Усиление промерзшей плиты перекрытия жилого дома по адресу: г. Челябинск, ул. Энтузиастов, 30
|
ВВЕДЕНИЕ 5
1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ 8
1.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РАЗВИТИИ МЕТОДОВ УСИЛЕНИЯ
ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ 8
1.1.1. УСИЛЕНИЕ СЖАТЫХ ЭЛЕМЕНТОВ 11
1.1.2. УСИЛЕНИЕ ИЗГИБАЕМЫХ ЭЛЕМЕНТОВ 14
1.2. РОССИЙСКИЕ И ЗАРУБЕЖНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ В ОБЛАСТИ
УСИЛЕНИЯ КОНСТРУКЦИЙ КОМПОЗИТНЫМИ МАТЕРИАЛАМИ 21
1.3. ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА РАБОТ 25
1.3.1. ПОДГОТОВКА БЕТОННОГО ОСНОВАНИЯ ПОД НАКЛЕЙКУ 25
1.3.2. НАКЛЕЙКА ЛЕНТ (ТКАНИ) ИЗ УГЛЕРОДНЫХ ВОЛОКОН 26
1.4. МЕТОДЫ РАСЧЕТА ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ,
УСИЛЕННЫХ КОМПОЗИТНЫМИ МАТЕРИАЛАМИ 29
1.4.1. НОРМАТИВНЫЕ ДОКУМЕНТЫ 29
1.5. ВЫВОД ПО ГЛАВЕ 1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ 32
2. ЛАБОРАТОРНЫЕ ИСПЫТАНИЯ УСИЛЕНИЯУГЛЕРОДНЫМ
ВОЛОКНОМ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ БАЛОК 34
2.1 МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЙ ТКАНИ ИЗ УГЛЕРОДНОГО ВОЛОКНА 34
2.2. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЙ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ
ПЕРЕМЫЧЕК 1ПБ10-1 УСИЛЕННЫХ ТКАНЬЮ ИЗ УГЛЕРОДНОГО ВОЛОКНА 45
2.3. ВЫБОР МЕТОДА ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЯ 56
2.4. ВЫВОД ПО ГЛАВЕ 2 63
3. ОБСЛЕДОВАНИЕ ЗДАНИЯ 68
3.1. СОСТАВ РАБОТ ПО ОБСЛЕДОВАНИЮ, МЕТОДИКА И СРЕДСТВА
ОБСЛЕДОВАНИЯ 68
3.2. РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ С ПОПЕРЕЧНОЙ АРМАТУРОЙ НА
ПРОДАВЛИВАНИЕ ПРИ ДЕЙСТВИИ СОСРЕДОТОЧЕННОЙ СИЛЫ И ИЗГИБАЮЩЕГО МОМЕНТА 71
3.3. ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 3 79
4. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВЫБРАННОГО
МЕТОДА УСИЛЕНИЯ ПЛИТЫ ПЕРЕКРЫТИЯ 80
4.1. СМЕТНАЯ СТОИМОСТЬ 80
4.2. ТЕХНИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ 89
4.3. ВЫВОД ПО ГЛАВЕ 4 90
ПРИЛОЖЕНИЕ А 93
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 96
ПРИЛОЖЕНИЕ В 97
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 98
1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ 8
1.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РАЗВИТИИ МЕТОДОВ УСИЛЕНИЯ
ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ 8
1.1.1. УСИЛЕНИЕ СЖАТЫХ ЭЛЕМЕНТОВ 11
1.1.2. УСИЛЕНИЕ ИЗГИБАЕМЫХ ЭЛЕМЕНТОВ 14
1.2. РОССИЙСКИЕ И ЗАРУБЕЖНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ В ОБЛАСТИ
УСИЛЕНИЯ КОНСТРУКЦИЙ КОМПОЗИТНЫМИ МАТЕРИАЛАМИ 21
1.3. ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА РАБОТ 25
1.3.1. ПОДГОТОВКА БЕТОННОГО ОСНОВАНИЯ ПОД НАКЛЕЙКУ 25
1.3.2. НАКЛЕЙКА ЛЕНТ (ТКАНИ) ИЗ УГЛЕРОДНЫХ ВОЛОКОН 26
1.4. МЕТОДЫ РАСЧЕТА ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ,
УСИЛЕННЫХ КОМПОЗИТНЫМИ МАТЕРИАЛАМИ 29
1.4.1. НОРМАТИВНЫЕ ДОКУМЕНТЫ 29
1.5. ВЫВОД ПО ГЛАВЕ 1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ 32
2. ЛАБОРАТОРНЫЕ ИСПЫТАНИЯ УСИЛЕНИЯУГЛЕРОДНЫМ
ВОЛОКНОМ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ БАЛОК 34
2.1 МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЙ ТКАНИ ИЗ УГЛЕРОДНОГО ВОЛОКНА 34
2.2. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЙ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ
ПЕРЕМЫЧЕК 1ПБ10-1 УСИЛЕННЫХ ТКАНЬЮ ИЗ УГЛЕРОДНОГО ВОЛОКНА 45
2.3. ВЫБОР МЕТОДА ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЯ 56
2.4. ВЫВОД ПО ГЛАВЕ 2 63
3. ОБСЛЕДОВАНИЕ ЗДАНИЯ 68
3.1. СОСТАВ РАБОТ ПО ОБСЛЕДОВАНИЮ, МЕТОДИКА И СРЕДСТВА
ОБСЛЕДОВАНИЯ 68
3.2. РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ С ПОПЕРЕЧНОЙ АРМАТУРОЙ НА
