RU2277620C1

RU2277620C1 - Building structure reinforcement method

Info

Publication number: RU2277620C1
Application number: RU2004130502/03A
Authority: RU
Inventors: Александр Петрович Мишин (RU); Александр Петрович Мишин
Original assignee: Александр Петрович Мишин
Priority date: 2004-10-18
Filing date: 2004-10-18
Publication date: 2006-06-10
Also published as: RU2004130502A

Abstract

FIELD: building, particularly to repair beams, walls, columns and poles.

SUBSTANCE: method involves installing reinforcing members on structure to be reinforced and connecting the members with fastening members; welding the fastening members to one reinforcing member; heating thereof and welding the heated members to opposite reinforcing member; terminating the heating operation. The fastening members may be installed between reinforcing member surfaces or laid on ends thereof. In the first case initial fastening member length is determined from the following equation: L=S_BH-α·(T-T_a), where S_BH is distance between inner reinforcing member surfaces, α is linear expansion factor of fastening member material, T is fastening member heating temperature, T_a is ambient temperature. In the second case fastening member length is defined as L≥S_o, where S_o is distance between outer surfaces of reinforcing members.

EFFECT: increased reliability of structure to be reinforced.

4 dwg

Description

Предлагаемый способ относится к строительному производству и может быть применен при ремонте, например балок, простенков, колонн или столбов в жилых, производственных или общественных зданиях.The proposed method relates to construction production and can be used in the repair of, for example, beams, walls, columns or pillars in residential, industrial or public buildings.

Известен способ усиления простенка путем установки на него металлического корсета (Вольфсон В.Л., Ильяшенко В.А., Комисарчик Р.Г. Реконструкция и капитальный ремонт жилых и общественных зданий: Справочник производителя работ. Изд.2. - М.: Стройиздат, 2003, с.162...163). По этому способу по углам простенка монтируют вертикальные металлические уголки (усиливающие элементы) на всю высоту простенка. На поверхности простенка пробивают бороздки, в которые укладывают металлические пластинки (связующие элементы). Концы этих пластинок приваривают к уголкам. Этот способ усиления достаточно прост, он обеспечивает возможность ремонта и усиления как простенков, так и балок, колонн, столбов и других аналогичных строительных конструкций. Однако этот способ не позволяет плотно прижать элементы усиления к поверхности усиливаемой конструкции. При любой точности сборки усиливающих и связующих элементов остается вероятность зазоров между ними и усиливаемой конструкцией. Зазоры могут также появиться при эксплуатации усиленной конструкции при тепловом расширении усиливающих и связующих элементов в теплое время года или при другом случайном нагреве. Наличие зазоров приведет к нарушению сплошности конструкции в зоне усиления, что уменьшит ее прочность и надежность. Применение предварительных стяжек, струбцин или распорок, обеспечивающих плотное прижатие усиливающих элементов к поверхности усиливаемой детали усложняет технологическую оснастку, повысит трудоемкость операций по усилению конструкции и не устранит вероятность возникновения зазоров, поскольку не может компенсировать тепловое расширение усиливающих и связующих элементов.There is a method of reinforcing a wall by installing a metal corset on it (Wolfson V.L., Ilyashenko V.A., Komisarchik R.G. Reconstruction and overhaul of residential and public buildings: Handbook of works. Edition 2. - M .: Stroyizdat , 2003, p. 162 ... 163). In this method, in the corners of the wall, vertical metal corners (reinforcing elements) are mounted over the entire height of the wall. Grooves are punched on the surface of the wall, into which metal plates (binding elements) are laid. The ends of these plates are welded to the corners. This method of reinforcement is quite simple, it provides the ability to repair and reinforce both piers and beams, columns, pillars and other similar building structures. However, this method does not allow tightly pressing the reinforcing elements to the surface of the reinforced structure. With any accuracy of assembly of the reinforcing and connecting elements, there remains the possibility of gaps between them and the reinforced structure. Gaps may also occur during operation of a reinforced structure during thermal expansion of reinforcing and bonding elements in the warm season or other random heating. The presence of gaps will lead to a violation of the continuity of the structure in the reinforcement zone, which will reduce its strength and reliability. The use of preliminary couplers, clamps or spacers providing a tight pressing of the reinforcing elements to the surface of the reinforced part complicates the tooling, increases the complexity of operations to strengthen the structure and does not eliminate the likelihood of gaps, since it cannot compensate for the thermal expansion of the reinforcing and connecting elements.

