Причины разрушения колонн

Любая строительная конструкция со временем подвергается устареванию и постепенному разрушению. Это приводит к возникновению деформаций. Также иногда при возведении здания допускают ошибки в проектировании при расчете нагрузок, что приводит к форсированному износу.

Другая вероятная причина повреждения колонн – это нарушение технологий строительства. Это бывает, когда застройщик при возведении здания сэкономил на использовании бетона требуемого класса, заменив более дешевым и слабым. В таких случаях всегда выполняют усиление колонны.

Также не стоит упускать из вида и механические повреждения во время эксплуатации, и возможное воздействие агрессивной среды.

Нормативно-правовая документация

Нормативные требования зависят от типа сооружения и его технических характеристик. Например, разработка проекта укрепления железобетонной колонны регулируется следующей документацией:

Подготовительные работы

Любые работы проводятся только после проведения строительной экспертизы и положительного решения о необходимости данных работ. Затем инженеры выбирают наилучший вариант проектного решения и составляют перечень необходимых работ. Также подбирается и спецоборудование, которое будет использоваться на объекте при восстановлении. При этом сами работы могут носить статус либо капитального ремонта, либо реконструкции.

Помимо этого, инженеры, обследующие объект, проводят расчеты нагрузок, приложенных к несущей конструкции. Это позволяет определить, насколько срочно необходимо проведение работ по укреплению.

Разработка проекта усиления колонн

Проектированием усиления может заниматься только организация, обладающая допусками в СРО. Разработка проекта такого типа входит в единый цикл проектирования. Это означает, что компания-подрядчик должна иметь в своем арсенале специальное программное обеспечение и спецоборудование.

Разрабатывая усиление колонн, проектировщики анализируют изначальный проект, полученные данные технического обследования и расчеты. Изучают описание и обоснование проектных решений. Определяют конкретные сроки, перечень и стоимость работ.

РОСЭКО предлагает выгодные условия сотрудничества и доступные цены на разработку проекта. Мы подбираем оптимальные варианты, стараясь сокращать расходы на последующие монтажные работы, обеспечив высокое качество.

Способы усиления конструкции колонн

Усиление колонны — это приведение её эксплуатационных характеристик к указанным в нормативах. Иными словами, это восстановление таких характеристик как жесткость, прочность, устойчивость и так далее. Выбор метода укрепления зависит от типа самой колонны, нагрузок на несущую конструкцию, условий эксплуатации и материала, из которого она изготовлена.

1. Стальная колонна укрепляется:
   • Увеличения поперечного сечения путем приваривания к конструкции колонны в нужных местах дополнительные элементы.
   • Уменьшением расчетной длины. Проводится монтаж распорных элементов.
2. Железобетонная колонна укрепляется:
   • Монтажом железобетонной рубашки. Усиление колонны производится путем монтажа каркаса с из арматуры, который затем бетонируют.
   • Способ обжатия колонны стальной обоймой. На углах по всей длине монтируются специальные уголки. Затем вся конструкция стягивается горизонтальными планками и опорными элементами.
   • Способ увеличения продольного армирования. К стержням в углах поперечного сечения привариваются дополнительные элементы. Конструкция бетонируется.
3. Кирпичная колонна
   • чаще всего укрепляется методом обжатия стальной обоймой.

Усиление колонн с компанией РОСЭКО

Усиление колонн несущих конструкций для промышленных предприятий, бизнес-центров, торговых комплексов и иных объектов – это профильное направление компании РОСЭКО.

Мы выполняем работы полного цикла – от технического обследования, проектирования укрепления и до монтажа, строительства. Все мероприятия проходят строгий контроль качества и соответствуют установленным нормативным регламентам. Компания РОСЭКО допусками СРО на проектирование и проведение инженерных изысканий, которые обновляются раз в месяц.

Усиление колонн стальными обоймами | Завод «СТК-Конструкция»

Колонны — стержневые элементы, работающие на сжатие и продольный изгиб и имеющие большой запас прочности. Но со временем от действий множества факторов они разрушаются и требуют ремонта. К примеру, усиление металлических колонн, изначально рассчитанных на большие нагрузки, потребуется после появления коррозии на опорных частях, горизонтальных элементах решётки, узлах башмаков и др. элементах.

Чаще всего используются следующие методы повышения прочности конструкции:

• железобетонные или металлические обоймы;
• одностороннее и двустороннее наращивание сечения;
• предварительно напряжённые металлические подпорки;
• рубашки — усиление железобетонных колонн крайних рядов, где четырёхстороннее наращивание невозможно.

Завод «СТК-Конструкция» производит металлоконструкции для устройства металлических обойм и подпорок. Выполняем заказы по вашим чертежам в любом объёме. Имеем возможность наладить мелко- и крупносерийное производство изделий.

• + — данный способ усиления можно применять;
• – — способ усиления применять не рекомендуется;
• 0 — применение способа усиления зависит от конкретного конструктивного решения и местных условий.

Технология установки обойм

Самым надёжным способом увеличения несущей способности колонны является применение железобетонной обоймы, состоящей из бетонного слоя, продольной арматуры и замкнутых хомутов.

Перед усилением поверхность ж/б колонн следует подготовить:

• удалить штукатурный слой;
• сделать насечки в бетоне глубиной 3-6 мм;
• очистить выступающую арматуру и защитить её от коррозии;
• за час до бетонирования промыть поверхность старого бетона водой.

