V stavebníctve a vo veľkých priemyselných odvetviach často hrajú kľúčovú úlohu železobetónové konštrukcie, ktoré slúžia ako rámy, stropy a funkčné plošiny pre rôzne budovy. Prenášajú mnohotonové bremená pôsobiace v statickom aj dynamickom režime. V priebehu času stres nemôže ovplyvniť stav konštrukcie. V dôsledku toho je potrebné vystuženie železobetónových konštrukcií tak či onak. Konkrétna metodika vykonávania takýchto operácií závisí od prevádzkových podmienok zariadenia, technických a fyzických parametrov a požiadaviek na plánovanie.
Čo sú železobetónové konštrukcie?
V prvom rade by ste sa mali rozhodnúť, čo je v princípe železobetónová konštrukcia. V investičnej výstavbe totočasť konštrukcie, ktorá preberá zvýšené prevádzkové zaťaženie. Základ konštrukcie tvorí betónová konštrukcia a ako jej základná výstuž sú použité armovacie prúty. Zároveň je možné spevňovanie a obnovu železobetónových konštrukcií realizovať komplexne a čiastočne. Ak bola diagnostikou identifikovaná chybná oblasť na povrchu, potom sa oprava bude týkať predovšetkým tejto časti, aj keď najprv je potrebné zistiť príčiny deštrukcie, čo môže odôvodniť realizovateľnosť rekonštrukcie iných častí konštrukcie.
Čo znamená zosilnenie ako také? Ide o technickú operáciu v stavebníctve, vďaka ktorej sa predlžuje životnosť najmä budov a jednotlivých stavieb. Existujú rôzne spôsoby opravy a spevnenia železobetónových konštrukcií. Všetky v rôznej miere zahŕňajú riešenie nasledujúcich úloh:
- Zvýšenie pevnosti uzlov a nosných prvkov konštrukcie zahrnutím nových prvkov. Môžu to byť nosníky, preklady, konzolové diely, výstuhy atď.
- Vyloženie alebo prerozdelenie hmoty, ktorá pôsobí na železobetónový základ. V tomto prípade je ovplyvnené usporiadanie štruktúr, ktoré mechanicky ovplyvňujú cieľovú oblasť opevnenia. Vyloženie znižuje požiadavky na železobetónové konštrukcie.
- Zvýšenie základných pevnostných charakteristík objektu a jeho prvkov nahradením.
Keď je potrebné vystužiť RC-dizajn?
Už vo fáze montáže nosného rámu sa technické riešenia a stavebné materiály vyberajú v súlade s budúcim zaťažením s predpokladom dlhodobej prevádzky. Postupom času sa v dôsledku rôznych faktorov technický stav konštrukcie zhoršuje a je potrebné podporiť jej kritické prvky. Úplné vystuženie železobetónových konštrukcií by sa malo vykonať v nasledujúcich prípadoch:
- Strata pevnosti konštrukcie v dôsledku starnutia a únavy materiálov. To platí najmä pre betónovú štruktúru, ktorá je vystavená negatívnym chemickým vplyvom a prirodzenému mechanickému namáhaniu.
- Rekonštrukcia budovy, v dôsledku ktorej sa mení konfigurácia nosných stien, nosníkov, stĺpov, väzníkov a konzol. Na konštrukčných kotviacich bodoch môže byť potrebné spevnenie alebo odľahčenie hmoty.
- Zmena počtu poschodí. Dochádza tiež k prerozdeleniu hmotnosti na stĺpy, stropy a steny, čo si vyžaduje revíziu a nosnosť prvkov konštrukcie.
- Pohyby zeme, ktoré sa už zdeformovali alebo zmenili konfiguráciu nárazu na základ a následne na nosné uzly rámu. Vyžaduje sa aj obnovenie silovej rovnováhy medzi štruktúrami.
- Zničenie alebo čiastočné poškodenie nosných častí alebo jednotlivých prvkov v dôsledku nehôd, prírodných katastrof, zemetrasení, katastrof spôsobených človekom.
- Keď sa chyby zistia vo fáze projektovania alebo sa zistia už počas prevádzky budovy.
V tomto prípade hlavné a najdôležitejšiebežné dôvody, ktoré zahŕňajú potrebu posilniť železobetónové konštrukcie tak či onak. Špecifický charakter opotrebovania alebo poškodenia by sa mal určiť počas komplexného prieskumu, na základe ktorého sa vypracuje projekt na spevnenie konštrukcie a vyberie sa najlepší spôsob jeho realizácie.