Известен также способ усиления колонн стальной обоймой (Гучкин И.С. Диагностика повреждений и восстановление эксплуатационных качеств конструкций: Учебное пособие. - М.: Издательство АСВ, 2001, с.88...90), который принят за прототип. По прототипу продольные элементы обоймы (усиливающие элементы) из уголковой стали устанавливаются на цементно-песчаном растворе и прижимаются к колонне с помощью струбцин. Затем к уголкам привариваются поперечные планки (связующие элементы), устанавливаемые по длине колонны. Перед приваркой эти планки нагревают до температуры 100...200°С. При остывании после сварки планки укорачиваются и создают предварительные напряжения.There is also a method of reinforcing columns with a steel cage (Guchkin I.S. Diagnosis of damage and restoration of the performance of structures: Textbook. - M.: Publishing House ASV, 2001, p. 88 ... 90), which is adopted as a prototype. According to the prototype, the longitudinal elements of the cage (reinforcing elements) made of corner steel are mounted on a cement-sand mortar and pressed against the column using clamps. Then, transverse strips (connecting elements) are installed on the corners, installed along the length of the column. Before welding, these strips are heated to a temperature of 100 ... 200 ° C. When cooling after welding, the trims are shortened and create prestresses.

Способ усиления колонн по прототипу обеспечивает повышение прочности и надежности усиленной конструкции. Однако нагрев связующих элементов по прототипу производится до их установки на усиливающие элементы. После нагрева связующие элементы накладываются на усиливающие элементы и последовательно привариваются к ним. При приварке первого конца связующего элемента его средняя часть и второй конец охлаждаются. Это охлаждение не может вызвать натяга вследствие термического укорочения, поскольку в это время второй конец связующего элемента свободен. В результате после приварки второго конца связующего элемента ко второму усиливающему элементу натяг значительно уменьшится, что создает возможность неплотного прилегания усиливающих элементов к поверхности усиливаемой конструкции. Это понизит прочность и надежность усиления.The method of reinforcing columns of the prototype provides increased strength and reliability of the reinforced structure. However, the heating of the connecting elements of the prototype is done before they are installed on the reinforcing elements. After heating, the binder elements are superimposed on the reinforcing elements and sequentially welded to them. When welding the first end of the bonding element, its middle part and the second end are cooled. This cooling cannot cause interference due to thermal shortening, since at this time the second end of the bonding element is free. As a result, after welding the second end of the bonding element to the second reinforcing element, the interference will be significantly reduced, which creates the possibility of a loose fit of the reinforcing elements to the surface of the reinforced structure. This will reduce the strength and reliability of the gain.

Технический результат изобретения - повышение надежности усиливаемых строительных конструкций путем обеспечения сжатия дефектной зоны усиливающими элементами.The technical result of the invention is to increase the reliability of reinforced building structures by providing compression of the defective area with reinforcing elements.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что усиление строительных конструкций, которые получили повреждения в результате износа или при чрезвычайных ситуациях, производят с помощью металлических усиливающих элементов, которые жестко соединяют между собой связующими элементами, например, с помощью сварки. Связующие элементы предварительно нагревают, после чего жестко соединяют с усиливающими элементами. В отличие от прототипа, связующие элементы соединяют вначале с одним из усиливающих элементов, затем связующие элементы поочередно нагревают и соединяют в нагретом состоянии с противоположными усиливающими элементами, после чего нагрев прекращают.The essence of the proposed method lies in the fact that the reinforcement of building structures that have suffered damage as a result of wear or in emergency situations is produced using metal reinforcing elements that are rigidly connected to each other by connecting elements, for example, by welding. The binder elements are preheated and then rigidly connected to the reinforcing elements. Unlike the prototype, the connecting elements are first connected to one of the reinforcing elements, then the connecting elements are heated and alternately connected in the heated state with opposite reinforcing elements, after which the heating is stopped.

