Реконструкция зданий и сооружений

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вопросы к курсу «Реконструкция зданий и сооружений»

1. Методика обследований зданий и сооружений. Этапы обследования

ГОСТ Р 53778-2010 Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния

Цель комплексного обследования технического состояния здания или сооружения заключается в определении действительного технического состояния здания (сооружения) и его элементов, получении количественной оценки фактических показателей качества конструкций (прочности, сопротивления теплопередаче и др.) с учетом изменений, происходящих во времени, для установления состава и объема работ по капитальному ремонту или реконструкции.

При обследовании технического состояния зданий и сооружений, в зависимости от задач, поставленных в техническом задании на обследование, объектами исследования являются:

- грунты основания, фундаменты, ростверки и фундаментные балки; стены, колонны, столбы; перекрытия и покрытия (в том числе балки, арки, фермы стропильные и подстропильные, плиты, прогоны) и др.;

Обследование технического состояния зданий и сооружений должно проводиться в три этапа:

1) подготовка к проведению обследования;

2) предварительное (визуальное) обследование;

3) детальное (инструментальное) обследование.

Результатом проведения подготовительных работ является получение следующих материалов (полнота определяется видом обследования):

- согласованное заказчиком техническое задание на обследование;

- инвентаризационные поэтажные планы и технический паспорт на здание или сооружение;

- акты осмотров здания или сооружения, выполненные персоналом эксплуатирующей организации, в том числе ведомости дефектов;

- акты и отчеты ранее проводившихся обследований здания или сооружения;

- проектная документация на здание или сооружение;

- информация, в том числе проектная, о перестройках, реконструкциях, капитальном ремонте и т.п.;

- материалы инженерно-геологических изысканий за последние пять лет;

- информация о местах расположения вблизи здания или сооружения, засыпанных оврагов, карстовых провалов, зон оползней и других опасных геологических явлений;

- документация, полученная от компетентных городских органов о месте и мощности подводки электроэнергии, воды, тепловой энергии, газа и отвода канализации.

Результатом проведения предварительного (визуального) обследования являются:

- схемы и ведомости дефектов и повреждений с фиксацией их мест и характера;

- описания, фотографии дефектных участков;

- результаты проверки наличия характерных деформаций здания или сооружения и их отдельных строительных конструкций (прогибы, крены, выгибы, перекосы, разломы и т. п.);

- установление аварийных участков (при наличии);

- уточненная конструктивная схема здания или сооружения;

- выявленные несущие конструкции по этажам и их расположение;

- уточненная схема мест выработок, вскрытий, зондирования конструкций;

- особенности близлежащих участков территории, вертикальной планировки, организации отвода поверхностных вод;

- оценка расположения здания или сооружения в застройке с точки зрения подпора в дымовых, газовых, вентиляционных каналах;

- предварительная оценка технического состояния строительных конструкций, инженерного оборудования, электрических сетей и средств связи (при необходимости), определяемая по степени повреждений и характерным признакам дефектов.

Детальное (инструментальное) обследование технического состояния здания или сооружения включает в себя:

- измерение необходимых для выполнения целей обследования геометрических параметров зданий или сооружений, конструкций, их элементов и узлов;

- инженерно-геологические изыскания (при необходимости);

- инструментальное определение параметров дефектов и повреждений;

- определение фактических характеристик материалов основных несущих конструкций и их элементов;

- измерение параметров эксплуатационной среды, присущей технологическому процессу в здании и сооружении;

- определение реальных эксплуатационных нагрузок и воздействий, воспринимаемых обследуемыми конструкциями с учетом влияния деформаций грунтов основания;

- определение реальной расчетной схемы здания или сооружения и его отдельных конструкций;

- определение расчетных усилий в несущих конструкциях, воспринимающих эксплуатационные нагрузки;

- поверочный расчет несущей способности конструкций по результатам обследования (для зданий 1-го уровня ответственности в соответствии с ГОСТ 27751 поверочный расчет проводят с применением не менее двух сертифицированных вычислительных программ);

- анализ причин появления дефектов и повреждений в конструкциях;

- составление итогового документа (заключения) с выводами по результатам обследования.

Заключение по итогам обследования технического состояния объекта (см. приложение В) включает в себя:

- оценку технического состояния (категорию технического состояния) в соответствии с [4];

- материалы, обосновывающие принятую категорию технического состояния объекта;

- обоснование наиболее вероятных причин появления дефектов и повреждений в конструкциях (при наличии);

- задание на проектирование мероприятий по восстановлению или усилению конструкций (если необходимо).

2. Инструментальные методы обследования зданий и сооружений

Для проведения инструментального обследования зданий и сооружений оборудование:

- ПРЕСС;

- прибор ПИБ(с электронным манометром),

- склерометр электронный,

- термоанемометр,

- ультразвуковой тестер,

- молоток Кашкарова,

- дефектоскоп ультразвуковой,

3. Методика обследований зданий и сооружений, испытавших воздействие пожара

Особое внимание уделяется обследованию зданий, испытавших воздействие пожара. При этом обследование условно разделяют на предварительное и детальное.

В процессе предварительного обследования собираются сведения о пожаре, устанавливается место нахождения очага пожара, время обнаружения и ликвидация пожара, максимальная температура, продолжительность интенсивного горения и средства тушения.

На основе имеющейся строительной документации и данных натурного обследования составляются планы этажей, где указываются места расположения аварийных помещений и конструкций. Результаты предварительного обследования оформляют актом и в дальнейшем используются при разработке плана мероприятий детального обследования. К акту прилагается таблица результатов предварительного обследования по форме,

В задачу детального обследования входит определение структурных и физико-механических повреждений материала конструкций, вызванных действием высоких температур и резким охлаждением при тушении пожара.

В процессе детального обследования определяется температура нагрева поверхности конструкций, а также оценивается прочность бетона и арматуры.

Особое внимание при обследовании уделяют прочности материалов конструкций. Прочность бетона определяется как неразрушающими методами (ультразвук, пластическая деформация), так и с частичным разрушением тела конструкции (отрыв со скалыванием, извлечение кернов для лабораторных испытаний и пр.).

Следует подчеркнуть, что наиболее достоверную информацию о прочности бетона даёт испытание кернов. Именно этот метод рекомендуется использовать при обследовании ответственных конструкций.

