжатых элементов конструкции и увеличение момента инерции колонны или стойки в целом.

Недостатком этой схемы является передача на усиливаемый сжатый элемент дополнительных сжимающих напряжений от гибких предварительно напряженных элементов шпренгеля.

При усилении колонн и стоек могут быть использованы приемы регулирования усилий с частичной разгрузкой усиливаемого элемента и одновременным увеличением расчетного сечения (рис.12). Наиболее целесообразно усиление постановкой предварительно изогнутых или изгибаемых в процессе монтажа элементов (рис.12, а, б, в), которые при несмещаемых концах выпрямляются путем приложения поперечных воздействий и скрепляются с колонной. Можно также усиливать путем подведения телескопических напрягаемых стоек (рис.12, г) из трубчатых или других жестких профилей.

Рис.12. Усиление сплошных колонн а-в - предварительно изогнутыми элементами с последующим выпрямлением; г - предварительно напряженным элементом

3.28. Усиление колонн, стоек и других сжато-изогнутых элементов также может осуществляться введением в существующую схему дополнительных шарниров, если это уменьшит напряжение в усиливаемых конструкциях (рис.13). При этом необходимо учитывать как возможное уменьшение изгибающих моментов, так и увеличение расчетной длины сжатого элемента. Используют также схемы усиления колонн и поперечника в целом, заключающиеся в замыкании шарниров.



Рис.13. Усиление путем введения в схему дополнительных элементов жесткости и шарниров а - поперечный разрез; б, в - расчетные схемы соответственно до и после усиления; 1 - элементы жесткости; 2 - увеличение сечений; 3 - шарниры

3.29. При значительных горизонтальных нагрузках на здание и большом количестве перенапряженных колонн усиление их рекомендуется производить путем введения горизонтальных жестких конструкций (специально устраиваемых или используемых), передающих нагрузки на торцы здания. Конструкции торцов здания должны быть рассчитаны и законструированы с учетом восприятия нагрузок от всего здания. При длине здания более двух пролетов следует специально устраивать дополнительные поперечные вертикальные конструкции или связи, воспринимающие горизонтальные нагрузки и передающие их на фундаменты.

3.30. При увеличении усилий в колоннах требуется проверить несущую способность фундаментов и оснований.

При недостаточной несущей способности опорной плиты ее усиление целесообразнее всего выполнять путем установки дополнительных ребер, уменьшающих размеры участков плиты.

При перенапряжении анкеров рекомендуется устанавливать дополнительные фундаментные болты, закрепив их в фундаментах или в дополнительной набетонке.

УСИЛЕНИЕ ЭСТАКАД, ТРАНСПОРТЕРНЫХ ГАЛЕРЕЙ И ОПОР ТРУБОПРОВОДОВ

3.31. Колонны открытых крановых эстакад усиливаются такими же способами, как и колонны производственных зданий. Эффективным методом усиления является установка дополнительных горизонтальных связей в уровне тормозных конструкций с целью получения неразрезной системы, создающей пространственную схему для передачи горизонтальных нагрузок, или замыкание колонн рамной надстройки. В последнем случае имеется возможность превращения открытой эстакады в крытую.

3.32. Способы усиления ферм пролетных строений транспортерных галерей не отличаются от способов усиления ферм покрытий производственных зданий.

Целесообразным методом усиления пролетных строений является установка шпренгеля или устройство дополнительных опор, если такой метод допускается объемно-планировочным решением. При этом, как правило, необходимо усиление решетки в зоне примыкания дополнительной стойки.

3.33. Плоские опоры транспортерных галерей и трубопроводов могут быть усилены путем устройства шпренгельных систем, уменьшающих свободную длину поясов из плоскости (рис.14) и изменением схемы решетки для уменьшения гибкости поясов в плоскости опоры.

Рис.14. Усиление плоских опор транспортерных галерей и трубопровода путем уменьшения свободной длины поясов с помощью шпренгельных систем а - решетчатой; б - рамной (при невозможности установки решетки)

УСИЛЕНИЕ ОПОР ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

3.34. Усиление свободно стоящих рядовых опор воздушных линий электропередачи и открытых распределительных устройств выполняется путем уменьшения свободной длины панелей за счет установки дополнительных элементов решетки или увеличением сечений поясов. В последнем случае стыки поясов, выполняющиеся по условиям монтажа болтовыми, при усилении работают как сварные.