По одному из вариантов связующие элементы вставляют между усиливающими элементами. При этом исходную длину связующих элементов определяют из выражения L=S_вн-α(Т-Т_О), где S_вн - расстояние между внутренними поверхностями усиливающих элементов, α - коэффициент линейного расширения материала связующего элемента, Т - температура нагрева связующего элемента, Т_О - температура окружающей среды.In one embodiment, the connecting elements are inserted between the reinforcing elements. In this case, the initial length of the connecting elements is determined from the expression L = S _vn- α (T-T _O ), where S _vn is the distance between the inner surfaces of the reinforcing elements, α is the linear expansion coefficient of the material of the connecting element, T is the heating temperature of the connecting element, T _O is the ambient temperature.

По другому варианту связующие элементы накладывают на торцы усиливающих элементов. В этом случае длину связующих элементов выбирают из условия: L≥S_нар, где S_нар - расстояние между наружными поверхностями усиливающих элементов.In another embodiment, the connecting elements are applied to the ends of the reinforcing elements. In this case, the length of the connecting elements is selected from the condition: L≥S _nar , where S _nar - the distance between the outer surfaces of the reinforcing elements.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показан вариант предлагаемого способа при установке связующих элементов между усиливающими элементами, на фиг.2 - вид сверху на фиг.1, на фиг.3 - вариант предлагаемого способа при наложении связующих элементов на торцы усиливающих элементов, а на фиг.4 - вид сверху на фиг.3.The invention is illustrated by drawings, in which Fig. 1 shows a variant of the proposed method when installing the connecting elements between the reinforcing elements, Fig. 2 is a top view of Fig. 1, Fig. 3 is a variant of the proposed method when applying the connecting elements to the ends of the reinforcing elements, and figure 4 is a top view of figure 3.

По предлагаемому способу в требующей усиления строительной конструкции (например, колонны 1, как это показано на фиг.1 и 3) устанавливают усиливающие элементы 2 и 3, которые жестко соединяют между собой, преимущественно с помощью сварки, связующими элементами 4 и 5. Усиливающие элементы 2 и 3, так же как и связующие элементы 4 и 5 могут быть выполнены из любого металла в зависимости от условий эксплуатации строительной конструкции 1 и величины эксплуатационных нагрузок на нее. Все эти элементы могут иметь форму уголков, пластин, прутков и других видов профильного проката.According to the proposed method in reinforcing building structures (for example, columns 1, as shown in FIGS. 1 and 3), reinforcing elements 2 and 3 are installed, which are rigidly connected to each other, mainly by welding, with connecting elements 4 and 5. Reinforcing elements 2 and 3, as well as the connecting elements 4 and 5 can be made of any metal, depending on the operating conditions of the building structure 1 and the magnitude of the operational loads on it. All these elements can be in the form of corners, plates, rods and other types of profile hire.

Вначале связующие элементы 4 и 5 соединяют с одним из усиливающих элементов, например с элементом 3, например, накладывая сварные швы 6. Затем связующие элементы 4 и 5 поочередно нагревают, например, газопламенной горелкой, и в нагретом состоянии соединяют швами 6 с противоположным усиливающим элементом 2, после чего нагрев прекращают. В результате нагрева связующие элементы 4 и 5 удлиняются, а при последующем охлаждении после соединения их с усиливающими элементами 2 укорачиваются и плотно прижимают усиливающие элементы 2 и 3 к поверхности строительной конструкции 1. Это исключает возможность образования зазоров между поверхностями строительной конструкции 1 и усиливающих элементов 2 и 3, что повышает прочность и надежность конструкции в целом.Initially, the connecting elements 4 and 5 are connected to one of the reinforcing elements, for example, to the element 3, for example, by applying welds 6. Then, the connecting elements 4 and 5 are successively heated, for example, by a gas flame burner, and in the heated state they are connected by the seams 6 with the opposite reinforcing element 2, after which the heating is stopped. As a result of heating, the connecting elements 4 and 5 are lengthened, and upon subsequent cooling after connecting them with the reinforcing elements 2, the reinforcing elements 2 and 3 are tightly pressed to the surface of the building structure 1. This eliminates the possibility of gaps between the surfaces of the building structure 1 and the reinforcing elements 2 and 3, which increases the strength and reliability of the structure as a whole.

