Усиление каменной кладки обоймами.
Усиление каменной кладки обоймами по методике «Пособия по проектированию каменных и армокаменных конструкций (к СНиП II -22-81)» - Усиление с изменением параметров сечений.
Виды обойм.
При усилении обоймами кладка работает в условиях всестороннего сжатия, что значительно увеличивает ее сопротивляемость действию продольной силы за счет ограничения поперечных деформаций, что вызывает повышение прочность кладки. Кроме этого некоторые обоймы могут воспринимать часть нагрузки. Установлено, что кирпичные столбы и простенки, имеющие трещины, а затем усиленные обоймами, полностью восстанавливают свою несущую способность. Применяются три основных вида обойм: стальные, железобетонные и армированные растворные.
Стальная обойма состоит из вертикальных уголков, устанавливаемых на растворе по углам усиливаемого элемента, и поперечной арматуры (хомутов) из полосовой стали сечением 35х5 - 60х12 мм или арматурных стержней диаметром до 12 мм, приваренных к уголкам. Длина сварных швов не менее 50 мм. Расстояние между хомутами должно быть не более меньшего размера сечения и не свыше 50 см (Рис.1. а). Стальная обойма должна быть защищена от коррозии слоем цементного раствора толщиной 25—30 мм. Для надежного сцепления раствора стальные уголки закрываются металлической сеткой.
Железобетонная обойма выполняется из бетона от В10 до В15 с армированием вертикальными стержнями диаметром до 12 мм и сварными хомутами диаметром до 10 мм. Расстояние между хомутами должно быть не более 15 см. Толщина обоймы назначается по расчету и принимается от 6 до 10 см (Рис.1. б).
Обойма из раствора армируется аналогично железобетонной, но вместо бетона арматура покрывается слоем цементного раствора марки 50—100 (Рис.1. в).
Рис. 1. Схема усиления кирпичных столбов обоймами.
а - металлической; б - железобетонной; в - армированной штукатуркой; 1 - планка,; 2 - сварка; 3 - стержни; 4 - хомуты; 5 - бетон; 6 - штукатурка.
С увеличением размеров сечения (ширины) элементов при соотношении их сторон от 1-1 до 1:2,5 эффективность обойм несколько уменьшается, однако это уменьшение незначительно и практически его можно не учитывать.
Когда одна из сторон элемента, например, стена (Рис. 2.), имеет значительную протяженность, то необходима установка дополнительных поперечных связей, пропускаемых через кладку и располагаемых по длине стены на расстояниях не более d и не более 100 см, где d - толщина стены. По высоте стены расстояние между связями должно быть не более 75 см. Связи должны быть надежно закреплены. Расчет дополнительных поперечных связей производится по формуле (72), при этом коэффициент условий работы связей принимается равным 0,5.
Рис. 2. Схема усиления стены железобетонной обоймой.
1 - металлическая сетка; 2 - дополнительные стержни; расположенные сверх сетки; 3 - хомуты (связи); 4 – бетон обоймы; 5 - кладка стены.
Расчет каменных конструкций, усиленных обоймами.
Расчет несущей способности конструкций из кирпичной кладки, усиленной обоймами, при центральном и внецентренном сжатии при эксцентриситетах, не выходящих за пределы ядра сечения е0 не более 0,17 размера стороны, производится по формулам:
при стальной обойме:
Nu= ψφ[(mgmkR+ηmμRsw)А+RscA's]
при железобетонной обойме:
Nu= ψφ[(mgmkR+ηmμRsw)А+mbRbАь+RscA's]
при армированной растворной обойме:
Nu= ψφ(mgmkR+ηmμRsw)А
В формулах:
ψ - коэффициент условий работы обоймы с кладкой:
ψ=1-2е0/h
R – расчетное сопротивление кладки (Таблица 1);
φ — коэффициент продольного изгиба (значение a принимается как для не усиленной кладки по Таблице 2 при определении φ по Таблице 3);
mg — коэффициент, учитывающий влияние длительного воздействия нагрузки, (mg=1 при размерах сечения не менее 30 см);
mk - коэффициент условий работы кладки (mk = 1 для кладки без повреждений и mk = 0,7 — для кладки с трещинами);
η - коэффициент условий работы хомутов:
η =1-4е0/h.
Rsw - расчетное сопротивление поперечной арматуры обоймы (Таблица 4);
mμ - коэффициент эффективности хомутов, зависит от вида обоймы и процента армирования:
mμ=0,025μ/(1+2,5μ) – для стальных обойм;
mμ=0,03μ/(1+μ) – для железобетонных обойм;
mμ=0,028μ/(1+2μ) – для растворных обойм;
μ — процент армирования хомутами и поперечными планками, должен быть не менее 0,1%:
μ=200 Asw(h+b)/hbs
где h u b — размеры сторон усиливаемого элемента,
Asw – площадь сечения одного хомута (Таблица 5) или планки,
s — расстояние между осями поперечных связей при стальных обоймах (s не более h и b, и не более 50 см) или между хомутами при железобетонных и растворных обоймах (s не более 15 см).
А - площадь сечения усиливаемой кладки;
Rsc - расчетное сопротивление уголков или продольной сжатой арматуры зависит от схемы передачи нагрузки на обойму (Таблица 4);
A's - площадь сечения уголков (Таблица 6) или продольной сжатой арматуры (Таблица 5)
mb — коэффициент условий работы бетона (mb = 1 - при передаче нагрузки на обойму и наличии опоры снизу обоймы, mb = 0,7 — при передаче нагрузки на обойму и отсутствии опоры снизу обоймы и mb = 0,35 — без непосредственной передачи нагрузки на обойму);
Аь - площадь сечения бетона обоймы, заключенная между хомутами и кладкой (без учета защитного слоя);
Rb - расчетные сопротивления бетона.
Основными факторами, влияющими на эффективность обойм, являются: процент поперечного армирования обоймы (хомутами), состояние кладки, а также схема передачи усилия на конструкцию. С увеличением процента армирования хомутами прирост прочности кладки растет непропорционально, а по затухающей кривой.
Для стальных обойм зависимость mμ=0,025μ/(1+2,5μ) от μ:
μ,, % | 0 | 0,5 | 1 | 1,5 | 2 | 2,5 | 3 |
mμ | 0 | 0,00555 | 0,00714 | 0,00789 | 0,00833 | 0,00862 | 0,00882 |
Рекомендуется принимать μ до 1-1,5%.
