Наращивание сечений балок внешней арматурой без ее предварительного напряжения
Как можно наращивать сечение балок при действии полной нагрузки?
Можно наращивать с помощью предварительного напряжения дополнительной (внешней) растянутой стержневой арматуры. Для этого в двух местах по длине балки вскрывают рабочую арматуру (рис 16), к ней в одном конце приваривают через прокладки дополнительную арматуру, которую удлиняют за счет нагрева сильным электрическим током и в нагретом состоянии приваривают другой конец. После остывания в дополнительной арматуре возникает растягивающее усилие, которое передается на балку в виде сжимающей силы Р (за вычетом потерь напряжений), приложенной, к рабочей арматуре. В результате в балке возникает изгибающий момент обратного знака и происходит ее частичное разгружение. Контроль усилия осуществляется по удлинению нагреваемых стержней, при этом температура нагрева не должна превышать 350...400°С.
Этот способ имеет ряд ограничений. Во-первых, сварка ослабляет сечение арматуры, поэтому расчетную площадь ее сечения снижают на 25% по сравнению с номинальной. Во-вторых, приваривать дополнительную арматуру можно только к такой рабочей арматуре, которая заведена за грани опор, а не обрывается в пролете и не отгибается в верхнюю зону. В-третьих, таким способом можно усиливать только балки и ребристые плиты, выполненные без предварительного напряжения (иначе при сварке произойдет разупрочнение напрягаемой арматуры и потеря в ней предварительного напряжения). Несмотря на это, подобный способ весьма эффективен, особенно при усилении монолитных балок перекрытий, в т.ч. многопролетных.
При условии разгружения железобетонных балок — частичного или полного. Однако, если внешнюю арматуру закрепить только по концам, то при увеличении (восстановлении снятой) нагрузки напряжения Os в арматуре будут малы, поскольку они определяются общим удлинением нижней грани балки всего усиленного участка (рис. 17, а). Поэтому арматуру нужно дополнительно приварить к существующей рабочей арматуре в нескольких промежуточных точках (через прокладки). Тогда напряжения в ней при восстановлении нагрузки будут определяться удлинениями нижней грани на небольших участках, т. е. ступенчато возрастать по мере приближения к опасному сечению (рис. 17, б).
Набетонка — это одностороннее наращивание сечения сверху. Сама технология производства работ подразумевает снятие всей полезной нагрузки с усиливаемой плиты, поэтому усиленная конструкция работает как монолитная. Набетонка увеличивает плечо внутренней пары сил, следовательно, увеличивает и несущую способность плит. Например, если на плиту толщиной 80 мм сделать набетонку толщиной 30 мм, то несущая способность вырастет в 1,4...1,5 раза. Однако подобный оптимистический результат возможен только при условии идеального сцепления нового бетона со старым, т.е. при отсутствии взаимного сдвига слоев, что обеспечивается комплексом подготовительных мероприятий.
К сожалению, далеко не всем строителям можно довериться в обеспечении должного качестве этих работ. Если все указанные мероприятия не выполнить, то сцепление не будет обеспечено, и общая несущая способность будет определяться из условия совместных деформаций набетонки и плиты как отдельных слоев, что резко снизит их суммарную несущую способность. Поэтому опытные проектировщики не без оснований предусматривают установку в существующие плиты вертикальных штырей (арматурных коротышей) с определенным шагом в обоих направлениях, которые, работая как нагели, препятствуют сдвигу нового слоя относительно старого. В результате простота подобного усиления становится сомнительной. Есть и другой способ, так же надежно обеспечивающий совместную работу старого и нового слоев бетона, — просверливание с определенным шагом отверстий в старом слое, которые затем заполняются бетоном нового слоя, что, в итоге создает шпоночные соединения, препятствующие сдвигу.
Не следует также забывать о том, что толщина набетонки в реальном исполнении колеблется в широких пределах (с отклонениями, как правило, более ±10 мм), в связи с чем проектную толщину набетонки приходится назначать обычно не менее 50 мм. А это — не только усиление, но и существенное утяжеление плит, следовательно, и увеличение нагрузки на все ниже расположенные конструкции, вплоть до фундаментов. Кроме того, новый слой бетона необходимо армировать сетками — не для обеспечения прочности, а для уменьшения вредного влияния усадки. В силу всех этих причин набетонку следует применять тогда, когда другие способы усиления оказываются неприемлемыми.