Альбомы содержат технические решения по усилению полимерными композитами несущих конструкций зданий и сооружений различного назначения. Приведенные в Альбомах технические решения предлагают проектировщику оптимальные схемы армирования при выборе вариантов усиления несущих строительных конструкций с использованием системы внешнего армирования из углеродных волокон CarbonWrap®.
Технические решения, приведенные в альбомах, не заменяют обязательных конструктивных требований, изложенных в СП 63.13330.2012, СП 164.1325800.2014 и СТО 38276489.001-2017.
АТР №1 — Усиление железобетонных конструкций
АТР №2 — Усиление каменных конструкций
АТР №3 по Сейсмоусилению зданий с жб конструкциями
АТР №4 по Сейсмоусилению каменных конструкций
АТР №5 Усиление металлических конструкций (силосы,цистерны,емкости, трубы)
Примеры решений по усилению железобетонных конструкций
ТТК на внешнее армирование железобетонных конструкций композитными материалами на основе углепластиковых ламелей
ТТК на внешнее армирование железобетонных конструкций композитными материалами на основе углеродных лент
ТТК на внешнее армирование железобетонных конструкций композитными материалами на основе углеродных сеток
Область применения материалов
Наиболее близким по области и условиям применения к усилению композиционными материалами является широко и успешно применяемое уже более 50-ти лет усиление железобетонных конструкций стальными пластинами, подробно изложенные в «Руководстве по усилению железобетонных мостов методом наклейки поверхностной арматуры». Министерство автомобильных дрог РСФСР Москва 1987 год.
В свою очередь, важнейшей задачей в строительстве является снижение энергоемкости, трудоемкости, материалоемкости изготовления изделий и конструкций, повышение их качества, надежности. Благодаря совершенствованию и развитию технологии получения углеродных волокон из ПАН-прекурсора, стало доступно применение в практике усиления строительных конструкций использование композиционных материалов. Объективным достоинством полимерных композитных материалов, является возможность придавать с их помощью строительным конструкциям характеристики, наиболее полно отвечающими условиям работы конструкций зданий и сооружений. Отдельным направлением в применении композитных материалов в строительном блоке являются – системы внешнего армирования на основе полимерных композитов для усиления железобетонных конструкций.
Система внешнего армирования из полимерных композитов CarbonWrap® на основе углеродных волокон (углеволокно) предназначена для ремонта и усиления несущих конструкций зданий с целью устранения последствий разрушения бетона и коррозии арматуры в результате длительного воздействия природных факторов и агрессивных сред в процессе эксплуатации сооружений.
Основными причинами усиления несущий конструкций являются:
- увеличение полезной нагрузки после реконструкции здания;
- модернизация оборудования в здании, изменение технологических процессов;
- эксплуатационный износ несущих конструкций;
- дефекты конструкций при изготовлении и монтаже или возникшие в результате эксплуатации конструкций;
- нарушение прочностных характеристик в результате чрезвычайных ситуаций;
- ошибки в проектировании.Основные часто используемые способы усиления конструкций:
- добавление к основным конструкциям дополнительных элементов, воспринимающие на себя часть нагрузки;
- замена несущий конструкций;
- обжатие несущего элемента;
- наращивание сечения конструкции;
- устройство системы внешнего армирования из композитных материалов.
Основными областями усиления железобетонных элементов композиционными материалами по условиям работы конструкции являются:
- увеличение несущей способности изгибаемой железобетонной балки или плиты путём приклеивания композиционного материала в растянутой зоне сечения;
- увеличение несущей способности сечения балок на действие поперечной силы установкой композитных систем на приопорных участках конструкции, где существует риск возникновения и развития наклонных трещин;
- увеличение несущей способности внецентренно сжатых колонн приклеиванием композитных систем внешнего армирования по периметру конструкции.
В зависимости от вида напряженного состояния исходного элемента, усиливающий элемент следует располагать:
- в изгибаемых элементах, если нет опасности потери устойчивости, то с максимальным удалением от нейтральной оси исходного сечения для повышения момента сопротивления в плоскости изгиба;
- в центрально-сжатых элементах – не нарушая положения центра тяжести, стремясь к увеличению радиуса инерции в обеих плоскостях;
- во внецентренно-сжатых элементах – повышая радиус инерции в обеих плоскостях одновременно, добиваясь совмещения нейтральной оси с точкой приложения продольного усилия.
Подобный выбор оправдан тем, что:
- материал с высокой прочностью будет надёжнее работать в зоне трещин железобетонных конструкций;
- раскрытие старых трещин после усиления происходит при большем усилии, чем при испытании до усиления;
- жёсткость усиленных конструкций с трещинами близка к первоначальной жёсткости;
- шаг трещин в усиленной балке меньше, трещины появляются чаще, но с меньшим раскрытием.