ПРОДАВЛИВАНИЕ ПРИ ДЕЙСТВИИ СОСРЕДОТОЧЕННОЙ СИЛЫ И ИЗГИБАЮЩЕГО МОМЕНТА 71
3.3. ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 3 79
4. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВЫБРАННОГО
МЕТОДА УСИЛЕНИЯ ПЛИТЫ ПЕРЕКРЫТИЯ 80
4.1. СМЕТНАЯ СТОИМОСТЬ 80
4.2. ТЕХНИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ 89
4.3. ВЫВОД ПО ГЛАВЕ 4 90
ПРИЛОЖЕНИЕ А 93
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 96
ПРИЛОЖЕНИЕ В 97
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 98
Российские и зарубежные исследователи в последнее время уделяют внимания проблемам обеспечения надежности железобетонных, кирпичных и других строительных конструкций на стадии их возведения и во время эксплуатации.
Актуальность работы определяется тем, что железобетонные конструкции занимают ведущее место в мировом строительстве и с увеличением объема промышленных и гражданских строительства растет и объемы работ, которые связаны с ремонтом, усилением, а так же восстановлением этих конструкций. Улучшение эффективности ремонтных работ в данный момент невозможно представить без улучшения проектной решении по усилению конструкций, которые могут обеспечить их экономичность, долговечность и в том числе надежность.
Существующие способы усиления железобетонных конструкций с использованием стальной арматуры оказываются более трудозатратным, в некоторых случаев приходится остановить эксплуатацию здания, чтобы обеспечить выполнение работ по ремонту. Исходя из этого необходимо использовать новые способы усиления и технологий, а также использовать современные материалы для усиления железобетонных конструкции. За рубежом для усиления железобетонной конструкции успешно используется композитный материал на основе прочных углеродных волокон.
В России не только строительство, но даже ремонт сооружений с использованием материалов нового поколения имеет слабую распространенность. В России очень многие конструкции нуждаются в ремонте. Большая часть стратегически важных сооружений, выполненных из железобетона, была построена еще в советские времена. Конструкции сооружений после 30-40 лет эксплуатации в своем большинстве имеют высокую степень физического износа и требуют ремонта. Ситуация неизбежно будет усугубляться в дальнейшем. Часто требуется проведение ремонтных работ без вывода сооружений из эксплуатации. Кроме того, ремонт и усиление технологично производить с помощью прочных, легких материалов, к тому же не подверженных к коррозии.
Учитывая направление развития нашей страны в области строительства и реконструкции зданий, основным направлением данной научной работы, является изучение новых строительных материалов для усиления (ремонта) железобетонных конструкций, а также способы и технологические особенности их применения.
Самым распространенным решением при усилении изгибаемых железобетонных конструкций с применением композитных материалов - это расположение материала внешнего армирования со стороны растянутых волокон в пролетной зоне конструкций. Композитные материалы из углеродных волокон обладают высокой прочностью, жесткостью и высоким модулем упругости, поэтому в настоящее время они имеют большее применение при усиления железобетонных конструкций.
Целью научно-исследовательской работы является определение оптимального способа усиления промерзшей плиты перекрытия, а так же определение значений несущей способности железобетонных конструкций после проведенного усиления с использованием ткани из углеродного волокна и выявления технологических недостатков и преимуществ метода в сравнении с типовыми методами усиления.