Diagnostika a odstraňovanie problémov s dizajnom
Technická kontrola sa vykonáva v súlade s harmonogramom alebo neplánovane v prípade zjavných známok deštrukcie budovy. Túto časť činností upravujú normy nedeštruktívneho skúšania v súlade s GOST 22690 a 17624. Hodnotenie na základe výsledkov prieskumu sa vykonáva v súlade so súborom pravidiel (SP) o zosilňovaní železobetónových konštrukcií podľa číslo 63,13330.
Diagnostické postupy sa začínajú vizuálnou kontrolou, počas ktorej sa zistia vonkajšie poškodenia – chyby, triesky, praskliny atď. Na odhalenie skrytých poškodení sa používajú metódy nedeštruktívneho testovania. Takéto úlohy sa riešia pomocou špeciálneho vybavenia, napríklad pomocou elektromagnetických alebo ultrazvukových defektoskopov. Na odstraňovanie porúch železobetónu sa častejšie používajú najmä ultrazvukové zariadenia pracujúce pomocou georadarových a echo-pulzných metód. Počas kontroly, dutiny, prítomnosť agresívnych komponentov v konštrukcii, zničenie výstužných tyčí, stopy korózie atď.
Na základe získaných údajov je vyvinutá ďalšia stratégia na elimináciu poškodenia, opravu, obnovu resp.prerozdelenie nákladov. V rovnakej fáze môžu defektológovia poskytnúť odporúčania na posilnenie železobetónových konštrukcií, berúc do úvahy špecifiká poškodenia, ktoré je možné opraviť iba nedeštruktívnymi testovacími nástrojmi. Dôležitú úlohu pri určovaní spôsobu spevnenia konštrukcie budú hrať špecifické technické a fyzikálne parametre, na ktorých je konštrukcia prevádzkovaná.
Špecifikácie zisku
Parametre výstuh sa môžu líšiť v závislosti od konfigurácie aplikácie dodatočnej sily a špecifických požiadaviek na podopretie konštrukcie. Najbežnejšími charakteristikami sú modul pružnosti podpery a pevnosť v ťahu. Optimálne vystuženie železobetónových konštrukcií kompozitnými materiálmi teda v priemere poskytuje elasticitu v rozmedzí 70 000 - 640 000 MPa a ukazovatele pevnosti v ťahu - od 1 500 do 5 000 MPa. Samozrejme, nie v každom prípade sa treba snažiť o maximálny výkon. Voľba špecifického výkonového potenciálu nosných a výstužných prvkov závisí od aktuálneho stavu železobetónovej konštrukcie.
Pokiaľ ide o rozmerové parametre, budú závisieť od schémy zosilnenia, ktorá je zostavená na základe plánovacieho riešenia. Napríklad fragmentárne vystuženie železobetónovej dosky možno vykonať dodatočnou podporou pre monolitický beznosníkový modul s hrúbkou 300 mm. Výstužné stĺpy majú zvyčajne priemerný prierez 400 x 400 mm a sú umiestnené pod podlahou v krokoch po 5-7,5 m.určené napätím a deformačným stavom podláh a nosných stien.
V zložitej forme môže mať napríklad vystuženie železobetónových konštrukcií uhlíkovými vláknami tieto technické vlastnosti:
- Hrúbka prvku je 0,3 mm.
- Šírka – 300 mm.
- Hmotnosť – 500 g/m2.
- Modul pružnosti – 230000 N/mm2.
- Hustota – 1,7 g/cm3.
- Pevnosť v ťahu – 4000 N/mm2.
- Pevnosť konštrukcie v šmyku - 7 N/mm2.
- Pevnosť materiálu v tlaku - 70 N/mm2.
- Deformácia pri pretrhnutí konštrukcie – 1,6 %.
- Priľnavosť kompozitných vlákien k betónovej konštrukcii - 4 N/mm2.
- Youngov modul - 400 N/mm2.
Špecifickosť použitia moderných kompozitných materiálov je daná skutočnosťou, že zloženie lepidla hrá významnú úlohu pri montážnych operáciách s nimi. Často pôsobí ako nezávislý tesniaci a obnovovací prostriedok na spevnenie betónovej konštrukcie. Napríklad epoxidové zlúčeniny môžu dobre vykonávať funkcie tesnenia technologických švov a spojov.
