Контрольная работа по предмету "Строительство"

По исследованиям, несущая способность  сварного шва, усиленного под нагрузкой, на 8—10% меньше, чем у сварного шва  такой же площади, но выполненного без  нагрузки, и можно рекомендовать  при расчете сварных швов, усиленных  наплавкой при нагрузке, вводить  коэффициент условий работы 0,9.

РАСЧЕТ УСИЛЕННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ И СОЕДИНЕНИИ

Работа элементов, усиленных с  полной разгрузкой, приваркой каких-либо профилей, по исследованиям при правильной технологии сварки почти не отличается от работы элементов, не подвергшихся усилению. Не отличается и работа сварных  швов, несущая способность которых  увеличивается наплавкой или  изменением длины. Поэтому элементы и швы, усиленные с полной разгрузкой, можно рассчитывать на все виды напряженного состояния по формулам для неусиленных элементов и швов.

В случаях, когда элементы и швы  работают на динамические нагрузки, следует  считаться с возможностью наличия  дефектов, не замеченных во время обследования, и вводить понижающий расчетное  сопротивление коэффициент условий  работы. Значение этого коэффициента зависит от состояния конструкций  и полноты обследования (сплошное, выборочное).

При усилении разгруженных элементов  с присоединением добавленной площади  заклепками или болтами приходится учитывать, что старые заклепки уже  обмялись. Добавленный металл можно  представить как металл с пониженным (по сравнению со старым) модулем  упругости.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Показать конструктивное решение и дать основные положения расчета метода усиления железобетонных конструкций поверхностно-оклеечным стеклохолстом.

 

Методика расчета усиливаемых  железобетонных конструкций внешним  армированием композиционными материалами  на основе углеродных, арамидных и стеклянных волокон (фиброармированными пластиками, далее ФАП).

 

1. Основные требования

1.1. Максимальная эксплуатационная  температура работы системы ФАП  не должна превышать температуру стеклования полимерной матрицы и клея (ориентировочно 60-150°С).

1.2. Внешние ФАП используются для продольного и поперечного армирования стержневых элементов, для создания армирующих усиляющих оболочек на колоннах и опорах мостов, эстакад, консолях колонн, для усиления плит, оболочек, элементов ферм и других конструкций.

1.3. Рациональной степенью  усиления с помощью системы  ФАП является диапазон 10-60% от начальной несущей способности усиливаемой конструкции.

1.4. Система усиления ФАП  может применяться, если фактическая  прочность на сжатие бетона конструкции составляет не менее 15 МПа. Это ограничение не распространяется на усиление сжатых и внецентренно сжатых элементов

горизонтальными обоймами, когда важна только механическая связь обоймы с конструкцией.

1.5. За основной метод  расчета принят метод предельных  состояний. Расчет

конструкций, усиленных ФАП, по первой группе предельных состояний  производится во всех случаях. Расчет по второй группе предельных состояний производится только в тех случаях, когда расчетная нагрузка после усиления увеличивается.

1.6. Расчет системы усиления  на основе ФАП требует рассмотрения  нескольких видов разрушения и предельных состояний усиленного элемента. Поэтому вначале рекомендуется ориентировочно назначить площадь сечения ФАП выбранного типа и затем изменять её в соответствии с результатами проверок соответствующих предельных состояний. Расчеты проводятся итерационно, поэтому желательно применение компьютерных программ для автоматизации вычислений.

1.7. Определение усилий  в элементах конструкций производится  с учётом данных, полученных при обследовании, предшествующим усилению.

1.8. Использование системы  ФАП не останавливает начавшиеся  процессы коррозии арматурной стали в бетоне. Поэтому перед усилением конструкции необходимо обработать бетонную поверхность мигрирующим ингибитором коррозии арматурной стали, а при отделении защитного слоя – оголить арматуру и обработать её грунтом-преобразователем ржавчины и затем восстановить защитный слой специальными полимерцементными ремонтными составами, обеспечивающими высокую адгезию к «старому» бетону, предотвращение развития коррозии арматуры.

 

2. Материалы

2.1. Характеристики бетона  и арматуры при отсутствии  в них повреждений

принимаются в соответствии со СНиП 52-101-2003 [5].

