I bygg- och storskaliga industrier spelar armerade betongkonstruktioner ofta en nyckelroll och fungerar som ramar, tak och funktionella plattformar för olika byggnader. De bär laster av flera ton som fungerar både i statiskt och dynamiskt läge. Med tiden kan stress inte annat än påverka strukturens tillstånd. Som ett resultat krävs förstärkning av armerade betongkonstruktioner på ett eller annat sätt. Den specifika metodiken för att utföra sådana operationer beror på anläggningens driftsförhållanden, tekniska och fysiska parametrar och planeringskrav.
Vad är armerade betongkonstruktioner?
Först och främst bör du bestämma dig för vad en armerad betongkonstruktion är i princip. Inom kapitalbyggande, dettadel av konstruktionen som tar på sig ökade driftsbelastningar. Grunden för strukturen utgörs av en betongkonstruktion, och armeringsjärn används som dess grundläggande armering. Samtidigt kan förstärkning och restaurering av armerade betongkonstruktioner utföras heltäckande och delvis. Om ett defekt område på ytan identifierades genom diagnostik, kommer reparationen i första hand att gälla denna del, även om orsakerna till förstörelsen först måste undersökas, vilket kan motivera möjligheten att rekonstruera andra delar av strukturen.
Vad menas med förstärkning som sådan? Detta är en teknisk operation inom konstruktion, på grund av vilken livslängden för byggnader och enskilda strukturer i synnerhet förlängs. Det finns olika metoder för reparation och förstärkning av armerade betongkonstruktioner. Alla av dem, i varierande grad, innefattar lösningen av följande uppgifter:
- Öka styrkan hos noder och bärande komponenter i strukturen genom att inkludera nya element. Det senare kan vara balkar, överliggare, konsoldelar, förstyvningar etc.
- Avlastning eller omfördelning av massan som verkar på den armerade betongbasen. I detta fall påverkas arrangemanget av strukturer som mekaniskt påverkar målområdet för befästningen. Avlastning minskar behovet av armerade betongkonstruktioner.
- Öka de grundläggande hållfasthetsegenskaperna för ett föremål och dess element genom att ersätta.
När det är nödvändigt att förstärka RC-design?
Även vid monteringsstadiet av bärramen väljs tekniska lösningar och byggmaterial i enlighet med framtida belastningar med förväntningar på långsiktig drift. Med tiden, på grund av olika faktorer, försämras strukturens tekniska tillstånd och det finns ett behov av att stödja dess kritiska element. Helförstärkning av armerade betongkonstruktioner bör utföras i följande fall:
- Förlust av designstyrka på grund av åldrande och utmattning av material. Detta gäller särskilt betongkonstruktionen, som utsätts för negativ kemisk påverkan och naturlig mekanisk påfrestning.
- Ombyggnad av en byggnad, som ett resultat av att konfigurationen av bärande väggar, balkar, pelare, takstolar och konsoler ändras. Förstärkning eller massavlastning kan krävas vid strukturella förankringspunkter.
- Ändra antalet våningar. Det sker också en omfördelning av vikten över pelare, tak och väggar, vilket kräver en revidering och bärighet för elementen i strukturen.
- Markrörelser som antingen redan har deformerats eller ändrat konfigurationen av påverkan på fundamentet, och följaktligen på ramens bärande noder. Återställande av kraftbalans mellan strukturer krävs också.
- Förstörelse eller partiell skada på bärande delar eller enskilda element på grund av olyckor, naturkatastrofer, jordbävningar, katastrofer orsakade av människor.
- När fel upptäcks i projekteringsstadiet eller identifieras redan under driften av byggnaden.
I det här fallet, de viktigaste och mestvanliga skäl som medför behov av att förstärka armerade betongkonstruktioner på ett eller annat sätt. Den specifika karaktären på slitage eller skada bör fastställas under en omfattande undersökning, på grundval av vilken ett projekt för att stärka strukturen utvecklas och det bästa sättet att genomföra det väljs.