Показатели прочности арматуры устанавливают испытанием образцов, вырезанных из конструкций, в наибольшей степени поврежденных пожаром.

Если отсутствуют экспериментальные данные, то величину снижения прочности бетона и арматуры определяют через понижающие коэффициенты, регламентируемые нормами.

4. Методика обследований оснований и фундаментов

Обследование грунтов основания и фундаментов производят при увеличении существующих нагрузок на фундаменты или в связи с неравномерными деформациями основания, приведшими к образованию трещин в стенах эксплуатируемого здания. При этом грунты исследуются с помощью разведочных скважин и шурфов.

Количество разведочных скважин устанавливается по результатам предварительного изучения инженерно-геологической документации, данных натурного обследования конструкций и конфигурации здания.

Дополнительно к скважинам обследование грунтов основания производится с помощью шурфов.

Шурфы откапываются у стен здания или отдельно стоящих опор на 1,5 метра ниже отметки подошвы фундамента. Количество шурфов устанавливается в зависимости от характера повреждений здания, состояния несущих стен и фундаментов. Из шурфов отбираются пробы грунта для определения физико-механических свойств: влажности, плотности, угла внутреннего трения, удельного сцепления и модуля деформаций. Количество проб, необходимое для определения нормативных и расчётных характеристик, устанавливается в зависимости от степени неоднородности грунта и класса здания.

Результаты инженерно-геологических изысканий представляются в форме отчёта, где отражаются литологическое строение основания, гидрогеологическая характеристика, результаты определения физико-механических свойств грунта. К отчёту прилагаются геологические и гидрогеологические карты, а также инженерно-геологические разрезы толщи грунта (колонки скважин).

Особо тщательно осматривают узлы сопряжения фундаментов с другими конструкциями: свай с ростверком, отдельных фундаментов с фундаментными балками и колоннами, ленточных фундаментов со стенами. При обнаружении в конструкции фундаментов дефектов производится его дополнительное обследование физическими или механическими методами. Для определения класса бетона обычно используются методы пластического деформирования, а для обнаружения скрытых дефектов - ультразвук.

Результаты обследования фундаментов завершаются составлением технического заключения, где приводятся данные изучения архивных материалов: конструктивные изменения здания в период эксплуатации, даты экстремальных подтоплений грунтовыми технологическими водами, происшедшие деформации фундаментов, изменения технологических (эксплуатационных) нагрузок и пр. Кроме того, представляются эскизы конструкций фундаментов с указанием основных размеров и глубины заложения, а также результаты исследования прочности материала фундамента.

5. Причины, вызывающие повреждения зданий и сооружений. Категории значимости повреждений

Повреждения строительных конструкций вызываются рядом причин, среди которых - технические недоработки изготовления, низкое качество монтажа, неучтённые проектом силовые и температурные воздействия, нарушение условий эксплуатации (рис. 1).

Повреждения классифицируются по виду и значимости (рис. 2). К наиболее характерным повреждениям, образующимися при эксплуатации зданий, обычно относятся увлажнение, коррозия материала и трещины в конструкциях, а также повреждения, вызванные высокой температурой и резким охлаждением конструкций при пожарах.

6. Методы защиты конструкций от воздействия огня, увлажнения, коррозии

Одним из эффективных способов отведения грунтовых вод от стен подвальных помещений и заглублённых сооружений является дренаж. Электроосмотическое осушение стен производится тремя способами: Под электроосмосом понимается направленное движение жидкости, от анода к катоду, через капилляры или пористые диафрагмы при наложении электрического поля. Восстановление горизонтальной гидроизоляции стен рулонными материалам

7. Коррозия железобетонных конструкций. Характеристика среды и её воздействие на конструкции

Образование продуктов химической коррозии на арматуре увеличивает её объём, вследствие чего бетон защитного слоя механически разрушается. Это выражается в появлении волосных трещин по направлению арматурного стержня. Со временем трещины раскрываются, бетон защитного слоя отслаивается, и корродированная арматура оголяется. Для восстановления эксплуатационных качеств необходимо с помощью металлической щётки или пескоструйного аппарата очистить арматуру от ржавчины и оценить степень её коррозии. Если коррозией повреждено более 50% площади сечения арматурного стержня, то повреждённый участок вырезается и производится его замена на новый, равноценный по площади стержень, привариваемый электродуговой сваркой. При площади менее 50% повреждённый участок не вырезается, а на него наваривается дополнительный стержень усиления, компенсируемый разрушенное сечение.

Коррозии I вида особо подвержены бетоны на портландцементе. Стойкими оказываются бетоны на пуццолановом портландцементе и шлакопортландцементе с гидравлическими добавкими.

Коррозии II вида. Характерным для коррозии II вида является химическое разрушение компонентов бетона (цементного камня и заполнителей) под воздействием кислот и щелочей.

Кислотная коррозия цементного камня обусловлена химическим взаимодействием гидрата окиси кальция с кислотами

Щелочная коррозия цементного камня происходит при высокой концентрации щелочей и положительной температуре среды. В этих условиях растворяются составляющие цементного клинкера (кремнезём и полуторные окислы), что и вызывает разрушение бетона. Более стойкими к щелочной коррозии являются бетоны на портландцементе и заполнителях карбонатных пород.

Коррозия III вида. Признаком кристаллизационной коррозии III вида является разрушение структуры бетона продуктами кристаллообразования солей, накапливающихся в порах и капиллярах.

Кристаллизация солей может идти двумя путями:

а) химическим взаимодействием агрессивной среды с компонентами камня;

б) подсосом извне соляных растворов.

8. Методы защиты бетона эксплуатируемых конструкций при физико-химических и физико-механических агрессивных воздействий

Защита бетона эксплуатируемых конструкций осуществляется различными способами в зависимости от характера разрушительного воздействия. Классификация методов защиты приведена на рисунке 6.