Усиление железобетонных колонн стальными обоймами применяется, когда нельзя уменьшать пространство помещений или требуется провести работу за короткий срок. Обойма состоит из металлических уголков (продольные элементы) и поперечных планок.

Продольные элементы устанавливаются на цементно-песчаном растворе и прижимаются к колонне посредством струбцин. После этого к уголкам по всей длине усиливаемой конструкции привариваются поперечные планки с шагом 400-600 мм. Колонну можно нагружать сразу после проведения работ. Следует соблюдать следующие условия: плотное прилегание металлических стоек к граням элемента усиления и их вертикальность. Поэтому в месте примыкания стоек бетон следует выровнять, скалывая выпуклые места и замазывая цементным раствором углубления.

Обоймы осуществляют двойную функцию: повышают прочность усиливаемого элемента на сжатие (сдерживают его поперечные деформации) и разгружают его, воспринимая часть вертикальной нагрузки. Поперечные деформации сдерживают планки стальных и поперечные хомуты железобетонных обойм. Восприятие вертикальной нагрузки обеспечивают соответственно стальные уголки и бетон с продольной арматурой.

Способы повышения эффективности усиления

Для повышения объёмного напряжения в планках и степени включения в работу уголков стальных обойм создают предварительное напряжение с помощью:

• натяжных гаек;
• попарного стягивания;
• электронагрева.

Самый простой способ создания преднапряжения — установка предварительно перегнутых уголков с последующим их выпрямлением горизонтальным стягиванием. Так после выпрямления уголки становятся распорками, разгружающими колонну. Если такие работы проводятся в многоэтажных зданиях, следует помнить, что распорки на промежуточных этажах передают дополнительные нагрузки на нижние перекрытия, следовательно, усиление нужно начинать с колонн в основании здания.

Следует помнить, что возможности передать нагрузку на вертикальные элементы обоймы ограничены. Если уголки неравномерно или неплотно прижаты к поверхности, то усиливаемый элемент беспрепятственно деформируется в поперечном направлении, пока зазор не исчезнет. В этом случае толку от проведённой работы практически не будет. Поэтому при усилении колонн металлической обоймой требуется применять методы, при которых планки немедленно включаются в работу.

Например, до приварки планок плотно прижать уголки инвентарными струбцинами или создать предварительное напряжение планок электронагревом. Предварительное напряжение натяжными гайками применяется, когда в качестве планок используются круглые стержни с резьбой. Между поверхностями уголков и усиливаемой конструкции необходимо проложить выравнивающий слой цементного раствора.

Технология усиления круглых и многогранных колонн

Усиление круглых и многогранных колонн, когда нет возможности произвести распор каркаса усиления, проводится так: на конструкцию вертикально, с применением временных скруток, устанавливаются профильные элементы и обжимаются нагретыми хомутами. В этом случае также требуется устранять зазоры.

Хомуты-накладки нагревают около места проведения работ до 200-300 °С, затем струбцинами или кондуктором прижимают к колонне. Окончательную сварку производят до того, как хомуты остынут ниже 100 °С. Температурного сокращения металла достаточно, чтобы надёжно обжать конструкцию.

Технология устройства железобетонной рубашки

Когда колонны примыкают к наружным или внутренним стенам, для их усиления применяют устройство железобетонной рубашки. Для этого производят следующие работы:

• очистка поверхности;
• устройство на бетоне насечки для лучшего сцепления с новым раствором;
• установка арматурного каркаса;
• монтаж опалубочных щитов;
• обильное увлажнение поверхности колонны;
• нагнетание бетонной смеси в полость.

Для того, чтобы узнать расценки на изготовление изделий для усиления кирпичных, ж/б, металлических колонн уголком в нашей компании «СТК-Конструкция», позвоните по телефону +7(495) 291-07-57 или отправьте заявку в специальной форме на сайте.

Усиление стен и колонн — несущих стен и железобетонных (ж/б) колонн

Усиление стен домов или сооружений применяется при реконструкции объектов, перепланировке, в случае обнаружения ошибок при проектировании, а также при восстановлении после аварий, пожаров и природных катаклизмов. Все эти факторы провоцируют разрушение бетона, появление деформаций, что снижает безопасность конструкции.

Особенности выполнения укрепления колонн

В практике строительства усиление железобетонных колонн, как и усиление каркасов, реализуется различными методами. Это могут быть обоймы из стали или железобетона, а также современные композиты. Традиционные способы имеют один существенный недостаток — они изменяют, а зачастую уродуют внешний вид опоры. В ряде случаев этот вариант неприемлем, особенно если речь идет о восстановлении исторически ценных объектов.

В свою очередь усиление колонн обоймой из углепластика практически незаметно и позволяет выполнить все работы без вывода постройки из эксплуатации. Эта процедура состоит из следующих этапов:

• Поверхность очищается и реставрируется при помощи специальных шпатлевок от трещин и сколов.
• Выполняется поперечное оклеивание углехолстом по кругу с определенным интервалом. Определяет шаг нанесения углекомпозитов при усилении колонн, расчет нагрузки и несущей способности по нормативным документам.
• При необходимости повышения сопротивления изгибающему моменту, вдоль плоскости его действия наклеивается дополнительный слой ленты.

Усиление жб колонн углеродными материалами существенно повышает их сейсмостойкость, несущую способность и безопасность.

