Усиление ферм предварительно напряжёнными гибкими элементами

Усиление растянутых железобетонных элементов рекомендуется проводить металлическими затяжками. Наиболее эффективны предварительно напряженные затяжки (рис.2). Предварительное напряжение затяжек можно создавать механическим, термомеханическим и электротермическим способами. Выбор того или иного способа определяется условиями производства работ и наличием необходимого оборудования.

Рис. 2. Усиление поясов ферм

1 – усиливаемая ферма; 2 – плиты покрытия; 3 – металлическая обойма; 4 – предварительно напряженные затяжки; 5 – анкерное устройство на опорном узле; 6 – ребро жесткости; 7 – хомут для фиксации затяжек; 8 – фиксатор.

Продольные затяжки в виде арматурных стержней или прокатных профилей располагают вдоль растянутой грани ферм (балок) и закрепляют на торцах. Под воздействием внешней нагрузки балка прогибается, а ее опорные сечения (торцы) поворачиваются (рис. 3). При повороте торцы увлекают за собой затяжку, удлиняют ее и вызывают в ней растягивающее усилие, которое, в свою очередь, действует на балку в виде сжимающей силы Р. От этой силы в балке возникает разгружающий момент Мp=-Ре, где е — расстояние от силы Р до центра тяжести сечения. В отличие от усиления шпренгелем, поперечные силы здесь не уменьшаются и разгружение опорных участков (наклонных сечений) не происходит.

Чем больше снято нагрузки с балки до начала усиления, тем больше последующие углы поворота торцов, тем больше и усилие Р. Разумеется, при этом требуется заранее устранить (выбрать) начальную слабину затяжки. Но даже и при условии полного предварительного снятия нагрузки напряжения в затяжке достигнут небольшой величины — как правило, не более 100 МПа. Ведь она работает как внешняя арматура без сцепления с бетоном, у которой растягивающие напряжения по длине постоянны, в то время как рабочая арматура балки в опасных сечениях испытывает куда более высокие напряжения. Поэтому в затяжках создают предварительное напряжение, которое позволяет значительно увеличить силу обжатия Р и, соответственно, увеличить разгружающий момент Mp.

Расчет затяжек можно выполнять приближенно. Из требуемой величины разгружающего момента Mp находят величину Р, а далее из выражения Р = [(100ΔMm/Mtot) + σsp] Assγss £ 0,8RsAss. находят требуемую площадь сечения Ass стержней затяжки, задавшись величиной их предварительного напряжения σsp. Здесь ΔMm и Мtot — величины соответственно дополнительного изгибающего момента, возникающего от прикладываемой после усиления нагрузки, и изгибающего момента от полной нагрузки (без учета Mp), γss=0,85 — коэффициент, учитывающий потери напряжений. Размерность в формуле приведена в Н и мм, при размерности в кг и см коэффициент 100 заменяется на 1 000.

Рис. 3. Усиление поясов ферм

1. усиливаемая ферма (балка);

2. затяжка.

Усилие предварительного натяжения создают взаимным сближением (стягиванием) ветвей затяжки с помощью стяжных болтов на величину а, по которой контролируют и величину самого усилия N.