УСИЛЕНИЕ СЖАТЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОЛОНН ОБОЙМАМИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ФИБРОБЕТОНА

Поднебесов Павел Геннадьевич

аспирант ТГУ, г.Тольятти

E-mail: gaudiarch@yandex.ru

Каюмова Зиля Минияровна

ст.преподаватель ТГУ, г.Тольятти

E-mail: tsp@tltsu.ru

В период эксплуатации внецентренно сжатые железобетонные колонны испытывают на себе влияние различных факторов: химических, механических и термических. Особенную опасность представляет увеличение эксплуатационных нагрузок (увеличение грузоподъемности кранов в промышленных зданиях, смена конструкции покрытия). При этом нагрузка на несущие конструкции существенно возрастает (в особенности на опорные части железобетонных колонн), что может привести к потере несущей способности. К перечню причин, вызывающих необходимость усиления, следует отнести следующие:

·     коррозия арматуры, как следствие отслаивание защитного слоя бетона, а также уменьшение сечения на 25-30%;

·     увеличение нагрузок на несущие конструкции;

·     появление дефектов, вызванных динамическим воздействием на конструкции;

·     ошибки при проектировании, изготовлении и монтаже.

Следует отметить, что решение о целесообразности усиления конструкций (в особенности опорных частей колонн), должно приниматься в каждом конкретном случае, с учетом эксплуатационных требований и состояния несущих элементов. Из опыта проектирования и реконструкции зданий известно, что обоймы являются одними из самых простых и надежных конструктивных решений усиления и применяются достаточно часто [1; 2; 4].

Одним из наиболее важных факторов, определяющих сопротивление сжатых усиленных железобетонных конструкций является «эффект обоймы», то есть способность обойм сдерживать поперечные деформации усиливаемого элемента. Поперечное армирование обойм приводит к увеличению деформативности, по этой проблеме известны исследования. С появлением новых композиционных материалов (фибробетон) исследований «эффекта обоймы» и новых конструктивных решений обойм в настоящее время недостаточно. В нормативной литературе [6] существуют зависимости и формулы для проектирования фибробетонных конструкций, однако, отсутствуют нормы проектирования усиления с использованием дисперсно армированного бетона (сталефибробетона).  

В настоящее время значительно увеличивается объем реконструкции промышленных, а также общественных зданий. Поэтому возникает необходимость в разработке новых конструктивных решений усиления несущих элементов, в особенности опорных частей сжатых железобетонных колонн.

В связи со сложившейся проблемой на кафедре «Промышленное и гражданское строительство» под руководством к.т.н., доцента В.В.Теряника разработаны конструктивные решения усиления опорных частей колонн. В качестве связующего между элементом и конструкцией усиления был выбран композиционный материал – фибробетон.

Сталефибробетоном (или фибробетоном) называют бетон, дисперсно армированный расположенными в нем стальными волокнами – фибрами (диаметр составляет 0,2-1,0 мм, длина волновой фибры 12-20 мм, высота гофры 2,0-2,5 мм, длина – 8,0-10,0 мм). Каждая фибра играет роль стержневой арматуры в железобетоне.  По своим свойствам фибробетон значительно отличается от привычного бетона. Прочность фибробетона на растяжение при изгибе возрастает в 2-3 раза, трещинностойкость – в 1,5 – 2 раза по сравнению с бетоном. Существенно возрастает износостойкость и морозостойкость. За счет улучшения приведенных выше свойств долговечность фибробетонных конструкций возрастает в 2-3 раза по сравнению с железобетонными.

Преимущества технологии изготовления фибробетонных конструкций:

·     значительная экономичность данной технологии;

·     во время созревания бетона не происходит трещинообразования;

·     ударопрочность фибробетона (вязкость разрушения) значительно превосходит ударопрочность привычного бетона;

 Первое конструктивное решение [3] состоит из бетона, армированного стальным волокном - фиброй (6). Опорная часть колонны армируется каркасом из продольной (7) и поперечной (8) арматуры. Технический результат полезной модели достигается тем, что элемент изготавливается в виде двух U-образных металлических лотков (2), которые соединяются между собой при помощи фланцев (4), которые стягиваются болтами(5), что позволяет уменьшить сварочные работы и дает возможность многократного использования опалубки при выполнении усиления (усиление производится не на всю длину колонны, а только на участок, имеющий непосредственное повреждение). Дополнительное армирование позволяет существенно увеличить несущую способность колонны и придать ей дополнительную жесткость (рис.1).