Как выполняется повышение прочности стен

Стены воспринимают основную нагрузку от перекрытий. В современной строительной практике армирование несущих конструкций осуществляется торкретированием и устройством прочных бандажей из углеленты. Метод торкретирования — сложный и трудоемкий процесс, требующий использования специализированного оборудования. В свою очередь углеродные материалы позволяют провести реконструкцию быстро и надежно.

Для усиления несущих стен углекомпозитом реализуется следующее:

• Поверхность подготавливается к проведению работ — устраняются повреждения, шпаклюются трещины, выполняется инъектирование (при необходимости).
• На восстанавливаемый участок и холсты наносится клеевой состав.
• Наклеиваются углеленты (холсты) на стены с определенным проектным шагом.

Помимо этого, усиление опор может осуществляться с помощью армирующей сетки типа FibArm Grid.

Методы усиления железобетонных колонн | Статья в журнале «Молодой ученый»

Аклендер, А. Д. Методы усиления железобетонных колонн / А. Д. Аклендер. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2020. — № 19 (309). — С. 2-5. — URL: https://moluch.ru/archive/309/69663/ (дата обращения: 15.08.2021).

Очень часто при обследовании здания или сооружения оказывается, что многие конструкции объекта находятся в аварийном состоянии и нуждаются в усилении. Если усиление невозможно или нецелесообразно, то конструкцию демонтируют и заменяют другой. Целесообразность того или иного способа усиления определяют сравнительным экономическим анализом (расход материала, трудоемкость выполнения работ, общая стоимость, уменьшение количества простоев производства). В наши дни существует достаточное количество методов по сохранению существующих конструкций колонн при реконструкции зданий. Характер повреждения, месторасположение конструкции в плане, эксплуатационная составляющая, назначение здания и т. д. — от всех этих важных аспектов и зависит способ и вид усиления.

Ключевые слова: усиление, колонна, железобетон, обойма, бетонное наращивание

Сборные железобетонные колонны чаще всего усиливают стальными или армированными бетонными обоймами, бетонными рубашками, с помощью наращивания или любыми другими разгружающими элементами, конструкциями.

Методов действительно очень много, и главное — выбрать наиболее подходящие, устраиваемые и в плане дальнейших эксплуатационных характеристик, и стоимости возведения/усиления, и эстетических нужд.

Усиление колонн осуществляется главным образом за счет увеличения сечения для обеспечения совместной работы существующего и дополнительного сечений. Обычно усиление выполняется с разгрузкой конструкции. Если напряжение в усиливаемой конструкции выше допустимого, то усиление под нагрузкой с использованием сварки не производится.

Рис. 1. Поврежденная железобетонная колонна

Непосредственно перед выбором метода усиления необходимо произвести обследование здания с дальнейшим присвоением зданию категории аварийного состояния. (Рис. 1)

По результатам предварительного обследования с учетом выявленных дефектов и повреждений на момент обследования конструкция относится к одной из пяти категорий состояния [3]:

I — исправное (хорошее) состояние — конструкция удовлетворяет требованиям по устойчивости, жесткости и трещиностойкости. Долговечность конструкции не снижена по сравнению с проектной.

II — неисправное (удовлетворительное) состояние — конструкция удовлетворяет требованиям по устойчивости, жесткости и трещиностойкости. Есть признаки снижения долговечности конструкции по сравнению с проектной.

III — ограниченно работоспособное (не достаточно удовлетворительное) состояние — конструкция удовлетворяет требованиям по жесткости и устойчивости. Долговечность конструкции существенно снижена.

IV — неработоспособное (неудовлетворительное) состояние — конструкция не удовлетворяет предъявляемым требованиям.

V — предельное (предаварийное) состояние (Рис. 2) — конструкция не удовлетворяет предъявляемым требованиям. Существует опасность обрушения.

Рис. 2. Аварийное состояние железобетонной колонны

После присвоения зданию категории, анализа состояния колонн и здания в целом, можно приступать к выбору метода усиления.

Для усиления железобетонной колонны существует достаточное количество методов. Наибольшее распространение получили следующие: железобетонные и стальные обоймы, одностороннее и двустороннее наращивание сечения, предварительно напряженные обоймы и распорки, приставные стойки и разгружающие элементы.

Усиление железобетонной обоймой считается наиболее простым и надежным способом увеличения несущей способности колонны. Обойма состоит из продольной и поперечной арматуры и бетонного слоя. (Рис. 3) Перед усилением поверхность колонны должна быть зачищена от старого штукатурного слоя, а поверхность существующего бетона за час до наращивания смочена водой. Чаще всего железобетонную обойму делают толщиной 6–12 см. [1] Сечение и количество продольной арматуры определяется исходя из расчетов. Совместная работа обоймы и колонной — очень важное условие. Поперечная арматура принимается диаметром не менее 6 мм и устанавливается с шагом S, удовлетворяющим требованиям:

;

,

где d -диаметр продольной арматуры; δ -толщина обоймы.