Связующие элементы 4 и 5 могут быть установлены между усиливающими элементами 2 и 3 (Фиг.1 и 2). В этом случае исходную длину связующих элементов определяют из выражения L=S_вн-α(Т-Т_О), где S_вн - расстояние между внутренними поверхностями усиливающих элементов, α - коэффициент линейного расширения материала связующего элемента, Т - температура нагрева связующего элемента, Т_О - температура окружающей среды. Тогда при установке связующих элементов 4 и 5 между усиливающими элементами 2 и 3 элементы 4 и 5 окажутся в исходном состоянии короче расстояния S_вн между внутренними поверхностями усиливающих элементов 2 и 3. Однако в процессе нагрева связующих элементов 3 и 4 их длина увеличится и будет равна S_ВН, после чего их торцы будут соединены с усиливающими элементами 2 и 3 сварными швами 6.The connecting elements 4 and 5 can be installed between the reinforcing elements 2 and 3 (Fig.1 and 2). In this case, the initial length of the connecting elements is determined from the expression L = S _vn- α (T-T _O ), where S _vn is the distance between the inner surfaces of the reinforcing elements, α is the linear expansion coefficient of the material of the connecting element, T is the heating temperature of the connecting element, T _About - ambient temperature. Then, when connecting the connecting elements 4 and 5 between the reinforcing elements 2 and 3, the elements 4 and 5 will be in the initial state shorter than the distance S _ext between the inner surfaces of the reinforcing elements 2 and 3. However, during the heating of the connecting elements 3 and 4, their length will increase and will be equal to S _BH , after which their ends will be connected to reinforcing elements 2 and 3 by welds 6.

По другому варианту связующие элементы 4 и 5 накладывают на торцы усиливающих элементов 2 и 3, а исходную длину связующих элементов 4 и 5 выбирают из условия L≥S_нар, где S_нар - расстояние между наружными поверхностями усиливающих элементов. Связующие элементы в этом случае так же соединяют с одним из усиливающих элементов (например, с элементом 3), затем поочередно нагревают и в нагретом состоянии соединяют с противоположным усиливающим элементом 2, после чего нагрев прекращают.In another embodiment, the connecting elements 4 and 5 are superimposed on the ends of the reinforcing elements 2 and 3, and the initial length of the connecting elements 4 and 5 is selected from the condition L≥S _nar , where S _nar is the distance between the outer surfaces of the reinforcing elements. In this case, the connecting elements are also connected to one of the reinforcing elements (for example, to element 3), then they are heated in turn and in the heated state they are connected to the opposite reinforcing element 2, after which the heating is stopped.

Варианты предлагаемого способа в одинаковой степени обеспечивают плотное прижатие усиливающих элементов 2 и 3 к поверхности усиливаемой строительной конструкции 1. Выбор вариантов зависит от требований к внешнему виду усиления и от величины эксплуатационной нагрузки усиливаемой строительной конструкции 1. При более высокой нагрузке целесообразнее вариант, при котором связующие элементы 4 и 5 накладывают на торцы усиливающих элементов 2 и 3, поскольку в этом случае сварные швы 6 будут работать на срез и смогут выдержать более высокую нагрузку, чем в первом варианте. Вариант, при котором связующие элементы 4 и 5 устанавливают между внутренними поверхностями усиливающих элементов 2 и 3, позволяет создать более компактное и эстетичное усиление строительной конструкции 1.Variants of the proposed method equally provide tight pressing of the reinforcing elements 2 and 3 to the surface of the reinforced building structure 1. The choice of options depends on the appearance of the reinforcement and on the operational load of the reinforced building structure 1. At a higher load, it is more expedient that the binders elements 4 and 5 are superimposed on the ends of reinforcing elements 2 and 3, since in this case, the welds 6 will work in shear and will be able to withstand higher heat zku than in the first embodiment. A variant in which the connecting elements 4 and 5 are installed between the inner surfaces of the reinforcing elements 2 and 3, allows you to create a more compact and aesthetic reinforcement of the building structure 1.

