Техническое обслуживание и усиление колонн

Ремонт и усиление колонн приходится производить весьма часто, что вызывается, с одной стороны, их повреждением транспортными средствами, а с другой — дополнительными нагрузками при изменении назначения помещений. Способы усиления колонн приведены в табл. 12.5.

Металлические колонны выполняют из прокатных профилей и труб. Колонны обычно имеют большие скрытые запасы несущей способности, так как они подбираются (в частности, для промышленных зданий) по самому невыгодному сочетанию нагрузок, одновременное воздействие которых маловероятно. Тем не менее при эксплуатации металлоконструкций в агрессивных средах они поражаются коррозией, обусловленной отложением пыли, увлажнением, соприкосновением с грунтом, полом, отсутствием защиты от атмосферных воздействий, влиянием высоких температур и пр. Наиболее подвержены коррозии опорные части, узлы башмаков, горизонтальные элементы решетки, поражение которых со временем возрастает.

Усиление колонн (табл. 12.5) осуществляется главным образом увеличением сечения для обеспечения совместной работы существующего и дополнительного сечений. Обычно усиление выполняется, как правило, с разгрузкой конструкции; усиление под нагрузкой с использованием сварки не производится, если напряжение в усиливаемой конструкции выше допустимого.

img-259

Усиление железобетонных колонн. Железобетонные и каменные конструкции часто приходится защищать от повреждений транспортными средствами. Так, в нижних частях колонн устанавливают корсеты из металлических уголков, скрепленных накладками, или колонны дополнительно обетонируют. Если же надо восстановить или увеличить несущую способность колонн, то устанавливают каркасы по всей их высоте, дополнительную арматуру, скрепленную с основной арматурой, и повторно обетонируют их. Наиболее эффективно усиление колонн путем регулирования напряжений предварительно-напряженных каркасов (рис. 12.11).

Большое распространение при усилении железобетонных колонн получил способ, разработанный проф. Н. М. Онуфриевым (Н. М. Онуфриев. Усиление железобетонных конструкций. Стройиздат, 1970): усиление производится дополнительными стержнями-уголками, вверху и внизу скрепленными с опорными
 

img-260

Рис. 12.11. Усиление колонн

а — обетонированием нижней части; б — каркасом на нижней части; в — обетонированием по всей высоте; г — составным по высоте каркасом, напрягаемым с помощью распорных болтов; г' — колонна, усиленная по вар. г: 1 — опорные уголки; 2 — усиливаемая колонна; 3 — каркас из уголков; 4 — временные скрутки каркаса; 5 — опорные мостики с гайками; 6 — распорный болт с разносторонней резьбой на концах; 7 — стальные накладки
д — усиление каркасом путем стягивания его посередине высоты колонны; д' — усиленная колонна по вар. д: 1 — опорный уголок; 2 — колонна; 3 — каркас; 4 — стягивающий элемент; 5 — стальные накладки
е — усиление колонны предварительно нагретыми хомутами; ж — то же, с приваренными вертикальными стержнями:
1 — усиливаемая колонна; 2 — предварительно нагретые стальные хомуты; 3 — вертикальные стержни, приваренные к хомутам
уголками в виде хомутов (рис. 12.11,5, 51). Дополнительные уголки выполняют ломаными посередине; стягивая эти уголки стяжными болтами, их выпрямляют, напрягают и фиксируют приваркой планок. Возникшее при выпрямлении стержней усилие разгружает колонну. Недостатком данного способа является необходимость точного расчета длины стержней, чтобы при стягивании они приняли на себя усилие; бывает, что длинные стержни нельзя стянуть, выпрямить или они стягиваются без усилия.

Автором предложен иной принцип предварительного напряжения каркаса из уголков (рис. 12.11,г,г): в металлической обойме из уголков, установленных по граням колонны — составной по высоте, предусмотрены опорные элементы с гайками на концах стыкуемых частей обоймы, через которые пропущен натяжной винт с разносторонней резьбой по концам. Для включения дополнительных стержней усиления в работу совместно с колонной на сжатие их распорными болтами предварительно напрягают. После достижения требуемого предварительного напряжения стержней их закрепляют накладными планками, а монтажные скрутки удаляют. По эстетическим соображениям, болты и весь каркас могут быть закрыты дополнительной обшивкой или оставлены выкрашенными. Технико-экономический эффект от применения этого устройства заключается в быстром достижении надежного предварительного напряжения элементов усиления колонны.

Изучение возможных способов усиления колонн показало, что применение предварительно-напряженных каркасов, которые разгружают, но не усиливают колонну, малоэффективно, так как не позволяет более полно использовать ее бетон на сжатие, особенно при малой нагрузке (примерно 10 кН, что является наиболее реальным), для колонн малой высоты (примерно до 4 м) и большой жесткости (при отношении длины колонны к радиусу ядра ее сечения (1/г35). Такие каркасы усиления неприемлемы для круглых и многогранных колонн при наличии в верхних их частях консолей.

Поэтому автором совместно с инж. С. Г. Опариным предложен принципиально новый способ усиления собственно колонн путем установки на них предварительно нагретых хомутов из полосовой стали на расчетном расстоянии по высоте колонны (рис. 12.11, е), что значительно экономит металл, расходуемый на усиление. Сущность этого способа состоит в том, что колонна обжимается в результате остывания хомутов, и это, подобно косвенному армированию, повышает ее несущую способность. Такие хомуты могут быть поставлены на колоннах любого сечения, в том числе на круглых, многогранных и прямоугольных. Постановка предварительно нагретых хомутов вместо обычных накладок в рассмотренных выше предварительно-напряженных каркасах усиления (рис. 12.11,г) также увеличивает несущую способность колонн и благодаря этому сокращает расход металла на их усиление.

Предложен способ усиления колонн, у которых нельзя произвести распор каркаса усиления: на колонне с помощью временных скруток устанавливаются вертикально преимущественно профильные элементы, которые обжимаются предварительно нагретыми хомутами-накладками; благодаря такому косвенному армированию намного повышается несущая способность колонны. Так могут быть усилены круглые и многогранные колонны (рис. 12.11, ж). Для достижения эффекта усиления нагретыми хомутами-накладками необходимо предварительно устранить все зазоры между элементами усиления и колонной.

Хомуты-накладки заготавливают на стороне, потом вблизи колонны их нагревают (газовой горелкой или в горне до 200— 300 °С), специальным кондуктором или струбцинами плотно прижимают к ней в расчетном положении так, чтобы окончательная сварка происходила при температуре не ниже 100 °С. Температурное сокращение металла при установленной длине накладки достаточно, чтобы надежно обжать колонну, подобно косвенному армированию; расчеты такого усиления производят по формулам косвенного армирования.