Рис. 3. Усиление железобетонной колонны с помощью железобетонной обоймы

Для внецентренно сжатых колонн для уменьшения начального эксцентриситета и увеличения прочности используют одностороннее наращивание сечения. Важным условием надежности является совместная работа нового слоя бетона со старым. Для этого предусматриваются те же мероприятия, что и при усилении железобетонными обоймами, и используется соединительная арматура маленького диаметра (10–30мм) с шагом 500–800 мм. В связи с большой трудоемкостью данное усиления применяется редко. [1]

Усиление колонн стальной обоймой (Рис. 4) — довольно простой метод в исполнении, позволяющий незначительно увеличить размер поперечного сечения и практически сразу ввести колонну в эксплуатационный режим. С использованием цементно-песчаного раствора устанавливаются продольные элементы обоймы из уголковой стали, прижимаемые к колонне с помощью струбцин, после чего к уголкам приваривают поперечные планки (шаг по длине колонны 400–600 мм). [1]

Рис. 4. Усиление железобетонных колонн стальными обоймами

Эффект преднапряженного состояния достигается путем приваренных, заранее нагретых до температуры 100–120°С, напряженных обойм поперечных планок. При остывании планки укорачиваются, создавая необходимое натяжение.

Достаточно эффективным методом увеличения несущей способности колонны является усиление с помощью стальных распорок. В данном случае несущая способность будет повышаться пропорционально площади поперечного сечения распорок.

Распорки состоят из двух уголков (швеллеров), которые связанны между собой соединительными планками и выпрямляются с помощью натяжных болтов. Распорки, включаясь в совместную работу с колонной, частично разгружают ее. Величина напряжений в распорках в момент их включения в работу по данным [2] достигает 60–80 МПа.

Усиление колонн предварительно напряженными распорками считается целесообразным при длине распорок не более 5 м для меньшего расхода металла при обеспечении устойчивости.

Решение о необходимости усиления колонн выдвигается на основании обследования здания с разработкой проекта и обоснованием выбранного метода.

Дополнительно составляется ведомость дефектов с фотофиксацией и карты дефектов строительных конструкций.

На основании проведенного визуально-инструментального обследования дается оценка технического состояния строительных конструкций и величина предельно-допустимых нагрузок.

Все обследуемые конструкции классифицируются по техническому состоянию и категории опасности дефектов.

Литература:

1. Юдина А. Ф. Реконструкция и техническая реставрация зданий и сооружений [Текст]: учеб. пособие/А. Ф. Юдина. — 3-е изд., стер. — М.: Академия, 2014. — 319 с.
2. Бадьин, Г. М. Усиление строительных конструкций при реконструкции и капитальном ремонте зданий [Текст]: учеб. пособие / Г. М. Бадьин, Н. В. Таничева. — М.: Изд-во Ассоц. строит. вузов, 2010 (Курган). — 111 с.
3. Гроздов В. Т. Техническое обследование строительных конструкций зданий и сооружений. СПб: Издательский Дом KN+, 2001. 140 с.

Основные термины (генерируются автоматически): усиление, колонна, конструкция, аварийное состояние, железобетонная обойма, обойма, усиление колонн, поперечная арматура, продольная арматура, совместная работа.

Способы усиления железобетонных колонн

Необходимость усиления железобетонных колонн возникает в следующих случаях:

• с целью увеличения их несущей способности;
• для повышения прочности конструкции;
• для равномерного распределения нагрузки по сечению колонны при внецентренном сжатии.

Это мероприятие позволяет увеличить эксплуатационный срок здания, создать лучшие условия для перепланировки, помогает предотвратить аварию или устранить ее последствия. Работы относятся к категории повышенной сложности, требуют большей ответственности даже в сравнении с новым строительством. Поскольку процесс усиления колонн ЖБИ производится в существующих постройках, когда очень сложно определить внутреннее состояние конструкции. Большое значение имеет целостность и сохранность арматурного каркаса, действительное распределение нагрузок, прочностные показатели бетона.

Методы усиления железобетонных колонн

Чтобы правильно выбрать метод усиления, сначала необходимо выполнить соответствующие расчеты. Самостоятельно это сделать невозможно. Нужны предварительные исследования, профессиональные знания и опыт. Такую работу выполняют проектно-конструкторские организации, имеющие соответствующие разрешительные документы и лицензии.

Существует много способов усиления железобетонных колонн. Применимость каждого зависит от сложности ситуации. Вот некоторые из них.

1. Использование бетонных смесей и штукатурок. Данные методы применяются в основном при реставрационных работах, когда не требуется повышать несущую способность конструкции.

• В случае обнажения арматурного каркаса или сетки, появления раковин, сколов поверхность колонн оштукатуривается цементно-песчаным раствором.
• Трещины, пустоты, другие глубокие дефекты ликвидируют методом инъецирования. То есть заполнения впадин тем же раствором под давлением для восстановления целостности изделия.
• Торкретирование бетонной поверхности с использованием специальных пушек позволяет значительно повысить прочностные показатели конструкции.

Упомянутые методы и технологии усиления весьма разнообразны и используются строителями достаточно активно. Однако отдельного разговора заслуживает способ укрепления колонн при помощи обоймы, стальной или железобетонной.

Устройство усиления

Работа выполняется на основании предварительных расчетов из тех материалов, которые определены проектом. Цель усиления обоймой – создать увеличенное поперечное сечение колонны и, как следствие, повышение несущей способности стойки. Процесс обустройства металлического упрочнения складывается из следующих операций:

• Все поверхности колонны очищаем от пыли, грязи, наплывов.
• Вертикальные элементы стальной конструкции обычно выполняются из уголка. Они устанавливаются на подушку из цементно-песчаного раствора и плотно прижимаются к телу колонны струбцинами.
• Далее к уголкам привариваем поперечины из полосовой стали. Расстояние между полосами делаем от 400 до 600 мм по всей высоте колонны.
• При необходимости создать усиление стальными обоймами с предварительным напряжением, поперечные полосы предварительно, перед сваркой, разогреваются до температуры примерно 120°С. Остывая, планки сокращаются в размере, тем самым создавая нужный эффект.

