Строительство и архитектура/ 3.Современные технологии строительства, реконструкции и реставрации

Жуков Александр Николаевич

Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, Россия

Усиление железобетонных консолей колонн углепластиком

Наиболее распространенным решением при усилении железобетонных конструкций с применением углеволокна является его расположение в зоне наибольшего изгиба (середина пролета) и наиболее растянутых элементах конструкции, хотя имеется успешный опыт усиления сжатой зоны конструкций.

Применение элементов внешнего армирования для усиления сжатых, внецентренно-сжатых железобетонных элементов производится двумя способами. Во-первых, для усиления коротких элементов эффективно устройство бандажей из холстов углеволокна, создающих «эффект обоймы» по типу косвенного армирования. Во-вторых, установка холстов из углеволокна вдоль сжатого элемента является дополнительной рабочей арматурой [1].

Усиление железобетонных элементов углепластиком производится в следующей технологической последовательности:

1. Шлифовка поверхности железобетонного элемента - допускается только при условии его незначительного повреждения. В случае серьезного повреждения бетонного слоя необходимо его восстановление.

2. Нанесение грунтовки, повышающей прочность сцепления.

3. Нанесение выравнивающего раствора.

4. Нанесение на усиливаемую поверхность первого слоя эпоксидного клея.

5. Укладка холста путем прокатывания его резиновым валиком.

6. Нанесение на поверхность холста второго слоя эпоксидного клея.

7. Нанесение защитного покрытия при условии отверждения предыдущих слоев [2].

Такой вид усиления весьма распространен на данный момент, т.к. имеет ряд преимуществ, таких как:

- отсутствие площадки текучести (модуль упругости от 220 до 330 ГПа);

- плотность углепластика меньше в 4 раза, чем стали;

- небольшая масса, облегчающая их транспортировку;

- монтаж, не требует применения подъёмных механизмов;

- неподверженность углепластика коррозии.

Несмотря на достоинства углепластика, имеются и недостатки:

- невозможность усиления сильно повреждённых конструкций, так как поверхность бетона повреждена коррозией;

- сложный технологический процесс;

- необходимость подготовки поверхности до «идеального» качества;

- высокая стоимость углепластика;

- необходимость остановки рабочего процесса (в некоторых случаях)

- полимерные затвердевшие клеевые составы начинают деградировать при температурах от 65 до 150°С, вплоть до возгорания с выделением токсичных газов [3].

На рис.1 [4, 5, 6] представлено усиление разных видов консолей углепластиком Sica Carbodur (Carbowrap) и MEGAPLATE. Sika Wrap включает в себя широкую линейку различных высококачественных, специально спроектированных тканых и нетканых материалов, предназначенных для различных типов структурного и сейсмического усиления. Элементы внешнего армирования закрепляются на железобетонной конструкции с помощью высокопрочного эпоксидного компаунда, поставляемого вместе с углеволокном.

Рис.1. Усиление консолей с применением углепластика

Наиболее распространенным способом усиления железобетонных консолей колонн является усиление установкой дополнительных предварительно напряженных, наклонных или горизонтальных тяжей или хомутов (рис.2), приведенное в рекомендациях по проектированию усиления железобетонных конструкций зданий и сооружений реконструируемых предприятий [7]. Тяжи крепятся к консоли посредством металлических крепежных элементов и напрягаются завинчиванием гаек. Хомуты крепятся к металлической обойме, устанавливаемой на участке колонны и консоли, и напрягаются взаимным стягиванием. Более эффективным способом считается усиление предварительно напряженными хомутами, так как предварительное напряжение увеличивает нагрузку, воспринимаемую элементами усиления. Усиление коротких консолей, имеющихся на колоннах и главных балках в местах деформационных швов, рекомендуется производить специальными приспособлениями из металлических элементов, которые представляют собой дополнительные консоли, подвешиваемые к колоннам или главным балкам (рис.2). Соединения отдельных элементов приспособлений осуществляются как на болтах, так и на сварке [7, п.2.67].

Рис.2. Усиление консолей колонн гнутыми элементами и затяжками:

А – наклонными тяжами; Б – затяжкой; В – замкнутым хомутом со стягиванием его ветвей крюками; Г – наклонными тяжами со стягиванием ветвей;

1 – колонна; 2 – затяжки; 3, 4, 5 – траверсы и упоры; 6, 8 –подкладки; 7 – стяжные крюки

При проведении работ по усилению железобетонных консолей колонн преднапряженными тяжами необходима остановка производства, в качестве дополнительных работ можно отметить выравнивание поверхностей для уголков, восстановление зоны опирания подкрановой балки. В процессе эксплуатации при таком усилении требуется периодическое восстановление величины преднапряжения арматуры.

При усилении железобетонных консолей колонн углепластиком не требуется остановка процесса производства при этом необходимо подготовить поверхность консоли колонны и восстановить зону опирания подкрановой балки. Осложнения эксплуатации отсутствуют, кроме того усиленная конструкция защищена от воздействия коррозии.

Таким образом, усиление углепластиком строительных конструкций, в том числе железобетонных консолей колонн, является современным, эффективным способом повысить прочностные характеристики этих элементов и позволяет защитить их от воздействия коррозии, что позволяет увеличить срок их нормальной и безопасной эксплуатации.

Литература:

1. Усиление консолей колонн углеволокном [Электронный ресурс] http://www.skpraktik.ru/0-37.html (дата обращения 15.12.13).

2. Применение углепластиков в строительстве [Электронный ресурс] http://www.slideshare.net/nanoweek/ss-9392161 (дата обращения 20.12.13).

3. Повышение надежности железобетонных конструкций при ЧС (зарубежный опыт) [Электронный ресурс] http://www.concrete-union.ru/articles/index.php?ELEMENT_ID=5222 (дата обращения 20.12.13).

4. Усиление консолей композитными материалами [Электронный ресурс] URL:http://alexnik.info/2011/04/03/усиление–консолей–композитными–мате/ (дата обращения 16.08.11).

5. Усиление консолей колонн углеволокном [Электронный ресурс] URL:http://www.skpraktik.ru/0–19.html (дата обращения 26.05.11).

6. Усиление консолей колонн углеволокном [Электронный ресурс] URL:http://azskzs.ru/usilenie_stroitelnyh_k (дата обращения 26.05.11).

7. Рекомендации по оценке состояния и усилению строительных конструкций промышленных зданий и сооружений/НИИСК. – М.: Стройиздат, 1989. – 104 c.