Rakentamisessa ja suurteollisuudessa teräsbetonirakenteet ovat usein avainasemassa, ja ne toimivat erilaisten rakennusten runkoina, kattoina ja toiminnallisina alustana. Ne kuljettavat usean tonnin kuormia, jotka toimivat sekä staattisessa että dynaamisessa tilassa. Ajan myötä stressi ei voi muuta kuin vaikuttaa rakenteen tilaan. Tämän seurauksena teräsbetonirakenteiden vahvistaminen on tarpeen tavalla tai toisella. Erityiset menetelmät tällaisten toimintojen suorittamiseksi riippuvat laitoksen käyttöolosuhteista, teknisistä ja fyysisistä parametreista sekä suunnitteluvaatimuksista.
Mitä on teräsbetonirakenteet?
Ensinnäkin kannattaa päättää, mitä teräsbetonirakenne periaatteessa on. Pääomarakentamisessa tämäosa rakenteesta, joka ottaa kasvaneita käyttökuormia. Rakenteen perustan muodostaa betonirakenne, jonka perusraudoituksena käytetään raudoitustankoja. Samalla teräsbetonirakenteiden lujittaminen ja entisöinti voidaan tehdä kokonaisv altaisesti ja osittain. Jos diagnostiikassa havaittiin viallinen alue pinnalla, niin korjaus koskee ensisijaisesti tätä osaa, vaikkakin ensin on selvitettävä tuhoutumissyyt, mikä voi perustella rakenteen muiden osien rekonstruoinnin kannattavuuden.
Mitä vahvistus sinänsä tarkoittaa? Kyseessä on rakentamisen tekninen toimenpide, jonka ansiosta rakennusten ja erityisesti yksittäisten rakenteiden käyttöikä pitenee. Teräsbetonirakenteiden korjaamiseen ja vahvistamiseen on olemassa erilaisia menetelmiä. Kaikki ne sisältävät vaihtelevissa määrin seuraavien tehtävien ratkaisun:
- Solmujen ja rakenteen kantavien komponenttien lujuuden lisääminen lisäämällä uusia elementtejä. Jälkimmäiset voivat olla palkkeja, kammia, ulokeosia, jäykisteitä jne.
- Teräsbetonipohjaan vaikuttavan massan purkaminen tai uudelleenjakaminen. Tällöin vaikutetaan linnoituksen kohdealueelle mekaanisesti vaikuttavien rakenteiden järjestelyyn. Purkaminen vähentää teräsbetonirakenteiden tarvetta.
- Esineen ja sen elementtien peruslujuusominaisuuksien lisääminen korvaamalla.
Kun on tarpeen vahvistaa RC-suunnittelee?
Jo tukirungon pystytysvaiheessa tekniset ratkaisut ja rakennusmateriaalit valitaan tulevaisuuden kuormituksen mukaan pitkäkestoisen toiminnan odotusten mukaisesti. Ajan myötä rakenteen tekninen kunto heikkenee eri tekijöistä johtuen ja sen kriittisiä osia on tuettava. Teräsbetonirakenteiden täysi raudoitus tulee suorittaa seuraavissa tapauksissa:
- Muotoilulujuuden menetys materiaalien ikääntymisen ja väsymisen vuoksi. Tämä pätee erityisesti betonirakenteeseen, joka on alttiina negatiivisille kemiallisille vaikutuksille ja luonnolliselle mekaaniselle rasitukselle.
- Rakentamisen saneeraus, jonka seurauksena kantavien seinien, palkkien, pilarien, ristikon ja konsolien kokoonpano muuttuu. Rakenteellisten kiinnityspisteiden lujittaminen tai massakevennys voi olla tarpeen.
- Kerrosten lukumäärän muuttaminen. Myös pylväiden, kattojen ja seinien paino jakautuu uudelleen, mikä edellyttää rakenteen elementtien tarkistusta ja kantokykyä.
- Maaliikkeet, jotka ovat jo muuttaneet muotoaan tai muuttaneet iskun muotoa perustukseen ja siten rungon kantaviin solmuihin. Myös rakenteiden välisen voimatasapainon palauttaminen vaaditaan.