Обойма может быть выполнена не только из металла, но также из железобетона. Для чего с колонны сначала надо удалить слой штукатурки, сделать насечки до оголения рабочей арматуры. Затем вокруг колонны устраивается дополнительный арматурный каркас из продольных стержней и поперечных хомутов. Новая конструкция посредством металлических коротышей сваривается с основным каркасом. Далее выставляем передвижную опалубку, соблюдая защитный слой и заливаем бетонную смесь. В связи с тем, что толщина формуемой рубашки не позволит употребить глубинные вибраторы, пользоваться лучше наружными площадками либо штыковать.

Если необходимо отрегулировать эксцентриситет колонны, то железобетонное усиление может быть выполнено только с одной стороны. Главным условием в обоих случаях является надежная совместная работа нового бетонного слоя со старым. Для чего перед заливкой смеси существующую поверхность с насечками следует хорошенько смочить водой.

«внешнее армирование» против «стальных обойм»

Усиление железобетонных конструкций, особенно колонн зданий, инженерных и мостовых сооружений с целью повышения их несущей способности обычно производится в случае предполагаемого увеличения проектной нагрузки на несущие конструкции, повышения их жесткости, восприятия дополнительного изгибающего момента или для повышения сейсмической устойчивости (защиты от землетрясений).

Традиционно, в этих случаях применяют следующие способы усиления: (1) охватывание колонн стальными обоймами или «обручами»; (2) увеличение поперечного сечения колонн путем присоединения бетонных или железобетонных элементов.

Усиление стальными обоймами по периметру ж.б. колонн повышает прочность бетона и его деформативность, а также предотвращает проскальзывание и изгиб внутренней продольной арматуры. Однако, этот способ усиления имеет и ряд существенных недостатков. Во-первых, наружное расположение стальных обойм, особенно в условиях агрессивной внешней среды, способствует развитию их коррозии и снижению вследствие этого усиливающего эффекта. Во-вторых, несовместимость деформационных характеристик (модуля упругости и коэффициента Пуассона) стали и бетона. В связи с этим альтернативой усилению колонн стальными обоймами является их усиление композитными материалами (система «внешнего армирования»).

Рис.1. Общий вид колонн, усиленных композитными материалами (слева) и стальными обоймами (справа)

Композитные материалы в отличие от стали, создающей постоянное радиальное давление на усиливаемый элемент после достижения пластичности, упруго деформируется вплоть до разрушения и поэтому оказывает возрастающее пассивное радиальное давление на бетон, находящийся под осевой нагрузкой. Из диаграммы, представленной на Рис.2. следует, что начало осевой деформации бетона происходит после достижения стальной обоймой предела текучести и не сопровождается увеличением радиального давления на условный бетонный образец, в то время как обойма из композитного материала вызывает постоянно возрастающее радиальное давление на образец.

Рис.2. Сравнительные графики деформирование ж.б. колонн при их усилении обоймами из стали и композиционных материалов

Предельные деформации бетона, усиленного обоймой из композитов, находятся в функциональной зависимости от предельных расчетных деформаций того или иного композиционного материала, принятого для усиления. Экспериментальные исследования показывают, что тангенциальные разрушающие деформации обычно имеют меньшие значения, чем разрушающие деформации, получаемые при стандартных испытаниях на растяжение. Снижение величин разрушающих деформаций можно объяснить следующими факторами:

• Трехосным напряженным состоянием охватывающего бетон композиционного материала. Обойма композитного материала совместно с бетоном усиливаемой конструкции воспринимает сжимающие напряжения, пассивный отпор бетона и растягивающие напряжения от бокового расширения. Их величина зависит от типа композиционного материала и состояние соединяемых поверхностей, которое в свою очередь зависит от целого ряда факторов (жесткость агдезива между композитной обоймой и бетоном, тщательность и условия подготовки соединяемых поверхностей и т.д.). В случае неполного воздействия обоймы на бетон колонн подвергается только передающимся на нее сжимающим напряжениям и деформациям.

• Качеством выполнения подготовки поверхности бетона. Если волокна композитного материала в некоторых местах расположены неэффективно из-за наличия пустот или некачественной подготовки поверхности, то часть энергии тангенциальной деформации приходится на вытягивание волокон. Таким образом при наклейке композитов к усиливаемой конструкции не допускаются неправильно закругленные края холста или местные неровности.

• Наличием масштабного усиливающего эффекта при монтажа композитной ленты в несколько слоев.

Многочисленные экспериментальные исследования процессов деформирования и разрушения бетона в условиях трехосного напряженного состояния позволили установить, что бетон в колоннах, охваченных обоймами из композиционного материала, ведет себя как билинейный материал. При этом прочность бетона в направлении действия максимального напряжения значительно возрастает. Так например, при усилении двухметровой ж.б. колонны обоймой из пяти слоев холстового композиционного материала S&P-C-Sheet 240 прочность бетона на сжатие возросла на 57%.

Таким образом, усиление железобетонных колонн холстовыми композитными материалами имеет ряд неоспоримых преимуществ перед традиционно используемыми для этих целей металлическими обоймами.

