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

Жуков А.Н.

Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, Россия

Алгоритм расчёта поперечного сечения и  прочности конструкций восстановления работоспособности железобетонных консолей колонн с использованием балансирных устройств

В результате проведения экспериментального исследования способов восстановления работоспособности железобетонных консолей колонн с использованием балансирных устройств был разработан алгоритм расчёта поперечного сечения и прочности конструкций.

Для назначения предварительных размеров конструкции балансирного устройства, состоящего из центратора, управляющих рычагов, опорной балки составного сечения, соединительных пластин, тяг и болтов, необходимы данные натурных замеров конструкции. Следует учитывать тот факт, что необходимо убрать защитный слой по контуру консоли колонны, и это будет вносить существенные коррективы в размеры конструкции. На рис.1-2 показана конструкция восстановления работоспособности с использованием балансирного устройства с обозначениями элементов.

Рис.1 Назначения генеральных размеров конструкции вид в плане

Рис.2 Вид конструкции сбоку колонны

Используем известные нам размеры консоли колонны в плане (натурное обследование) и эмпирические данные для назначения зависимостей расчётных размеров от известных параметров консоли. Используем размер консоли h и b для назначения всех размеров обоймы. Для расчёта основных конструкций произведем расчёт следующих величин (рис.1) на основе экспериментальных данных:; ; ;  . Расчётные коэффициенты получены эмпирическим путём.

Расчёт пары рычагов управления:

Расчётная схема рычагов управления представлена на рис.3.

Рис.3 Расчётная схема рычагов управления

 ,

где  - опорная реакция двух смежных подкрановых балок, передаваемая на аварийную консоль колонны.

Опорные реакции опорной балки:

Величина максимального изгибающего момента в паре рычагов управления:

Требуемый момент сопротивления двух рычагов по формуле:

Расчёт центратора:

Расчётная схема центратора представлена на рис.4.

Рис.4 Расчётная схема центратора в предположении, что отпор по всей площади контакта равномерен

Для подбора поперечного сечения центратора величина внешней силы:

Опорная реакция от опорной балки:

Найдём величину момента внешней силы:

Требуемый момент сопротивления:

Расчёт тяг, соединяющих центратор с парой рычагов управления:

Для удобства монтажа с каждой стороны консоли примем подвески из четырёх шпилек М24 (сталь 40Х "Селект"). То есть, по четыре шпильки для подвески к каждому концу центратора. По такой же схеме рассчитываем болтовое соединение управляющих рычагов и опорной балки. Проверка прочности тяжей на растяжение:

,            

где     - максимальная опорная реакция от колес крана;

 - суммарная площадь болтов;

 - расчётное сопротивление болтов на растяжение.

Расчёт пластин соединения центратора с рычагами управления:

Расчётная схема соединительной пластины представлена на рис.5.

Рис.5 Расчётная схема шайбы, взаимодействующей с центратором

Для подбора поперечного сечения центратора найдём величину внешней силы:

Опорная реакция от опорной балки:

Величина момента внешней силы:

Требуемый момент сопротивления:

Расчёт смятия бетона под  центратором:

Расчётная схема смятия бетона под центратором приведена на рис.6.

Рис.6 Расчётная схема смятия бетона под центратором

При расчёте на местное сжатие (смятие) элементов без поперечного армирования должно удовлетворяться условие:

                                                          

где N -   продольная сжимающая сила от местной нагрузки;

Aloc1 - площадь смятия;

y -     коэффициент, принимаемый равным 1,0 при равномерном и 0,75 при неравномерном распределением местной нагрузки по площади смятия;

Rb,loc - расчётное сопротивление бетона смятию, определяемое по формуле:

                                                           

Принимается равным не более 2,5 и не менее 1, где - максимальная расчётная площадь, устанавливаемая по следующим правилам:

центры тяжести  и   совпадают;

граница расчетной площади  отстоят от каждой стороны  на расстояние, равным соответствующим размерам этих сторон;

Расчёт опорной балки:

Так как опорная балка имеет составной сечение и состоит из нижней домкратной балки, вертикальных упоров и верхней горизонтальной опорной балки, при этом эксперимент показал, что самой напряжённой является домкратная балка, то расчёт будем производить для неё, а остальные элементы, для удобства монтажа и унификации элементов, примем аналогичными (рис.7).

Рис.7 Расчётная схема опорной балки с тыльной стороны консоли

Опорная реакция от опорной балки:

Изгибающий момент в опорной балке:

Требуемый момент сопротивления:

После подсчёта всех требуемых моментов сопротивления, проверок прочности на смятие и подбора сечения болтов  по сортаменту металлопроката, подбираем сечения элементов конструкции. Для центраторной балки и задней верхней опорной балки рекомендуется применять сечения замкнутых типов, так как они обладают большей жёсткостью, нежели открытые сечения. Аналогичные данные были получены в ходе экспериментального исследования, которое показало эффективность закрытого сечения в опорной балке.

Все остальные элементы конструкций, по усмотрению проектировщика, можно назначать либо двутавровыми, либо коробчатого профиля. Двутавровый профиль более удобен при использовании схемы подвеса рычага управления к центратору и опорной балке, так как болты проходят в полке этих балок. При этом использование коробчатого сечения не менее эффективно.