- Kantavien osien tai yksittäisten elementtien tuhoutuminen tai osittainen vaurioituminen onnettomuuksien, luonnonkatastrofien, maanjäristysten tai ihmisen aiheuttamien katastrofien vuoksi.
- Kun virheitä havaitaan suunnitteluvaiheessa tai havaitaan jo rakennuksen käytön aikana.
Tässä tapauksessa tärkein ja useimmatyleisiä syitä, jotka edellyttävät teräsbetonirakenteiden vahvistamista tavalla tai toisella. Kulumisen tai vaurion erityisluonne tulee selvittää kattavalla selvityksellä, jonka perusteella kehitetään rakenteen vahvistamisprojekti ja valitaan paras tapa toteuttaa se.
Suunnittelun diagnoosi ja vianmääritys
Tekninen tarkastus suoritetaan aikataulun mukaisesti tai ilman aikataulua, jos havaitaan selviä merkkejä rakennuksen tuhoutumisesta. Tätä osaa toiminnasta säätelevät ainetta rikkomattomat testausstandardit GOST 22690 ja 17624 mukaisesti. Selvityksen tuloksiin perustuva arviointi tehdään teräsbetonirakenteiden lujittamista koskevien sääntöjen (SP) mukaisesti. numero 63.13330.
Diagnostiset toimenpiteet alkavat silmämääräisellä tarkastuksella, jonka aikana havaitaan ulkoiset vauriot - viat, sirut, halkeamat jne. Piilotettujen vaurioiden havaitsemiseksi käytetään ainetta rikkomattomia testausmenetelmiä. Tällaiset tehtävät ratkaistaan erikoislaitteiden avulla, esimerkiksi käyttämällä sähkömagneettisia tai ultraäänivirheilmaisimia. Erityisesti geotutka- ja kaikupulssimenetelmillä toimivia ultraäänilaitteita käytetään useammin teräsbetonin vianmäärityksessä. Tarkastuksen aikana aukkoja, aggressiivisia komponentteja rakenteessa, raudoitustankojen tuhoutumista, korroosion jälkiä jne.
Saadun tiedon perusteella kehitetään lisästrategia vaurioiden poistamiseksi, korjaamiseksi, palauttamiseksi taikuormien uudelleenjako. Samassa vaiheessa defektologit voivat antaa suosituksia teräsbetonirakenteiden vahvistamisesta ottaen huomioon vaurioiden erityispiirteet, jotka voidaan korjata vain ainetta rikkomattomilla testaustyökaluilla. Tärkeä rooli määritettäessä, kuinka rakennetta vahvistetaan, ovat erityiset tekniset ja fysikaaliset parametrit, joilla rakennetta käytetään.
Hanki tekniset tiedot
Vahvisteiden parametrit voivat vaihdella lisävoiman käytön konfiguraatiosta ja rakenteen tukemista koskevista erityisvaatimuksista riippuen. Yleisimmät ominaisuudet ovat tuen kimmomoduuli ja vetolujuus. Näin ollen teräsbetonirakenteiden optimaalinen vahvistaminen komposiittimateriaaleilla tarjoaa keskimäärin joustavuuden alueella 70 000-640 000 MPa ja vetolujuusindikaattorit - 1500 - 5000 MPa. Tietenkään kaikissa tapauksissa ei ole välttämätöntä pyrkiä maksimaaliseen suorituskykyyn. Tuki- ja raudoituselementtien tietyn tehopotentiaalin valinta riippuu teräsbetonirakenteen nykyisestä tilasta.
Mittaparametrit riippuvat vahvistuskaaviosta, joka on laadittu suunnitteluratkaisun perusteella. Esimerkiksi teräsbetonilaatan fragmentaarinen raudoitus voidaan suorittaa lisätuella 300 mm paksulle monoliittiselle palkittomalle moduulille. Vahvistuspilarien keskimääräinen poikkileikkaus on yleensä 400x400 mm, ja ne sijoitetaan lattian alle 5-7,5 m:n välein.määräytyy lattioiden ja kantavien seinien jännitysvenymätilan mukaan.
