RU2339776C1

RU2339776C1 - Reinforced-concrete column reinforcing method

Info

Publication number: RU2339776C1
Application number: RU2007113423/03A
Authority: RU
Inventors: к Олег Григорьевич Кумп (RU); Олег Григорьевич Кумпяк; Георгий Иванович Однокопылов (RU); Георгий Иванович Однокопылов; Павел Викторович Дзюба (RU); Павел Викторович Дзюба
Priority date: 2007-04-10
Filing date: 2007-04-10
Publication date: 2008-11-27

Abstract

FIELD: construction industry.

SUBSTANCE: invention refers to construction industry, and namely to building structures' reinforcements. Method can be used for reinforcing reinforced-concrete columns mostly operated under conditions of increased longitudinal momentary dynamic loads. One solid steel plate is attached to each edge of column from above and from below. Angles are arranged on column angular surfaces. In order to obtain solid casing, angles and plates are welded to each other. Height of each steel casing is selected on the basis of 1/3 of column length. Epoxy adhesive is used for firm joining of casing to column stem. Reinforcement of support areas, in which there can be maximum stresses, for 1/3 of column length, increases column bearing capacity. Use of solid steel plates and epoxy adhesive prevents concrete from damage and squeesing during effect of longitudinal momentary dynamic loads, thus increasing column reliability and bearing capacity.

EFFECT: increasing column bearing capacity and preventing column damage at the effect of longitudinal momentary dynamic loads applied thereon.

3 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к строительству, а именно к усилениям строительных конструкций, и может быть использовано для усиления железобетонных колонн в процессе их эксплуатации, возведения, проектирования, преимущественно для эксплуатации в условиях повышенных продольных кратковременных динамических нагрузок, например для сейсмических районов.The invention relates to construction, namely to reinforcements of building structures, and can be used to strengthen reinforced concrete columns during their operation, construction, design, mainly for operation in conditions of increased longitudinal short-term dynamic loads, for example, for seismic regions.

Известен способ усиления железобетонной колонны, утратившей несущую способность, по патенту РФ на изобретение №2274719. Способ реализуется путем обработки поверхности колонны насечкой и увлажнением поверхности колонны, устройством обойм и наращиванием поперечного сечения с уменьшением эксцентриситета приложения продольной сжимающей силы. Стальную трубу деформируют, обжимают ее сечение с двух сторон валками, превращая цилиндрическое сечение в овальное с соотношением большей оси к меньшей, равным трем, и разрезают трубу вдоль. Заключают поврежденную железобетонную колонну внутрь стальной обоймы, ориентируя ее большую ось сечения в плоскости эксцентриситета приложения сжимающей силы, и уменьшают эксцентриситет. Герметично соединяют две половинки овального сечения в единое целое и плотно заполняют полости между стальной обоймой и поврежденной железобетонной колонной расширяющимся мелкозернистым бетоном, нагнетая его через патрубки в полости снизу вверх. Уплотняют бетон вибрированием и при схватывании бетона напрягают сечение, обжимая его со всех сторон стальной опалубкой, и этим усиливают всю конструкцию. Данным способом усиливают железобетонные колонны, утратившие несущую способность при коррозии бетона и арматуры.A known method of reinforcing a reinforced concrete column that has lost its bearing capacity, according to the patent of the Russian Federation for invention No. 2274719. The method is implemented by treating the surface of the column by notching and moistening the surface of the column, arranging the clips and increasing the cross section with a decrease in the eccentricity of the application of longitudinal compressive force. The steel pipe is deformed, its section is crimped on both sides by rolls, turning the cylindrical section into an oval section with a ratio of the major axis to the smaller axis equal to three, and cut the pipe lengthwise. A damaged reinforced concrete column is enclosed inside a steel cage, orienting its large axis of the section in the plane of the eccentricity of the application of compressive force, and reduce the eccentricity. Hermetically connect the two halves of the oval section into a single unit and densely fill the cavity between the steel cage and the damaged reinforced concrete column with expanding fine-grained concrete, pumping it through the pipes in the cavity from the bottom up. Concrete is compacted by vibration and when concrete is set, the section is strained, squeezing it from all sides with steel formwork, and this reinforces the entire structure. This method reinforces reinforced concrete columns, which have lost the bearing capacity during corrosion of concrete and reinforcement.