3.35. При усилении рядовых портальных опор на оттяжках рекомендуется увеличить количество канатов в оттяжке, а при усилении одностоечных опор на оттяжках устанавливать дополнительный ярус оттяжек.

3.36. Усиление переходных опор анкерного типа рекомендуется выполнять путем изменения схемы перехода и замены анкерного крепления проводов подвеской на поддерживающих гирляндах с роликовым креплением. При этом требуется уменьшение стрелы провеса, достигаемое установкой новых проводов, допускающих большее тяжение, а также заменой или усилением концевых опор.

ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ТЕХНОЛОГИИ ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТ ПО УСИЛЕНИЮ

3.37. При разработке проекта усиления необходимо выбрать и отразить в рабочих чертежах принципиальные положения производства работ:

последовательность выполнения работ по усилению конструкции в целом и ее отдельных элементов, если эта последовательность сказывается на напряженно-деформированном состоянии конструкции;

увязку работ по усилению с технологическим процессом (ограничения по нагрузкам и воздействиям) и условиями их проведения (например, температурный режим);

меры по обеспечению прочности и устойчивости конструкций на всех этапах производства работ, включая указания об устройстве временных опор и раскреплений и требования к значениям монтажных нагрузок и воздействий;

перечень конкретных зон, узлов, конструктивных элементов и технологических операций, для которых требуется соблюдение определенной последовательности и параметров технологических процессов (режим сварки, регламент предварительного напряжения и т.п.);

перечень работ и операций, которые следует принимать по актам на скрытые работы, или требующих промежуточного контроля.

Эти указания детально рассматриваются в проекте производства работ, исходя из возможностей исполнителя, и согласуются с авторами проекта усиления.

3.38. Усиление конструкций с использованием способов (схем), впервые внедряемых в производство или впервые осваиваемых монтажной организацией, а также конструкций, перечисленных в разд. #M12291 871001015СНиП 1.06.05-85#S, должно производиться при авторском надзоре. Необходимость авторского надзора может быть указана в проектной документации, также могут быть даны указания об обязательном участии авторов проекта в отработке технологии работ и (или) ее опытной проверке.

3.39. При разработке проекта усиления конструкций, эксплуатирующихся в сложных условиях, способствующих накоплению повреждений (интенсивные динамические или термоциклические воздействия, развивающаяся коррозия и т.п.), обязательно требуется указать предельный срок реализации проекта, после которого проектные решения должны быть уточнены или пересмотрены.

3.40. При усилении конструкций путем регулирования усилий (напряжений) в проектной документации должны быть указаны допустимые отклонения усилий регулирования или задаваемых перемещений, а также места и способы контроля параметров регулирования и напряженно-деформированного состояния конструкций.

3.41. Технология работ при усилении конструкций под нагрузкой должна обеспечивать минимально возможное ослабление сечений усиливаемых элементов, которое может быть вызвано нагревом при сварке или рассверловкой дополнительных отверстий.

3.42. При усилении элементов конструкций путем увеличения сечений с помощью сварки рекомендуется соблюдать следующий порядок работы:

присоединение (прижатие) элементов усиления по всей их длине к усиливаемой конструкции с помощью струбцин, оттяжек и т.п.;

приварка элементов усиления на сварочных прихватах длиной 20-30 мм и шагом 300-500 мм;

сварка концевых участков, включающих в работу элементы усиления;

наложение связывающих швов, обеспечивающих совместную работу усиливаемого стержня и элементов усиления.

При усилении путем увеличения сечений двух или более элементов (пролетов) статически неопределимых конструкций (рам, неразрезных балок и т.п.) вначале следует присоединить элементы усиления ко всем усиливаемым стержням системы на сварочных прихватках и лишь затем приступать к сварке концевых участков и связующих швов. Сварку швов усиливаемых стержней следует выполнять последовательно, начиная с наименее нагруженного стержня (пролета) конструкции, с учетом рекомендаций пп.3.43-3.45.

3.43. При двусторонних схемах увеличения сечений вначале следует приваривать элементы усиления, расположенные со стороны растянутых волокон, затем - со стороны сжатых. Знак напряжений (растяжение, сжатие) при переменном на участке усиления эпюре моментов определяется по сечению с наибольшим по абсолютной величине значением изгибающего момента. При наличии заделки на одном из концов стержня приварку растянутых элементов усиления следует начинать от противоположного конца элемента к заделке, для сжатых элементов - обратное направление.