Monimutkaisessa muodossa, esimerkiksi teräsbetonirakenteiden raudoituksella hiilikuidulla, voi olla seuraavat tekniset ominaisuudet:
- Elementin paksuus on 0,3 mm.
- Leveys - 300 mm.
- Paino - 500 g/m2.
- Elastisuusmoduuli – 230000 N/mm2.
- Tiheys – 1,7 g/cm3.
- Vetolujuus - 4000 N/mm2.
- Rakenteen leikkauslujuus - 7 N/mm2.
- Materiaalin puristuslujuus - 70 N/mm2.
- Deformaatio rakenteen murtuessa – 1,6%.
- Komposiittikuidun tarttuvuus betonirakenteeseen - 4 N/mm2.
- Youngin moduuli - 400 N/mm2.
Nykyaikaisten komposiittimateriaalien käytön erityisyys johtuu siitä, että liimakoostumuksella on merkittävä rooli niiden kanssa tehtävässä kokoonpanossa. Usein se toimii itsenäisenä tiivistys- ja palautuskeinona betonirakenteen vahvistamiseksi. Esimerkiksi epoksiyhdisteet voivat hyvin suorittaa teknisten saumojen ja liitosten tiivistämistoiminnot.
Säännöt
Asennustöitä laskettaessa, suunniteltaessa ja suoritettaessa tulee noudattaa useita GOST-standardeja, joita ovat 31937, 22690 ja 28570. Nämä asiakirjat säätelevät vaihtelevassa määrin rakennusten ja rakenteiden kunnossapitoa ja jälleenrakennusta. On myös tarpeen ottaa huomioon asiakirjan SP 63.13330 standardit, joka antaa erityisiä ohjeitakorjaus- ja entisöintitoimenpiteiden järjestäminen ja toteuttaminen, mukaan lukien teräsbetonirakenteiden vahvistaminen komposiittimateriaaleilla. SP 164.1325800 auttaa myös muiden muovi- ja lasikuitumateriaalien käytössä vahvistamiseen. Yleiset säännöt, joihin kannattaa kiinnittää huomiota, ovat seuraavat:
- Ruvitusprojektin kehittäminen tulee tehdä vain rakenteiden kenttätutkimuksen tietojen perusteella.
- Materiaaleja ja asennustöiden kokoonpanoa laskettaessa tulee olla valmiita tiedot kohteen koosta, sen kunnosta, raudoitusmenetelmistä, betonin lujuudesta jne.
- Tutkimuksen jälkeen tehdään perustavanlaatuinen päätös rakenteen hyväksyttävyydestä korjattavaksi jatkokäyttöön.
- Vahvistustoimenpiteet tulee suorittaa siten, että komposiittikuidut tai metallitangot tarjoavat sauman kuormitusta betonirakenteen kanssa.
- Ei saa vahvistaa rakenteita, joissa on korroosiovauriotaskuja.
- Projektia valmisteltaessa on myös tärkeää laskea tarve tarjota materiaalille lisäsuojaominaisuuksia, esimerkiksi sisällyttää rakenteeseen tulenkestäviä tai kosteutta kestäviä pinnoitteita.
Betonin vahvistusedut
Rakennusrakenteiden korjausta ja entisöintiä koskevien sääntöjen lisäksi olisi hyödyllistä valmistella aluksi pohja metodologisista materiaaleista, jotka auttavatratkaista tehtävät käytännössä. Tähän mennessä on olemassa monia visuaalisia ohjeita, jotka kuvaavat askel askeleelta ja visuaalisesti tekniikoita tiettyjen menetelmien soveltamiseksi tiettyjen rakenteiden jälleenrakentamiseen. Esimerkiksi LLC "Interaqua" ja "NIIZHB" tarjoavat kattavan oppaan teräsbetonirakenteiden vahvistamiseen komposiittimateriaaleilla, jotka perustuvat sääntöihin SP 52-101-2003. Materiaalissa kuvataan rakenneratkaisujen valinta, seinien ja kattojen lujittamisen laskentaperiaatteet sekä hiiliosien käytön teknologiset menetelmät.