Однако данный способ очень трудоемкий и материалоемкий и дает возможность усиления с уменьшением приложения продольной нагрузки только в одной плоскости, не учитывая динамических нагрузок.However, this method is very time-consuming and material-intensive and makes it possible to strengthen with decreasing longitudinal load application in only one plane, without taking into account dynamic loads.

Известен способ, который реализуется конструкцией усиления железобетонной колонны по патенту РФ на изобретение №1219768. Усиливают колонну путем приклеивания на каждую грань колонны стеклоткани шириной 300 мм с эпоксидной композицией с добавлением кварцевого песка для приклейки уголков. Сверху покрытия устанавливают уголки, на внутреннюю и наружную поверхность которых предварительно наносят эпоксидную композицию, поверх которой приклеивают покрытие из стеклоткани и полимерной композиции. Покрытие выходит за пределы уголка на 75 мм и приклеивается за пределами уголка к бетонной поверхности колонны. Усиливать колонну по предлагаемому решению можно как по всей высоте, так и на части высоты колонны, только в местах ее разрушения.The known method, which is implemented by the construction of reinforcing reinforced concrete columns according to the patent of the Russian Federation for invention No. 1219768. The column is reinforced by gluing on each face of a 300 mm wide fiberglass column with an epoxy composition with the addition of quartz sand for gluing corners. Corners are installed on top of the coating, on the inner and outer surfaces of which an epoxy composition is preliminarily applied, over which a coating of fiberglass and a polymer composition is glued. The coating extends beyond the corner by 75 mm and adheres outside the corner to the concrete surface of the column. Strengthening the column according to the proposed solution is possible both over the entire height and at part of the height of the column, only in places of its destruction.

Однако данная конструкция не дает обжатия колонны по периметру и повышает несущую способность только за счет сцепления клея с уголками и колонной и не дает воспринимать нагрузки динамического характера.However, this design does not allow the column to be crimped around the perimeter and increases the bearing capacity only due to the adhesion of the adhesive to the corners and the column and does not allow perceiving dynamic loads.

Наиболее близким способом, принятым за прототип, является способ установки узла усиления по патенту РФ на изобретение №2282701. Способ установки узла усиления представляет собой накладную сборную из уголков и планок (пластин) стальную обойму, устанавливаемую на колонну, заключающийся в размещении обоймы на постели из бетона или раствора, создании требуемого зазора между поверхностями соприкосновения и последующего обжима обоймой зоны усиления стяжкой уголков и планок путем приварки их друг к другу. Внутреннюю поверхность уголков предварительно грунтуют установочным раствором, затем на грунтовку наносят покровный раствор постели, помещают уголки на обработанные этим раствором поверхности колонны. Обжим производят домкратом до полного прилегания внутренних поверхностей уголков через раствор к колонне. Затем в зазорах между боковыми торцами уголков размещают пластины из негорючего материала, на них накладывают планки обоймы, после чего осуществляют в два этапа приварку планок к уголкам. На первом этапе приваривают две пары сторон планок в холодном состоянии, расположенных по одной из диагоналей колонны, затем планки разогревают до температуры 400-450°С и на втором этапе приваривают две другие пары сторон планок, расположенных по другой диагонали колонны. Данный способ относится к строительству и может быть использован для усиления преимущественно коробчатых колонных конструкций промышленных и гражданских зданий из разнородных материалов как при ремонте и реконструкции колонн, так и при исправлении опорных частей колонны. При действии продольных кратковременных динамических нагрузок в колонне возникают волновые процессы, которые влияют на напряженно-деформированное состояние конструкции, в результате чего происходит хрупкое разрушение бетона взрывного характера. При данном способе усиления планки не прилегают плотно к бетону, и поверхности обоймы имеют не сплошную, а составную (из планок) форму, что дает зону для выпора бетона при его разрушении под действием продольных кратковременных динамических нагрузок, возникающих в колоннах первых этажей, например, при сейсмике. Повышение несущей способности известным способом выполняется за счет уголков и планок, термически обработанных для создания преднапряжения, что делает исполнение более трудоемким и более опасным. Все это не дает необходимую надежность усиления колонн при действии продольных кратковременных динамических нагрузок.The closest method adopted for the prototype is the method of installing the amplification unit according to the patent of the Russian Federation for invention No. 2282701. The method of installing the reinforcement unit is an overhead assembly of corners and strips (plates) of a steel cage installed on the column, which consists in placing the cage on the bed of concrete or mortar, creating the required gap between the contact surfaces and then crimping the cage of the reinforcement zone with the screed of corners and planks by welding them to each other. The inner surface of the corners is first primed with the installation solution, then the coating solution of the bed is applied to the primer, the corners are placed on the surface of the column treated with this solution. Crimping is carried out with a jack until the inner surfaces of the corners completely adhere through the solution to the column. Then, in the gaps between the lateral ends of the corners, plates of non-combustible material are placed, cage strips are placed on them, after which the strips are welded to the corners in two stages. At the first stage, two pairs of sides of the strips are welded in a cold state located on one of the diagonals of the column, then the strips are heated to a temperature of 400-450 ° C and at the second stage two other pairs of sides of the strips located on the other diagonal of the column are welded. This method relates to construction and can be used to strengthen mainly box-shaped pillar structures of industrial and civil buildings from dissimilar materials both in the repair and reconstruction of columns, and in the correction of the supporting parts of the column. Under the action of longitudinal short-term dynamic loads, wave processes occur in the column that affect the stress-strain state of the structure, resulting in brittle destruction of explosive concrete. With this method of reinforcing, the strips do not fit tightly to the concrete, and the surface of the cage is not continuous, but composite (of the strips) in shape, which gives a zone for concrete outburst during its destruction under the action of longitudinal short-term dynamic loads arising in the columns of the first floors, for example, with seismic. The increase in bearing capacity in a known manner is carried out due to the corners and strips, heat-treated to create prestressing, which makes the execution more time-consuming and more dangerous. All this does not provide the necessary reliability of the reinforcement of the columns under the action of longitudinal short-term dynamic loads.