Predpisy
V procese výpočtu, navrhovania a vykonávania inštalačných prác by ste sa mali riadiť niekoľkými GOST, medzi ktoré patria 31937, 22690 a 28570. Tieto dokumenty v rôznej miere upravujú údržbu a rekonštrukciu budov a stavieb. Je tiež potrebné vziať do úvahy štandardy dokumentu SP 63.13330, ktorý dáva konkrétne pokyny naorganizácia a realizácia sanačných a obnovovacích opatrení vrátane spevnenia železobetónových konštrukcií kompozitnými materiálmi. SP 164.1325800 tiež pomôže pri použití iných plastových a sklolaminátových materiálov na vystuženie. Všeobecné pravidlá, na ktoré treba dávať pozor, sú nasledovné:
- Vypracovanie projektu zosilnenia by sa malo vykonávať len na základe údajov z terénneho prieskumu konštrukcií.
- V čase výpočtu materiálov a konfigurácie inštalačných prác by mali byť pripravené informácie o veľkosti cieľového objektu, jeho stave, spôsoboch vystuženia, pevnosti betónu atď.
- Po skúške sa zásadne rozhodne o prípustnosti stavby na opravu s ďalšou prevádzkou.
- Mali by sa vykonať opatrenia na vystuženie, aby kompozitné vlákna alebo kovové tyče zabezpečili prácu v spojení s betónovou konštrukciou.
- Nie je dovolené vystužovať konštrukcie, v ktorých sú miesta poškodenia koróziou.
- V procese prípravy projektu je tiež dôležité vypočítať potrebu poskytnúť dodatočné ochranné vlastnosti materiálu, napríklad zahrnúť do konštrukcie žiaruvzdorné alebo vlhkosti odolné nátery.
Výhody betónovej výstuže
Spolu s pravidlami upravujúcimi opravu a obnovu stavebných konštrukcií by bolo užitočné pripraviť na úvod základ metodických materiálov, ktoré pomôžuriešiť úlohy v praxi. K dnešnému dňu existuje veľa vizuálnych pokynov, ktoré krok za krokom a vizuálne popisujú technológie na aplikáciu konkrétnych metód na rekonštrukciu určitých štruktúr. Napríklad LLC "Interaqua" a "NIIZHB" ponúkajú komplexný návod na posilnenie železobetónových konštrukcií kompozitnými materiálmi na základe súboru pravidiel SP 52-101-2003. Materiál popisuje výber konštrukčných riešení, princípy výpočtu spevnenia stien a stropov, ako aj technologické metódy použitia karbónových dielov.
Ak hovoríme o priemyselných zariadeniach, potom možno použiť vysoko špecializované príručky, ktoré sa zameriavajú aj na špeciálne prevádzkové podmienky konštrukcií. Najmä Far East PromstroyNIIproject LLC ponúka pokyny na spevnenie železobetónových konštrukcií série 1.400.1-18. Tento materiál zvýrazňuje nuansy spevnenia nosných stien a stropov v konštrukcii priemyselných budov.
Vývoj projektu štrukturálneho vystuženia
Hlavnou úlohou tejto etapy je ponúknuť konkrétne technické riešenie pre realizáciu spevnenia konštrukcie cieľového objektu. Počas procesu vývoja sa špecialisti riadia údajmi o charakteristikách stavebných materiálov, ich geometrických parametroch, prevádzkových podmienkach a existujúcich poškodeniach. V súčasnosti boli vyvinuté nasledujúce konštrukčné zásady pre vystuženie železobetónových konštrukcií:
- Vzájomné prepojenie komponentov. Častou chybou, ktorá sa vyskytuje pri výstavbe, je zvažovanie pracoviskav izolovanom formáte. To znamená, že napríklad nosná stena sa vypočíta na základe priamych zaťažení na ňu bez zamerania sa na blízke faktory vplyvu. V skutočnosti môže byť vysokokvalitný a odolný systém navrhnutý len s komplexným zvážením všetkých prevádzkových faktorov.
- Optimalizácia. Úlohy zosilňovania konštrukcií možno riešiť rôznymi spôsobmi a takmer v každom prípade existuje riešenie, ktoré umožní zariadeniu udržať si vysokú životnosť. Zároveň je však žiaduce snažiť sa minimalizovať množstvo práce, hmotnosť pomocných nosných častí a racionalizovať používanie spotrebného materiálu. Čím nižší je stupeň zásahu do štruktúry konštrukcie, tým vyššia je jej spoľahlivosť. Mimochodom, moderné technológie na vystužovanie železobetónových konštrukcií kompozitnými materiálmi, ktoré sú v porovnaní s kovovými náprotivkami menšie čo do veľkosti a hmotnosti, práve umožňujú minimalizovať objem inklúzie cudzích prvkov.