Jos puhumme teollisuuslaitoksista, voidaan käyttää erittäin erikoistuneita käsikirjoja, jotka keskittyvät myös rakenteiden erityisiin käyttöolosuhteisiin. Erityisesti Far East PromstroyNIIproject LLC tarjoaa ohjeita 1.400.1-18-sarjan teräsbetonirakenteiden vahvistamiseen. Tämä materiaali korostaa kantavien seinien ja kattojen vahvistamisen vivahteita teollisuusrakennusten rakenteessa.
Rakenteen vahvistamisprojektin kehittäminen
Tämän vaiheen päätehtävänä on tarjota erityinen tekninen ratkaisu kohdeobjektin rakenteen vahvistamisen toteuttamiseen. Kehitysprosessin aikana asiantuntijoita ohjaavat tiedot rakennusmateriaalien ominaisuuksista, niiden geometrisista parametreista, käyttöolosuhteista ja olemassa olevista vaurioista. Tällä hetkellä teräsbetonirakenteiden vahvistamiseen on kehitetty seuraavat suunnitteluperiaatteet:
- Osien yhteenliittäminen. Yleinen rakentamisen aikana tapahtuva virhe on työmaan huomioimineneristetyssä muodossa. Toisin sanoen esimerkiksi kantava seinä lasketaan siihen kohdistuvien suorien kuormitusten perusteella keskittymättä lähellä oleviin vaikuttaviin tekijöihin. Itse asiassa laadukas ja kestävä järjestelmä voidaan suunnitella vain ottamalla kattavasti huomioon kaikki toimintatekijät.
- Optimointi. Rakenteiden vahvistamisen tehtävät voidaan ratkaista monin eri tavoin, ja lähes joka tapauksessa löytyy ratkaisu, joka mahdollistaa laitoksen pitkän käyttöiän. Mutta samaan aikaan on toivottavaa pyrkiä minimoimaan työn määrä, apukannattimien massa ja rationalisoimaan kulutustarvikkeiden käyttöä. Mitä pienempi puuttuminen rakenteen rakenteeseen on, sitä suurempi on sen luotettavuus. Muuten, nykyaikaiset tekniikat teräsbetonirakenteiden vahvistamiseksi komposiittimateriaaleilla, jotka ovat kooltaan ja painoltaan pienempiä kuin metalliset vastineet, mahdollistavat vain vieraiden elementtien määrän minimoimisen.
- Talouden rationalisointi. Vaikka vahvistushankkeen toteuttamisessa on mahdollista käyttää suuriakin taloudellisia resursseja, on tärkeää ottaa huomioon, että monimutkaiset ja massiiviset tekniset ratkaisut vaativat aina korkeita kustannuksia jo rakennuksen toiminnan aikana kunnossapidossa.
- Vaatineiden vaatimusten noudattaminen. Jokaisessa suunnitteluvaiheessa tulee ottaa huomioon sekä yleiset normisäännöt että teknisen ja rakenteellisen laitteen erityisvaatimukset kohderakennuksen suhteen.
Teräsbetonirakenteiden raudoituksen laskentasäännöt
Rakenteiden tekninen laskenta on suunnittelutyön perusta, jonka aikana todelliset kuormitukset korreloidaan raudoitusmateriaalien tehopotentiaaliin. Monimutkaisen laskennan lähtötiedot on otettu suunnittelukaaviosta, sen mitoista, vaikuttavista kuormista ja vaurioiden luonteesta. Erilliset artikkelit teräsbetonirakenteiden vahvistamiseen tarkoitettujen materiaalien arvioinnissa ovat laskettuja indikaattoreita puristuslujuudelle, puristusvyöhykkeen korkeudelle, stabiiliudelle k altevilla osilla jne.
Suunnittelun perusarvo, joka määrittää kyvyn kestää todellisia kuormituksia, on maksimitaivutuksen hetki. Sen laskennassa käytetään materiaalin ja kuormituksen luotettavuuskertoimia. Myös vaurion jakautumisen luonne rakenteen poikkileikkaukselle määritetään ottaen huomioon sen joustoaste. Jos alkuperäinen suurin taivutusmomentti ylittää halkeiluprosessin poikkileikkauksella, laskenta on suoritettava samalla tavalla kuin halkeamia sisältävässä osassa, ottamatta huomioon mahdollisia muodonmuutosten kehittymistä.