Примером применения предлагаемого способа может служить усиление железобетонной колонны прямоугольного сечения, имеющей местные дефекты. При обнаружении в теле колонны дефектов типа выкрашиваний бетона или трещин, на зону, в которой возникли дефекты устанавливают усиливающие элементы 2 и 3 в виде стальных уголков, швеллеров или пластин так, чтобы охватываемый этими элементами участок колонны 1 был больше зоны поверхности колонны 1, на которой обнаружены дефекты. Усиливающие элементы 2 и 3 прижимают к поверхности колонны 1 струбцинами. Из стальных уголков, прутков или пластин вырезают связующие элементы 4 и 5. Их исходную длину в зависимости от выбранного варианта предлагаемого способа определяют из выражения L=S_вн-α(Т-Т_О), где S_вн - расстояние между внутренними поверхностями усиливающих элементов, α - коэффициент линейного расширения материала связующего элемента, Т - температура нагрева связующего элемента, Т_О - температура окружающей среды, или выбирают из условия L≥S_нар, где S_нар - расстояние между наружными поверхностями усиливающих элементов.An example of the application of the proposed method can be the reinforcement of a reinforced concrete column of rectangular cross section with local defects. If defects are found in the body of the column, such as concrete crushing or cracks, reinforcing elements 2 and 3 in the form of steel corners, channels or plates are installed on the zone in which the defects arise so that the portion of the column 1 covered by these elements is larger than the surface area of the column 1, by which detected defects. Reinforcing elements 2 and 3 are pressed against the surface of the column 1 with clamps. The connecting elements 4 and 5 are cut out of steel corners, rods or plates. Depending on the chosen variant of the proposed method, their initial length is determined from the expression L = S _int- α (T T _O ), where S _int is the distance between the inner surfaces of the reinforcing elements , α is the coefficient of linear expansion of the material of the binder element, T is the heating temperature of the binder element, T _O is the ambient temperature, or choose from the condition L≥S _nar , where S _nar is the distance between the outer surfaces of the reinforcing elements.

Затем связующие элементы приваривают ручной дуговой сваркой к одному из усиливающих элементов 3. Поочередно нагревают связующие элементы 4 и 5 пламенем газопламенной горелки до выбранной температуры в диапазоне 100...300°С и приваривают их к противоположному усиливающему элементу 2, накладывая сварные швы 6. После окончания сварки каждого стыка связующих элементов 4 и 5 с усиливающим элементом 2 или 3 нагрев данного связующего элемента прекращают.Then, the connecting elements are welded by manual arc welding to one of the reinforcing elements 3. Alternately, the connecting elements 4 and 5 are heated with the flame of a gas-flame burner to a selected temperature in the range of 100 ... 300 ° C and welded to the opposite reinforcing element 2, imposing welds 6. After welding of each joint of the connecting elements 4 and 5 with the reinforcing element 2 or 3, the heating of this connecting element is stopped.

После охлаждения связующие элементы 4 и 5 укорачиваются и стягивают усиливающие элементы 2 и 3, плотно прижимая их к поверхности колонны 1. Это исключает возможность возникновения зазоров между поверхностью усиливаемой колонны и усиливающими элементами, предупреждает ослабление усиления, что повышает прочность и надежность усиленной колонны.After cooling, the connecting elements 4 and 5 are shortened and tighten the reinforcing elements 2 and 3, tightly pressing them to the surface of the column 1. This eliminates the possibility of gaps between the surface of the reinforced column and the reinforcing elements, prevents weakening of the gain, which increases the strength and reliability of the reinforced column.

Таким образом, предлагаемый способ усиления строительных конструкций обеспечивает технический эффект, заключающийся в повышении прочности и надежности усиливаемой строительной конструкции. Способ может быть осуществлен с помощью известных в технике средств и материалов. Следовательно, предлагаемый способ обладает промышленной применимостью.Thus, the proposed method of reinforcing building structures provides a technical effect, which consists in increasing the strength and reliability of the reinforced building structure. The method can be carried out using means and materials known in the art. Therefore, the proposed method has industrial applicability.

Claims

A method of reinforcing building structures with metal reinforcing elements that are rigidly connected to each other by connecting elements, the connecting elements being preheated and then connected to reinforcing elements, characterized in that the connecting elements are first connected to one of the reinforcing elements, then the connecting elements are heated and heated state is connected to the opposite reinforcing element, after which the heating is stopped, while the connecting elements are either inserted between the reinforcing and elements or applied to the ends of the reinforcing elements, and the original length of the connecting elements when they are inserted between the amplifying elements is determined from the expression L = S _BH -α (T-T _O), where S _BH - the distance between the inner surfaces of the reinforcing elements, α is the coefficient of linear expansion of the material of the binder element, T is the heating temperature of the binder element, T _O is the ambient temperature, and in the case when the binder elements are superimposed on the ends of the reinforcing elements, the initial length of the binder elements is chosen from the condition L≥S _nar , where S _nar is the distance between the outer surfaces of the reinforcing elements.