3.44. С целью уменьшения прогибов гибких сжатых стержней в процессе сварки связывающие швы каждого из элементов усиления следует накладывать участками небольшой протяженности (до 7 см), выдерживая перерывы между сваркой участков 2-5 мин. Парные симметричные (относительно плоскости действия сил) швы следует накладывать параллельно. При наличии более двух швов в одном сечении с целью уменьшения ослаблений сечений следует использовать перекрестное наложение швов.

При двусторонних схемах усиления балок вначале рекомендуется приваривать нижний (растянутый) элемент усиления, затем верхний.

В момент усиления должны быть исключены все подвижные нагрузки, передающие на усиливаемые конструкции удары и вибрации.

3.45. При невысоком уровне начального нагружения усиливаемых конструкций (0,3 - см. п.4.11) порядок выполнения усиления и последовательность сварки незначительно влияют на напряженное состояние конструкций и возможны отступления от указаний пп.3.42-3.44, вызванные условиями организации производства работ.

3.46. При присоединении элементов усиления на болтах необходимо вести работы с минимально возможным ослаблением усиливаемого элемента. С этой целью после завершения сборки на струбцинах следует вначале одним или двумя болтами прикрепить концы элементов усиления, затем, направляясь к середине, установить остальные. Каждое последующее отверстие начинают сверлить только после установки болта в предыдущее. После установки всех промежуточных болтов заканчивают прикрепление концов элемента.

4. РАСЧЕТ КОНСТРУКЦИЙ ПРИ УСИЛЕНИИ ИХ ПУТЕМ УВЕЛИЧЕНИЙ СЕЧЕНИЙ ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

4.1. Расчетная схема конструкций должна отражать условия их работы и фактическое состояние, установленные данными обследований. В необходимых случаях следует выполнять расчет с использованием нескольких вариантов расчетных схем и распределения жесткостей, а также учитывать прогнозируемый износ.

4.2. Расчет выполняется только для тех частей зданий и сооружений, на которые влияют усиление, изменение режима эксплуатации, дефекты и повреждения.

Для конструкций, не имеющих дефектов и повреждений, расчет допускается ограничивать сопоставлением значений внутренних усилий (моментов, поперечных сил и т.п.) от расчетных нагрузок со значениями усилий, приведенными в первоначальной технической документации, а при изменении только нагрузок без изменения их характера и способа приложения - сопоставлением их значений.

4.3. При расчете конструкций, усиление которых выполняется под нагрузкой, необходимо учитывать напряжения, существующие в сохраняемых конструкциях в момент усиления, и последовательность включения в работу дополнительных конструкций, деталей усиления и раскрепления.

4.4. При расчете усиливаемых под нагрузкой элементов на устойчивость и деформативность следует учитывать начальные и дополнительные их деформации, возникающие на стадии усиления (в частности, дополнительные прогибы, возникающие при усилении с помощью сварки).

Искривления от сварки при проверке устойчивости сжатых и внецентренно сжатых элементов и элементов, работающих на сжатие с изгибом, допускается учитывать введением дополнительного коэффициента условий работы =0,8. В необходимых случаях проводится уточненный расчет в соответствии с рекомендациями пп.4.26-4.30 настоящего Пособия. При этом использование указанных методов расчета требует обязательного соблюдения указаний пп.3.42-3.46 по технологии производства работ.

4.5. При расчете усиления элементов конструкций на прочность и деформативность коэффициенты условий работы принимаются в соответствии с указаниями #M12293 0 9056425 80 3767370348 1137390501 849318547 4294967268 1188222463 1261054965 4292900552разд.4 СНиП II-23-81#S*. В расчетах на общую устойчивость коэффициент условий работы принимается равным 0,9, если только #M12293 1 9056425 4120950664 81 1952901083 1790107551 4020492495 722315241 3923580495 3157755457табл.5 СНиП II-23-81#S* не определено меньшее значение .

4.6. Коэффициент надежности по назначению принимается в соответствии с Правилами учета степени ответственности зданий и coоружений при проектировании конструкций. При этом для зданий и сооружений III класса ответственности на стадиях А и Б (см. п.1.6) допускается принимать =0,8 (как для временных зданий и сооружений), если продолжительность пребывания конструкций в этих стадиях не превышает трех лет.