Задача изобретения состоит в том, чтобы повысить надежность и экономичность способа усиления строительных конструкций типа колонн из железобетона, преимущественно первого этажа, с учетом действия продольных кратковременных динамических нагрузок, например, при землетрясении.The objective of the invention is to improve the reliability and efficiency of the method of strengthening building structures such as columns of reinforced concrete, mainly the first floor, taking into account the effects of longitudinal short-term dynamic loads, for example, during an earthquake.

Технический результат заключается в повышении несущей способности и предотвращении разрушения колонны при действии на нее продольных кратковременных динамических нагрузок путем усиления опасных зон колонны.The technical result consists in increasing the bearing capacity and preventing the destruction of the column under the influence of longitudinal short-term dynamic loads on it by strengthening the dangerous zones of the column.

Этот результат достигается следующим образом. Заявляемый способ усиления имеет общее с прототипом то, что выполняют стальную обойму из пластин и уголков на опорных частях колонны, для чего стальные пластины накладывают на грани колонны по ее периметру, уголки размещают на угловых поверхностях колонны, производят стяжку уголков и пластин путем приварки их друг к другу и обеспечивают плотное прижатие обоймы к телу колонны. Но в отличие от прототипа в заявляемом способе стальную обойму выполняют и на верхней, и на нижней опорных частях колонны, при этом длина каждой из этих частей составляет 1/3 длины колонны, на каждую грань колонны накладывают одну сплошную продольную пластину, а для плотного прижатия обоймы к телу колонны используют эпоксидный клей. Уголки в стальной обойме накладывают на поверхности стальных пластин или стальные пластины размещают в зазоры между боковыми торцами уголков и затем сваривают их с уголками. Заявляемый способ учитывает действие волновых процессов от продольных кратковременных динамических нагрузок, действующих в колоннах первого этажа, например, при землетрясении. Были проведены многочисленные исследования напряженно-деформированного состояния колонн при действии продольных кратковременных динамических нагрузок с использованием тензометрических датчиков (фиксируют деформации) и измерительной аппаратуры MIC - 400. Характер и схемы разрушения образцов были идентичны между собой в каждом эксперименте. В ходе экспериментов было установлено, что разрушение колонны при продольных кратковременных динамических нагрузках происходит не в середине колонны, а на ее концах, то есть в опорных частях колонны. Причем экспериментами установлено, что за пределами 1/3 части от концов колонны разрушений не происходит. Как показали исследования, в основном разрушения происходят на 1/4 часть колонны, на которой возникают максимальные напряжения. Схемы разрушения образцов колонн при центральном и внецентренном (с малым эксцентриситетом) продольном кратковременном динамическом нагружении приведены на фиг.4, 5 соответственно. Данный способ позволяет усилить зону на третью часть опорных участков от верха и низа длины колонны, в которой происходят максимальные напряжения, вызванные волновыми процессами, что позволяет повысить несущую способность колонны. Применение сплошных пластин и эпоксидного клея предотвращают разрушение и выпор бетона сжатой зоны защитного слоя арматуры и потерю устойчивости арматуры между поперечными стержнями (хомутами) каркаса железобетонной колонны. Что также повышает несущую способность и надежность колонн.This result is achieved as follows. The inventive reinforcement method has in common with the prototype that a steel cage is made of plates and corners on the supporting parts of the column, for which steel plates are placed on the edge of the column along its perimeter, the corners are placed on the corner surfaces of the column, the corners and plates are tightened by welding them together to a friend and provide a tight hold of the clip to the body of the column. But unlike the prototype, in the inventive method, a steel cage is performed on both the upper and lower supporting parts of the column, while the