Diagnos och felsökning av design
Teknisk inspektion utförs enligt tidtabell eller oplanerat vid uppenbara tecken på förstörelse av byggnaden. Denna del av verksamheten regleras av oförstörande provningsstandarder i enlighet med GOST 22690 och 17624. Bedömningen utifrån resultaten av undersökningen görs i enlighet med regelverket (SP) om förstärkning av armerade betongkonstruktioner under numret 63.13330.
Diagnostiska procedurer börjar med en visuell inspektion, under vilken yttre skador upptäcks - defekter, spån, sprickor, etc. För att upptäcka dolda skador används oförstörande testmetoder. Sådana uppgifter löses med hjälp av specialutrustning, till exempel med hjälp av elektromagnetiska eller ultraljudsfeldetektorer. I synnerhet används ultraljudsenheter som arbetar med georadar och ekopulsmetoder oftare för felsökning av armerad betong. Under inspektionen, tomrum, närvaron av aggressiva komponenter i strukturen, förstörelse av armeringsstänger, spår av korrosion, etc.
Baserat på erhållen data utvecklas en ytterligare strategi för att eliminera skador, reparera, återställa elleromfördelning av laster. I samma skede kan defektologer ge rekommendationer om förstärkning av armerade betongkonstruktioner, med hänsyn till detaljerna för skador som endast kan fixas med oförstörande testverktyg. En viktig roll för att bestämma hur strukturen ska förstärkas kommer att spelas av de specifika tekniska och fysiska parametrarna som strukturen drivs på.
Gain-specifikationer
Parametrarna för förstärkningarna kan variera beroende på konfigurationen av appliceringen av den extra kraften och de specifika kraven för att stödja strukturen. De vanligaste egenskaperna är stödets elasticitetsmodul och draghållfasthet. Således ger den optimala förstärkningen av armerade betongkonstruktioner med kompositmaterial i genomsnitt elasticitet i intervallet 70 000-640 000 MPa och draghållfasthetsindikatorer - från 1500 till 5000 MPa. Naturligtvis är det inte nödvändigt i alla fall att sträva efter maximal prestanda. Valet av en specifik kraftpotential för stöd- och armeringselementen beror på det aktuella tillståndet hos den armerade betongkonstruktionen.
När det gäller dimensionsparametrarna kommer de att bero på förstärkningsschemat, som sammanställs utifrån planeringslösningen. Till exempel kan fragmentarisk förstärkning av en armerad betongplatta utföras med ytterligare stöd för en 300 mm tjock monolitisk balklös modul. Förstärkningspelare har vanligtvis en genomsnittlig sektion på 400x400 mm och placeras under golvet i steg om 5-7,5 m.bestäms av spänningstillståndet hos golv och bärande väggar.
I en komplex form, till exempel, kan armering av armerade betongkonstruktioner med kolfiber ha följande tekniska egenskaper:
- Tjockleken på elementet är 0,3 mm.
- Bredd - 300 mm.
- Vikt - 500 g/m2.
- Elasticitetsmodul – 230000 N/mm2.
- Densitet – 1,7 g/cm3.
- Träckhållfasthet - 4000 N/mm2.
- Skärstyrka hos strukturen - 7 N/mm2.
- Materialets tryckhållfasthet - 70 N/mm2.
- Deformation vid strukturbrott – 1,6%.
- Vedhäftning av kompositfiber till betongkonstruktion - 4 N/mm2.
- Youngs modul - 400 N/mm2.
Det specifika med användningen av moderna kompositmaterial beror på det faktum att limkompositionen spelar en betydande roll i monteringsoperationerna med dem. Ofta fungerar det som ett oberoende tätnings- och återställande medel för att stärka betongkonstruktionen. Till exempel kan epoxiföreningar mycket väl utföra funktionerna att täta tekniska sömmar och fogar.
