Способ разгрузки разрушающихся железобетонных консолей

Предлагаемое изобретение относится к области строительства, в частности к восстановлению работоспособности железобетонных консолей промышленных зданий, потерявших часть необходимой прочности вследствие коррозии бетона и арматуры и требующих полного ее восстановления без остановки производственного процесса

Анализ известных технических решений не позволил выявить эффективных способов усиления, позволяющих быстро и с достаточной гарантией обеспечить восстановление несущей способности разрушающихся железобетонных консолей колонн промышленных зданий, не останавливая при этом производственного процесса.

Известно устройство обойм и наращивания поперечного сечения с двух или с одной стороны [1, с.255]. Дополнительную арматуру соединяют с помощью коротышей или хомутов. Поверхность увлажняют и покрывают торкрет бетоном. В этом случае необходима разгрузка колонн при производстве работ.

Известно также техническое решение по усилению разрушающихся консолей железобетонных колонн, включающее установку системы тяжей и стального башмака, сваренного из листов [2, с.55, рис.25-А]. Стальной башмак охватывает нижний угол железобетонной консоли и обжимает ее посредством тяжей, предварительно напрягаемых затягиванием гаек.

Вышеприведенный способ усиления является наиболее близким из известных вариантов и может считаться аналогом.

Недостаток аналога - необходимость разгрузки разрушающихся консолей колонн при производстве работ по усилению и, как следствие, остановка турбинного цеха на время ремонта. Не найдено способов производства работ по усилению и разгрузке консолей колонн без демонтажа балок. Известные способы усиления требуют остановки работы кранов и демонтажа балок перед началом работ по их усилению, а для набора новым железобетоном необходимой прочности требуется две три недели.

Техническая задача изобретения - полная разгрузка консолей колонн, утративших свою работоспособность в результате коррозии бетона и арматуры, без остановки производственного процесса и обеспечение рихтовки подкрановых конструкций.

Техническая задача достигнута тем, что разрушающуюся железобетонную консоль разгружают от внецентренно приложенных опорных реакций смежных балок, являющихся подкрановыми, соединенных друг с другом и изгибающих консоль.

Отличие от аналога в том, что между соединенными смежными балками и верхней частью колонны в плане укладывают низкомодульную подкладку, например, из листовой резины, затем сверху на нее укладывают центрирующее коромысло, выступающее за боковые грани колонны на 1/3...1/4 ее ширины.

Подвешивают к центрирующему коромыслу симметричную пару трехрычажных Т-образных балансиров, причем каждый из них содержит рычаги: левый, центральный, ориентированный вниз, и правый, при этом левый рычаг подвешивают к центрирующему коромыслу и соединяют горизонтальной тягой с фиксатором, взаимодействующим с гранью колонны снаружи слева.

Подводят под смежные балки правые рычаги упомянутых балансиров снизу, а нижние концы их центральных рычагов соединяют горизонтальными регулирующими тягами с упором, взаимодействующим с колонной под ее разрушающейся консолью.

Затягивают гайки на горизонтальных регулирующих тягах центральных рычагов пары Т-образных балансиров, упираясь упором в грань колонны под разрушающейся консолью, и поддомкрачивают правыми рычагами этой пары смежные балки снизу. Воспринимают вертикальную опорную реакцию их парой Т-образных балансиров, передают ее с правых на левые рычаги через подвески и центрирующее коромысло, передают ее на колонну без эксцентриситета и полностью разгружают консоль от внешних силовых воздействий.

На фиг.1 показано устройство для разгрузки разрушающихся железобетонных консолей от опорных реакций D_max смежных балок, являющихся подкрановыми, и изгибающего момента М, возникшего от внецентренного действия опорных реакций; на фиг.2 - пара Т-образных балансиров; на фиг.3 - вид А-А.

Стальные смежные балки 1 опираются на разрушающуюся консоль 2. Разгрузка ее осуществляют парой Т-образных балансиров 3, примыкающих симметрично к консоли с двух боковых сторон.

Каждый Т-образный балансир 3 содержит три рычага: левый, правый и центральный, ориентированный вниз (см. фиг.1). Центральные рычаги пары Т-образных балансиров соединяют горизонтальными регулирующими тягами 4 с упором 5, взаимодействующим с гранью колонны 6 под ее разрушающейся железобетонной консолью.

Т-образные балансиры 3 выполнены из прокатных элементов и подвешены симметрично подвесками 7 за левые рычаги к центрирующему коромыслу 8. Правые рычаги являются опорами для смежных балок.

Центрирующее коромысло 8 опирают через низкомодульную подкладку 9, например, из листовой резины или дубовую на колонну близко к ее центру тяжести. Левый рычаг каждого Т-образного балансира 3 соединяют тягой 10 с фиксатором 11, взаимодействующим с гранью колонны 12 снаружи.