Для достижения данной цели, в работе были поставлены и решены следующие задачи исследования:
1. Проведение лабораторных испытаний для определения основных физико-механических характеристик ткани из углеродного волокна с их последующем анализом.
2. Проведение лабораторных испытаний для определения несущей способности конструкций при усилении их тканью из углеродного волокна и последующем анализом полученных результатов.
3. Проверить методику расчета изгибаемых железобетонных конструкций усиленных тканью из углеродного волокна.
4. Провести анализ обследования аварийной плиты.
5. Расчет экономической целесообразности рассматриваемого метода усиления.
Объектом исследования является плита перекрытия жилого дома, находящегося по адресу: г. Челябинск, ул. Энтузиастов, 30.
Методика исследований включает в себя сбор литературных данных, теоретический анализ развития усиления железобетонных конструкций углеродным волокном, определение существенных недостатков, а так же достоинство композитных материалов, предложение решения применения композитных материалов в усиление железобетонных конструкций.
Научная новизна состоит в исследовании совместной работы склеенных слоёв углеродного волокна.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов и рекомендаций, библиографического списка 48 наименований и содержит 103 страницы, в том числе 103 машинописного текста, 32 рисунков, 9 таблиц.
Личный вклад автора. Представленные в диссертации результаты получены лично автором или при его непосредственном участии.
Актуальность работы определяется тем, что железобетонные конструкции занимают ведущее место в мировом строительстве и с увеличением объема промышленных и гражданских строительства растет и объемы работ, которые связаны с ремонтом, усилением, а так же восстановлением этих конструкций. Улучшение эффективности ремонтных работ в данный момент невозможно представить без улучшения проектной решении по усилению конструкций, которые могут обеспечить их экономичность, долговечность и в том числе надежность.
Существующие способы усиления железобетонных конструкций с использованием стальной арматуры оказываются более трудозатратным, в некоторых случаев приходится остановить эксплуатацию здания, чтобы обеспечить выполнение работ по ремонту. Исходя из этого необходимо использовать новые способы усиления и технологий, а также использовать современные материалы для усиления железобетонных конструкции. За рубежом для усиления железобетонной конструкции успешно используется композитный материал на основе прочных углеродных волокон.
В России не только строительство, но даже ремонт сооружений с использованием материалов нового поколения имеет слабую распространенность. В России очень многие конструкции нуждаются в ремонте. Большая часть стратегически важных сооружений, выполненных из железобетона, была построена еще в советские времена. Конструкции сооружений после 30-40 лет эксплуатации в своем большинстве имеют высокую степень физического износа и требуют ремонта. Ситуация неизбежно будет усугубляться в дальнейшем. Часто требуется проведение ремонтных работ без вывода сооружений из эксплуатации. Кроме того, ремонт и усиление технологично производить с помощью прочных, легких материалов, к тому же не подверженных к коррозии.
Учитывая направление развития нашей страны в области строительства и реконструкции зданий, основным направлением данной научной работы, является изучение новых строительных материалов для усиления (ремонта) железобетонных конструкций, а также способы и технологические особенности их применения.
Самым распространенным решением при усилении изгибаемых железобетонных конструкций с применением композитных материалов - это расположение материала внешнего армирования со стороны растянутых волокон в пролетной зоне конструкций. Композитные материалы из углеродных волокон обладают высокой прочностью, жесткостью и высоким модулем упругости, поэтому в настоящее время они имеют большее применение при усиления железобетонных конструкций.
Целью научно-исследовательской работы является определение оптимального способа усиления промерзшей плиты перекрытия, а так же определение значений несущей способности железобетонных конструкций после проведенного усиления с использованием ткани из углеродного волокна и выявления технологических недостатков и преимуществ метода в сравнении с типовыми методами усиления.
Для достижения данной цели, в работе были поставлены и решены следующие задачи исследования:
1. Проведение лабораторных испытаний для определения основных физико-механических характеристик ткани из углеродного волокна с их последующем анализом.
2. Проведение лабораторных испытаний для определения несущей способности конструкций при усилении их тканью из углеродного волокна и последующем анализом полученных результатов.
3. Проверить методику расчета изгибаемых железобетонных конструкций усиленных тканью из углеродного волокна.
4. Провести анализ обследования аварийной плиты.
5. Расчет экономической целесообразности рассматриваемого метода усиления.
