Усиление и ремонт строительных конструкций при реконструкции здания

    

Рис. 2.1.1 Балка БМ4 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рис. 2.1.2

    В результате проведенного обследования были определены следующие исходные данные для расчета: класс стали С245, двухсторонняя коррозия выявлена и равна 0,8 мм.

    Нагрузка, действующая на балку и определенная в ходе обследования, определяется по формуле: 

    где – постоянная расчетная нагрузка от конструкций перекрытия и пола, определяемая по формуле:

    ,

    где - расчетная нагрузка от собственного веса железобетонной пустотной плиты перекрытия. кН/м²;

     - расчетная нагрузка от собственного веса пола, приведенная в задании на курсовую работу. кПа;

     - расчетная  временная нагрузка на перекрытие, приведенная в задании на курсовую  работу. кПа.

      кН/м²;

      кН/м.

    По  величине нагрузки кН/м², действующей в момент обследования, определяем номер профиля двутавровой балки по [1, прил.3, табл.п.3.1]. Принимаем двутавр № 20К2. 

2.  Определение геометрических характеристик сечения стальной балки с учетом коррозионных повреждений.

 

h=198мм;      A=59,70 см²

 в=200мм;      I_Х=4422 см⁴

 d=7,0 мм;      W_Х=447 см³

 t=11,5мм;       S_Х=247 см³

Масса1м  m=46,9кг 
 
 

    Учет  влияния коррозионных повреждений  производим уменьшением площади  поперечного сечения. При равномерном  коррозионном износе балки геометрические характеристики сечения определяем по формулам:

1. Расчетная приведенная площадь поперечного сечения балки равна:

    ,

    где - площадь поперечного сечения балки по сортаменту. см²;

     - коэффициент слитности сечения для двутавра, равный отношению периметра, контактирующего со средой, к площади поперечного сечения балки, определяемый по формуле:

    ;

     - величина проникновения  коррозии, определяемая  по формуле:

    ;

     см;

    ;

      см².

2. Расчетный момент сопротивления определяется по формуле:

    ,

    где - момент сопротивления балки по сортаменту. см³;

     - коэффициент изменения  момента сопротивления  вследствие коррозионного износа, определяемый в зависимости от вида прокатного профиля по [1, табл.3.1]. Для двутавра № 20К2 .

      см³.

3. Момент инерции поперечного сечения балки с учетом коррозии равен:

    ,

    где - высота сечения балки с учетом коррозии. мм.

     cм⁴=38,25*10⁶  мм⁴

4. Статический момент полусечения балки с учетом коррозии равен:

    ,

    ^мм3 

3. Определение нагрузок на стальную балку перекрытия.

 

    Определения нормативных и расчетных нагрузок проводим в табличной форме (табл. 2.3.1) по принятому конструктивному решению стальной балки (рис. 2.1).

    Таблица 2.3.1

    Определение нагрузок на стальную балку перекрытия

 

    Нагрузку  от собственного веса балки определяем по формуле:

    ,

    где - масса 1 м балки. кг;

      кН/м². 

4. Определение расчетных усилий, возникающих в  стальной балке.

 

    

 

рис. 2.4.1 Расчетная схема балки БМ/4

        Определение расчетных нагрузок, действующих в момент проведения  усиления:

        , 

    = кН*м.

Определение полных расчетных нагрузок:

    ; ,

    где – расчетное значение постоянных и временных нагрузок, приведенное к погонному метру умножением значения (см. табл.2.3.1) на ширину грузовой площади . кН/м.

     - расчетная длина балки. мм.

  кН; кН*м.

5. Определение расчетных характеристик стали балки.

 

     

    Таблица 2.5.1

    Расчетные характеристики стали*

    *Расчетные характеристики стали определяем по [2, прил.1, табл.51*]. Расчетное сопротивление стали сдвигу [2, табл.1]. – коэффициент надежности по материалу. [2, табл.2].

      МПа 

6. Определение остаточной несущей способности  стальной балки и необходимости проведения усилений.

 
 

                                                                                                

                                                                                                
 
 

    

Рис. 2.6.1 Эпюра напряжений балки БМ/4 

1. Проверка  несущей способности по нормальным напряжениям:

 

;

 МПа – условие не выполняется

2. Проверка несущей способности по касательным напряжениям:

 

;

 МПа –  условие выполняется.

    Исходя  из результатов поверочных расчетов делаем вывод, что несущая способность по нормальным напряжениям не обеспечена. Требуется провести усилие в пролете.

    Проверяем возможность усиления балки с  применением сварки с удалением на время проведения работ по усилению всех нагрузок, за исключением нагрузки от ж/б плиты перекрытия и собственного веса балки, т.е. от момента Мd: 

    МПаМПа-усилие выполняется, следовательно, можно проводить усиление балки при помощи сварки. 

7. Определение длины элементов  усиления для восприятия максимальных нормальных напряжений.

 

    Т.к. эпюра изгибающих моментов имеет  форму параболы с максимальным изгибающим моментом в середине пролета, элементы усиления можно не доводить до опор. Определим расстоянии x от опоры до точки теоретического начала элементов усиления. Несущая способность неусиленной балки перекрытия с учетом коррозионных повреждений равна:

    * 

    Изгибающий  момент в балке от действия равномерно распределенной нагрузки на расстоянии от опоры равен: 

    Приравнивая можно из полученного квадратного уравнения определить : 

    Решив квадратное уравнение, получим значение м.

     м. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

8. Порядок производства работ  при усиление балки  БМ4.

 

     Для усиления применим швеллер Ш22. Присоединение элементов усиления к балке осуществляется при помощи сварки, электродами Э46А. Катет шва назначаем согласно (8, п. 12.8) k_f=6 мм. Расчетное сопротивление металла шва R_w=180 МПа.

     Так как усиляемая конструкция воспринимает только статические нагрузки, следовательно, можно использовать прерывистые (шпоночные) сварные швы.

     

    Рис. 2.8.1. Уселение металлической балки  БМ4: 1- усиливаемая балка,

    2- элемент усиления, 3- сварные швы, 4- пустотная плита перекрытия,

    5- конструкция пола, 6- несущие кирпичные стены. 
 
 
 
 
 
 
 

    Рис. 2.8.2. Разрез 1-1: 1- усиливаемая балка, 2- элемент усиления,

     3- сварные швы, 4- пустотная плита перекрытия, 5- конструкция пола,

    6- несущие кирпичные стены. 

     Порядок производства работ:

     1. Перед началом работ по усилению с перекрытия должны быть удалены кратковременные нагрузки.

     2. Усиляемая балка должна быть  очищена от продуктов коррозии  механическим или ручным способом.

     3. Элементы усиления подготовить  в соответствии с размерами,  приведенными в проекте.

     4. Перед проведением приварки швеллера  к поясу балки необходимо элемент  усиления присоединить по всей  длине к балке при помощи  струбцин.

     5. Привариваем стальной швеллер  к нижнему поясу балки.

     6. Сварку производить, начиная с  концевых участков шпоночных  швов, а потом наложить промежуточные  швы.

     7. После выполнения сварочных работ  провести зачистку швов и нанести лакокрасочное покрытие.