4.7. Для стадии А работы конструкции (на период не более трех лет) также допускается:

уменьшить значение снеговых, ветровых, гололедных и климатических температурных нагрузок и воздействий в соответствии с указаниями п.1.3 #M12291 5200280СНиП 2.01.07-85#S как для периода возведения при новом строительстве;

принимать только пониженные нормативные значения нагрузок в тех случаях, когда #M12291 5200280СНиП 2.01.07-85#S определены их два (полное и пониженное) значения:

принимать нормативные значения эквивалентных равномерно распределенных нагрузок от оборудования и складируемых материалов по фактическим величинам, в том числе менее 3 КПа (300 кгс/м) для плит и второстепенных балок и менее 2 КПа (200 кгс/м) для ригелей, колонн и фундаментов.

Нормативные значения временных, кратковременных и особых нагрузок для стадии В определяются в соответствии с требованиями #M12291 5200280СНиП 2.01.07-85#S.

4.8. В зависимости от условий работы усиливаемые элементы конструкции разделены на четыре класса, отличающиеся нормой допустимых предельных пластических деформаций:

I. Сварные конструкции, работающие в особо тяжелых условиях эксплуатации (подкрановые балки для кранов режима работы 7К, 8К, элементы конструкций бункерных и разгрузочных эстакад, непосредственно воспринимающие нагрузки от подвижных составов). Расчеты прочности элементов условно выполняются в предположении упругой работы стали.

II. Элементы конструкций, непосредственно воспринимающие подвижные, динамические или вибрационные нагрузки и не входящие в группу 1. Норма предельных пластических деформаций =0,001.

III. Элементы конструкций, работающих при статических нагрузках, кроме элементов, относящихся к классу IV, =0,002.

IV. Элементы конструкций, работающие при статических нагрузках и удовлетворяющие требованиям #M12293 2 9056425 81 24263 4179239484 2822 1806837144 778114166 4235168592 3867534463пп.5.19#S-#M12293 3 9056425 81 24569 4294967262 3809282041 2913205455 13 2416054012 8579341715.21#S, #M12293 4 9056425 83 77 1420182476 778114166 2225 1039014783 1273 860424207.1#S-#M12293 5 9056425 83 24572 4294967262 1537392623 980591961 1336436757 891977297 17593586107.24 СНиП II-23-81#S* по обеспечению общей и местной устойчивости при развитых пластических деформациях, =0,004.

4.9. Для усиливаемых статически нагруженных элементов конструкций (особенно при использовании асимметричных односторонних схем усиления) критерий малых упругопластических деформаций (=0,002) определяет зачастую значительно меньшие значения предельной несущей способности, чем критерий развитых пластических деформаций (=0,004). Поэтому при усилении конструкций III класса целесообразно использовать дополнительные конструктивные мероприятия, обеспечивающие общую и местную устойчивость элементов и возможность отнесения конструкций к IV классу (путем введения дополнительных связей, постановки дополнительных ребер жесткости и т.п.).

4.10. Статический расчет конструкций, усиливаемых путем увеличения сечений без полной разгрузки, необходимо выполнять:

на нагрузки, действующие на конструкции во время усиления (начальное нагружение);

на нагрузки, которые будут действовать на конструкции после их усиления, с выбором невыгодных вариантов их сочетания.

4.11. Уровень начального нагружения элементов ограничивается с целью обеспечения их несущей способности в процессе усиления в зависимости от нормы предельных пластических деформаций в соответствии с их классом по п.4.8. Этот уровень начального нагружения характеризуется коэффициентом , представляющим собой абсолютную величину отношения наибольшего напряжения в усиливаемом элементе в момент усиления к его расчетному сопротивлению (). В общем случае сжатия (растяжения) с изгибом значения определяются формулой

, (25)

где - продольная сила и изгибающие моменты в наиболее нагруженном сечении элемента.

При расчете усиления гибких сжато-изогнутых или внецентренно сжатых стержней моменты вычисляются по деформированной схеме с учетом прогибов стержня

, (26)

где - начальный эксцентриситет продольной силы; - расчетное значение момента, вычисляемое по недеформированной схеме;

, (27)

- начальный прогиб элемента.