Разгрузку разрушающейся железобетонной консоли от внешних воздействий осуществляют в следующей последовательности, а именно:

- между гранью верхней части каждой колонны ряда в плане и смежными балками, опирающимися на нее, укладывают низкомодульную подкладку из листовой резины 9;

- сверху на листовую резину 9 укладывают без эксцентриситета центрирующее коромысло 8;

- Т-образные балансиры 3 снабжают Г-образными монтажными фиксаторами и подвешивают за них пару Т-образных балансиров к двум смежным балкам, а затем подвесками 7 к центрирующему коромыслу 8;

- соединяют левые рычаги пары Т-образных балансиров 3 тягами 10 с фиксатором 11, а центральные рычаги с упором 11 горизонтальными регулирующими тягами 10 внизу.

Способ разгрузки разрушающейся консоли осуществляют в следующей последовательности, а именно:

- сначала затягивают гайки на подвесках 7 и подтягивают пару Т-образных балансиров 3 вдоль колонны вверх до проектной отметки и упирают их в осевшие смежные балки 1 снизу;

- затягивают гайки на регулирующих тягах 4 центральных рычагов, синхронно поворачивают пару Т-образных балансиров 3 около центра сечения нижней части колонны "0" до выведения правых рычагов в горизонтальное положение и подъема смежных балок 1 до проектной отметки и контрят гайки;

- поддомкрачивают правыми рычагами этой пары смежные балки 1 вверх, постепенно воспринимают вертикальную опорную реакцию смежных балок D_max парой Т-образных балансиров, передают ее с правого рычага на левый рычаг и через подвески 7 и центрирующее коромысло 8 передают ее без эксцентриситета вблизи центра тяжести сечения нижней части колонны;

- постепенно разгружают разрушающуюся от коррозии бетона и арматуры железобетонную консоль от опорной реакции D_max и изгибающего момента М и заканчивают монтажные работы.

На фиг.3 показана схема разгрузки разрушающейся консоли. До монтажа пары Т-образных балансиров 3 опорная реакция D_max от двух сближенных кранов передавалась на разрушающуюся консоль 1 с эксцентриситетом е и вызывала изгибающий момент: М=D_max е.

Монтируют пару Т-образных балансиров 3 и включают их в работу. Опорную реакцию D_max и изгибающий момент М воспринимают парой Т-образных балансиров 3 и через подвески 7 передают D_max на колонну без эксцентриситета.

Момент же М раскладывают парой Т-образных балансиров 3 на пару сил F, действующих с плечом d.

Величина силы F равна F=D_max е/d. Сила F внизу действует справа налево, растягивает тяги 4 и прижимает упор 5 к поверхности колонны 6 под ее разрушающейся консолью 2. Сила же F вверху действует слева направо на колонну через тяги 10 и силы трения.

Таким образом, поврежденная консоль 2 полностью разгружена как от вертикального воздействия D_max, так и изгибающего момента М.

Каждая из смежных балок оперта на пару Т-образных балансиров. Левый рычаг каждого Т-образного балансира подвешен к центрирующему коромыслу 8, помещенному в промежутке между смежными балками и гранью колонны, и соединен горизонтальной тягой 10 с фиксатором 11, взаимодействующим с гранью колонны снаружи слева.

Нижние концы центральных рычагов пары Т-образных балансиров соединены горизонтальными тягами 4 с упором 5, взаимодействующим с гранью колонны 6 под ее разрушающейся консолью справа.

Конкретная реализация способа разгрузки разрушающихся железобетонных консолей колонн на ТЭЦ-1 г.Пензы от внецентренно приложенной силы.

Обследование турбинного цеха ТЭЦ-1 г.Пензы позволило выявить опасные повреждения коррозией железобетонных консолей колонн, предназначенных для внецентренного опирания разрезных подкрановых балок.

При подъеме двумя мостовыми кранами турбины массой 100 т при перемещении ее к месту монтажа от подкрановых балок внецентренно передается значительная сосредоточенная сила. Поврежденные коррозией железобетонные консоли не обеспечивали необходимой прочности, могли обрушиться при действии опорных реакций от балок и требовали немедленного усиления! Остановить турбинный цех на время ремонта было невозможно. Необходимо было выполнить усиление конструкций без остановки турбинного цеха.

Расчет балансиров произведем на усилия, возникающие в них при одновременной работе двух сближенных кранов, транспортирующих турбину массой 100 т на одной траверсе.

Балансиры должны воспринимать максимальную опорную реакцию от смежных подкрановых балок, опирающихся на разрушающуюся железобетонную консоль колонны. Два сближенных крана грузоподъемностью по 50 т поместим на смежных балках неблагоприятным образом. Расчетное воздействие каждого колеса равно Р=2674,1 гН.

Максимальную опорную реакцию D_max определим по линии влияния:

D_max=ΣP_iу_i; D_max=3·2674,1(2,18+4)/6=8263 гН.

Аварийное состояние консоли устраним полной разгрузкой ее балансирами. Симметрично по обе стороны консоли подвесим к центрирующему коромыслу, имеющему коробчатое сечение, стальные балансиры.

Пара балансиров подвешена к центрирующему коромыслу на подвесках из высокопрочных шпилек (ГОСТ 22356-77*). Шпильки, сталь 40Х "Селект" с наименьшим временным сопротивлением [СНиП II-23-81*, с.72, табл.61*] R_bun=1100 МПа по ГОСТ 4543-71*. Расчетное сопротивление после термической обработки [1, с.6, рис.3] R_bh=0,7 R_bun=770 МПа.