2.2. При наличии результатов  обследования усиляемых конструкций назначение характеристик бетона и арматуры производят с учетом требований СП 13-102-2003 «Правила обследования несущих строительных конструкций зданий и сооружений»

2.4. Плотность армирующих  волокон ФАП находится в пределах 1,2-2,1 г/см3 (табл. 2.1)

2.5. Коэффициент линейного  температурного расширения (к.л.т.р.) ФАП зависит от типа волокна, смолы и объемного содержания волокна. К.л.т.р. для армирующих материалов ФАП в продольном и поперечном направлениях представлены в таблице 2.2.

 

2.6. При растяжении ФАП  имеют линейную зависимость между  напряжениями и деформациями вплоть до разрушения. Свойства ФАП в основном определяются типом, ориентацией и количеством армирующих волокон. Механические свойства всех систем ФАП независимо от их вида должны определяться по результатам испытаний образцов слоистого материала с оценкой объемного содержания волокон, которое должно составлять не менее 60%. Механические характеристики многослойных пластиков определяются путем испытания образцов с соответствующим количеством слоев ткани (ленты) в соответствии с ГОСТ 25.601-80.

 

Конструктивные  особенности выполнения усиливающих  накладок

П1.1. Конструкция усиливающих накладок (форма, размеры, количество слоев) назначается на основании расчетов.

П1.2. Максимальное количество слоев в накладке ограничивается расчетной силой сцепления с поверхностью основания.

П1.3. Углеродная лента (ламинат) по длине наклейки должна выходить за пределы усиляемой зоны не менее, чем на 100 мм (зона анкеровки) при прочности бетона основания на сжатие более 25 МПа, и на 150-200 мм при прочности бетона менее 25 МПа.

П1.4. При многослойной конструкции элемента усиления каждый последующий слой должен быть короче предыдущего на длину анкеровки. Такое решение позволяет снизить концентрацию нормальных и касательных напряжений в концевых зонах. Самый короткий слой должен иметь длину, отвечающую требованием п. П1.3. Для неразрезных балок с однослойным усилением накладка должна быть продлена не менее чем на 150 мм за точку нулевого момента от расчетных нагрузок. В случае многослойного усиления каждый последующий слой должен быть короче предыдущего на 150 мм. Так, например, в случае трехслойной накладки, внутренний слой, контактирующий с основанием длиннее внешнего слоя на 450 мм.

П1.5. При работе изгибаемых элементов, усиленных композитными материалами, так же как и в традиционно армированных железобетонных элементах, возможно образование трещин1. В зоне трещин и композитного усиления возникает сложное напряженное состояние, характеризующееся высокой концентрацией напряжений сдвига по контакту "бетон - композит". При дальнейшем развитии трещин с увеличением нагрузки в этой зоне возможно частичное отслоение композитного усиления. Для ограничения длины распространения отслоения, а также для увеличения анкеровки элементов усиления в концевых зонах целесообразно наряду с продольным армированием устраивать конструктивное поперечное армирование в виде хомутов из лент или ламината. Расстояние между хомутами не должно превышать 2-2,5 м. Устройство этих хомутов уменьшает условный пролет композитного усиления вдоль элемента, что одновременно способствует увеличению жесткости усиленной конструкции. При производстве работ по усилению с устройством хомутов следует чередовать наклейку продольных

слоев и хомутов таким  образом, чтобы каждый последующий продольный слой был перехвачен соответствующим хомутом.

П1.6. В балочных конструкциях для усиления по наклонным сечениям в приопорной зоне могут быть установлены вертикальные, либо наклонные хомуты. Хомуты наклеиваются поверх продольной накладки нижнего пояса, чтобы обеспечить ее лучшую анкеровку. Вертикальные хомуты выполняются из одного куска ленты. Заготовка наклеивается (фиксируется) по всей длине и затем осуществляется прикатка от центра к краям (Рис. П1.1).

 

Наклонные хомуты выполняются  из двух отрезков ленты, стыкуемых по нижней (потолочной) поверхности ребра. Вначале наклеивается одна половина, осуществляется ее прикатка, после чего производится наклейка противоположенной части (Рис. П2.2). Нахлест осуществляется понизу, на всю ширину ленты.

П1.7. При усилении на изгиб балочных и ребристых плитных конструкций рекомендуется загибание ленты на боковые поверхности ребра для улучшения условий анкеровки и предотвращения отслоения защитного слоя. В этом случае лента наклеивается по всей длине кромкой на боковую поверхность ребра, после чего заворачивается на нижнюю (потолочную) поверхность и затем на противоположную поверхность ребра (Рис. П1.3).

 

П1.8. Конструкция усиливающих элементов должна быть выполнена таким образом, чтобы обеспечить возможность миграции влаги из тела бетона (рис. П1.4).