Regler
I processen med att beräkna, designa och utföra installationsarbeten bör man vägledas av flera GOSTs, bland vilka är 31937, 22690 och 28570. Dessa dokument reglerar i varierande grad underhåll och återuppbyggnad av byggnader och strukturer. Det är också nödvändigt att ta hänsyn till standarderna i dokumentet SP 63.13330, som ger specifika instruktioner omorganisation och genomförande av reparations- och restaureringsåtgärder, inklusive förstärkning av armerade betongkonstruktioner med kompositmaterial. SP 164.1325800 kommer också att hjälpa till vid användning av andra plast- och glasfibermaterial för förstärkning. Allmänna regler att hålla utkik efter är följande:
- Utvecklingen av förstärkningsprojektet bör endast utföras på basis av data från fältundersökningen av strukturer.
- Vid tidpunkten för beräkning av material och konfiguration av installationsarbeten bör information om målobjektets storlek, dess skick, armeringsmetoder, betonghållfasthet etc. förberedas.
- Efter undersökningen fattas ett grundläggande beslut om konstruktionens tillåtlighet för reparation med vidare drift.
- Förstärkningsåtgärder bör utföras så att kompositfibrer eller metallstänger ger foglastarbete med betongkonstruktionen.
- Det är inte tillåtet att förstärka strukturer där det finns fickor med korrosionsskador.
- I processen att förbereda ett projekt är det också viktigt att beräkna behovet av att ge ytterligare skyddande egenskaper hos materialet, till exempel att inkludera eldfasta eller fuktbeständiga beläggningar i strukturen.
Betongarmeringsfördelar
Tillsammans med reglerna för reparation och restaurering av byggnadskonstruktioner skulle det vara användbart att initi alt förbereda en bas av metodiskt material som kommer att hjälpalösa uppgifterna i praktiken. Hittills finns det många visuella instruktioner som beskriver steg för steg och visuellt teknikerna för att tillämpa specifika metoder för rekonstruktion av vissa strukturer. Till exempel erbjuder LLC "Interaqua" och "NIIZHB" en omfattande guide för att förstärka armerade betongkonstruktioner med kompositmaterial baserat på regeluppsättningen SP 52-101-2003. Materialet beskriver valet av strukturella lösningar, principerna för beräkning av förstärkning av väggar och tak, samt tekniska metoder för användning av koldelar.
Om vi pratar om industrianläggningar kan högspecialiserade manualer användas, som också fokuserar på konstruktioners speciella driftsförhållanden. I synnerhet erbjuder Far East PromstroyNIIproject LLC instruktioner för förstärkning av armerade betongkonstruktioner av 1.400.1-18-serien. Detta material framhäver nyanserna av att förstärka bärande väggar och tak i strukturen av industribyggnader.
Utveckling av ett strukturellt förstärkningsprojekt
Huvuduppgiften för detta steg är att erbjuda en specifik teknisk lösning för implementering av förstärkning av målobjektets struktur. Under utvecklingsprocessen styrs specialister av data om egenskaperna hos byggmaterial, deras geometriska parametrar, driftsförhållanden och befintliga skador. För närvarande har följande designprinciper för armering av armerade betongkonstruktioner utvecklats:
- Sammankoppling av komponenter. Ett vanligt misstag som uppstår under byggandet är att ta hänsyn till arbetsplatseni ett isolerat format. Det vill säga att en bärande vägg till exempel kommer att beräknas utifrån direkta belastningar på den utan att fokusera på närliggande påverkansfaktorer. Faktum är att ett högkvalitativt och hållbart system endast kan utformas med en omfattande hänsyn till alla driftsfaktorer.
- Optimering. Uppgifterna att stärka strukturer kan lösas på olika sätt och i nästan alla fall finns det en lösning som gör att anläggningen kan upprätthålla ett högt arbetsliv. Men samtidigt är det önskvärt att sträva efter att minimera mängden arbete, massan av extra stöddelar och rationalisera användningen av förbrukningsvaror. Ju lägre grad av ingrepp i strukturen av strukturen, desto högre är dess tillförlitlighet. Förresten, modern teknik för att förstärka armerade betongkonstruktioner med kompositmaterial, som är mindre i storlek och vikt jämfört med metallmotsvarigheter, tillåter bara att minimera volymen av inkludering av främmande element.