Подготовка бетонной поверхности к проведению ремонтно-восстановительных работ состоит в тщательной очистке разрушенных участков от посторонних включений и наслоений. Очистка может быть проведена вручную с помощью зубила и металлической щётки, механическим способом с применением вращающихся проволочных щёток или с помощью пескоструйного аппарата. Подготовленная поверхность грунтуется специальными составами, обладающими высокими адгезионными свойствами. Для этого часто используется растворная смесь из портландцемента и кварцевой муки, замешанная на воде с добавлением синтетических смол. Свежая грунтовка посыпается сухим кварцевым песком крупностью 0,2-0,7мм. В качестве грунта могут быть использованы синтетические смолы в «чистом виде».

Наложение шпаклёвочной массы необходимо производить по несхватившейся поверхности грунтовки. В шпаклёвку желательно добавить кварцевый песок крупностью 0,1-0,4мм.

Если поверхность ремонтируемого участка достаточно большая (0,5м и более), то целесообразно делать набрызг цементного раствора и торкретирование.

Торкретирование производится растворной смесью в соотношении цемент:песок=1:3. Смесь подаётся с помощью цемент-пушки под давлением 5-6 атм. Разбрызгивающее сопло располагается на расстоянии 0,5-1м от ремонтируемой поверхности. Торкретирование ведётся слоями, толщина каждого из которых не более 4см. Все последующие слои можно наносить только после схватывания предыдущего.

На отремонтированные участки и окружающие бетонные поверхности наносится защитный слой покрытия, вид которого обусловлен возможными агрессивными воздействиями.

Эффективной защитой железобетонных конструкций от атмосферных осадков может служить их гидрофобизация или флюатирование. В первом случае бетон пропитывается на глубину 2-10мм гидрофобными (водоотталкивающими) составами на основе кремнийорганических полимерных материалов: ГКЖ-94, ГКЖ-10. Составы наносятся кистью или пульвелизатором на предварительно очищенную сухую поверхность конструкции.

Во втором случае делается обработка бетона 3-7%-ным раствором кремнийфтористоводородной кислоты. При этом кремнийфтористомагний MgSiF6, реагирую с ионами кальция, образует на стенках пор и капилляров цементного камня нерастворимый защитный слой из кристаллов фтористого кальция и кремнезёма.

Флюат наносится на поверхность бетона в 3-4 слоя. Интервал между нанесением слоёв обычно составляет 4 часа.

9. Коррозия арматуры, её виды, факторы, сопутствующие коррозии арматуры

Коррозия арматуры может быть вызвана разными неблагоприятными факторами, обусловливающими химическое и электрохимическое воздействие. К ним относятся растворы кислот, щелочей, солей, влажные газы, природные и промышленные воды, а также блуждающие токи.

В кислотах, не обладающих окислительными свойствами (соляная кислота), стальная арматура сильно корродирует в результате образования растворимых в воде и кислоте продуктов коррозии, причём с увеличением концентрации соляной кислоты скорость коррозии возрастает.

В кислотах, обладающих окислительными свойствами (азотная, серная и др.), при высоких концентрациях скорость коррозии, наоборот, уменьшается из-за пассивации поверхности арматуры.

Скорость коррозии арматуры в щелочных растворах при pH>10 резко снижается из-за образования нерастворимых гидратов закиси железа. Растворы едких щелочей и карбонаты щелочных металлов практически не разрушают арматуру, если их концентрация не превышает 40%.

Солевая коррозия арматуры зависит от природы анионов и катионов, содержащихся в водных растворах солей.

10. Требования к армированию конструкций, работающих в агрессивной среде

В соответствии с рекомендациями [4] не допускается использование в предварительно-напряжённых конструкциях, эксплуатируемых в сильноагрессивных газообразных и жидких средах, стержневой арматуры класса A-V и термически упрочнённой арматуры всех классов. Нельзя также применять проволочную арматуру класс B-II, Bp-II и стержневую классов A-V, Aт-IV в конструкциях из бетона на пористых заполнителях, эксплуатируемых в агрессивной среде, если не предусмотрены специальные защитные покрытия.

Оцинкованная арматура рекомендуется к применению только в тех случаях, когда невозможно обеспечить требуемую плотность бетона и толщину защитного слоя.

11. Трещины в железобетонных конструкциях, причины их возникновения и их характер в зависимости от вида конструкции (балки, плиты, колонны, фермы, преднапряженные конструкции и т.п.)

Трещины в железобетонных конструкциях эксплуатируемых зданий встречаются достаточно часто, являясь следствием ряда причин. Они могут возникать как от силового воздействия на конструкции, так и в результате температурных и усадочных напряжений в бетоне.

Ввиду большого разнообразия, трещины обычно разделяются по следующим признакам:

причине возникновения:

а) трещины от внешних силовых воздействий при эксплуатации конструкций Т;

б) трещины от силового воздействия при неправильном складировании, перевозке и монтаже конструкций Тм;

в) трещины от силового воздействия при обжатии бетона предварительно-напряжённой арматурой То;

г) трещины технологические (от усадки бетона, плохого уплотнения бетонной смеси, неравномерного паропрогрева, жесткого режима тепловлажностной обработки бетона) Ту;

д) трещины, образовавшиеся в результате коррозии арматуры, Тк;

значению:

а) трещины, указывающие на аварийное состояние конструкции;

б) трещины, увеличивающие водопроницаемость бетона (в резервуарах, трубах, стенах подвала);

в) трещины, снижающие долговечность конструкции из-за интенсивной коррозии арматуры;

г) трещины «обычные», не вызывающие опасений в надёжности конструкции (ширина раскрытия «обычных» трещин не должна превышать величин, указанных в [5, табл. 21]).

Характерным для балок является образование нормальных (вертикальных) и наклонных (косых) трещин на боковой поверхности, причём нормальные трещины возникают в зоне действия наибольших изгибающих моментов, а наклонные - в зоне действия наибольших касательных напряжений, вблизи опор. Картина трещин в колоннах (рис.10, а, б) главным образом зависит от вида внецентренного сжатия и характера действующих нагрузок. Кроме того, заметное влияние оказывают технологические параметры: прочность бетона, качество армирования, условия твердения и пр. При больших эксцентриситетах приложения нагрузки в растянутой зоне могут образовываться широкораскрытые горизонтальные трещины поз.1, свидетельствующие о перегрузке колонны или её недостаточном армировании. При малых эксцентриситетах появляются трещины поз.2, являющиеся следствием перегрузки ствола колонны или низкого класса бетона. Появление вертикальных «силовых» трещин часто провоцируется усадочными, совпадающими с ними по направлению.

