Issuu on Google+

Молодежный инновационный форум Приволжского федерального округа Конкурс научно-технического творчества молодежи (НТТМ) Интернет-сайт: http://ify.ulstu.ru. Ульяновск, 2011 год УДК.624.012:69.059.3

Совершенствование способов усиления железобетонных конструкций и методов их расчета Тольяттинский государственный университет Поднебесов Павел Геннадьевич, студент Научный руководитель: к.т.н., доцент Теряник Владимир Васильевич Цель и задачи научной работы. Целью конкурсной работы является разработка рекомендаций по усилению сжатых железобетонных колонн для внесения изменений в существующие нормы проектирования (СНиП, СП), совершенствование способов усиления и методов расчета сжатых железобетонных колонн, а также внедрение в практику строительства. Актуальность работы. Современное состояние исследований в данной области науки. В процессе эксплуатации внецентренно сжатые колонны испытывают на себе влияние различных факторов:  Химических;  Механических;  Дефекты при проектировании, изготовлении и монтаже.  Основными причинами, вызывающими необходимость усиления железобетонных колонн являются:  Ошибки при проектировании, изготовлении и монтаже:  Уменьшение сечения колонны на 25-30% вследствие коррозии арматуры;  Увеличение эксплуатационных нагрузок: увеличение грузоподъемности крана, смена конструкции покрытия, изменение вида утеплителя;  Появление дефектов, вызванных механическим воздействием на конструкции. Новизной проекта является применение нового композиционного материала – фибробетон при усилении сжатых железобетонных колонн обоймами. Фибробетоном называют бетон, армированный хаотически расположенными в нем стальными волокнами – фибрами (диаметр составляет 0,2 - 1,0 мм, длина волновой фибры 12 - 20 мм, высота гофры 2,0 - 2,5 мм, длина – 8,0 - 10,0 мм). Каждая фибра играет роль стержневой арматуры в железобетоне. По своим свойствам фибробетон значительно отличается от привычного бетона. Прочность фибробетона на растяжение при изгибе возрастает в 2-3 раза, трещинностойкость – в 1,5 – 2 раза. За счет улучшения приведенных выше свойств долговечность фибробетонных конструкций возрастает в 2-3 раза по сравнению с обычными – железобетонными.


Молодежный инновационный форум Приволжского федерального округа Конкурс научно-технического творчества молодежи (НТТМ) Интернет-сайт: http://ify.ulstu.ru. Ульяновск, 2011 год Применение конструкций из фибробетона имеет следующие существенные отличия (принимаем характеристики обычного бетона за 100%):  повышается износостойкость (200%);  ударная вязкость (1000%);  предел прочности на растяжение при скалывании (150%);  прочность на сжатие (140%). Преимущества:  снижение трудоѐмкости при усилении конструкции;  возможность многократного использования опалубки при выполнении усиления колонн;  конструкция позволяет уменьшить сварочные работы, по сравнению с аналогами;  улучшенные свойства фибробетона по сравнению с другими видами бетонов. Использованные методы исследования. Использование опыта ведущих специалистов, научноисследовательских и проектных организаций в области реконструкции зданий и сооружений в различных условиях эксплуатации. Изучение априорных источников, анализ существующих конструктивных решений железобетонных обойм реконструируемых зданий. Основные результаты научной работы, их анализ и обобщение. При усилении сжатых железобетонных элементов обоймами происходит значительное увеличение несущей способности за счѐт «эффекта обоймы». Поперечное армирование обойм приводит к повышению деформативности. Известны по этой проблеме исследования В.Т. Гроздова [1], В.В. Теряника [2], А.О. Борисова [3], А.Е. Ткаченко [4]. С появлением новых материалов (фибробетон) исследований «эффекта обоймы» и новых конструктивных решений обойм в настоящее время недостаточно. Объѐмы реконструируемых зданий в г. Тольятти значительны, что повышает значение проблемы усиления сжатых элементов. Из [1,2,3,4] известно, что неусиленные опытные образцы колонн при действии динамической нагрузки разрушались в средней части с разлѐтом кусков бетона и изгибом продольных стержней. Колонны, усиленные обоймами при действии динамической нагрузки разрушались по обойме. В сжатой зоне вдоль обоймы происходил откол бетона. Таким образом, значительное увеличение несущей способности происходит за счет эффекта обоймы. Исходя из экспериментальных исследований на кафедре «Промышленное и гражданское строительство» ТГУ были разработаны новые конструктивные решения железобетонных обойм при усилении опорных частей железобетонных колонн в условиях увеличения эксплуатационных нагрузок. Новизна технических решений подтверждена патентами. «Наружная усиливающая конструкция колонны» Теряник В.В. (RU), Поднебесов П.Г. (RU). Патент России №92444 от 07.09.2009 года;