- Ekonomická racionalizácia. Aj keď je možné pri realizácii projektu zosilnenia použiť veľké finančné prostriedky, je dôležité vziať do úvahy, že zložité a masívne technické riešenia si vždy vyžadujú vysoké náklady už v procese údržby počas prevádzky konštrukcie.
- Súlad so stanovenými požiadavkami. Každá etapa projektovania musí zohľadňovať tak všeobecné normatívne pravidlá, ako aj špecifické požiadavky na technické a konštrukčné zariadenie vo vzťahu k cieľovej budove.
Pravidlá pre výpočet výstuže železobetónových konštrukcií
Technický výpočet konštrukcií je základom projektových prác, počas ktorých sa skutočné zaťaženia korelujú s energetickými potenciálmi materiálov použitých na vystuženie. Počiatočné údaje pre komplexný výpočet sú prevzaté z konštrukčnej schémy, jej rozmerov, pôsobiacich zaťažení a povahy poškodenia. Samostatnými článkami v hodnotení materiálov na vystuženie železobetónových konštrukcií sú vypočítané ukazovatele pre pevnosť v tlaku, výšku tlakovej zóny, stabilitu pozdĺž naklonených úsekov atď.
Základnou hodnotou konštrukcie, ktorá určuje schopnosť vyrovnať sa so skutočným zaťažením, bude moment maximálneho ohybu. Na jeho výpočet sa používajú faktory spoľahlivosti pre materiál a zaťaženie. Určuje sa aj povaha rozloženia poškodenia na priereze konštrukcie s prihliadnutím na stupeň jej elasticity. Ak počiatočný maximálny ohybový moment prekročí proces praskania pozdĺž úseku, výpočet by sa mal vykonať rovnakým spôsobom ako v prípade úseku s trhlinami, bez zohľadnenia potenciálu rozvoja deformácie.
Pri výpočtoch na vystuženie konštrukcií sa používajú aj konštantné hodnoty cieľových materiálov. Moderné usmernenia na spevnenie železobetónových konštrukcií sa spoliehajú najmä na tieto ukazovatele:
- Sila – rozsah od 1000 do 1500 MPa, ale nie menej.
- Modul pružnosti – od 50 do 150 GPa.
- Teplota skleného prechodu (používa sa pre kompozity) – nie menej ako 40 °С.
Rozmerové parametre a montážna konfigurácia sa určujú individuálne vo vzťahu ku konkrétnemudizajny.
Klasifikácia metód vystuženia
Moderné technológie umožňujú využiť rozsiahly zoznam prostriedkov technického spevnenia rôznych konštrukcií prispôsobujúcich sa špecifickým prevádzkovým podmienkam. Na základnej úrovni stojí za to rozdeliť všetky spôsoby spevnenia železobetónových konštrukcií na základe ich fyzického stavu. Rozlišujú sa najmä tekuté, tkané a pevné prvky. V prvom prípade sa spevnenie uskutoční podľa spôsobu opravy vonkajších poškodení. Môže ísť o odstránenie trhlín pomocou pieskovo-cementovej m alty a utesnenie škár lepiacimi stavebnými hmotami. Textilné materiály sa používajú menej často a väčšinou ako stužovacie činidlo, ktoré sa na nalievanú plochu nanáša rovnakými spevňovacími roztokmi.
Pokiaľ ide o pevné látky, sú to konštrukčné časti, ktoré sú nejakým spôsobom integrované alebo navrstvené na poškodenú štruktúru. V tomto prípade možno metódy vystužovania železobetónových konštrukcií rozdeliť podľa typu použitého materiálu (kov, kompozity, kameň) a podľa konfigurácie inštalácie. Najpopulárnejším spôsobom vystuženia pevnými výrobkami je pásové vystuženie, pri ktorom profilované podložky upínajú poškodené miesto. Toto však nie je jediný spôsob použitia takýchto produktov.
Základné metódy spevňovania železobetónových konštrukcií
V závislosti od výsledkov počiatočného prieskumu a na základe rozhodnutia o dizajnemožno použiť nasledujúce metódy vystuženia železobetónových konštrukcií:
- Pokladanie opravnej omietky za účelom obnovenia štruktúry betónového povrchu. Ak existujú otvorené plochy na prechod výstuže, sú tiež utesnené základnými zmesami alebo omietkou.
- Nanášanie betónovej m alty do dutín, trhlín, dutín a iných vnútorných štruktúrnych defektov zistených nedeštruktívnym testovaním.
