Усунення місцевих дефектів і пошкоджень

Місцеві дефекти і пошкодження у вигляді тріщин, погинів, втрати місцевої стійкості, місцеве пошкодження корозією тощо ліквідовуються шляхом ремонту або підсилення. Найчастіше ці два процеси мають місце одночасно, тобто після виконання ремонтних робіт проводять часткове підсилення конструкцій. Необхідність у підсиленні виникає через те, що під час ремонту (рихтування, вирівнювання) порушується внутрішня структура металу та відбувається погіршення їх фізико-механічних властивостей. Так, у сталевих прокатних елементах конструкцій після вирівнювання погинів для їх підсилення наварюються додаткові елементи у вигляді металевих пластинок (рис. 6.1). Така пластинка повинна сприймати або частину навантаження, яку не може сприйняти підрихтований елемент, або — за неможливості вирівнювання — повністю замінити пошкоджену ділянку в сприйнятті в даному випадку всього навантаження.

Рис. 6.1. Установка додаткових накладок: 1 — сталевий елемент із погином; 2 — додаткова накладка із сталевого кутика; 3 — пластина;

 

У місцях втрати стійкості сталеві конструкції підсилюються постановкою додаткових ребер жорсткості, до яких приварюють метал ділянки пошкодження (рис. 6.2).

Пошкоджені (корозією, механічною дією, термічними чинниками тощо) ділянки сталевих конструкцій вирізаються та за допомогою зварювання замінюються на нові. Таке підсилення може бути використане як для частини висоти перерізу (рис. 6.3, а), так і для всієї висоти, тобто із заміною частини конструкції (рис. 6.3, б).

 

 

Рис. 6.2. Підсилення конструкцій при місцевій втраті стійкості: І —сталева конструкція; 2 —- місцеве пошкодження; 3 — поперечні ребра жорсткості; 4 — коротиші, що кріплять метал конструкції до додаткових ребер жорсткості;

 

Тріщини в сталевих конструкціях, з одного боку, є елементами ослаблення перерізу, а з другого — концентратором напружень у металі. Такі пошкодження усуваються шляхом заварювання тріщин за допомогою електродугового зварювання. При цьому слід ретельно витримувати технологію виконання робіт, оскільки в разі порушення її можна не лише не досягти позитивного ефекту з підсилення, але й створити додаткові поля напружень, викликані температурними діянням під час зварювання металу.

 

Рис. 6.3. Заміна пошкодженої ділянки: а — на частині висоти конструкції; б — по всій висоті: 1 — конструкція, що підсилюється; 2 — дефект; 3 — межа дефектної ділянки; 4 — лінія різу; 5 — уставка із сталевої пластини; 6 — накладка із пластин; 7 — розвантажуючі стійки; 8 — нова ділянка конструкції;

 

Під час такого ремонту поверхня конструкції в зоні пошкодження очищується від продуктів корозії, фарби, масел, сміття тощо до чистого металу. В кінці тріщин, які визначають за допомогою пенетрантів, ультразвукової дефектоскопії та інших методів, просвердлюються отвори діаметром 8...12 мм. Ці отвори призначаються для ліквідації ефекту концентрації напружень та влаштовують на відстані 15...20 мм по ходу тріщини. Після заварювання тріщини отвори розсвердлюються до діаметра 23...25 мм. Самі береги тріщини підготовляють до заварювання: очищають, розкривають.

Кінцеві ділянки тріщин (рис. 6.4) нагрівають до температури 100... 150°С та підтримують її протягом усього періоду заварювання тріщини. Заварювання шва здійснюється зворотно-ступінчастим методом проходження з одночасним куванням кожного проходу, крім першого та останнього (послідовність проходження швів показана на рис. 6.4). Після заварювання шов необхідно обробити шліфувальною машинкою.