Kohdemateriaalien vakioarvoja käytetään myös laskelmissa rakenteiden lujittamiseksi. Nykyaikaiset ohjeet erityisesti teräsbetonirakenteiden vahvistamiseen perustuvat seuraaviin indikaattoreihin:
- Lujuus – vaihteluväli 1000–1500 MPa, mutta ei vähemmän.
- Elastisuusmoduuli - 50 - 150 GPa.
- Lasittumislämpötila (käytetään komposiiteille) - vähintään 40 °С.
Mittaparametrit ja asennuskokoonpano määritetään yksilöllisesti suhteessa tiettyynmallit.
Vahvistusmenetelmien luokitus
Nykyaikaiset tekniikat mahdollistavat laajan valikoiman keinoja erilaisten rakenteiden tekniseen vahvistamiseen sopeutumalla tiettyihin käyttöolosuhteisiin. Perustasolla kannattaa jakaa kaikki tavat vahvistaa teräsbetonirakenteita niiden fyysisen kunnon perusteella. Erityisesti voidaan erottaa nestemäiset, kudotut ja kiinteät elementit. Ensimmäisessä tapauksessa vahvistaminen suoritetaan ulkoisten vaurioiden korjaamismenetelmän mukaisesti. Tämä voi olla halkeamien poistaminen hiekka-sementtilaastilla ja saumojen tiivistäminen liimalla rakennusaineilla. Kangasmateriaaleja käytetään harvemmin ja enimmäkseen lujiteaineena, joka levitetään valualueelle samoilla lujitusliuoksilla.
Kiinteät aineet ovat rakenteellisia osia, jotka on jotenkin integroitu tai asetettu vaurioituneen rakenteen päälle. Tässä tapauksessa teräsbetonirakenteiden vahvistamismenetelmät voidaan jakaa sekä käytetyn materiaalin tyypin (metalli, komposiitit, kivi) että asennuskokoonpanon mukaan. Suosituin tapa vahvistaa kiinteitä tuotteita on hihnavahvistus, jossa profiloidut pehmusteet puristavat vaurioituneen alueen. Mutta tämä ei ole ainoa tapa käyttää tällaisia tuotteita.
Teräsbetonirakenteiden vahvistamisen perusmenetelmät
Alkututkimuksen tuloksista ja suunnittelupäätöksestä riippuenseuraavia teräsbetonirakenteiden lujittamiseen voidaan käyttää:
- Korjausrappaus betonipinnan rakenteen palauttamiseksi. Jos raudoituksen läpikulkua varten on avoimia alueita, ne tiivistetään myös pohjamaaleilla tai rappauksella.
- Betonilaastin lisääminen onteloihin, halkeamiin, onteloihin ja muihin sisäisiin rakenteellisiin virheisiin, jotka on havaittu ainetta rikkomattomalla testauksella.
- Shotcrete betoniseoksella. Betonilaasti levitetään pinnalle erikoispistooleilla suurella nopeudella. Tämä vaurioituneiden alueiden käsittelymekaniikka mahdollistaa tiheiden ja lujasti lujitettavien kerrosten muodostuksen.
- Rakenteen perustan vahvistaminen. Tämä tehdään teräsbetonipidikkeiden, metallihihnojen, ankkurisiteiden ja muiden kiinteiden elementtien avulla.
- Teräsbetonipilarien, -palkkien ja -seinien vahvistaminen monimutkaisten vahvistusklipsien, kehyksien ja paitojen asennuksella. Tällaisessa laitteessa voidaan käyttää raudoitus-, muotti- ja ruiskubetonielementtejä. Koska tämä menetelmä edellyttää melko merkittävien lisärakenteiden luomista, teräsbetonirakenteiden vahvistamista koskevat suositukset suosittelevat kattoon kohdistuvan enimmäiskuorman huolellista laskemista. Muuten jonkin ajan kuluttua on mahdollista havaita halkeamia jo alemman tason kantavien elementtien rakenteessa.