В случае =0 необходимо учитывать малые случайные эксцентриситеты произвольного направления, определяемые формулой

, (28)

где - случайное значение начального относительного эксцентриситета, принимаемое в функции гибкости , по графику рис.15; - момент сопротивления неусиленного сечения.

Рис.15. Случайные эксцентриситеты

Расчетное значение принимается не менее замеренного при натурном обследовании конструкций. При усилении искривленных центрально-сжатых стержней направление определяется направлением их начального прогиба.

4.12. Предельный уровень начального нагружения элементов для конструкций, усиливаемых с помощью сварки, в зависимости от класса конструкций по п.4.8 ограничивается, как правило, условиями:

#G00,2	для	I	класса;
0,4	"	II	"	;
0,8	"	III и IV	классов.

Если указанные условия не выполняются, то необходима либо предварительная разгрузка конструкций, либо использование специальных технологических мероприятий при усилении, обеспечивающих ограничение деформаций конструкций (в частности, сварочных).

ПРИСОЕДИНЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ УСИЛЕНИЯ

4.13. При использовании сварки необходимо предусматривать меры по уменьшению и регулированию сварочных деформаций. Катеты швов для этого следует принимать минимально допустимыми по расчету (с учетом требований #M12293 0 9056425 24256 84 3548157155 4 1230693919 3486442027 509094687 618988826п.12.8 СНиП II-23-81#S*). Рекомендуется также использование односторонних швов.

4.14. При усилении статически нагруженных конструкций III и IV классов, эксплуатируемых при температуре выше минус 30 °С в неагрессивной среде, рекомендуется использовать прерывистые (шпоночные) швы (рис.16, а). Шаг шпонок следует принимать максимально допустимым по расчету, но не свыше 80 в растянутых и 40 в сжатых элементах усиления. Здесь - минимальный радиус инерции элемента усиления относительно его собственной центральной оси.



Рис.16. Присоединение элементов усиления а - прерывистыми швами; б - сплошными швами; в - на болтах

Для конструкций I и II классов использование прерывистых швов не допускается.

4.15. Расчет непрерывных участков шпоночных швов осуществляется на сдвигающее усилие

, (29)

где - наибольшая поперечная сила в пределах длины элементов усиления.

Для сжатых стержней, где - условная поперечная сила для усиленного стержня, определяемая по #M12293 0 9056425 81 84 4179239484 2881328603 980596338 2371802942 1303828554 2758080223п.5.8 СНиП II-23-81#S*; - статический момент элемента усиления относительно центральной оси усиленного сечения; - шаг шпонок шва (см. рис.16, а).

4.16. Минимальные длины участков шпоночных швов определяют по выражению

см, (30)

где - коэффициент, характеризующий распределение усилий между швами, прикрепляющими элемент усиления к основному стержню, и равный доле общего усилия , относящийся к рассматриваемому шву. Здесь и далее под и подразумеваются значения и , и , и , принимаемые по #M12293 0 9056425 24255 78 1196562971 722315263 13 941938944 1087585844 1088328п.11.2 СНиП II-23-81#S* для двух расчетных сечений. Длину участка шпоночного шва следует принимать не менее 50 мм.

Концевые участки шпоночных швов присоединения элементов усиления к основному стержню или узловым фасонкам должны обеспечивать передачу продольных усилий на элементы усиления и вовлечение их в совместную с основным стержнем работу. Их толщина может назначаться большей, чем толщина связующих швов. Минимальные длины концевых участков подсчитываются по формуле

см, (31)

где ; - площадь поперечного сечения элемента усиления.

При усилении изгибаемых элементов (=0) следует принимать =0,5.

4.17. Минимальный катет сплошных швов (рис.16, б), крепящих элементы усиления, определяется выражением

. (32)

Концевые участки швов могут назначаться с увеличенным катетом, а их прочность (при расчетной длине 85) проверяется по формуле

. (33)

4.18. Применение болтов (рис.16, в) для присоединения элементов усиления рекомендуется в случаях, когда:

болтовые соединения технологически более удобны;

материал усиливаемого элемента не допускает применения сварки;

желательно избежать возникновения дополнительных сварочных напряжений и деформаций.