 

 

Рис. 6.4. Заварювання тріщин: 1 — конструкція, що підсилюється; 2 — тріщина; 3 — зона зачищення металу; 5 — просвердлені отвори; 6 — кромки тріщини; 7 — ділянки підігріву

 

 

Стояки та колони

Найпростішим методом підсилення сталевих стояків є нарощування поперечного перерізу їх за допомогою наварювання додаткових металевих прокатних елементів різного профілю. Варіантів підсилення може бути багато (рис. 6.5) залежно від ряду факторів: необхідної площі елементів підсилення; зручності виконання робіт; наявності матеріалів для підсилення тощо. Перед підсиленням таким методом конструкція повинна бути максимально розвантажена (на момент підсилення на конструкцію має діяти не більше ніж 50...60% повного навантаження). Шви, якими приварюються елементи підсилення, виконують переривчастими. Послідовність їх накладання в кожному конкретному випадку визначається таким чином, щоб температурні деформації, котрі виникають при зварюванні, не призвели до загального деформування конструкції. Не допускається використання зварних швів, які мають напрям, пер­пендикулярний дії поздовжньої сили, тобто перпендикулярно поздовжній осі стиснутих елементів.

Рис.6.5 Схеми підсилення колон збільшенням поперечного перерізу:

а— ж — симетричні; З — ї — несиметричні (в, Т— скрізні переріаи)| І — переріз до під­силення; 2 — елементи підсилення перерізу

 

Якщо під час установлення елементів підсилення немає можливості розвантажити конструкції, то для включення системи підсилення у роботу безпосередньо після виконання реконструкції використовують попередньо напружені розпірки (рис. 6.6). Розпірки виготовляються із переламаних посередині сталевих швелерів. Після встановлення розпірок у проектне положення та закріплення по кінцях (у місцях обпирання) швелери стягуються монтажними болтами до досягнення ними прямолінійності. У цьому положенні наварюються поперечні штаби, а вирізи у швелерах також заварюються пластинками. Величина первинної непрямолінійності розпірок визначається величиною попереднього напруження в них.

Розвантаження пошкоджених або тих, що будуть довантажуватися після реконструкції, колон виконується за допомогою додаткових опор, які встановлюються за колоною або в межах її поперечного перерізу (рис. 6.7). Роль опор виконують телескопічні труби (одна труба розміщується в середині іншої). Внутрішня труба є стиснутою, а зовнішня — розтягнутою. Попереднє напруження створюється механічним чи термічним методом. Таку попередньо напружену конструкцію встановлюють у проектне положення, а проміжки між поверхнею опорної пластинки та ригеля забивають клинчастими пластинками. Після цього в зовнішній трубі роблять кільцевий надріз. Вивільняючись, внутрішня труба включається в роботу із сприйняття стискаючого зусилля, розвантажуючи при цьому колону. Після включення конструкції підсилення в роботу кільцевий шов заварюють зварним швом.

 

 

Рис. 6.6. Установлення попередньо напружених розпірок: 1 — колона, що підсилюється; 2— сталеві балки; З— попередньо напружені розпірки; 4— поперечні монтажні планки із кутика; 5 — стяжні монтажні болти

 

Рис. 6.7. Установлення додаткових опор: 1 — колона, що підсилюється; 2 — сталеві ригелі; 3 — телескопічні труби; 4 — опорні пластини; 5 — додаткові ребра жорсткості в ригелях; 6 — кільцевий розріз для передачі навантажень

 

Пошкоджені металеві колони перетворюються у залізобетонні шляхом їх обетонування. Таким чином можна підсилювати як суцільні, так і наскрізні колони (рис. 6.8). Бетон використовується класу не нижче ніж В15, а арматура необхідна для забезпечення сумісної роботи сталі існуючої колони та залізобетонної сорочки підсилення. Під час такого виду підсилення бетоном можуть заповнюватися лише порожнини колон (відкриті й закриті) (рис. 6.9). До обетонування для надійного зчеплення сталі з бетоном спершу треба ретельно очистити (від фарби, іржі, мастил тощо) та обезжирити.

 

 

 

Рис. 6.8. Обетонування сталевих колон: а — суцільних; б — наскрізних: 1 — колона, що підсилюється; 2 — балки перекриття; 3 — фундамент; 4 — - база колони; 5 — оголовок колони; 6 — поздовжня арматура підсилення; 7 — поперечна арматура; 8 — бетон

 

 

Рис. 6.9. Бетонування порожнин колон: 1 — колона, що підсилюється, відкритого профілю; 2 — те ж замкнутого профілю; 3 — балка перекриття; 4 — фундамент; 5— база колони; 6— оголовок колони; 7— П-подібні каркаси, приварені до колони; 8 — бетон

 

Балки

Найбільш поширеним методом підсилення сталевих балок є їх нарощування. Нарощування може бути простим збільшенням перерізу за рахунок приварювання додаткових профілів (рис. 6.10). Конструкції перед їх підсиленням максимально розвантажуються, під них підводяться тимчасові опори для підстрахування. Спочатку приварюються елементи підсилення до нижнього пояса, а потім -— до верхнього. Елементи нижнього пояса рекомендується перед приварюванням до конструкції нагріти до температури 200...300°С і в такому стані приварити: зразу по краях елементів, а потім приступати до накладання переривистих швів по довжині конструкції. Якщо встановити тимчасові опори немає можливості, то елементи підсилення встановлюють на високоміцних болтах, а потім накладають зварні шви.