12. Трещины в каменных конструкциях, причины их возникновения и их характер в зависимости от вида конструкции (стены, колонны, и т.п.)

Кирпичная кладка, как и бетон, хорошо сопротивляются сжатию и значительно хуже растяжению. В результате этого на растянутой поверхности кладки задолго до разрушения появляются трещины. Имеются также и другие факторы, способствующие образованию трещин:

а) низкое качество кладки (несоблюдение перевязки, толстые растворные швы, забутовка кирпичным боем);

б) недостаточная прочность кирпича и раствора (трещиноватость и криволинейность кирпича, высокая подвижность раствора и т.п.);

в) совместное применение в кладке разнородных по прочности и деформативности каменных материалов (например, глиняного кирпича совместно с силикатным или шлакоблоками);

г) использование каменных материалов не по назначению (например, силикатного кирпича в условиях повышенной влажности);

д) низкое качество работ, выполняемых в зимнее время (использование не очищенного от наледи кирпича, применение смёрзшегося раствора);

е) отсутствие температурно-усадочных швов или недопустимо большое расстояние между ними;

ж) агрессивные воздействия внешней среды (кислотное, щелочное и солевое воздействия, попеременное замораживание и оттаивание, увлажнение и высушивание);

з) неравномерная осадка фундаментов.

Анализируя картину трещин в каменной кладке, следует помнить, что появление отдельных трещин в перевязочных камнях свидетельствует о перенапряжении.

Развитие трещин, как правило, указывает на значительное перенапряжение кладки и необходимость её срочной разгрузки или усиления.

13. Способы залечивания трещин

Залечивание трещин в конструкциях производится разными методами, одним из которых является инъецирование, т.е. нагнетание в трещины растворов. В зависимости от вида конструкции, формы и размеров дефектов инъецирование осуществляется различными видами растворов, по названию которых даются определения: силикатизация, битумизация, смолизация и цементация.

Силикатизация состоит из двух этапов. На первом - через пробуренные в конструкции отверстия нагнетается жидкое стекло, которое, проникая через трещины в тело конструкции, заполняет их; на втором - нагнетается раствор хлористого кальция, который, реагируя с жидким стеклом, образует труднорастворимый гидросиликат кальция CaO SiO2·2,5H2O и нерастворимый гель кремнезёма SiO2·nH2O. Силикатизация используется для залечивания трещин в конструкциях, работающих в агрессивных и слабоагрессивных средах.

Битумизация заключается в нагнетании в конструкцию разогретого до 200-3000С битума марки III, причём конструкция должна иметь низкую влажность, чтобы не было парообразования. Битумизация не увеличивает прочности конструкции, однако она является хорошим средством повышения её водонепроницаемости и коррозийной стойкости.

Смолизация состоит в нагнетании в трещины и пустоты компаундов эпоксидных смол, что является надёжным способом повышения коррозийной стойкости и существенного увеличения прочности конструкции.

Цементация трещин представляет собой наиболее распространённый способ залечивания конструкций, при котором используется цементная смесь разных составов в зависимости от ширины раскрытия трещин. Виды цементных составов даны в табл. 9 Цементная смесь готовится на портландцементе или тампонажном цементе марок 400 и 500, засыпаемых в воду с последующим интенсивным перемешиванием в течение 2-3 мин. Готовая смесь процеживается через сито с ячейками 0,5-1 мм. Смесь должна быть использована в течение 30 мин.

Инъецирование трещин, т.е. процесс нагнетания смеси в залечиваемую конструкцию, состоит из трёх операций:

- подготовка скважин;

- установка и омоноличивание инъекционных трубок;

- нагнетание смеси.

14. Повреждение конструкций при пожарах. Характеристика повреждений

Повреждения конструкций при пожарах происходят в результате воздействия высоких температур. При этом ухудшаются эксплуатационные качества конструкций, снижается прочность материала, сила сцепления арматуры с бетоном, уменьшаются размеры рабочего сечения. Из-за неравномерного температурного нагрева может изменяться расчётная схема элементов, работающих в составе неразрезных систем.

При пожарах большой интенсивности и длительности деревянные и металлические конструкции как правило приходят в негодность, в то время как железобетонные и каменные конструкции частично сохраняют эксплуатационные качества.

Рассмотрим более подробно поведение железобетонных конструкций при пожарах.

Бетон является несгораемым и достаточно огнестойким материалом. Однако под воздействием высоких температур снижаются его прочность и защитные свойства по отношению к заключённой в нём арматуре. Кроме того, при продолжительном пожаре сильно нагревается сама арматура, в которой появляются значительные пластические деформации. В результате этого изгибаемые элементы получают недопустимые прогибы и чрезмерно раскрытые трещины, а внецентренно сжатые элементы теряют устойчивость.

По некоторым данным [6] при температуре пожара 1000-11000C в течение одного часа арматура, расположенная в бетоне, на глубине 2,5см может нагреваться до температуры 5500С, при этом модуль упругости снижается на 40…60%.

В соответствии с «Рекомендациями по оценке состояния и усилению строительных конструкций зданий и сооружений» [6] степень повреждения железобетонных конструкций после пожара характеризуется показателями, приведёнными в табл.№10.

По итогам анализа повреждений принимаются решения о ремонте или усилении конструкций. Так, например, консрукции, имеющие слабую степень повреждений, подвергают косметическому ремонту, при средней степени повреждений конструкции ремонтируют путём инъецирования трещин или наращиванием сечения бетона, при сильной степени повреждений конструкции усиливают введением дополнительных опор, наращиванием сечения бетона и арматуры или другими методами, обеспечивающими прочность, жёсткость и долговечность конструкции. При полной степени повреждений состояние конструкций считается аварийным и восстановление их нецелесообразно. Конструкции в этом случае требуют полной или частичной замены.

процессе проектирования усиления определяется температура нагрева поверхности конструкций, а также оценивается прочность бетона и арматуры. При этом температура нагрева бетона в зависимости от его цвета и других характерных признаков определяется по показателям, приведённым в табл. 11, или опытным путём, на основании физико-химических исследований проб бетона массой 100-200 г, изъятых с поверхностей слоёв конструкций, по методике [12]. Температуру нагрева арматуры, как правило, принимают равной температуре нагрева бетона в исследуемой зоне.