Объектом исследования является плита перекрытия жилого дома, находящегося по адресу: г. Челябинск, ул. Энтузиастов, 30.
Методика исследований включает в себя сбор литературных данных, теоретический анализ развития усиления железобетонных конструкций углеродным волокном, определение существенных недостатков, а так же достоинство композитных материалов, предложение решения применения композитных материалов в усиление железобетонных конструкций.
Научная новизна состоит в исследовании совместной работы склеенных слоёв углеродного волокна.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов и рекомендаций, библиографического списка 48 наименований и содержит 103 страницы, в том числе 103 машинописного текста, 32 рисунков, 9 таблиц.
Личный вклад автора. Представленные в диссертации результаты получены лично автором или при его непосредственном участии.
1. Выполнен анализ существующих методов усиления железобетонных конструкций. Выявлены технологические недостатки и преимущества типовых методов усилений.
2. Выполнен анализ существующей нормативной документации.
3. Проведены лабораторные испытания на физико-механические свойства углеволокна. Определены основные физико-механические характеристики проклеенного холста углеткани: предельная нагрузка - 20680,00 ±1630,00 Н, предел прочности - 1874,22±605,48 Мпа, относительное удлинение - 3,41 ± 0,4%, Модуль упругости - 55119,72 ± 26132,00 Мпа.
Методика расчета железобетонных элементов усиленных композитными материалами (тканью из углеродного волокна) является правильной, так как разница между результатами практическими и теоретическими расходятся на 20%, что дает право использовать ее при расчетах.
Усиление перемычек углетканью увеличивает: значение нагрузки и момента, при которых возникают трещины в два раза (на 100%), значение разрушающей нагрузки и момента в 1,5 раза (на 48%). Полученные значения указывают на эффективность использования в качестве усиления железобетонных конструкций, работающих на изгиб, ткани из углеродного волокна.
4. Выполнен анализ обследования дома по адресу: г. Челябинск, ул. Энтузиастов, 30. Произведен поверочный расчет исследуемого перекрытия по второму предельному состоянию, при заниженном классе прочности бетона и рабочей толщине перекрытия 120 мм. По результатам поверочного расчета фактический прогиб составляет 61,3 мм. Расчетный прогиб исследуемого перекрытия более допустимого в 2 раза. Исследуемая плита находится в аварийном состоянии.
5. Выполнен технико-экономический анализ двух способов усиления
плиты перекрытия: усиление углеволокном и усиление металлическими балками. Для каждого варианта был разработан локальный сметный расчет. Затраты на усиление по первому способу составили - 5 139 293,96 руб., 2-ого варианта - 3 089 995,27 руб.
2. Выполнен анализ существующей нормативной документации.
3. Проведены лабораторные испытания на физико-механические свойства углеволокна. Определены основные физико-механические характеристики проклеенного холста углеткани: предельная нагрузка - 20680,00 ±1630,00 Н, предел прочности - 1874,22±605,48 Мпа, относительное удлинение - 3,41 ± 0,4%, Модуль упругости - 55119,72 ± 26132,00 Мпа.
Методика расчета железобетонных элементов усиленных композитными материалами (тканью из углеродного волокна) является правильной, так как разница между результатами практическими и теоретическими расходятся на 20%, что дает право использовать ее при расчетах.
Усиление перемычек углетканью увеличивает: значение нагрузки и момента, при которых возникают трещины в два раза (на 100%), значение разрушающей нагрузки и момента в 1,5 раза (на 48%). Полученные значения указывают на эффективность использования в качестве усиления железобетонных конструкций, работающих на изгиб, ткани из углеродного волокна.
4. Выполнен анализ обследования дома по адресу: г. Челябинск, ул. Энтузиастов, 30. Произведен поверочный расчет исследуемого перекрытия по второму предельному состоянию, при заниженном классе прочности бетона и рабочей толщине перекрытия 120 мм. По результатам поверочного расчета фактический прогиб составляет 61,3 мм. Расчетный прогиб исследуемого перекрытия более допустимого в 2 раза. Исследуемая плита находится в аварийном состоянии.
5. Выполнен технико-экономический анализ двух способов усиления
плиты перекрытия: усиление углеволокном и усиление металлическими балками. Для каждого варианта был разработан локальный сметный расчет. Затраты на усиление по первому способу составили - 5 139 293,96 руб., 2-ого варианта - 3 089 995,27 руб.