Молодежный инновационный форум Приволжского федерального округа Конкурс научно-технического творчества молодежи (НТТМ) Интернет-сайт: http://ify.ulstu.ru. Ульяновск, 2011 год Усиление колонн, имеющих повреждение, производится на участок, имеющий повреждение (рис.1). Железобетонную колонну заключают в Uобразную металлическую обойму. Герметично соединяют две половины сечения в единое целое при помощи фланцев, которые стягиваются болтами и заполняют полости между металлической обоймой и колонной фибробетоном.

Рис. 1. Наружная усиливающая конструкция колонны: 1- плита перекрытия; 2 – металлические лотки;3- усиливаемая колонна; 4 - фланцы; 5 – болты; 6 – фибробетон.

«Наружная усиливающая конструкция колонны» Теряник В.В. (RU), Поднебесов П.Г. (RU), заявка № 2010153624 от 27.12.2010 г. Конструктивное решение (рис.1) было усовершенствовано путем устройства арматурного каркаса из продольной и поперечной арматуры (рис.2). Полости между колонной и обоймой также заполняются фибробетоном. Усиление арматурным каркасом позволяет существенно увеличить несущую способность железобетонной колонны. По данной заявке получено положительное решение на выдачу патента на полезную модель.

Рис. 2. Наружная усиливающая конструкция колонны: 1- плита перекрытия; 2 – металлические лотки; 3 – усиливаемая колонна; 4 – фланцы; 5 – болты; 6 – фибробетон; 7 – продольная арматура; 8 – поперечная арматура.


Молодежный инновационный форум Приволжского федерального округа Конкурс научно-технического творчества молодежи (НТТМ) Интернет-сайт: http://ify.ulstu.ru. Ульяновск, 2011 год Области возможного применения результатов работы: 1. Городское строительство и хозяйство; 2. Реконструкция зданий и сооружений; 3. Новое строительство. Список литературы 1. В.Т. Гроздов. Усиление строительных конструкций.- СПб.: ВИТУ, 1997.-264с. 2. В.В. Теряник. Прочность, устойчивость и деформативность железобетонных колонн, усиление обоймами. Южно-уральское книжное издательство. Челябинск, 2004г.; 3. В.В. Теряник, А.О.Борисов. Усиление сжатых железобетонных колонн обоймами. Жилищное строительство, 2010. - №2.-С.24-25; 4. А.Е. Ткаченко. Экспериментальные исследования усиленных сжатых железобетонных элементов // Дефекты зданий и сооружений. Усиление строительных конструкций: Тезисы докл. IV научно-практической конференции. – СПб.: ВИТУ, 2000. С.71-76. 5. В.В Теряник, П.Г. Поднебесов. Новые способы усиления сжатых элементов железобетонных конструкций. Вестник РУДН. М., 2010. №2. – С. 36-39; 6. В.В. Теряник, П.Г. Поднебесов. Способы усиления железобетонных колонн. Казанская наука №10. Казань, 2010г.-С.68-69.


/Podnebesov_PG