 

 

Рис.6.10. Підсилення перерізів балоні а — и — схеми підсилення

 

Нарощування може виконуватись також шляхом приклеювання сталевих листів на пояси балок (рис. 6.11). Металеві поверхні, що склеюються, готують відповідним чином: очищають від продуктів корозії, окалини, обезжирюють ацетоном. Склеювання виконують полімерними клеями. За необхідності металеві елементи для підвищення якості клеєних швів стягують болтами.

 

Рис. 6.11. Наклеювання сталевих листів: 1 — балка, що підсилюється; 2 — сталеві елементи підсилення; З — полімерний клей; 4 — стяжні болти

 

Сталеві балки можуть бути перетворені в залізобетонні з жорсткою арматурою. Для цього їх обетоновують бетоном класу не нижче ніж В15. Обетонову-ватися може весь переріз, а також його частина (найчастіше — стиснута) (рис. 6.12). Бетоном можуть заповнюватися лише порожнини сталевих балок (рис. 6.13). В останньому випадку можливе збільшення площі сталі в перерізі за рахунок арматурних стрижнів чи прокатних профілів до поличок балки. Для надійної роботи таких комплексних конструкцій обов'язковою умовою є надійне зчеплення бетону зі сталлю. Балки підсилюються також нарощуванням дерев'яними брусами (рис. 6.14). Для цього в елементах балки (поличках чи ребрі) просвердлюються отвори для наступного встановлення в них стяжних болтів. Робота підсиленої конструкції буде більш надійною, якщо по контакту сталі та дерева покласти шар полімерного клею.

 

 

Рис. 6.12. Обетонування сталевих балок: І —балка, шо підсилюється; 2 - поздовжня арматура; 3 — поперечна арматура підсилення; 4 — бетон;

 

За необхідності суттєвого збільшення несучої здатності сталевої балки потрібно матеріал конструкції підсилення і віднести якомога далі від нейтральної осі попереч- -ного перерізу. Для цього використовуються способи підсилення балок шляхом установлення на нижньому поясі затяжок (рис.6.15)

 

 

 

 

Рис. 6.13. Обетонування порожнин сталевих балок: а - відкритих; б — закритих: 1 — балка, що підсилюється; 2 — додаткові сталеві елементи, приварені до поличок; 3 — бетон; 4 — отвори, прорізані у верхній поличці балки для заливання бетону;

 

Рис. 6.14. Установлення дерев'яних брусів: І— балка, що підсилюється; 2— дерев'яні бруси; 3 — стяжні болти з гайками; 4 — шайби;

 

Рис.6.15 Підсилення сталевої балки затяжкою: 1 — балка; 2 — колони; 3 — затяжка з арматурної сталі; 4— опорні бази затяжки; 5 — стяжний хомут;

 

Для включення в роботу стрижнів затяжки їх попередньо напружують. Попереднє напруження створюють одним із способів:

- стягуванням двох гілок затяжки хомутом;

- затягуванням гайок, розміщених на кінцях затяжок;

- затягуванням стяжних муфт, які розташовуються по середині гілок затяжок.

У якості затяжок використовуються також шпренгельні конструкції (рис. 6.16). Включення їх в роботу виконується одним із вищенаведених способів.

 

Рис. 6.16. Підсилення балки шпрен-гельною затяжкою: 1 — балка; 2 — сталеві колони: 3 —- затяжка; 4 — опорна база; 5— котки -шарніри затяжки; 6— стяжна муфта

 

Радикальним способом збільшення несучої здатності балок є підведення знизу металевої рами (рис. 6.17).

Іншим способом підсилення сталевих балок є зміна їх розрахункової схеми. Найчастіше цей спосіб реалізується шляхом підведення опор (рис. 6.18) чи сталевих балок (рис. 6.19) знизу конструкції, що підсилюється.