- Komposiiteilla käytettävien poikkipalkkien, palkkien, pylväiden ja tukielementtien kestävyyden lisääntyminen. Tällaisiin tarkoituksiin pienimuotoisia, mutta kestäviä osia, jotka on valmistettu hiilikuidusta, Kevlarista, hiilestä jajne.
Kuten käytäntö osoittaa, tehokkain ratkaisu teräsbetonirakenteiden tehopotentiaalin tukemiseen on juuri niiden perustan rakennemuutos. Seinien ja kattojen lisäämistä kolmansien osapuolien tukielementeillä, kuten tukijaloilla, päinvastoin pidetään tehottomana ja teknisesti epätarkoituksenmukaisena. Mutta jälleen kerran, tarkat päätökset tulisi tehdä kattavan selvityksen ja laskelman perusteella.
Vahvistus teräksellä ja komposiiteilla – kumpi on parempi?
Perusjako rakennusrakenteiden vahvistamisessa on monella tapaa käytetyn materiaalin tyyppi. Vahvistushelat ovat yleisimpiä voimavartalotangot ja rakenneosat, mutta ne voidaan valmistaa perinteisistä terässeosista ja nykyaikaisista muoveista. Kumpi on parempi?
Metallin etuja ovat sen monipuolisuus, korkea lujuus ja edullinen hinta. Muuten, teräsbetonirakenteiden vahvistaminen hiilikuidulla, kaikilla positiivisilla teknisillä ja fyysisillä ominaisuuksilla, voi maksaa 20-30% enemmän kuin jopa korkealaatuisen ruostumattoman teräksen käyttö. Mikä oikeuttaa tällaiset kustannukset? Silti komposiiteilla on vertaansa vailla oleva vetolujuus, joka ylittää jopa teräksen. Lisäksi hiilikuidulle, toisin kuin betonille, on ominaista korkeampi väsymislujuusresurssi, mikä eliminoi välikunnostustoimenpiteet rakennuksen pitkäaikaisen käytön aikana. Onko komposiiteissa muita huonoja puolia korkean hinnan lisäksi? Ekologisissa ominaisuuksissa on vivahteita, koska vuonnamuovi on edelleen materiaalin perusta, mutta synteettisten lisäaineiden vaikutuksen merkitys ihmisille vaaralliseksi on minimaalinen.
Johtopäätös
Teräsbetonirakenteiden korjaus-, entisöinti- ja vahvistamistoimenpiteet vaativat pääsääntöisesti paljon organisatorisia ja taloudellisia kustannuksia. Tämä johtuu niiden suunnittelun monimutkaisuudesta ja asennustoimenpiteiden suorittamisen teknologisista ongelmista. Pienetkin kosmeettiset toimenpiteet on suoritettava useissa vaiheissa - vianetsinnästä esineen valmistelussa työhön vaurioiden välittömään poistamiseen tai materiaalien lujuusominaisuuksien parantamiseen. Siksi teräsbetonirakenteiden raudoituksen suunnittelua koskevissa suosituksissa asiantuntijat huomauttavat, että on harkittava teknisesti joustavimpia vaihtoehtoja ongelman ratkaisemiseksi. Esimerkiksi halkaisij altaan 12 mm:n teräsraudoituksen yksinkertaisin korvaaminen 8 mm paksulla hiilikuitutankolla, jolla on sama vahvistusvaikutus, minimoi jopa 50 % tehokustannuksista. Mutta tietenkään tällainen optimointi ei ole aina mahdollista. Joka tapauksessa rakenteiden vaaditun lujuuden, kimmoisuuden ja jäykkyyden säilyttämisen periaatteet tulee nousta etusijalle. Normatiivisten suunnitelmien ja laadukkaiden asennussuunnitelmien noudattaminen mahdollistaa lujittamisen järkevän suorittamisen, lykkäämällä mahdollisimman pitkälle aikaa, jolloin rakennuksen jälleenrakennus on saatava päätökseen teräsbetonirakenteen vaihdolla.