15. Определение параметров огнестойкости конструкций. Изменение физических свойств материалов при огневых воздействиях

Определение температуры нагрева бетона по цвету и другим характерным признакам

Цвет бетона	Максимальная температура нагрева, 0C	Возможные дополнительные эффекты
1	2	3
Нормальный	300	Нет
Розовый до красного	300-600	Начиная с 3000С - поверхностные трещины, с 5000С - глубокие трещины, с 5720С - раскол или выкал заполнителей, содержащих кварц
Серовато-черноватый до тёмно-жёлтого	600-950	700-8000С - отколы бетона, обнажающие в ряде случаев арматуру, 9000С - диссоциированный известняковый заполнитель и цементный дегидратированный камень сыплются, крошатся
Тёмно-жёлтый	Более 950	Много трещин, отделение крупного заполнителя от растворной части

Определение величины снижения прочности бетона после пожара [11]

Вид и условия твердения	Снижение прочности, %, при максимальной температуре нагрева, 0С
	60	120	150	200	300	400	500
1	2	3	4	5	6	7	8
Тяжёлый с гранитным заполнителем, естественное	30	30	30	30	40	60	70
То же, тепловлажностная обработка	15	20	20	20	20	30	45
То же, с известняковым заполнителем	15	20	20	25	25	40	60
Лёгкий с керамзитовым заполнителем, тепловлажностная обработка	10	10	10	10	10	15	20

Примечание: 1. После нагрева до температуры выше 5000С значения прочности бетона принимаются равными нулю. 2. Промежуточные значения прочности бетона устанавливаются линейной интерполяцией.

Определение величины снижения прочности арматуры после пожара [11]

Положение арматуры в конструкции, наличие предварительного напряжения	Класс арматуры	Снижение прочности, %, при максимальной температуре нагрева, 0C
		300	400	500
1	2	3	4	5
За пределами зоны анкеровки независимо от преднапряжения	A-I, A-II, A-III	нет	нет	нет
	A-IV, A-V, A-VI	то же	5	10
	AТ-IV, AТ-V, AТ-VI	-„-	10	20
	B-II, Bp-II, K-7	-„-	30	60
В зоне анкеровки арматуры, ненапрягаемой	A-II, A-III, A-IV	-„-	20	40
	A-V, AТ-III, AТ-IV	-„-	20	40
	AТ-V	-„-	20	40
То же, предварительно напрягаемой	A-IV, AT-IV	-„-	25	50
	A-V, AТ-V	-„-	30	60
	A-VI, AТ-VI	-„-	35	70
	Bp-II, K-7	-„-	45	90
	B-II	-„-	60	-

Примечания: 1. Прочность арматуры (за исключением класса В-II) после нагрева до температуры выше 5000С принимается равной нулю; для класса В-II это значение принимается после температуры нагрева выше 4000C. 2. Промежуточные значения снижения прочности арматуры устанавливаются линейной интерполяцией.

16. Оценка несущей способности железобетонных конструкций , пострадавших от пожара

Вид и условия твердения	Снижение прочности, %, при максимальной температуре нагрева, 0С
	60	120	150	200	300	400	500
1	2	3	4	5	6	7	8
Тяжёлый с гранитным заполнителем, естественное	30	30	30	30	40	60	70
То же, тепловлажностная обработка	15	20	20	20	20	30	45
То же, с известняковым заполнителем	15	20	20	25	25	40	60
Лёгкий с керамзитовым заполнителем, тепловлажностная обработка	10	10	10	10	10	15	20

17. Усиление железобетонных конструкций. Классификация способов усиления

При ремонте защитного слоя бетона предусматриваются следующие виды работ:- заделка отдельных выколов и раковин;

- замена или восстановление защитного слоя (частичная или сплошная).

При сплошной замене толщина защитного слоя может быть увеличена, но во всех случаях должна быть не менее 3 см в свету для рабочей арматуры и не менее 2 см для хомутов и нерабочей арматуры.

Замена защитного слоя бетона производится в тех случаях, когда его свойства, понижены, арматура поражена коррозией или защитный слой бетона отслаивается. В этих случаях старый защитный слой подлежит полному удалению, а арматура должна быть очищена от ржавчины.

Для укладки нового защитного слоя рекомендуется обычный бетон, но с мелкими фракциями.

Железобетонные рубашки рекомендуется устраивать при значительных разрушениях поверхностного слоя бетона конструкции с целью предохранения сооружения от дальнейшего разрушения.

Для заделки незначительных по протяженности повреждений защитного слоя применяются ручные приемы штукатурных работ.

Для нанесения бетона (раствора) используется мастерок. Уложенный раствор примерно через час смачивают водой, присыпают сухим цементом и заглаживают с помощью кельмы, деревянной или металлической гладилками. При этом глубина выколотых участков, подготавливаемой к ремонту поверхности, не должна сходить на нет к краю выкола, она всюду должна быть не менее 1 см. Переход места выкола к неповрежденному защитному слою должен быть сделан ступенькой под углом 90°.

При большом объеме работ наиболее эффективным способом нанесения бетонов является торкретирование, при котором достигается получение весьма плотного прочного защитного слоя.

При подготовке поверхности к бетонированию одиночные трещины с шириной раскрытия свыше 1 мм разделываются в виде прямоугольника на глубину и зачеканиваются бетоном.

В местах больших отколов бетона и обнажения арматуры устанавливают дополнительную армирующую сетку с размером ячеек от 2,5 до 10 см и диаметром проволоки от 0,5 до 6 мм с прикреплением вновь устанавливаемых сеток к основной арматуре конструкции.

Для увеличения сил сцепления между новым и старым бетоном рекомендуется применять прослойку из эпоксидно-тиоколового клея K-153. При восстановлении защитного слоя с применением эпоксидно-тиоколовой прослойки бетон должен быть уложен до потери липкости клея.