П1.9. Анкерное закрепление усиливающих накладок. В отдельных случаях приклеивание ленты или ткани может не обеспечивать передачу необходимого усилия сдвига (например, в широкой приопорной зоне балочных конструкций, углах конструкций коробчатого сечения и т.д.) и требуется дополнительное их закрепление. Достигается это путем установки специальных анкеров из прядей, одним концом заанкеренных в бетоне, а другим вклеенным в матрицу пластика. Анкер (Рис. П2.5) состоит из двух частей: жесткого стержня и волокнистого "венчика". Анкер изготавливается из отрезков ленты или ткани длиной 250-300 мм. На половине длины уточная нить вынимается, часть ленты с уточной нитью пропитывается адгезивом, после чего сворачивается в продольном направлении и фиксируется несколькими скрутками из уточной нити. После полимеризации образуется анкер. Как правило, анкер устанавливается вне зоны усиления.

Последовательность выполнения работ при установке анкеров:

- Сверление отверстий  в бетонном основании. Диаметр  отверстия - 16 мм, глубина сверления  15-17 см. Вход в отверстие должен быть расширен (раззенкован), чтобы можно было свободно разворачивать волокна "венчика". Для расширения используют сверло диаметром 25 мм, формируя конусообразный вход.

- Подготовка анкерных  скважин. Скважины должны быть  продуты воздухом под давлением  для удаления пыли от сверления. Воздух подается внутрь скважины по трубке меньшего диаметра.

- Установка анкера. Скважины  в бетоне основания более чем  на половину заполняют адгезивом. Жесткую часть анкера погружают в скважине. При этом конец жесткой части должен быть утоплен примерно на 0,5 см от поверхности, а избыток адгезива выдавлен на поверхность и удален шпателем.

- Распределение "венчика"  анкера. Свободные нити пряди  следует распределить "венчиком" исоединить с матрицей наклеиваемого слоя пластика. Это соединение выполняется путем вдавливания нитей шпателем в матрицу пластика до начала отверждения смолы.

 

 

- Наложение второго слоя  ткани. Если проектом предусмотрено  наложение второго слоя ткани,  он укладывается после распределения "венчика" по обычной процедуре. Поверхность, занятая венчиком, должна быть заклеена (покрыта) соответствующим прямоугольным отрезком ткани.)

 

3. Основные расчетные  положения

3.1. При проектировании  усиления железобетонных конструкций  с использованием внешнего армирования из ФАП используется метод расчета по предельным состояниям. Важным условием надежной эксплуатации усиленных с помощью ФАП конструкций является соблюдение конструктивных требований:

 

 

3.2. Система усиления на  основе ФАП должна проектироваться  на восприятие растягивающих усилий с учетом совместности деформаций внешней арматуры и бетона конструкции.

3.3. В предельном состоянии  изгибаемого элемента усилия  в сжатой зоне воспринимаются бетоном и сжатой стержневой арматурой, а в растянутой - стержневой арматурой и внешней композитной арматурой.

3.4. В предельном состоянии  сжимаемых с малым эксцентриситетом  конструкций поперечное расширение воспринимается оболочкой из ФАП.

3.5. Расчет внутренних  усилий в конструкции определяется  на основе гипотезы плоских сечений.

3.6. В расчетах усиления  принимается отсутствие взаимных  смещений между стальной арматурой и бетоном, а также между наклеенной внешней арматурой ФАП и бетонным основанием.

3.7. В тех случаях, когда  схема нагружения железобетонных элементов приводит к изменению знака изгибающего момента, прочность внешней арматуры из ФАП в сжатой зоне не учитывается.

3.8. При проектировании  усиления конструкций следует  учитывать, что несущая способность неусиленной конструкции должна быть достаточна для восприятия постоянной и ограниченной временной нагрузки в случае повреждения системы усиления вследствие пожара, вандализма или других причин.

3.9. Нормативные характеристики ФАП (прочность на растяжение Rf, модуль упругости Ef, предельная деформация растяжения ef) определяются механическими испытаниями образцов по ГОСТ 25.601-80 [18] с обеспеченностью 0,95. Расчетные характеристики ФАП определяются на базе нормативных характеристик с учетом коэффициента надежности gf и коэффициента условия работы СЕ (Табл. 3.1), учитывающего влияние окружающей среды. Расчетная прочность на растяжение ФАП с учётом коэффициентов надежности условия работы СЕ определяется по выражению: