Конструирование и расчет балочных систем перекрытия с применением напрягаемых высокопрочных канатов в пластиковой оболочке
|
ВВЕДЕНИЕ 4
Глава1 Существующие методы усиления 7
1.1 Развитие усиления железобетонных конструкций в отечественной
практике 7
1.2 Анализ применяемых схем усиления перекрытий 9
Глава 2 Конструкция канатов в пластиковой оболочке. Основные физико-механические свойства канатной арматуры и анкерных устройств 30
2.1 Конструкция и физико-механические характеристики канатов
анкерных устройств 30
2.2 Конструкция и физико-механические характеристики анкерных
устройств 32
2.3 Механический способ натяжения арматуры. Контроль усилия
натяжения 36
2.4 Уровень предварительных напряжений. Потери, учитываемые при расчете по СП 63.13330.2012 Бетонные и железобетонные конструкции.
Основные положения 38
2.5 Потери, учитываемые при расчете по Европейским нормам 43
Глава 3 Схемы усиления балочных систем с применением напрягаемых канатов и методы расчета 51
3.1 Конструктивные схемы усиления балочных систем 51
3.2. Методика расчета усиления сталежелезобетонной балки 58
3.3. Методика расчета усиления сталежелезобетонного пролетного
строения моста на возросшую временную нагрузку 63
3.4. Методика расчета усиления сталежелезобетонного перекрытия на
возросшую временную нагрузку 67
Глава 4 Усиление сталежелезобетонного перекрытия в процессе реконструкции здания 72
4.1. Общие сведения и нагрузки 72
4.2. Геометрические характеристики металлической балки 74
4.3. Геометрические характеристики объединенного сечения 76
4.4. Геометрические характеристики усиленного сечения 81
4.5. Нагрузки и усилия на втором этапе работы балки 83
4.6. Расчет предварительного натяжения канатов 84
4.7. Потери предварительного напряжения в канате 84
4.8. Определение краевых напряжений в элементах усиленного сечения . . 85
4.9. Расчет опорной части балки на действие поперечных сил 87
4.10. Конструирование анкерной плиты обоймы 90
Заключение 92
Список используемых источников 94
Глава1 Существующие методы усиления 7
1.1 Развитие усиления железобетонных конструкций в отечественной
практике 7
1.2 Анализ применяемых схем усиления перекрытий 9
Глава 2 Конструкция канатов в пластиковой оболочке. Основные физико-механические свойства канатной арматуры и анкерных устройств 30
2.1 Конструкция и физико-механические характеристики канатов
анкерных устройств 30
2.2 Конструкция и физико-механические характеристики анкерных
устройств 32
2.3 Механический способ натяжения арматуры. Контроль усилия
натяжения 36
2.4 Уровень предварительных напряжений. Потери, учитываемые при расчете по СП 63.13330.2012 Бетонные и железобетонные конструкции.
Основные положения 38
2.5 Потери, учитываемые при расчете по Европейским нормам 43
Глава 3 Схемы усиления балочных систем с применением напрягаемых канатов и методы расчета 51
3.1 Конструктивные схемы усиления балочных систем 51
3.2. Методика расчета усиления сталежелезобетонной балки 58
3.3. Методика расчета усиления сталежелезобетонного пролетного
строения моста на возросшую временную нагрузку 63
3.4. Методика расчета усиления сталежелезобетонного перекрытия на
возросшую временную нагрузку 67
Глава 4 Усиление сталежелезобетонного перекрытия в процессе реконструкции здания 72
4.1. Общие сведения и нагрузки 72
4.2. Геометрические характеристики металлической балки 74
4.3. Геометрические характеристики объединенного сечения 76
4.4. Геометрические характеристики усиленного сечения 81
4.5. Нагрузки и усилия на втором этапе работы балки 83
4.6. Расчет предварительного натяжения канатов 84
4.7. Потери предварительного напряжения в канате 84
4.8. Определение краевых напряжений в элементах усиленного сечения . . 85
4.9. Расчет опорной части балки на действие поперечных сил 87
4.10. Конструирование анкерной плиты обоймы 90
Заключение 92
Список используемых источников 94
Износ строительных конструкций является закономерным и неизбежным явлением для любого здания или сооружения. Буквально с первых дней эксплуатации абсолютно все конструкции и элементы здания подвергаются физическим изменениям под действием нагрузок и прочих негативных факторов, поэтому их прочностные характеристики постепенно снижаются. Естественно, что рано или поздно возникает необходимость в их усилении.
Кроме того, усиление конструкций является неотъемлемой составляющей строительного процесса связанного с увеличением нагрузки на конструкции, на которые они изначально рассчитаны не были.