Подвески работают на растяжение и передают опорную реакцию (8708,2 гН) на центрирующее коромысло, которое передает опорную реакцию вблизи центра тяжести нижней части сечения колонны без эксцентриситета (см. фиг.1). Требуемая площадь поперечного сечения подвесок пары балансиров

Примем подвески из четырех шпилек М24 [СНиП II-23-81*] с площадью поперечного сечения по нарезке 3,52·4=14,08>11,3 см². То есть по две шпильки для подвески каждого из балансиров. Проверка прочности подвесок на растяжение

Прочность подвесок на растяжение обеспечена с запасом.

Расчет центрирующего коромысла на изгиб

Примем сечение каждого центрирующего коромысла коробчатым из двух уголков 2 L 160×100×14 по ГОСТ 8509-72 из стали Вст3сп5 ГОСТ 2777288 (рис.2.7).

Нагрузка на единицу его длины

Тогда изгибающий момент

Требуемый момент сопротивления центрирующего коромысла

Главный момент инерции его

Фактический момент сопротивления

Проверка прочности центрирующего коромысла

Прочность центрирующего коромысла обеспечена. Боковой упор, менее нагруженный, примем такого же сечения.

Сопоставление разработанного способа с аналогом показывает следующие существенные отличия, а именно:

- разрушающуюся коррозией бетона и арматуры железобетонную консоль разгружают от опорных реакций D_max от смежных балок и изгибающего момента М, возникшего от внецентренного воздействия D_max;

- разрушающуюся консоль разгружают Т-образными балансирами, объединенными в пару системой тяг, коромыслом, фиксатором и упором;

- пару Т-образных балансиров легко изготовить и смонтировать;

- центрирующее коромысло, выступающее за грани консоли колонны на 1/3...1/4 его ширины, укладывают без эксцентриситета и передают опорную реакцию от смежных балок через пару Т-образных балансиров без эксцентриситета по центру тяжести сечения нижней части колонны и разгружают разрушающуюся консоль от опорной реакции и изгибающего момента;

- пара Т-образных балансиров обеспечивает легкую рихтовку подкрановых путей как по вертикали, так и по горизонтали;

- затягивая гайки на вертикальных подвесках, регулируют высотную отметку пары Т-образных балансиров и балок,

- поддомкрачивают смежные балки до проектной отметки, затягивая гайки на регулирующих горизонтальных тягах центральных рычагов пары Т-образных балансиров;

- горизонтальные тяги, соединяющие пару Т-образных балансиров с фиксатором, исключают сползание их с консоли.

Экономический эффект достигнут из-за следующего:

- поврежденная консоль полностью разгружена как от вертикального воздействия D_max, так и изгибающего момента М без остановки турбинного цеха на время ремонта, и обрушение консоли исключено;

- обеспечена рихтовка подкрановых конструкций Т-образными балансирами.

Разработанный способ применен на ТЭЦ-1 г.Пензы при разгрузке поврежденных консолей турбинного отделения в 1996 г., и усиленные колонны находятся в хорошем состоянии.

Источники информации

1. Кудзис А.П. Железобетонные и каменные конструкции. В 2-х частях. Часть 2. Конструкции промышленных и гражданских зданий и сооружений. - М.: "Высшая школа ", 1989-264 с.

2. Рекомендации по оценке состояния и усилению строительных конструкций промышленных зданий и сооружений. - М.: Стройиздат, 1989.

Способ разгрузки разрушающихся железобетонных консолей от внецентренно приложенных опорных реакций смежных балок, являющихся подкрановыми, соединенных друг с другом, и изгибающих консоль, включающий установку системы тяжей закрепленных на колонне, отличающийся тем, что между смежными балками и верхней частью колонны в плане укладывают низкомодульную подкладку, затем сверху на нее помещают центрирующее коромысло, выступающее за боковые грани колонны на 1/3...1/4 ее ширины, подвешивают к центрирующему коромыслу симметричную пару трехрычажных Т-образных балансиров, причем каждый из них содержит рычаги: левый, центральный, ориентированный вниз, и правый, при этом левый рычаг подвешивают к центрирующему коромыслу подвеской, и соединяют горизонтальной тягой с фиксатором, взаимодействующим с гранью колонны снаружи, подводят под смежные балки правые рычаги упомянутых балансиров снизу, а нижние концы центральных рычагов соединяют горизонтальными регулирующими тягами с упором, взаимодействующим с колонной под ее разрушающейся консолью, затягивают гайки на горизонтальных регулирующих тягах центральных рычагов пары Т-образных балансиров, упираясь упором в грань колонны под разрушающейся консолью и поддомкрачивают правыми рычагами этой пары смежные балки снизу, воспринимают вертикальную опорную реакцию смежных балок парой Т-образных балансиров, передают ее с правых на левые рычаги, через подвески и центрирующее коромысло подают ее на колонну без эксцентриситета и полностью разгружают консоль от внешних силовых воздействий.