УСИЛЕНИЕ КОЛОНН СТАЛЬНЫМИ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫМИ ОБОЙМАМИ

Колонны обычно усиливают стальными обоймами (рис. 1, а) или железобетонными обоймами (рис. 1, б). Каменную кладку иногда усиливают также и армированными штукатурными обоймами.

Железобетонные колонны крайних рядов (у которых 4-стороннее нара-щивание не всегда возможно осуществить) вместо обойм усиливают рубашками, а колонны, работающие на внецентренное сжатие с большими эксцентриситетами, усиливают также односторонним или двусторонним наращиванием, подобно изгибаемым элементам.

Рис.1. Усиление колонн: а — металлическая обойма, б — железобетонная обойма.

Обоймы выполняют двойную функцию:

1. сдерживают поперечные деформации усиливаемого элемента, т. е. повышают его прочность на сжатие за счет объемного напряжения,
2. и воспринимают часть вертикальной нагрузки, т. е. частично разгружают усиливаемый элемент.

Примечание!!! Функцию сдерживания поперечных деформаций выполняют планки стальных обойм и поперечная арматура (хомуты) железобетонных обойм, функцию восприятия вертикальной нагрузки – соответственно вертикальные уголки и бетон с продольной (вертикальной) арматурой.

Степень объемного напряжения можно повысить, если в планках создать предварительное напряжение (натяжными гайками, электронагревом, попарным стягиванием). Предварительным напряжением можно также повысить и степень включения в работу вертикальных уголков стальных обойм.

Одним из самых простых способов такого преднапряжения является установка заранее перегнутых уголков с последующим их выпрямлением за счет горизонтального стягивания (рис. 2).

После выпрямления уголки превращаются в распорки и в них возникает сжимающее усилие , на величину которого происходит разгружение колонны.

Здесь 0,9 – коэффициент условий работы, учитывающий потери напряжений от обмятия, Аsc – суммарная площадь поперечного сечения уголков, i = tgα.

Приведенная формула справедлива, разумеется, только при наличии надежных упоров в торцах уголков с самого начала их стягивания. Подобным способом эффективно усиливать колонны, работающие как с малыми (а), так и с большими (б) эксцентриситетами.

При усилении колонн многоэтажных зданий следует помнить о том, что нижние реакции распорок на промежуточных этажах создают дополнительные нагрузки на нижележащие перекрытия, поэтому усиление нужно выполнять, начиная с самых нижних колонн.

Рис.2. Усиление колонны предварительно напряженной подпоркой.

При усилении стальными обоймами последние рассматривают как самостоятельные конструкции, в которых несущими элементами являются вертикальные уголки, а планки играют ту же роль, что и планки стальных решетчатых колонн.

Иными словами, положительным влиянием планок на поперечные деформации бетона усиливаемой колонны пренебрегают.

Наибольший эффект усиления достигается при использовании преднапряженных обойм-распорок, которые можно использовать без разгружения колонн. Проектируя их, следует, однако, помнить о том, чтобы усилие Nsp не продавило опорные поверхности перекрытий (покрытия) и не оторвало от колонны сами перекрытия (покрытие), и о том, что стадия монтажа (стягивания вертикальных уголков) является наиболее невыгодной в работе распорок, так как уголки еще не соединены планками и их гибкость велика.

При отсутствии преднапряжения стальные обоймы имеет смысл применять только при условии частичного или полного разгружения колонн (что далеко не всегда возможно осуществить) и при условии плотной подклинки зазоров между концами уголков и опорными поверхностями.

Тогда при действии дополнительной нагрузки уголки следует рассчитывать на основе равенства их продольных деформаций с деформациями железобетонной колонны (точнее всего – совмещая диаграммы сжатия стали и бетона данного класса).

Понятно, что чем меньше нагрузки снято с колонны, тем меньше напряжения в уголках обоймы, тем менее эффективно работает обойма.

При усилении железобетонными обоймами поперечное сечение, если пользоваться рекомендациями справочников (весьма спорными), можно рассчитывать как монолитное с соответствующими коэффициентами условий работы бетона и арматуры наращённой части и с поправками на разные классы бетона старой и новой частей сечения.

Передавать нагрузку на элемент усиления удобнее всего через горизонтальные (упорные) уголки, которые через тонкий выравнивающий слой раствора следует плотно прижать к опорным поверхностям соответствующих конструкций – балок, перемычек, фундаментов и т. п., а затем приварить к вертикальным уголкам (рис. 3).

Рис.3. Схема передачи нагрузки на усиляющий элемент.

Однако возможности передавать нагрузку на вертикальные уголки существенно ограничены, о чем всегда следует помнить:

1. Во-первых, при усилении промежуточных колонн многоэтажных зданий нагрузка от уголков будет передаваться на нижележащие перекрытия. Для такой передачи должна быть уверенность в том, что эти перекрытия в состоянии воспринять дополнительную нагрузку.
2. Во-вторых, чтобы передать хотя бы часть нагрузки, необходимо эту часть с перекрытия (покрытия) предварительно снять.
   

Наконец, в многоэтажных зданиях, чтобы загрузить уголки обоймы нижнего этажа, мало разгрузить перекрытия всех этажей, нужно еще усилить обоймами все выше расположенные колонны, уголки которых будут передавать по цепочке нагрузку на нижнюю обойму.