length of each of these parts is 1/3 of the length of the column, one continuous longitudinal plate is applied to each side of the column, and for tight pressing clips to the body of the column use epoxy glue. Corners in a steel cage are placed on the surface of the steel plates or the steel plates are placed in the gaps between the side ends of the corners and then welded to the corners. The inventive method takes into account the action of wave processes from longitudinal short-term dynamic loads acting in the columns of the first floor, for example, during an earthquake. Numerous studies of the stress-strain state of the columns under the action of longitudinal short-term dynamic loads using tensometric sensors (record deformations) and MIC-400 measuring equipment were conducted. The nature and patterns of fracture of the samples were identical in each experiment. During the experiments, it was found that the destruction of the column with longitudinal short-term dynamic loads does not occur in the middle of the column, but at its ends, that is, in the supporting parts of the column. Moreover, experiments established that outside 1/3 of the ends of the column of destruction does not occur. As studies have shown, mainly destruction occurs on 1/4 of the column, on which maximum stresses arise. The fracture patterns of column samples with central and eccentric (with low eccentricity) longitudinal short-term dynamic loading are shown in Figs. 4, 5, respectively. This method allows you to strengthen the zone by a third of the supporting sections from the top and bottom of the column length, in which the maximum stresses caused by wave processes occur, which allows to increase the bearing capacity of the column. The use of continuous plates and epoxy glue prevents the destruction and outburst of concrete in the compressed zone of the reinforcement protective layer and the loss of reinforcement stability between the transverse rods (clamps) of the reinforced concrete column frame. Which also increases the bearing capacity and reliability of the columns.

Экономичность способа заключается в минимизации элементов усиления и упрощении технологического процесса в сравнении с прототипом.The cost-effectiveness of the method is to minimize the gain elements and simplify the process in comparison with the prototype.

В ходе проведенных авторами экспериментов был впервые подмечен характер воздействия волновых процессов от продольных кратковременных динамических нагрузок, определены конкретные области разрушения колонны под действием этих волновых процессов и предложен способ усиления колонны с учетом волновых воздействий от продольных кратковременных динамических нагрузок. Установлено, что усиление сплошными стальными пластинами верхней и нижней опорных частей колонны на расстоянии на 1/3 ее длины от соответствующих концов колонны достаточно для обеспечения ее надежности. Из уровня техники не выявлены технические решения, которые касались бы усиления только третьей части концов колонны с учетом действия кратковременных динамических нагрузок. Все это дает основание судить о наличии изобретательского уровня у заявляемого способа, поскольку оно явным образом не следует из уровня техники.In the course of the experiments conducted by the authors, the nature of the impact of wave processes from longitudinal short-term dynamic loads was first noted, specific areas of column destruction under the influence of these wave processes were determined, and a method for strengthening the column was proposed taking into account wave effects from longitudinal short-term dynamic loads. It was established that the reinforcement of the upper and lower supporting parts of the column with solid steel plates at a distance of 1/3 of its length from the corresponding ends of the column is sufficient to ensure its reliability. No technical solutions have been identified from the prior art that would relate to amplification of only the third part of the ends of the column, taking into account the effects of short-term dynamic loads. All this gives reason to judge the presence of inventive step in the proposed method, since it clearly does not follow from the prior art.