- Strikovaný betón s betónovou zmesou. Betónová m alta sa nanáša na povrch špeciálnymi pištoľami pri vysokej rýchlosti. Táto mechanika ošetrenia poškodených oblastí umožňuje vytvorenie hustých výstužných vrstiev vysokej pevnosti.
- Posilnenie základov, na ktorých konštrukcia spočíva. Deje sa tak pomocou železobetónových príchytiek, kovových pásov, kotiev a iných pevných prvkov.
- Posilnenie železobetónových stĺpov, trámov a stien inštaláciou zložitých výstužných príchytiek, rámov a tričiek. V takomto zariadení možno použiť prvky výstuže, debnenia a striekaného betónu. Keďže táto metóda zahŕňa vytvorenie pomerne významných dodatočných konštrukcií, odporúčania na spevnenie železobetónových konštrukcií odporúčajú starostlivo vypočítať maximálne zaťaženie stropu. V opačnom prípade bude po určitom čase možné zistiť trhliny už v štruktúre nosných prvkov nižšej úrovne.
- Bodové zvýšenie odolnosti priečnikov, nosníkov, stĺpikov a nosných prvkov s kompozitmi. Na takéto účely slúžia maloformátové, no odolné diely z uhlíkových vlákien, kevlaru, karbónu aatď.
Ako ukazuje prax, najúčinnejším riešením podpory energetického potenciálu železobetónových konštrukcií je práve konštrukčná zmena ich základov. Doplnenie stien a stropov o nosné prvky tretích strán, ako sú vzpery, sa naopak považuje za neefektívne a technologicky neúčelné. Ale opäť, konkrétne rozhodnutia by sa mali robiť na základe komplexného prieskumu a výpočtu.
Vystuženie oceľou a kompozitmi – čo je lepšie?
Základné rozdelenie v mnohých smeroch na spevnenie stavebných konštrukcií je založené na type použitého materiálu. Silové polovodičové tyče a konštrukčné prvky sú najbežnejšími výstužnými armatúrami, ale môžu byť vyrobené na báze tradičných oceľových zliatin as použitím moderných plastov. Čo je lepšie?
Medzi výhody kovu patrí jeho všestrannosť, vysoká pevnosť a prijateľná cena. Mimochodom, vystuženie železobetónových konštrukcií uhlíkovými vláknami so všetkými pozitívnymi technickými a fyzikálnymi vlastnosťami môže stáť o 20-30% viac ako pri použití dokonca vysoko kvalitnej nehrdzavejúcej ocele. Čo odôvodňuje takéto náklady? Napriek tomu kompozity vykazujú neprekonateľnú pevnosť v ťahu, ktorá prevyšuje dokonca aj oceľ. Na rozdiel od betónu sa uhlíkové vlákna vyznačujú vyššou únavovou pevnosťou, čo eliminuje prechodné obnovovacie opatrenia počas dlhodobej prevádzky budovy. Existujú nejaké nevýhody kompozitov okrem vysokej ceny? Existujú nuansy ekologických vlastností, pretože vplast je stále základom materiálu, ale význam vplyvu syntetických prísad je z hľadiska nebezpečenstva pre človeka minimálny.
Záver
Opatrenia na opravu, obnovu a spevnenie železobetónových konštrukcií si spravidla vyžadujú veľa organizačných a finančných nákladov. Je to spôsobené zložitosťou ich dizajnu a technologickými problémami vykonávania inštalačných operácií. Aj drobné kozmetické procedúry sa musia vykonávať v niekoľkých etapách - od odstraňovania problémov s prípravou objektu na prácu až po priame odstránenie poškodenia alebo zvýšenie pevnostných vlastností materiálov. Preto v odporúčaniach pre návrh výstuže železobetónových konštrukcií odborníci poznamenávajú potrebu zvážiť technicky najflexibilnejšie možnosti riešenia problému. Napríklad najjednoduchšia náhrada oceľovej výstuže s priemerom 12 mm tyčou z uhlíkových vlákien s hrúbkou 8 mm s rovnakým účinkom vystuženia minimalizuje až 50 % nákladov na energiu. Ale samozrejme, takáto optimalizácia nie je vždy možná. V každom prípade by mali vystúpiť do popredia zásady zachovania požadovanej pevnosti, pružnosti a tuhosti konštrukcií. Dodržiavanie normatívnych plánov a kvalitných inštalačných schém umožní racionálne vykonať spevnenie, čo najviac odsunie čas na nutnosť dokončenia rekonštrukcie objektu s výmenou železobetónovej konštrukcie.