Если обоймы на выше расположенных колоннах не установить, то на уголки нижней колонны будет передаваться только та часть нагрузки, которая была временно снята с перекрытия одного нижнего этажа.

В силу перечисленных причин использовать в полной мере несущую способность вертикальных уголков без их предварительного напряжения удается крайне редко.
Если вертикальные уголки неплотно и неравномерно прижаты к поверхностям усиливаемого элемента, то последний имеет возможность беспрепятственно деформироваться в поперечном направлении до тех пор, пока не исчезнет зазор, – только тогда планки начнут вступать в работу.

При таком качестве исполнения (к сожалению, не редком) проку от усиления почти нет.

Поэтому при усилении стальными обоймами всегда необходимо предусматривать мероприятия, заставляющие планки немедленно включаться в работу.

Одним из них может быть прижатие уголков инвентарными струбцинами до начала приварки к ним планок, другим – предварительное напряжение планок электронагревом или натяжными гайками (в последнем случае планками являются круглые стержни с резьбой на одном конце).

При этом между поверхностями уголков и усиливаемой конструкции следует проложить выравнивающий слой раствора.

Данные требования особенно относятся к усилению каменных или бетонных простенков, образуемых в существующих стенах при устройстве в них новых проёмов.

При пробивке таких проемов перфораторами (отбойными молотками) образуются «рваные» края, зазоры между уголками и поверхностями простенков достигают нескольких сантиметров и стальная обойма, по существу, становится лишь декорацией.

На Заметку!!! Поэтому новые проемы в стенах следует не пробивать, а прорезать дисковой пилой.

Далее, при редком расположении планок разрушение усиливаемого элемента может произойти в промежутках между ними. Поэтому планки по высоте необходимо располагать с шагом не более 500 мм и не более наименьшего размера поперечного сечения усиливаемого элемента.

Рис.4. Схема стягивания поперечных планок стальной обоймы.

Наконец, с увеличением ширины простенков влияние планок, расположенных по коротким сторонам сечения, уменьшается. Поэтому, если ширина простенка превышает его толщину в два раза и более, то длинные планки необходимо стягивать попарно болтами, которые играют роль внутренних планок (рис. 4). Их пропускают через отверстия в кладке с шагом не более 0,75 м по высоте и не более двойной толщины простенка (но не более 1 м) по ширине.

Навигация по записям

Советы и правила проектирования железобетонных колонн

🕑 Время чтения: 1 минута

Проектирование железобетонной (ЖБ) колонны выполняется в соответствии с определенными процедурами. Однако необходимо соблюдать некоторые особые правила и требования. Условия обычно связаны с коэффициентом армирования, размером арматурных стержней, расстоянием между стальными стержнями, размером и шагом боковых связей или спиралей, толщиной бетонного покрытия, количеством стальных стержней и размерами колонны.

Требования или спецификации, относящиеся к конструкции колонны RC, обычно предоставляются такими кодами, как ACI 318-19, IS 456 и т. Д.

Советы и правила проектирования железобетонной колонны

1.

1. Согласно ACI 318-19, ограничение на минимальный размер колонн не налагается, чтобы позволить железобетонные колонны с малым поперечным сечением в легконагруженных конструкциях, таких как малоэтажные жилые и легкие офисные здания.
2. Существует большая потребность в тщательной обработке, если для колонны используется небольшое поперечное сечение.
3. Для практических целей желательно, чтобы поперечное сечение колонны было кратным 5 см.

Продольная арматура — это основные стержни в железобетонной колонне. Они имеют квадратную, прямоугольную или круглую форму.

1. Согласно ACI 318-19, раздел 10.6.1, площадь продольной арматуры не должна быть меньше (0.01 * Ag) и не более (0,08 * Ag). Где «Ag» — это общая площадь поперечного сечения колонны.
2. Минимальный коэффициент усиления (0,01 * Ag) обеспечивает сопротивление изгибающим моментам, не учтенным в анализе. Это также снижает эффекты ползучести и усадки бетона при длительном сжатии.
3. Коэффициент армирования выше (0,08 * Ag) экономически и практически нежелателен, так как приводит к скоплению стали, что препятствует правильной укладке и укреплению бетона.
4. Перегрузка высока в регионах, где необходимо сращивать сталь. Скопление стали может привести к образованию сот в бетоне.
5. Большинство колонн спроектированы с максимальным коэффициентом армирования (0,04 * Ag). Это значительно снижает вероятность возникновения заторов.
6. Использование больших стальных стержней может уменьшить скопление стали.
7. Самыми крупными коммерчески доступными стальными прутками являются № 43 и № 57, в основном производимые в колоннах.

2.2 Количество продольных стержней

Согласно ACI 318-19, раздел 10.7.3, минимальное количество стержней для бетонных колонн составляет:

1. Четыре внутри прямоугольных или круглых стяжек.
2. Шесть заключенных спиралями или для столбцов рам с особым моментом, удерживаемых круговыми обручами.
3. Три в треугольных связях

Примечание:

• Для колонн с большими осевыми силами и небольшими моментами продольные стержни должны располагаться более или менее равномерно по периметру.
• Если изгибающие моменты на колонне велики, большая часть продольных стальных стержней сосредоточена на гранях максимального сжатия или растяжения, то есть на максимальных расстояниях от оси изгиба.