В зависимости от степени развития трещин применяются следующие способы ремонта конструкций:

- устройство защитных пленок и покрытий, для ремонта трещиноватых поверхностей, имеющих трещины раскрытием до 0,2 мм;

- герметизация трещин (заполнение их водонепроницаемыми эластичными материалами), для ремонта конструкции, имеющих трещины раскрытием более 0,3 мм;

- поверхностная заделка трещин (устройство герметизирующей накладки, перекрывающей трещину и усиливающей сечение с трещиной) для ремонта конструкций, имеющих сквозные трещины с раскрытием более 0,2 мм;

- прочностная заделка (омоноличивание полости трещины клеющим составом) для ремонта конструкций с трещинами раскрытием более 0,3 мм.

Покрытие ремонтируемых поверхностей пленками предназначается для защиты бетона и поверхности конструкции от атмосферной и химической коррозии. Устройство защитных пленок и покрытий осуществляется путем окраски бетонной поверхности полимерцементными красками или синтетическими лаками.

Герметизация трещин высоко эластичными материалами без восстановления монолитности конструкции предназначается для закрытия доступа влаги и других агентов, вызывающих коррозию, к арматуре, обеспечивая ее сохранность.

Герметизация трещин эластичными материалами в виде мастики производится с помощью шприцев.

Прочностная заделка рекомендуется при необходимости одновременно с ликвидацией трещин восстановить монолитность конструкции. Прочностная заделка может быть выполнена с помощью инъектирования эпоксидного состава или цементного раствора в полость трещины.

До инъектирования должны быть устроены отверстия и установлены в них ниппели, через которые производится подача клеющего состава. После установки ниппелей трещина по поверхности бетона герметизируется с помощью наклейки стеклоткани, предотвращающей вытекание клеющего состава. Как правило, инъектирование должно начинаться с нижнего ниппеля.

Наиболее распространенным способом усиления конструкций является увеличение сечений путем устройства всесторонних обойм или односторонним наращиванием. Этот способ позволяет получить значительное увеличение несущей способности как целых, так и сильно поврежденных элементов.

При усилении железобетонных конструкций односторонним увеличением сечения дополнительная арматура приваривается к старой при помощи отгибов, коротышей, наклонных и вертикальных хомутов.

Приварку хомутов и коротышей рекомендуется производить при помощи электросварки двойными фланговыми швами.

При наличии местных повреждений в виде одиночных или сконцентрированных на небольшой длине трещин производится местное усиление конструкции по одному из следующих способов:

- устройство местных хорошо армированных хомутами, отогнутой и продольной арматурой четырехсторонних обойм из железобетона;

- устройство металлических обойм из вертикальных напрягаемых хомутов. При наличии вертикальных или косых трещин под хомутами располагаются продольные распределительные уголки, охватывающие поврежденную часть балки.

Хомуты покрываются торкретбетоном по металлической сетке или обетонируются.

При усилении колонн четырехсторонняя обойма армируется продольными стержнями и хомутами или спиральной арматурой. Обойма может быть забетонирована в опалубке или заторкретирована; толщина стенок при обычном бетонировании должна быть не менее 10 см и при торкретировании - 5 см. Углы усиливаемой колонны рекомендуется скалывать. Вверху и внизу колонны на длине, равной наибольшему размеру поперечного сечения колонны, шаг хомутов уменьшается вдвое. При наличии местных повреждений или дефектов у колонн усиливающая обойма может устраиваться в пределах поврежденного участка с перепуском в обе стороны на длину 50 см, но не менее большего размера поперечного сечения.

При усилении железобетонных конструкций наращиванием элементов необходимо со стороны сечения, предназначенной для усиления, сколоть в местах приварки защитный слой бетона и обнажить продольные стержня существующей арматуры до половины их сечения.

После этого поверхность бетона промывается струей воды под напором. Если по каким-либо причинам создать напор не представляется возможным, поверхность бетона после насечки зубилом и обработки щеткой продувается воздухом, чтобы на ней не осталось пыли, и промывается водой.

Поверхность бетона должна поддерживаться во влажном состоянии вплоть до момента, когда на нее будет нанесен слой нового бетона. Непосредственно перед бетонированием с горизонтальных поверхностей старого бетона должны быть удалены лужицы воды. После этого поверхность бетона покрывается слоем пластичного цементного раствора состава 1:2 толщиной 1 - 2 мм. Новый бетон должен укладываться не позднее чем через 1,5 часа после укладки раствора.

18. Методика расчета усиления балочных конструкций при помощи устройства упругой балочной опоры

Усиление балочных конструкций выполняют, в зависимости от специфики сооружения, несколькими способами: наращиванием арматуры растянутой зоны, усилением балок снизу с увеличением степени армирования и высоты сечения, установкой железобетонных обойм, устройством шпренгельных систем и устройством затяжек по нижнему поясу балок. Для существенного повышения несущей способности балок устраивают железобетонную обойму (). На очищенной поверхности балки делают насечки, по результатам анализа подбирают оптимальныи композиционный состав смеси. Бетонирование через специальные отверстия в плите выполняют послойно с обязательным уплотнением.

19. Методика расчета усиления балочных конструкций при помощи устройства упругой ферменной опоры

20. Методика расчета усиления балочных конструкций при помощи устройства промежуточной опоры

РАСЧЕТ УСИЛЕНИЯ КОНСТРУКЦИЙ МЕТОДОМ УПРУГОЙ ОПОРЫ

Дано:

; ; ; ; ;

; ; ; ;

;

Схема усиления ригеля.

Решение

Определим характеристики сечения до усиления

2.Определим величину усиления исходя из проектного момента:

3.Определим характеристики приведенного сечения:

4. Находим жесткость сечения:



Принимаем двутавр №60

21. Методика расчета усиления балочных конструкций при помощи устройства предварительно напряженных затяжек

УСИЛЕНИЕ БАЛКИ ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЕННОЙ ЗАТЯЖКОЙ (ШПРЕНГЕЛЬНАЯ ЗАТЯЖКА).

Дано:

Для затяжки:Класс арматуры А - II

1.Находим приведенную площадь затяжки:

2.Находим приведенную полезную высоту:

3. Находим высоту сжатой зоны:

4.Характеристики сечения

5. Момент, воспринимаемый затяжкой:

Расчет потерь предварительного напряжения (по СниП 2.03.01-84)

1. Деформации анкеров

2. Потери трения арметуры об поверхность бетона

Где , суммарный угол оси арматуры об огибающие приспособления

3. Релаксация напряжения в арматуре

Суммарные потери

Остаточная величина преднапряжения с учетом всех потерь составляет:

Определим величину распора

условие выполняется

Определим подъемную силу в шпренгеле.