- Ekonomisk rationalisering. Även om det är möjligt att använda stora ekonomiska resurser vid genomförandet av förstärkningsprojektet är det viktigt att tänka på att komplexa och massiva tekniska lösningar alltid kräver höga kostnader redan i underhållsprocessen under driften av konstruktionen.
- Överensstämmelse med fastställda krav. Varje designsteg måste ta hänsyn till både de allmänna normativa reglerna och de specifika kraven för den tekniska och strukturella enheten i förhållande till målbyggnaden.
Regler för beräkning av armering av armerade betongkonstruktioner
Teknisk beräkning av konstruktioner är grunden för konstruktionsarbete, under vilket de faktiska lasterna korreleras med effektpotentialen hos materialen som används för förstärkning. De initiala uppgifterna för den komplexa beräkningen är hämtade från designschemat, dess dimensioner, verkande belastningar och skadans natur. Separata artiklar i bedömningen av material för armering av armerade betongkonstruktioner är beräknade indikatorer för tryckhållfasthet, tryckzonshöjd, stabilitet längs lutande sektioner, etc.
Det grundläggande värdet av designen, som bestämmer förmågan att klara av faktiska belastningar, kommer att vara ögonblicket för maximal böjning. För dess beräkning används tillförlitlighetsfaktorerna för materialet och lasten. Arten av fördelningen av skador över strukturens tvärsnitt bestäms också, med hänsyn till graden av dess elasticitet. Om det initiala maximala böjmomentet överstiger processen för sprickbildning längs sektionen, bör beräkningen utföras på samma sätt som för en sektion med sprickor, utan att ta hänsyn till potentialen för deformationsutveckling.
Konstanta värden av målmaterial används också i beräkningar för att förstärka strukturer. Moderna riktlinjer för förstärkning av armerade betongkonstruktioner, i synnerhet, förlitar sig på följande indikatorer:
- Strength – sträcker sig från 1000 till 1500 MPa, men inte mindre.
- Elasticitetsmodul - från 50 till 150 GPa.
- Glasövergångstemperatur (används för kompositer) - inte mindre än 40 °С.
Dimensionsparametrar och monteringskonfiguration bestäms individuellt i förhållande till en specifikdesigns.
Klassificering av förstärkningsmetoder
Moderna teknologier gör det möjligt att använda en omfattande lista över metoder för teknisk förstärkning av olika strukturer, anpassning till specifika driftsförhållanden. På en grundläggande nivå är det värt att dela upp alla sätt att förstärka armerade betongkonstruktioner baserat på deras fysiska tillstånd. Speciellt kan flytande, vävda och fasta element urskiljas. I det första fallet kommer förstärkningen att utföras enligt metoden för att reparera yttre skador. Detta kan vara eliminering av sprickor med hjälp av ett sandcementbruk och tätning av fogar med självhäftande byggmassa. Tygmaterial används mer sällan och mest som ett förstärkningsmedel, som appliceras på det gjutna området med samma förstärkningslösningar.
När det gäller fasta ämnen är de strukturella delar som på något sätt är integrerade eller överlagrade på en skadad struktur. I det här fallet kan metoderna för att förstärka armerade betongkonstruktioner delas upp både efter typen av material som används (metall, kompositer, sten) och installationskonfigurationen. Den mest populära metoden för förstärkning med solida produkter är bältesförstärkning, där profilerade kuddar klämmer fast det skadade området. Men detta är inte det enda sättet att använda sådana produkter.
Grundläggande metoder för att förstärka armerade betongkonstruktioner
Beroende på resultatet av den första undersökningen och baserat på designbeslutetföljande metoder för armering av armerade betongkonstruktioner kan användas:
- Läggning av reparationsputs för att återställa betongytans struktur. Om det finns öppna ytor för passage av armering, tätas de även med primerblandningar eller puts.
- Införande av betongbruk i håligheter, sprickor, hålrum och andra inre strukturella defekter som upptäckts genom oförstörande testning.
- Spritbetong med betongblandning. Betongbruk appliceras på ytan med speciella pistoler i hög hastighet. Denna mekanik för behandling av skadade områden tillåter bildandet av täta förstärkningsskikt med hög hållfasthet.