Усиление конструкций обычно требует значительно меньше затрат, чем замена их новыми, но связано с выполнением сложных строительных процессов. После принятия решения об усилении в каждом отдельном случае необходимо разработать такую конструкцию усиления, которая бы отвечала требованиям прочности, долговечности и эстетического восприятия.
Степень разработанности
В настоящее время существует множество методов усиления железобетонных элементов конструкций и сооружений. Из-за монолитности и скрытости арматуры в таких конструкциях эти методы имеют своеобразную специфику, и является сложным дорогостоящим и^трудоемким процессом. Однако в процессе постоянной практики применения методов усиления они совершенствуются, претерпевают значительную модернизацию и внедряются новые решения по усилению конструкций.
Цель диссертационной работы
Целью магистерской диссертации является разработка конструктивных схем усиления балочных систем перекрытия с применением высокопрочных канатов в пластиковой оболочке, напрягаемых в процессе усиления.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Анализ применяемых схем усиления перекрытий;
2. Разработка конструктивных схем усиления балочных систем перекрытия с применением напрягаемых высокопрочных канатов;
3. Расчет предложенной конструкции усиления.
Объект исследования
Железобетонные и металлические балки перекрытия
Предмет исследования
Балочные системы перекрытия усиленные с помощью высокопрочных канатов, напрягаемых в процессе усиления.
Научная новизна исследования
Впервые для усиления предлагается применение высокопрочных канатов в пластиковой оболочке, которые натягивают в процессе усиления конструкции с большим усилием.
Постановка проблемы исследования
Существующие методы усиления изгибаемых элементов не позволяют уменьшить прогиб конструкции, образовавшийся в процессе эксплуатации, который часто превосходит допустимые нормами пределы.
Апробация результатов исследования
Автор с данной диссертацией принял участие в Конкурсе финансирования научных студенческих проектов в Тольяттинском государственном университете в 2016 году. Так же по теме исследования была опубликована статья в научном журнале «Вестник магистратуры» выпуск 2-2 2017 года.
Кроме того, усиление конструкций является неотъемлемой составляющей строительного процесса связанного с увеличением нагрузки на конструкции, на которые они изначально рассчитаны не были.
Усиление конструкций обычно требует значительно меньше затрат, чем замена их новыми, но связано с выполнением сложных строительных процессов. После принятия решения об усилении в каждом отдельном случае необходимо разработать такую конструкцию усиления, которая бы отвечала требованиям прочности, долговечности и эстетического восприятия.
Степень разработанности
В настоящее время существует множество методов усиления железобетонных элементов конструкций и сооружений. Из-за монолитности и скрытости арматуры в таких конструкциях эти методы имеют своеобразную специфику, и является сложным дорогостоящим и^трудоемким процессом. Однако в процессе постоянной практики применения методов усиления они совершенствуются, претерпевают значительную модернизацию и внедряются новые решения по усилению конструкций.
Цель диссертационной работы
Целью магистерской диссертации является разработка конструктивных схем усиления балочных систем перекрытия с применением высокопрочных канатов в пластиковой оболочке, напрягаемых в процессе усиления.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Анализ применяемых схем усиления перекрытий;
2. Разработка конструктивных схем усиления балочных систем перекрытия с применением напрягаемых высокопрочных канатов;
3. Расчет предложенной конструкции усиления.
Объект исследования
Железобетонные и металлические балки перекрытия
Предмет исследования
Балочные системы перекрытия усиленные с помощью высокопрочных канатов, напрягаемых в процессе усиления.
Научная новизна исследования
Впервые для усиления предлагается применение высокопрочных канатов в пластиковой оболочке, которые натягивают в процессе усиления конструкции с большим усилием.
Постановка проблемы исследования
Существующие методы усиления изгибаемых элементов не позволяют уменьшить прогиб конструкции, образовавшийся в процессе эксплуатации, который часто превосходит допустимые нормами пределы.
Апробация результатов исследования
Автор с данной диссертацией принял участие в Конкурсе финансирования научных студенческих проектов в Тольяттинском государственном университете в 2016 году. Так же по теме исследования была опубликована статья в научном журнале «Вестник магистратуры» выпуск 2-2 2017 года.
В ходе научно-исследовательской работы над магистерской диссертацией автором рассмотрено развитие методов усиления в отечественной и мировой практике. Проведен анализ существующих методов усиления балочных конструкций.
На основе анализа имеющихся схем и методов усиления балочных систем перекрытия, выявлено что ни одна схема усиления не позволяет уменьшить образовавшиеся в ходе эксплуатации прогибы в конструкции.