Определим изгибающий момент от распора на опоре.



Определим Ц. Т. приведенного сечения,

Определим изгибающий момент в предельном состоянии.

-Условие выполняется

1. Для монолитных и сборных изгибаемых элементов в случаях необходимости проведения работ в минимальные сроки без снятия временной нагрузки может быть рекомендован способ усиления посредством установки дополнительной предварительно напряженной арматуры. Добавочная арма-тура может быть как горизонтальной, так и шпренгельной. Возможна также установка горизонтальной и шпренгельной арматуры одновременно. В результате установки дополнительной арматуры с предварительным ее напряжением меняется напряженно деформированное состояние усиливаемых балок. Предварительное напряжение включает дополнительную арматуру в совместную работу с усиливаемой балкой, которая может рассматриваться как изгибаемая конструкция с увеличенной площадью арматуры, дополнительная часть которой не имеет сцепления с бетоном, и с изменяющейся рабочей высотой.

Усиление балки предварительно напряженной арматурой показано на рис. 1.



а - горизонтальными затяжками: 1 - усиливаемая балка; 2 - горизонтальные затяжки; 3 - уго-лок анкера; 4 - вертикальные стержни анкера; 5 - натяжной болт; 6 - шайба; 7 - отверстие, за-делываемое после установки анкера; б - промежуточными распорками: 1 - усиливаемая балка; 2 - затяжки; 3 - промежуточные распорки; 4 - натяжной болт; 5 - анкерное устройство; в - шпренгельными затяжками: 1 - усиливаемая балка; 2 - шпренгельные затяжки; 3 - подкладка; 4 - коротыш; 5 - натяжной болт; 6 - шайба; 7 - швеллер анкера; 8 - отверстие, заделываемое после установки анкера; г - комбинированными затяжками: 1 - усиливаемая балка; 2 - гори-зонтальные затяжки; 3 - шпренгельные затяжки; 4 - подкладка; 5 - коротыши; 6 - уголок анке-ра горизонтальных затяжек; 7 - вертикальные анкерные стержни; 8 - натяжной болт; 9 - шай-ба; 10 - швеллер анкера шпренгельных затяжек; 11 - отверстие, заделываемое после установки анкера

Также усиление ребер может быть проведено одним из следующих способов:

Усиление на воздействие изгибающих моментов осуществляется бетонированием швов между плитами с установкой в них арматурных каркасов, т.е. созданием дополнительной балочки с одновременным наращиванием сверху или без него, а также односторонним наращиванием снизу с установкой дополнительной арматуры, привариваемой к существующей через коротыши (рис. 2).



а - бетонированием шва между плитами; б - односторонним наращиванием; в - установкой хомутов на опорных участках; 1 - усиливаемая плита; 2 - усиление в шве; 3 - хомуты; 4 - про-кладки из уголков; 5 - арматура ребра плиты; 6 - дополнительная арматура; 7 - коротыши

Усиление на действие перерезывающих сил на приопорных участках выполняется вертикальными накладными хомутами. Конструкция хомутов аналогична хомутам для балок, но одним хомутом охватываются одновременно два ребра смежных плит (см. рис. 2).

24. Конструктивные решения усиления колонн и их консолей

Одним из наиболее эффективных способов усиления железобетонных колонн является устройство железобетонных или металлических обойм. Усиление обоймами особенно рационально для колонн с небольшой гибкостью.

В изгибаемых элементах обоймы рекомендуются в исключительных случаях (например, при значительной коррозии арматуры), так как усиление по всему периметру изгибаемого элемента нерационально с конструктивной точки зрения и требует значительных трудозатрат при производстве работ.

Наиболее простым типом железобетонных обойм являются обоймы с обычной продольной и поперечной арматурой без связи арматуры обоймы с арматурой усиливаемой колонны (рис. 1).

При таком способе усиления важно обеспечить совместную работу «старого» и «нового» бетона, что достигается тщательной очисткой поверхности бетона усиливаемой конструкции пескоструйным аппаратом, насечкой или обработкой металлическими щетками, а также промывкой под давлением непосредственно перед бетонированием. Для улучшения адгезии и защиты бетона и арматуры в агрессивных условиях эксплуатации рекомендуется применение полимербетонов.

Рис. 1 Усиление колонны железобетонной обоймой:

1 -- усиливаемая колонна 2 -- обойма 3 -- продольная арматура обоймы 4 -- поперечная арматура обоймы 5 -- жесткая продольная обойма 6 -- опорные уголки

Толщина обоймы колонн определяется расчетом и конструктивными требованиями (диаметром продольной и поперечной арматуры, величиной защитного слоя и т.п.).

Как правило, она не превышает 300 мм.

Площадь рабочей продольной арматуры также определяют расчетом, ее диаметр принимают не менее 16 мм для стержней, работающих на сжатие, и 12 мм для стержней, работающих на растяжение.

Поперечную арматуру диаметром не менее 6 мм для вязаных каркасов и 8 мм для сварных устанавливают с шагом 15 диаметров продольной арматуры и не более трехкратной толщины обоймы, но не более 200 мм. В местах концентрации напряжений шаг хомутов уменьшается.

При местном усилении обойму продлевают за пределы поврежденного участка на длину не менее пяти ее толщин и не менее длины анкеровки арматуры, а также не менее двух ширин большей грани колонны, но не менее 400 мм.

При местном усилении для улучшения сцепления «нового» и «старого» бетона рекомендуется выполнять адгезионную обмазку из полимерных материалов.

Поперечная арматура железобетонной обоймы может быть выполнена в виде спиральной обмотки (рис. 2) из проволоки диаметром не менее 6 мм.

При этом спирали в плане должны быть круглыми и охватывать всю рабочую продольную арматуру.

Расстояние между ветвями спирали должно быть не менее 40 мм и не более 100 мм, оно не должно также превышать 0,2 диаметра сечения ядра обоймы, охваченного спиралью.

