Зв'язок між конструктивними особливостями підсилених згинальних елементів та їх несучою здатністю

 

 

 

 

В статті наведено результати досліджень залізобетонних балок підсилених нарощуванням в стиснутій зоні. Проведено аналіз впливу зміни форми поперечного перерізу на перерозподіл зусиль за висотою поперечного перерізу. Результати узагальнені та зроблені висновки, приведено рекомендації з підвищення несучої здатності таких елементів.

В статье приведены результаты исследований железобетонных балок усиленных наращиванием в сжатой зоне. Проведён анализ влияния изменения формы поперечного сечения на перераспределение усилий по его высоте. Результаты обобщены и сделаны выводы, приведены рекомендации по повышению несущей способности таких элементов.

 

The paper presents the research results of strengthened concrete beams reinforced with building-up in a compressed area. The impact of shape changing of the cross section for stress redistribution on its height was analyzed. The results are summarized. The conclusions and recommendations on the bearing capacity improving of the elements of this kind are given.

Ключові слова:

Бетон, арматура, зчеплення, напруження, перерозподіл, тріщини.

Бетон, арматура, сцепление, напряжение, перераспределение, трещины.

Concrete, armature, anchorage, stress, redistribution, cracks.

 

Вступ. Сучасний етап розвитку, як нашої держави, так і держав колишнього радянського союзу, в переважній більшості, характеризується незначними інвестиціями в промислове та цивільне будівництво. Існуючи споруди, при цьому, експлуатуються досить інтенсивно, внаслідок намагань власників пристосувати зношені потужності під нові потреби та виклики часу. В зв’язку з цим проблема реконструкції будівель та споруд набуває важливого значення.

Цивільні будівлі та споруди також підлягають реконструкції, оскільки серед них складова “вікових” об’єктів зростає дуже швидко. Потреба забезпечення житлом, вимагає не тільки підвищення темпів житлового будівництва, але і реконструкції старих капітальних жилих та суспільних будівель, в окремих випадках, з перебудовою та підсиленням конструкцій.

Для переважної більшості існуючих житлових і промислових будівель та споруд в якості матеріалу несучих конструкцій використовувався залізобетон. В зв’язку з цим важливе місце в розв’язку питань проектування підсилення залізобетонних конструкцій займає проблема подальшого розвитку теорії опору залізобетону стосовно підсилених конструкцій.

Аналіз останніх досліджень. В процесі відновлення або підсилення несучих конструкцій застосовують різні способи підсилення. Доволі часто використовують способи підсилення пов’язанні зі збільшенням поперечного перерізу елемента за рахунок улаштування бетонного чи залізобетонного нарощування, сорочок, обойм. Ці способи мають перевагу в тому, що разом зі збільшенням несучої здатності елемента відбувається ремонт його ушкоджень при проведенні підготовчих робіт, а саме: очищення від іржі арматурних стержнів (якщо це потрібно) та відновлення чи збільшення захисного шару бетону.

Серед несучих конструкцій будівель та споруд значну частку займають згинальні елементи. З існуючих способів підсилення нарощуванням можна виділити спосіб, при якому відбувається нарощування стиснутої зони згинального елемента. Останній має перевагу перед способом підсилення нарощування розтягнутої зони у тому, що дозволяє значно збільшити несучу здатність елемента та є менш трудомістким.

При виконанні підсилення нарощуванням зверху нормативні документи що були дійсні до недавнього часу [1] обмежуються лише окремими декларативним положеннями, яких виявляється недостатньо при проектуванні підсилення, а в сучасних нормах [2] відсутні навіть вони.

В літературі [3, 4] присвяченій підсиленню залізобетонних конструкцій, головний акцент робиться на те, що для забезпечення надійної роботи підсилених елементів необхідно, щоб шар підсилення мав надійне зчеплення з бетоном існуючої конструкції. Для виконання цієї умови рекомендують [4] на поверхні бетону елементу що підсилюється влаштовувати насічки, шпонки, додаткову поперечну арматуру з приварюванням до поперечної арматури елемента або використовувати синтетичні клеї в зоні контакту “старого” та “нового бетонів”. Тобто вирішальної з точки зору надійної роботи підсиленої конструкцій при експлуатації є забезпечення міцності контактного шва між бетоном елемента що підсилюється та шаром підсилення. При цьому зона контакту піддається одночасній дії стискаючих, розтягуючих чи зсувних зусиль.

Перевірку міцності контактних швів між підсилюваною конструкцією та шаром підсилення виконують за умовою [4]:

де Qsh – зсувне зусилля у шві від дії зовнішнього навантаження;

Qsh, u – граничне зсувне зусилля, яке сприймає контактний шов.

В загальному випадку розрахункова схема для перевірки умови (1) елемента, без додаткової поперечної арматури та шпонок в зоні контакту, зображено на рис. 1.

За роки незалежності було проведено певну кількість досліджень [5…7], що до визначення