Розрізні балки можуть бути перетворені в нерозрізні (рис. 6.20). При цьому різко зменшуються внутрішні зусилля в поперечних перерізах існуючої конструкції.

Рис. 6.17. Влаштування рами знизу балки: 1 — балка, що підсилюється; 2 — верхній елемент рами; З — нижній елемент рами; 4 — стійки; 5— розкоси; 6— косинки; 7 — додаткові ребра жорсткості.

 

 

Рис. 6.18. Улаштування розвантажуючих підкосів: 1 — балка, що розвантажується; 2 — наявні колони; 3— наявні фундаменти; 4 — підкоси; 5— додаткові ребра жорсткості; 6 — додаткові опорні столики; 7 — сталева пластина на графітній змазці; 8 — кутик-упор; 9 — затяжка; 10 — гайка з контргайкою.

 

Рис. 6.19. Установка розвантажуючих балок: 1 — сталева балка; 2 — балка підсилення; 3 — залізобетонні плити; 4 — з'єднувальні пластини; 5 — опорний столик; 6— нижня пластина опорного столика; 7 — з'єднувальні болти

 

Рис. 6.20. Перетворення розрізних балок у нерозрізні: 1 — сталева балка; 2 — колони; 3 — сталеві накладки

 

Підкранові сталеві балки можуть підс илюватися вищенаведе-ними способами. Для збільшення їх несучої здатності використову­ються сталеві ламелі.

Ламелі влаштовуються за допомогою зварювання на підкладних листах (рис. 6..21) або додаткових ребрах жорсткості (рис. 6.22).

Рис. 6.21. Підсилення підкранових балок ламелями на підкладних листах: 1 — балка; 2 — поперечні ребра жорсткості; 3 — підкладні листи; 4 — ламелі

Рис. 6.22. Улаштування ламелів на додаткових ребрах жорсткості: 1 — балка, що підсилюється; 2— існуючі ребра жорсткості; 3— вирізи в ребрах жорсткості; 4 — додаткові ребра жорсткості із кутиків; 5 — ламелі

 

Ферми

Крокв’яні металеві ферми відносять до решітчастих конструкцій, підсилення яких виконується шляхом нарощування до необхідного розміру поперечного перерізу (рис.6.23). Нарощування може виконуватися різними прокатними профілями та арматурними стрижнями залежно від необхідної кількості матеріалу в перерізі, зручності виконання робіт із підсилення, наявності матеріалів. При такому підсиленні конструкцію необхідно максимально розвантажити так, щоб зусилля в її елементах, що підсилюються, були не більше ніж 50...60% експлуатаційних.

Стиснуті елементи ферм, які мають вигини в площині ферми або з цієї площини, підсилюються встановленням додаткових стійок, що прикріпляються до існуючих пластинок зварюванням (рис. 6.24). При цьому виникає певний ексцентриситет прикладання поздовжньої сили у вузлі ферми, що необхідно враховувати в перевірних розрахунках.

Для зменшення гнучкості стиснутих елементів нарощування їх може виконуватися і дерев'яними брусами (рис. 6.25). Міцність поперечного перерізу при цьому зростає несуттєво, однак за рахунок збільшення жорсткості (коефіцієнта поздовжнього згину) зростання несучої спроможності елемента може бути значним. Бруси кріпляться до металевих конструкцій за допомогою стяжних болтів із гайками та шаиоами, що встановлюються у заздалегідь просвердлені отвори.

Рис. 6.23. Установлення дерев'яних брусів на стиснуті еле­менти: 1 — ферма; 2 — стиснутий елемент, що підсилюється; 3 — додаткові дерев'яні бруси; 4 — стяжні болти з гайками та шайбами

 

Підвищення несучої здатності вузлів сталевих ферм здійснюється за допомогою збільшення довжини (в тому числі і за рахунок додаткових лобових швів) або товщини існуючих зварних швів. Для збільшення довжини швів (якщо інших можливостей немає) у вузли вводяться додаткові елементи (коротиші) (рис. 6.26). Зусилля в елементах ферми на період підсилення повинні бути мінімальними.

Рис. 6.24. Підсилення стиснутих стійок, що мають викривлення: а— в площині ферми; б — із площини ферми: 1 — ферма; 2 — елемент, що підсилю­ється; 3 — додатковий стиснутий елемент; 4 — поперечні планки; 5 — з'єднувальні пластини

 

При недостатніх розмірах фасо-нок ферми їх нарощують (рис. 6.27). Додаткові фасонки приварюються до існуючої та до елементів ферми.