Более эффективны (но и более трудоемки) железобетонные обоймы, в которых обеспечивается связь существующей и дополнительной арматуры. Такие обоймы рекомендуются при сильном повреждении существующей арматуры или защитного слоя бетона.

В этом случае арматуру усиливаемой конструкции тщательно очищают до чистого металла, разрушенные хомуты восстанавливают путем пробивки в бетоне поперечных борозд, установки в них новых хомутов и соединения их с продольной арматурой.

Рис. 2 Усиление колонны обоймой со спиральной арматурой:

1 -- усиливаемая колонна 2 -- обойма 3 -- спиральная арматура

здание сооружение усиление повреждение

Рис. 3 Усиление колонны металлическими обоймами:

1 -- усиливаемая колонна 2 -- ветви обоймы 3 -- планки обоймы 4 -- опорный уголок

Дополнительную продольную арматуру приваривают у шествующей с помощью соединительных коротышей, которые во избежание пережогов выполняют из арматуры класса A-I диаметром 10-16 мм и располагают на расстоянии друг от друга не менее 20 диаметров продольной арматуры в шахматном порядке.

При невозможности выполнения замкнутой обоймы, например при примыкании колонны к стене, рекомендуется устройство «рубашек» -- незамкнутых с одной стороны обетонок.

При этом способе усиления необходимо обеспечить надежную анкеровку поперечной арматуры по концам поперечного сечения «рубашек».

В колоннах это осуществляется путем приварки хомутов к арматуре колонн.

При усилении «рубашками» локальных поврежденных участков, как и при усилении обоймами, их необходимо продлить на неповрежденные части конструкции на длину не менее 500 мм, а также не менее длины анкеровки продольной арматуры, не менее ширины грани элемента или его диаметра и не менее пяти толщин стенки «рубашки».

По конструктивным соображениям диаметр продольной и поперечной арматуры «рубашек» принимают не менее 8 мм, при вязаных каркасах минимальный диаметр хомутов - 6 мм.

При невозможности увеличения сечения колонн и сжатых сроках производства работ по усилению рекомендуются металлические обоймы из уголков, устанавливаемых по граням колонн, и соединительных планок между ними (рис. 4).

Эффективность включения металлической обоймы в работу колонны зависит от плотности прилегания уголков к телу колонны и от предварительного напряжения поперечных планок.

Для плотного прилегания уголков поверхность бетона по граням колонн тщательно выравнивается скалыванием неровностей и зачеканкой цементным раствором.

Предварительное напряжение соединительных планок осуществляется термическим способом. Для этого планки приваривают одной стороной к уголкам обоймы, затем разогревают газовой горелкой до 100-120°С и в разогретом состоянии приваривают второй конец планок.

Замыкание планок осуществляют симметрично от среднего по высоте колонны пояса.

При остывании планок происходит обжатие поперечных сечений колонны, что существенно повышает ее несущую способность.

Эффективным средством усиления нагруженных колонн является устройство предварительно напряженных металлических распорок.

Одно- или двусторонние распорки представляют собой металлические обоймы с предварительно напряженными стойками, расположенными с одной или двух сторон колонн (рис. 5).

Первые применяют для увеличения несущей способности внецентренно сжатых колонн с большими и малыми эксцентриситетами, вторые -- для центрально и внецентренно сжатых колонн с двузначной эпюрой моментов.

Предварительно напряженные односторонние распорки состоят из двух уголков, соединенных между собой металлическими планками. В верхней и нижней зонах распорок приваривают специальные планки толщиной не менее 15 мм, которые передают нагрузку на упорные уголки и имеют площадь поперечного сечения, равную сечению распорок.



Рис. 4 Усиление колонны предварительно напряженными двусторонними металлическими распорками:

а -- в период монтажа б -- в напряженном состоянии;

1 -- крепежный монтажный болт 2 -- натяжной монтажный болт 3 -- усиливаемая колонна 4 -- уголки распорок 5 -- упорные уголки 6 -- планка для натяжения болтов в месте перегиба 7 -- планки-упоры 8 -- соединительные планки

Планки устанавливают таким образом, чтобы они выступали за торцы уголков распорок на 100-120 мм, и снабжают двумя отверстиями для стяжных болтов.

Упорные уголки должны быть установлены таким образом, чтобы их внутренние грани совпадали с наружной гранью колонн.

Для этого защитный слой бетона в верхней и нижней зонах колонны скалывают и устанавливают упорные уголки на цементном растворе строго горизонтально.

До установки распорок в проектное положение в боковых полках уголков в середине их высоты выполняется вырез и осуществляется их незначительный перегиб.

Ослабление поперечного сечения уголков в месте выреза компенсируется приваркой дополнительных планок, в которых предусмотрены отверстия для стяжных болтов.

Предварительное напряжение распорок создается путем придания им вертикального положения за счет закручивания гаек натяжных болтов. При этом необходимо обеспечить плотное прилегание уголков к телу колонны, а также их совместную работу, объединив распорки с помощью приварки к ним металлических планок.

Шаг планок принимают равным минимальному размеру сечения колонны. После приварки планок стяжные монтажные болты снимают, а ослабленные сечения распорок усиливают дополнительными металлическими накладками.

Для эффективного включения распорок в работу достаточно создать в них предварительное напряжение порядка 40-70 МПа, что обеспечивается за счет расчетного удлинения при выпрямлении уголков.

При увеличении нагрузки на консоли колонн их усиливают предварительно напряженными горизонтальными или наклонными тяжами (рис. 5).

Рис. 5 Усиления консолей предварительно напряженными тяжами:

1 -- усиливаемая консоль 2 -- опорные элементы 3 -- упоры из уголков 4 -- предварительно напряженные тяжи 5 -- анкеры 6 -- упоры из швеллеров

Предварительное напряжение создается завинчиванием гаек или взаимным стягиванием хомутов. Применяют также разгрузку консолей с помощью дополнительных металлических кронштейнов (рис. 6) или специальных опор в виде швеллеров (уголков), которые крепят к колонне с помощью предварительно напряженных тяжей (&?sp = 40-50 МПа).

Рис. 6 Усиление опирания балок:

а -- при короткой консоли б -- при длинной консоли;