Проектировать соединения следует с учетом минимального ослабления сечений. С этой целью диаметр болтов следует принимать минимальным, а их размещение задавать со сбитым шагом по отношение к существующим болтам или заклепкам. Шаг промежуточных соединений принимается не более 40 в сжатых и 80 в растянутых элементах усиления и определяется по формуле

, (34)

где - минимальная несущая способность болта (по сдвигу, срезу или смятию, определяемая по #M12293 0 9056425 79 81 1952901083 1790107551 4020492495 722315241 1600796692 515201912п.3.5 СНиП II-23-81#S*).

Прочность концевых участков соединений элемента усиления проверяется по формуле

, (35)

где - количество болтов на концевом участке соединения (см. рис.16, в); - расчетный шаг болтов.

РАСЧЕТНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОГИБОВ ЭЛЕМЕНТОВ, ВОЗНИКАЮЩИХ ПРИ УСИЛЕНИИ И СВАРКЕ

4.19. Дополнительные прогибы, возникающие при присоединении элементов усиления (их прижатия к криволинейным усиливаемым элементам или приварке), следует учитывать в расчетах изгибаемых элементов конструкций на деформативность и в расчетах сложных элементов на устойчивость.

4.20. Деформации при прижатии элементов усиления к криволинейным выпуклым и вогнутым поверхностям усиливаемого элемента приводят к их изгибу.

Значение прогиба после присоединения элементов усиления допускается определять по формуле

, (36)

где - начальный прогиб усиливаемого элемента. В расчетах сжатых стержней на устойчивость значение определяется по указаниям п.4.11 от расчетных начальных нагрузок; в расчетах на деформативность - от нормативных начальных нагрузок; - сумма моментов инерции элементов усиления, присоединяемых одновременно, относительно их собственных центральных осей, перпендикулярных плоскости изгиба; - коэффициент, учитывающий влияние продольной силы.

При расчете изгибаемых элементов =1.

При малых значениях собственных моментов инерции элементов усиления (0,1) допустимо не учитывать деформации при усилении и принимать .

При присоединении элементов усиления к плоским поверхностям усиливаемого элемента, например, параллельным плоскости изгиба, принимается .

4.21. Дополнительный остаточный прогиб, возникающий вследствие приварки элементов усиления, определяется по формуле

, (37)

где - средний коэффициент прерывности шпоночного шва с учетом протяженности концевых его участков (при сплошных швах =1); - параметр продольного укорочения элемента от наложения одиночного шва; - катет связующих швов в см; - расчетная длина элемента в плоскости изгиба (для однопролетных балок - пролет балки); - расстояние от -го шва до центральной оси усиленного сечения, принимаемое со своим знаком; - коэффициент, учитывающий начальное напряженно-деформированное состояние элемента и схему его усиления; - коэффициент, характеризующий уровень начальных напряжений в зоне -го шва в наиболее нагруженном сечении элемента.

принимается равным: при швах, расположенных в растянутой зоне сечения, =1,5; при швах, расположенных в сжатой зоне, в расчетах на устойчивость =0,5; в расчетах на деформативность - =0,7; при схемах усиления, связанных с наложением двусторонних швов, расположенных в растянутой и сжатой зонах сечения, допускается для всех швов принимать =1. Зависимости показаны на рис.17;

определяются по формуле (25) при характеристиках брутто; положительными считаются напряжения сжатия. Для сжатых элементов подсчитываются по формуле (26) при подстановке в нее вместо .



Рис.17. Зависимости (сплошными линиями обозначены рекомендуемые значения, пунктирными - допускаемые)

РАСЧЕТ УСИЛЕННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ НА ПРОЧНОСТЬ

4.22. Проверку прочности элементов в зависимости от их класса по п.4.8 осуществляют:

для элементов I, II и III классов - по критерию краевой текучести. В случае усиления под нагрузкой указанный критерий является чисто условным, ибо начальные и сварочные деформации неизбежно обусловливают упругопластическую работу усиленных элементов. Фактически рассматриваемый критерий обеспечивает ограничение уровня пластических деформаций нормой, указанной в п.4,8;

для элементов IV класса - по критерию развитых пластических деформаций. Оценка прочности осуществляется исходя из оценки несущей способности усиленных сечений по критерию пластического шарнира, но с введением специальных понижающих коэффициентов и , гарантирующих ограничение уровня пластических деформаций нормой =0,004; и принимаются в зависимости от схемы усиления, соотношения прочностных характеристик материалов, уровня и условий нагружения усиливаемого элемента.

