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

Жуков Александр Николаевич

Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, Россия

Экспериментальное исследование по восстановлению работоспособности консолей колонн объёмно предварительно напряженной сталетрубобетонной обоймой

В качестве экспериментального исследования в рамках написания кандидатской диссертации был разработан способ по восстановлению работоспособности железобетонной консоли колонны взятием в сталетрубобетонную обойму. Обойма состоит из торцевых швеллеров, боковых накладок из листовой стали и соединительных уголков. Монтаж конструкции производился при помощи сварочного аппарата в следующей технологической последовательности:

1) составные элементы были разрезаны и подготовлены к монтажу;

2) сделаны треугольные разрезы в полках торцевого швеллера, после чего при помощи пресса путем сгиба в проектных точках ему придана форма консоли колонны;

3) поверхность старого бетона промыта водой до полного насыщения;

4) приварены соединительные уголки к одному из торцевых швеллеров;

5) швеллер с приваренными уголками устанавливается на консоль колонны, с противоположной стороны монтируется второй торцевой швеллер;

6) с боков к конструкции последовательно привариваются боковые накладки из листовой стали;

7) конструкция устанавливается в проектное положение при помощи строительного уровня;

8) подготавливается мелкозернистый расширяющийся бетон;

9) бетон укладывается в полость между обоймой и консолью;

10) бетонная смесь вибрируется.

Для приготовления мелкозернистого расширяющегося бетона применялась расширяющая добавка РД-Н производства CONSOLIT BARS [1]. Расширяющая добавка РД-Н представляет собой тонкоизмельчённую смесь, состоящую из алюминатных или сульфоалюминатных и сульфатных компонентов. РД-Н вводится в обычный бездобавочный портландцемент для получения цемента с уникальными специфичными свойствами. Портландцемент с добавкой РД-Н обладает всеми положительными качествами бездобавочного портландцемента и дополнительно обеспечивает в бетонах (растворах):

- полную водонепроницаемость (W10… W20), при этом дополнительной гидроизоляции не требуется;

- исключение усадки и её отрицательных последствий;

- повышенную морозостойкость (в том числе в солях);

- повышенную стойкость в агрессивных средах;

- высокую прочность при растяжении.

Пропорции соответствую рекомендациям производителя: расход на 1 м³ раствора: РД-Н - 80 кг; ПЦ 500-Д0 (бездобавочный) - 570 кг; песок (чистый, мытый, с модулем крупности М_КР=2,0..3,0 и содержанием глинистых включений до 1%) - 950 кг; вода (чистая) - 250 л.

Образцы консолей колонн предварительно были испытаны на проектную нагрузку и доведены до разрушения. Общий вид конструкции после монтажа и наклейки тензорезисторов показан на рис.1. Нагрузка на конструкцию передается с помощью насосной станции через домкрат ДГ-100. Опирание домкрата на трубобетонную консоль выполнено через сферический шарнир на бетон. Предельная несущая способность конструкции предположительно должна увеличиться в 2-3 раза.

Рис.1 Общий вид конструкции перед испытанием

При испытании этапы нагружения определены равными 1т. После каждого этапа нагружения давалась выдержка, равная 3 минутам. За разрушение принят момент времени, когда показания манометра останавливается.

В ходе проведения испытаний сталетрубобетонной обоймы при давлении от 98,1гН (1т) до 2163,1гН (22,05т) (первый образец) и от 98,1гН (1т) до 2595,7гН (26,46т) (второй образец) никаких деформаций и повреждений выявлено не было. При давлении 2307,3гН (23,52т) в первом образце наблюдалось смятие бетона на опоре, что свидетельствует о повороте всей обоймы вместе с консолью в плоскости действия момента.

В ходе дальнейшего нагружения в диапазоне от 2451,6гН (24,99т) до 2595,7гН (26,46т) были обнаружены трещины в надкрановой части колонны, расположенные выше консоли на 15-20см и трещины на консоли колонны, вдоль грани нового и старого бетона, по большему размеру колонны, ширина раскрытия обоих не превышала 0,1мм.

Во втором образце наблюдались идентичные повреждения, при этом смятие бетона на опоре произошло при силе 2739,9гН (27,93т), а образование трещин в верхней зоне при 3172,5гН (32,34т).

При увеличении силы давления в первом образце до 3028,3гН (30,87т) образовалась трещина вдоль грани нового и старого бетона, по меньшему размеру колонны, ширина раскрытия которой не превышала 0,1мм. Во втором образце при нагрузке 3605,2гН (36,75т) обнаружено более сильное смятие защитного слоя на опоре и увеличение количества трещин в верхней части ширина раскрытия, которых осталась неизменной и составила 0,1мм. Подобные повреждения обнаружены и на первом образце при давлении 3172,5гН (32,34т). В ходе увеличения давления на первом образце в диапазоне от 3317гН (33,81т) до 3605,2гН (36,75т) обнаружены идентичные повреждения с той разницей, что величина раскрытия трещин составила от 0,5 до 0,8 мм.

При повышении давления и на первом и на втором образце в диапазоне от 3749,3гН (38,22т) до 4182гН (42,63т) наблюдалось развитие выше перечисленных деформаций, образовалась опоясывающая наклонная трещина по всему сечению верхней части колонны, расположение которой выше консоли на 15-20см с раскрытием её до 3-4мм, сильное смятие бетона на опоре. При увеличении нагрузки в диапазоне от 4326,2гН (44,1т) до 4628,7гН (47,04т) прогрессировало раскрытие трещин верхней части колонны и усиливалось смятие бетона на опоре. Эксперимент был остановлен при значении нагрузки 4628,7гН (47,04т), так как ширина раскрытия трещины в верхней части достигла величины 6-9мм, на опоре полностью смялся бетон во внешнем углу колонны на ширину до 4,5см. Какие-либо деформации и повреждении сталетрубобетонной консоли обнаружены не были. Разрушения опытных образцов показаны на рис.2-3.

Рис.2 Общий вид опоясывающей трещины при разрушении

Рис.3 Общий вид опорной части колонны при разрушении

Таким образом, способ восстановления работоспособности консоли колонны с использованием предварительно напряжённой сталетрубобетонной обоймы обеспечил увеличение несущей способности исследуемой конструкции с 2060,1 гН до 4614,62 гН в первом случае и с 1471,5 гН до 4614,62 гН, коэффициент усиления составил 2,24 и 3,136 соответственно. В ходе анализа данных, полученных при проведении эксперимента, установлено, что напряжения во всех опрашиваемых датчиках несущественны для металлических конструкций. Учитывая характер разрушения и имеющиеся напряжения, можно сказать, что консоль при таком способе усиления превращается в полностью не повреждаемую.