Изобретение пояснено чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На фиг.1 изображена колонна, усиленная предложенным способом (общий вид).Figure 1 shows the column reinforced by the proposed method (General view).

На фиг.2 - разрез по А-А на фиг.1.Figure 2 is a section along aa in figure 1.

На фиг.3 показан узел А фиг.2.Figure 3 shows the node And figure 2.

На фиг.4 показано разрушение образца колонны при действии центральной кратковременной динамической нагрузки.Figure 4 shows the destruction of the column sample under the action of the central short-term dynamic load.

На фиг.5 показано разрушение образца колонны при действии внецентренной кратковременной динамической нагрузки.Figure 5 shows the destruction of the column sample under the action of an eccentric short-term dynamic load.

Изобретение промышленно применимо, поскольку его можно многократно реализовать с достижением указанного технического результата.The invention is industrially applicable, since it can be repeatedly implemented to achieve the specified technical result.

Применение способа по усилению железобетонной колонны заключается в следующем: перед началом работ по усилению зон колонны 1 необходимо поверхность зачистить и избавить от пыли, грязи или различных масел и примесей. После зачистки поверхность тщательно промывается и высушивается. На усиливаемые зоны колонны 1 по периметру сечения плотно к поверхности устанавливаются стальные пластины 2, в качестве которых используются стальные листы толщиной 5 мм. В верхней зоне стальные листы 2 крепятся с помощью анкеров 3 с четырех сторон. На стыки листов 2 на углах колонны 1 с помощью сварки по всей длине привариваются уголки 4. После монтажа стальной обоймы в нижней зоне обоймы выполняют отверстия с нарезкой 5 для нагнетания эпоксидного клея 6 с целью устранения образующегося зазора между обоймой и колонной. Нижнюю часть верхней обоймы герметизируют полимерраствором 7 с целью устранения вытекания эпоксидного клея при нагнетании. После застывания полимерраствора в отверстия с нарезкой 5 вставляют шланги и с помощью насоса под давлением нагнетают в зазор между стальной обоймой и колонной эпоксидный клей до уровня верха обойм. После нагнетания шланги необходимо удалить и отверстия заделать пробкой. В частном случае стальную обойму можно выполнить с помощью сварки торцов стальных пластин и уголков.The application of the method for reinforcing reinforced concrete columns is as follows: before starting work on strengthening the zones of the column 1, it is necessary to clean the surface and get rid of dust, dirt or various oils and impurities. After cleaning, the surface is thoroughly washed and dried. Steel plates 2 are mounted on the reinforced zones of the column 1 along the perimeter of the section close to the surface, using 5 mm thick steel sheets. In the upper zone, steel sheets 2 are fastened with anchors 3 on four sides. At the joints of sheets 2 at the corners of the column 1, the corners are welded along the entire length by welding 4. After mounting the steel cage in the lower zone of the cage, cut holes 5 are made to inject epoxy glue 6 in order to eliminate the resulting gap between the cage and the column. The lower part of the upper casing is sealed with polymer solution 7 in order to eliminate the leakage of epoxy glue during injection. After the polymer solution has solidified, hoses are inserted into the cut holes 5 and with the help of a pump, under pressure, the epoxy adhesive is injected into the gap between the steel holder and the column to the top of the holder. After pumping, the hoses must be removed and the holes plugged. In the particular case, the steel cage can be performed by welding the ends of the steel plates and corners.

Claims

1. A method of reinforcing a reinforced concrete column by making a steel cage of plates and corners on the supporting parts of the column, according to which steel plates are laid on the edges of the column along its perimeter, the corners are placed on the corner surfaces of the column, the corners and plates are tightened by welding them to each other and provide a tight pressing of the cage to the body of the column, characterized in that the steel cage is performed on the upper and lower supporting parts of the column, the length of each of these parts, respectively, from the upper or the lower end of the column is 1/3 of the length of the column, one solid steel plate is applied to each side of the column when making the cage, and epoxy glue is used to press the cage tightly against the body of the column.

2. A method of reinforcing a reinforced concrete column according to claim 1, characterized in that the corners in the steel cage are superimposed on the surface of the steel plates.

3. The method of reinforcing a reinforced concrete column according to claim 1, characterized in that the steel plates are placed in the gaps between the side ends of the corners and then welded to the corners.