Практика применения композитных материалов при ремонтных работах показала, что разработанные технологии внешнего армирования композитными материалами позволяют найти решения следующих инженерных задач:
- устранить ошибки проектирования или исполнения работ;
- увеличить несущую способность конструкций при увеличении расчетных нагрузок,
- устранить последствия повреждения несущих конструкций, возникших при эксплуатации;
- ограничить прогибы и величину раскрытия трещин в балках;
- изменение статической схемы пролётных строений;
- дополнительное противосейсмическое усиление.
- пропуск сверхнормативных грузов по мостам и путепроводам.
повышение уровня взрывоустойчивости конструкций зданий.
В транспортных сооружениях при ремонте и реконструкции мостов и путепроводов нашли применение следующие технологии:
- усиление углепластиковыми ламелями CarbonWrap® Lamel HS балок пролетных строений с целью увеличения рабочего сечения существующей арматуры или уменьшения раскрытия трещин;
- усиление комбинированным способом – с использованием ламелей CarbonWrap® Lamel HS, холстов CarbonWrap® Tape и сеток CarbonWrap® Grid;
- усиление холстами CarbonWrap® Tape защитного бетонного слоя в целях предупреждения трещинообразования из-за малой его толщины;
- использование холстов CarbonWrap® Tape для усиления стоек железобетонных опор.
- наращивании стенок трубопровода с внешней стороны композитными материалами CarbonWrap® Fabric, опоясывая трубопровод и образуя сплошной высокопрочный бандаж.
Актуальным вопросом при реконструкции и реставрации существующих каменных зданий в городе Санкт-Петербурге – является обеспечение их конструктивной надежности, долговечности и сохранении эстетичности. В отличие от железобетонных конструкций, в которых трещинообразованию препятствует арматура, каменная кладка весьма чувствительна к действию растягивающих и сдвиговых напряжений. Как результат, наиболее распространенным видом повреждений построек из камня является их растрескивание. Этот процесс может быть причиной аварийного состояния сооружения целиком или его отдельной части. Особенно ощутимы последствия таких деструкций в зданиях исторической застройки с богатым рельефом фасадов и ценной внутренней отделкой стен, содержащей фрески, и элементы интерьерного убранства.
В последнее время вследствие повсеместного строительства новых объектов вблизи старых каменных зданий и сооружений образование трещин в их кладке происходит ускоренными темпами. В подобных случаях наиболее опасным для архитектурного памятника становится близкое соседство с местами проведения работ нулевого цикла, вызывающих неизбежное изменение напряженно-деформационного состояния оснований фундаментов.
Известны факты, когда в процессе устройства котлованов в непосредственной близости от существующих объектов последние не только растрескивались, но и обрушались. Среди традиционных способов усиления каменных конструкций наибольшее распространение получили стальные и железобетонные обоймы, металлические пояса и накладки, перекладка кладки и др. Большинство из них трудоемки в реализации, дорогостоящи, а по отношению к историческим зданиям некоторые и вовсе не применимы по эстетическим соображениям.
В основе усиления каменных элементов композиционными материалами лежит концепция рационального армирования конструкции в зависимости от вида ее напряженного состояния либо морфологии трещин. Согласно концепции, армирующие элементы (волокна углеродных сеток и лент) должны размещаться так, чтобы их направления были перпендикулярны трещинам либо при отсутствии последних совпадали с траекторией главных растягивающих напряжений, которые устанавливаются расчетным путем.
На объектах реконструкции и реставрации существующих каменных зданий применяются технология:
- усиления системой внешнего армирования на основе углеродных сеток CarbonWrap® Grid и цементном вяжущем сводчатых систем перекрытий, арок, сводов и перемычек;
Несмотря на сравнительно высокую стоимость композитов, использование их для усиления строительных конструкций во многих случаях оказывается экономически целесообразным, так как строительно-монтажные работы можно выполнять без остановки, вывода сооружения из эксплуатации, при этом значительно сокращая трудоемкость технологических процессов.
Учитывая, что жизненный цикл объектов инфраструктуры включает в себя:
- первоначальные затраты;
- эксплуатационные расходы;
- расходы по окончании эксплуатации;
становиться очевидным, что применение композитных материалов полностью окупается на эксплуатационном периоде.
В заключение можно отметить, что отечественные материалы системы внешнего армирования CarbonWrap®, по результатам сравнительных поверочных расчетов несущих железобетонных конструкций и оценки экономической эффективности показали лучшие результаты, чем импортные аналоги. Материалы системы CarbonWrap® имеют оптимальные коэффициенты экономической эффективности и минимальные коэффициенты условной полезности — КD, которые показывает соотношение цены (руб.) материалов системы усиления к процентному (%) усилению конструкции, позволяющий экономически обосновать выбор способа усиления и прогнозировать стоимость усиления конструкции.