4.23. Проверка прочности элементов по критерию краевой текучести выполняется по формулам:

центрально-растянутые или сжатые симметрично усиленные элементы

, (38)

где - коэффициент, учитывающий уровень и знак начальной осевой силы; для растянутых и сжатых элементов, усиленных без использования сварки, =0,95; для сжатых элементов, усиленных с помощью сварки, - =0,95-0,25;

изгибаемые элементы

; (39)

сжато- и растянуто-изогнутые элементы

. (40)

В формулах (39) и (40) для элементов I класса принимается =0,95; для элементов II и III классов - =1. При 0,6 значения принимаются равными .

Проверка прочности центрально-растянутых или сжатых несимметрично усиленных элементов осуществляется по формуле (40), при этом изгибающие моменты подсчитываются относительно осей и усиленного сечения.

4.24. Проверка прочности элементов по критерию развитых пластических деформаций выполняется по формулам:

центрально-растянутые или сжатые симметрично усиленные элементы

; (41)

изгибаемые элементы

, (42)

где - поправочный коэффициент, учитывающий влияние поперечных сил и определяемый для двутавровых сечений по формуле

сжато- и растянуто-изогнутые элементы

, (43)

где принимается по #M12293 0 9056425 4120950664 25830 1077161519 4293193835 3867534463 507747176 3867534463 166698719табл.66 СНиП II-23-81#S* в зависимости, от формы усиленного сечения.

определяется по формуле

, (44)

где ; =0,95 - для растянутых элементов или сжатых элементов, усиленных без использования сварки; - для сжатых элементов, усиленных с помощью сварки.

определяется по формуле

, (45)

где - площадь нетто сжатой зоны сечения усиливаемого элемента; - то же, растянутой зоны; , - площади нетто элементов усиления, расположенных соответственно со стороны сжатой и растянутой зон сечения (рис.18, а). Для несимметричных односторонних схем усиления (например, по схеме рис.3, и) со стороны сжатых или растянутых волокон принимается соответственно =0 или =0; , , , - абсолютные величины расстояний от центров тяжести сжатых и растянутых площадей до центральной оси усиливаемого сечения (рис.18, б).

Рис.18. К определению момента внутренних сил в усиленном сечении при развитии шарнира пластичности а - схема усиления; б - расположение сжатых (заштриховано) и растянутых зон в сечении; в - эпюр напряжений

Коэффициент в формуле (45) следует принимать:

при симметричном двустороннем усилении элементов симметричного сечения =0,95;

при несимметричном двустороннем или одностороннем усилении элементов со стороны растянутых волокон ;

при одностороннем усилении элементов со стороны сжатых волокон .

Использование формулы (43) допустимо при , в противном случае проверка прочности при сжатии-растяжении с изгибом выполняется по формуле (40).

4.25. Проверку прочности изгибаемых и сжато- или растянуто-изогнутых элементов по касательным, местным и приведенным напряжениям производят обычным способом по указаниям #M12293 0 9056425 81 1345548124 1134368658 1442103387 1261054965 4294960038 1276132167 3703975013разд.5 СНиП II-23-81#S* с учетом изменившихся геометрических характеристик сечения.

РАСЧЕТ УСИЛЕННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ НА УСТОЙЧИВОСТЬ

4.26. Расчет на устойчивость сжатых элементов сплошного сечения в плоскости действия моментов выполняется по формуле

, (46)

где - коэффициент, определяемый по #M12293 0 9056425 4120950664 26142 1077161519 2225 3003152344 86042420 1038090015 3031669401табл.74 СНиП II-23-81#S* в зависимости от условной гибкости усиленного элемента и приведенного относительного эксцентриситета ; - площадь усиленного сечения; - коэффициент влияния формы сечения по #M12293 1 9056425 4120950664 26141 1077161519 1937859743 1230693927 3867534463 166698719 1088328табл.73 СНиП II-23-81#S*.

, (47)

где - эквивалентный эксцентриситет, учитывающий особенности работы усиленного стержня и определяемый по п.4.27; - момент сопротивления для наиболее сжатого волокна; - осредненное значение расчетного сопротивления, принимаемое по п.4.28; - коэффициент условий работы, принимаемый не более 0,9 (см. п.4.5).