В нашей стране при возведении монолитных перекрытий получает широкое распространение предварительное обжатие конструкций с использованием высокопрочных канатов в пластиковой оболочке, так называемая система «без сцепления». Применение предварительного напряжения позволяет увеличить пролеты плит и снизить расход материалов за счет уменьшения количества колонн.
Однако системы «без сцепления» не используют при реконструкции зданий. В данной работе впервые для усиления балочных систем предлагается применение высокопрочных канатов в пластиковой оболочке, которые натягивают с большим усилием в процессе усиления конструкции.
В ходе изучения данной проблемы были подробно рассмотрены уровни предварительных напряжений и потери, учитываемые при расчете по СП 63.13330.2012 "Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения". Изучены два основных документа зарубежных норм ACI 318¬05 и Еврокод EC2. По Еврокоду EC2 рассмотрены уровни предварительных напряжений, а потери, учитываемые при расчете по ACI 318-05.
Как правило, для систем «без сцепления» используют стабилизированные канаты, в которых потери предварительных
напряжений пренебрежительно малы по сравнению с усилием натяжения каната. В главе 2 детально рассмотрены применяемые на практике канаты в пластиковой оболочке, их основные физико-механические свойства.
Подобрана и рассмотрена конструкция анкерных устройств, широко известная в отечественной практике как цанговые зажимы.
В главе 2 разработаны конструктивные схемы усиления главных и второстепенных балок монолитного ребристого перекрытия, позволяющие уменьшить прогиб, возникший во время эксплуатации. Разработаны конструкции опорных элементов канатов, узлы их креплений (анкеровка), схемы сопряжения канатов с колоннами. Рассмотрена схема усиления сталежелезобетонного перекрытия.
В Главе 3 разработан метод расчета усиления высокопрочными канатами в пластиковой оболочке сталежелезобетонных балок, основанный на расчете металлических балочных мостов.
В Главе 4 был произведен расчет усиления перекрытия двухэтажного двух пролетного здания с укрупненной сеткой колонн. Был определен требуемый уровень напряжения канатов, рассчитано их количество.
В магистерской работе были выполнены все поставленные задачи, целью которых была разработка конструктивных схем и методов расчета усиления балочных систем перекрытий с применением высокопрочных канатов в пластиковой оболочке, напрягаемых в процессе усиления.
На основе анализа имеющихся схем и методов усиления балочных систем перекрытия, выявлено что ни одна схема усиления не позволяет уменьшить образовавшиеся в ходе эксплуатации прогибы в конструкции.
В нашей стране при возведении монолитных перекрытий получает широкое распространение предварительное обжатие конструкций с использованием высокопрочных канатов в пластиковой оболочке, так называемая система «без сцепления». Применение предварительного напряжения позволяет увеличить пролеты плит и снизить расход материалов за счет уменьшения количества колонн.
Однако системы «без сцепления» не используют при реконструкции зданий. В данной работе впервые для усиления балочных систем предлагается применение высокопрочных канатов в пластиковой оболочке, которые натягивают с большим усилием в процессе усиления конструкции.
В ходе изучения данной проблемы были подробно рассмотрены уровни предварительных напряжений и потери, учитываемые при расчете по СП 63.13330.2012 "Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения". Изучены два основных документа зарубежных норм ACI 318¬05 и Еврокод EC2. По Еврокоду EC2 рассмотрены уровни предварительных напряжений, а потери, учитываемые при расчете по ACI 318-05.
Как правило, для систем «без сцепления» используют стабилизированные канаты, в которых потери предварительных
напряжений пренебрежительно малы по сравнению с усилием натяжения каната. В главе 2 детально рассмотрены применяемые на практике канаты в пластиковой оболочке, их основные физико-механические свойства.
Подобрана и рассмотрена конструкция анкерных устройств, широко известная в отечественной практике как цанговые зажимы.
В главе 2 разработаны конструктивные схемы усиления главных и второстепенных балок монолитного ребристого перекрытия, позволяющие уменьшить прогиб, возникший во время эксплуатации. Разработаны конструкции опорных элементов канатов, узлы их креплений (анкеровка), схемы сопряжения канатов с колоннами. Рассмотрена схема усиления сталежелезобетонного перекрытия.
В Главе 3 разработан метод расчета усиления высокопрочными канатами в пластиковой оболочке сталежелезобетонных балок, основанный на расчете металлических балочных мостов.
В Главе 4 был произведен расчет усиления перекрытия двухэтажного двух пролетного здания с укрупненной сеткой колонн. Был определен требуемый уровень напряжения канатов, рассчитано их количество.
В магистерской работе были выполнены все поставленные задачи, целью которых была разработка конструктивных схем и методов расчета усиления балочных систем перекрытий с применением высокопрочных канатов в пластиковой оболочке, напрягаемых в процессе усиления.