Радикальним способом підсилення кроквяних металевих ферм у цілому є зміна їх розрахункової схеми, а значить, і розвантаження всіх елементів. Одним із таких видів розвантаження є встановлення шпренгельних затяжок (рис. 6.28). Шпренгельні затяжки виготовляються з арматурних стрижнів та попередньо напружуються шляхом закручування стяжних муфт.

Іншим способом зміни розрахункової схеми ферм є встановлення додаткових опор у вигляді колон (рис. 6.29) чи підвісок (рис. 6.30). При цьому слід мати на увазі, що зусилля в окремих елементах ферми можуть не лише змінювати величину, але і знак (змінюватися з розтягуючих на стискаючі й навпаки), тому перевірними розрахунками та виконанням конструктивних вимог необхідно обґрунтувати можливість такого виду підсилення.

 

Рис. 6.25 Установлення дерев'яних брусів на стиснуті елементи: 1 — ферма; 2 — стиснутий елемент, що підсилюється; 3 — додаткові дерев'яні бруси; 4 — стяжні болти з гайками та шайбами.

Рис. 6.26. Уведення у вузли коротишів: 1 — елемент ферми; 2 — фасонка; З — додаткові елементи (коротиші).

Рис. 6.27. Нарощування фасонки; 1 — елемент ферми; 2 — існуюча фасон­ка; 3 -- додаткові фасонки

Рис. 6.28. Улаштування шпренгельних затяжок: 1 — ферма, шо підсилюється; 2 — колони; 3 — шпренгельна затяжка; 4 — опорна база затяжки; 5 — проміжна опора; 6 — стяжна муфта

Рис. 6.29. Установлення додаткових колон: І — ферма, що підсилюється; 2— наявні колони; 3— наявні фундаменти; А— додаткова розвантажуюча колона; 5 - додатковий фундамент; 6 — опорна плита, приварена до вузла; 7 — пластини-клинці; 8 — болти

Рис. 6.30. Улаштування підвісок: 1 — ферма; 2 — колони; 3 — додаткові сталеві стояки; 4-пїдвіски; 5-додатковІ фасонки; 6 — накладки для кріплення підвіски до фасонки; 7 — стяжна муфта

Сталевий настил

Сталеві настили підсилюються шляхом нарощування. Найчастіше нарощування виконується таким же сталевим листом (рис. 6.30) або сталевими смугами, що приварюються зверху чи знизу листа (рис. 6.31).

При використанні в якості конструкції підсилення сталевого листа може бути два випадки їх роботи: коли лист існуючий та підсилений працюють сумісно (рис. 6.30, б) і коли вони не включаються у сумісну роботу (рис. 6.30, а).

Можливе також перетворення сталевого настилу в залізобетонний шляхом улаштування поверх існуючої конструкції залізобетонної сорочки (рис. 6.32).

Зміна розрахункової схеми настилу і його розвантаження здійснюється встановленням додаткових поздовжніх (рис. 6.33) та поперечних (рис.6.34) балок. У першому випадку зменшується проліт, а у другому створюється балкова клітка і існуючий сталевий настил починає працювати, як пластина, оперта по контуру.

Рис. 6.30. Нарощування сталевим листом: а — існуючий та підстилаючий листи не працюють сумісно; б — листи працюють сумісно: 1 — настил, що підсилюється; 2 — сталева балка; 3 — лист підсилення; 4 — зварний шов (суцільний або переривчастий); 5 — стяжні болти; 6 — зварка в отворах, просвердлених у листі підсилення

Рис. 6.31. Нарощування сталевими смугами: а — зверху листа; б — знизу: 1 — настил, що підсилюється; 2— сталеві балки; 3— смуги підсилення; 4 — переривчасті зварні шви

Рис. 6.32. Нарощування залізобетонного шару: 1 — сталевий настил, що підсилюється; 2 — сталеві балки; 3 — залізобетонна плита

 

Рис. 6.33. Влаштування поперечних балок: 1 — настил; 2— існуючі балки; 3 — додаткові поперечні балки; 4 — з'єднувальні кутики

 

Рис. 6.34. Підведення поздовжніх балок: 1 — настил; 2 — існуючі сталеві балки; 3 — розвантажуючі додаткові балки