 Первое конструктивное решение имеет недостаток – достаточно низкое сопротивление скольжению арматуры в бетоне. Технической задачей настоящего конструктивного решения является создание наружной усиливающей конструкции, которая позволит устранить вышеупомянутый недостаток известной усиливающей конструкции, и наиболее важным техническим решением, которой является обеспечение возможности создания лучшего сцепления и соединения между усиливающей конструкцией и  колонной, подлежащей усилению. Усиление производится не на всю длину колонны, а только на участок, имеющий непосредственное повреждение.

 Устранение недостатка: На концы стержней арматурного каркаса привариваются стальные шайбы (9), что обеспечивает дополнительную анкеровку арматуры в бетоне (рис.2). Полученное соединение хорошо сопротивляется выдергиванию и существенно уменьшает скольжение арматуры в бетоне. Поврежденную железобетонную колонну (3) заключают внутрь стальной обоймы (2). Герметично соединяют две половины овального сечения в единое целое при помощи фланцев (4), которые стягиваются между собой болтами (5), и плотно заполняют полости между стальной обоймой (2) и поврежденной железобетонной колонной (3), фибробетоном (6).

Однако некоторые из существующих конструктивных решений обладают недостатком: недостаточная несущая способность сжатых железобетонных элементов. Данный недостаток устраняется путем создания наружной усиливающей конструкции, которая состоит из металлической обоймы съёмной U-образной конфигурации, половинки которой соединены друг с другом в единое целое фланцами, стянутые между собой болтами, промежутки между усиливаемой конструкцией и опалубкой заполняются фибробетоном и позволяет устранить вышеупомянутый недостаток путем установки сварного арматурного каркаса из продольной арматуры и поперечной арматуры в виде спиральной обмотки, расстояние между ветвями спирали должен быть не менее 40 мм, но не более 1/5 диаметра сечения элемента и не более 100 мм [5].

На  чертеже (рис.3) представлены общий вид и разрез 1-1 поврежден­ной железобетонной колонны (1), усиленной стальной, съёмной  U- образной обоймой (2), половинки которой соединены друг с другом в единое целое фланцами (3), стянутые между собой болтами (4). Опорная часть колонны армируется сварным каркасом из продольной (5) и поперечной (6) арматуры в виде спиральной обмотки. Полости между стальной обоймой и поврежденной железобетонной колонной заполняют фибробето­ном (7).

В соответствии с техническим решением наружная усиливающая конструкция с применением армирования имеет следующие существенные отличия:

·  несущая способность усиливаемого элемента (колонны) при осевом и внецентренном сжатии увеличивается, что объясняется работой фибробетона и сварного арматурного каркаса из продольной арматуры и поперечной арматуры в виде спиральной обмотки.

Таким образом, усиление обоймами с использованием фибробетона, является эффективным способом повышения несущей способности железобетонных колонн.

Список литературы:

1.            Гроздов В.Т. Усиление строительных конструкций / В.Т. Гроздов. - СПб. : ВИТУ, 1997. – 264 с.;

2.            Поднебесов П.Г. Новые способы усиления сжатых элементов железобетонных конструкций / П.Г. Поднебесов, В.В. Теряник // Вестник РУДН. М., 2010. № 2. – С. 36-39;

3.            Поднебесов П.Г. Патент 106278 Российской Федерации, E04G23/00. Наружная усиливающая конструкция колонны / П.Г. Поднебесов, В.В.Теряник. - № 2010153624; заявл. 27.12.2010; опубл. 10.07.2011. - Бюл. № 19. – 2 с.;

4.            Теряник В.В. Усиление сжатых железобетонных колонн обоймами / В.В.Теряник, А.О. Борисов // Жилищное строительство, 2010. - № 2. - С. 24-25;

5.            СНиП 2.03.01-84*. Бетонные и железобетонные конструкции: / НИИЖБ Госстроя СССР. - М. : ЦИТП Госстроя СССР, 1989. – 80 с.;

6.            СП 52-104-2006. Сталефибробетонные конструкции: / Госстрой России. - М.: ФГУП «НИЦ «Строительство» Росстроя, 2006. - 110 с.