- Förstärkning av grunden som strukturen vilar på. Detta görs genom armerade betongklämmor, metallbälten, ankarband och andra solida element.
- Förstärkning av pelare, balkar och väggar av armerad betong genom installation av komplexa armeringsklämmor, ramar och skjortor. I en sådan anordning kan element av armering, formsättning och sprutbetong användas. Eftersom denna metod innebär skapandet av ganska betydande ytterligare strukturer, rekommenderar rekommendationer för förstärkning av armerade betongkonstruktioner att noggrant beräkna den maximala belastningen på taket. Annars kommer det efter en tid att vara möjligt att upptäcka sprickor som redan finns i strukturen på de lägre nivåerna av bärande element.
- Punktökning av hållbarheten för tvärbalkar, balkar, stolpar och stödelement med kompositer. För sådana ändamål, småformat, men hållbara delar gjorda av kolfiber, Kevlar, kol ochetc.
Som praxis visar är den mest effektiva lösningen för att stödja kraftpotentialen hos armerade betongkonstruktioner just den strukturella förändringen i deras fundament. Tillägget av väggar och tak med stödelement från tredje part som stag, tvärtom, anses vara ineffektivt och tekniskt olämpligt. Men återigen, specifika beslut bör fattas på grundval av en omfattande kartläggning och beräkning.
Förstärkning med stål och kompositer - vilket är bättre?
Den grundläggande uppdelningen på många sätt för att stärka byggnadskonstruktioner är baserad på vilken typ av material som används. Power solid-state stavar och strukturella element är de vanligaste förstärkningsbeslagen, men de kan tillverkas på basis av traditionella stållegeringar och med modern plast. Vilket är bättre?
Fördelarna med metall inkluderar dess mångsidighet, höga hållfasthet och överkomliga kostnad. Förresten, förstärkning av armerade betongkonstruktioner med kolfiber, med alla positiva tekniska och fysiska egenskaper, kan kosta 20-30% mer än att använda till och med högkvalitativt rostfritt stål. Vad motiverar sådana kostnader? Ändå uppvisar kompositer oöverträffade draghållfastheter som överträffar även stål. Också, till skillnad från betong, kännetecknas kolfiber av en resurs med högre utmattningshållfasthet, vilket eliminerar mellanliggande restaureringsåtgärder under den långsiktiga driften av byggnaden. Finns det några nackdelar med kompositer förutom det höga priset? Det finns nyanser av ekologiska egenskaper, eftersom iplast är fortfarande grunden för materialet, men betydelsen av inverkan av syntetiska tillsatser är minimal när det gäller fara för människor.
Slutsats
Åtgärder för reparation, restaurering och förstärkning av armerade betongkonstruktioner kräver som regel en hel del organisatoriska och ekonomiska kostnader. Detta beror på komplexiteten i deras design och de tekniska problemen med att utföra installationsoperationer. Även mindre kosmetiska procedurer måste utföras i flera steg - från felsökning med förberedelse av ett föremål för arbete till direkt eliminering av skador eller en ökning av materialstyrka. Därför, i rekommendationerna för utformning av armering av armerade betongkonstruktioner, noterar experter behovet av att överväga de mest tekniskt flexibla alternativen för att lösa problemet. Till exempel kommer det enklaste utbytet av stålarmering med en diameter på 12 mm med en kolfiberstav 8 mm tjock med samma förstärkningseffekt att minimera upp till 50 % av kraftkostnaderna. Men naturligtvis är sådan optimering inte alltid möjlig. I vilket fall som helst bör principerna för att bibehålla den erforderliga styrkan, elasticiteten och styvheten hos strukturer komma i förgrunden. Att följa de normativa planerna och högkvalitativa installationsscheman kommer att göra det möjligt att rationellt utföra förstärkningen, så mycket som möjligt skjuta upp tiden för behovet av att slutföra återuppbyggnaden av byggnaden med byte av den armerade betongkonstruktionen.