2.3 Толщина бетонного покрытия

Минимальная толщина бетонного покрытия 40 см. Однако может потребоваться его увеличение, если в особых обстоятельствах или когда общие строительные нормы и правила требуют большего бетонного покрытия для противопожарной защиты:

1. Для литых колонн, постоянно контактирующих с землей, минимальное покрытие составляет 7.5 см.
2. Для колонн, подверженных атмосферным воздействиям или контакта с землей, и закладных стержней № 19 или больше минимальное бетонное покрытие составляет 5 см.

2,4 Расстояние между продольными стержнями

Расстояние между продольной арматурой колонны должно быть наибольшим из следующих:

1. 4 см
2. В 1,5 раза больше диаметра продольного стержня
3. (4/3) раза больше диаметра максимального размера заполнителя

2.5 слитков в комплекте

1. Связанные стержни — это группы параллельных стержней, которые контактируют друг с другом и действуют как единый стержень. Используется там, где требуется большая концентрация арматуры. Связанные стержни экономят место и уменьшают скопление при укладке и уплотнении бетона.
2. Максимальное количество стержней в связке — четыре.
3. Связанные стержни должны быть заключены в поперечную арматуру.
4. Связанные стержни в сжатых элементах должны быть окружены поперечной арматурой не менее №13 размером.
5. Стержни крупнее № 36 не должны объединяться в балки.

• Стяжки должны быть расположены таким образом, чтобы каждый угол и попеременная продольная балка имели боковую опору, обеспечиваемую углом звена, имеющим угол наклона не более 135 градусов.
• Поперечные стяжки не должны быть дальше чем 150 мм с каждой стороны от продольных стержней, поддерживаемых по бокам.
• Стяжки для колонн должны иметь минимальный диаметр 10 мм, чтобы охватить продольные стержни № 32 или меньше, и минимальный диаметр 12 мм для стержней большего диаметра.

• Расстояние между стяжками не должно превышать наименьшее из следующих значений:

1. 48-кратный диаметр стяжки
2. 16-кратный диаметр продольного стержня
3. Наименьший размер колонны

3.2 круглых индивидуальных галстука

Круглые стяжки следует использовать там, где продольные стержни расположены по периметру круга.

3.3 Спирали

• Для монолитной конструкции длина спирального стержня должна быть не менее 10 стержней.
• Минимальное расстояние в свету составляет самое большое 25 мм или (4/3) диаметра заполнителя.
• Максимальное расстояние в свету 75 мм.
• 1,5 дополнительных витка спирального стержня должны закрепить спирали на каждом конце.

Часто задаваемые вопросы

Размер колонны не ограничен, чтобы можно было использовать небольшое поперечное сечение бетонной колонны в легконагруженной бетонной конструкции согласно ACI 318-19. Однако IS 456 определяет минимальный размер колонны 228 мм x 228 мм, содержит стальную арматуру из 4 стержней по 12 мм, поддерживаемых сбоку хомутами диаметром 8 мм на расстоянии 150 мм.

Согласно ACI 318-19, расстояние между хомутами в RC-колонне не должно превышать наименьшее из следующих значений:
1.48 диаметров галстука.
2. В 16 раз больше диаметра продольного стержня.
3. Наименьший размер колонны.

Минимальный диаметр хомута составляет 10 мм для охвата продольного стержня № 32 или меньше, и минимальный диаметр 12 мм для продольных стержней большего размера.

Согласно ACI 318-19, раздел 10.7.3 минимальное количество стержней для бетонных колонн составляет:
1. Четыре в прямоугольных или круглых связях.
2. Шесть обведенных спиралями или для столбцов рам с особым моментом, удерживаемых круговыми обручами.
3. Три в треугольных связях

Расстояние между продольной арматурой колонны должно быть наибольшим из следующих:
1. 4 см
2. 1,5 диаметра продольного стержня
3.(4/3) диаметра максимального размера заполнителя

Подробнее

Какие факторы определяют расстояние между колоннами RCC?

Экономичное проектирование железобетонных колонн для снижения затрат

Как заливать бетон в колонны и стены? [PDF]

Integrated Publishing — Ваш источник военных спецификаций и образовательных публикаций

Integrated Publishing — Ваш источник военных спецификаций и образовательных публикаций

Администрация — Навыки, процедуры, обязанности военнослужащих и т. Д.

Продвижение — Военное продвижение по службе книги и др.

Аэрограф / Метеорология — Метеорология основы, физика атмосферы, атмосферные явления и др.
Руководство по аэрографии и метеорологии ВМФ

Автомобили / Механика — Руководства по техническому обслуживанию автомобилей, механика дизельных и бензиновых двигателей, руководства по автомобильным запчастям, руководства по запчастям дизельных двигателей, руководства по запчастям для бензиновых двигателей и т. Д.
Автомобильные аксессуары | Перевозчик, Персонал | Дизельные генераторы | Механика двигателя | Фильтры | Пожарные машины и оборудование | Топливные насосы и хранилище | Газотурбинные генераторы | Генераторы | Обогреватели | HMMWV (Хаммер / Хаммер) | и т.п…

Авиация — Принципы полета, авиастроение, авиационная техника, авиационные силовые установки, руководства по авиационным деталям, руководства по деталям самолетов и т. д.
Руководства по авиации ВМФ | Авиационные аксессуары | Общее техническое обслуживание авиации | Руководства по эксплуатации вертолетов AH-Apache | Руководства по эксплуатации вертолетов серии CH | Руководства по эксплуатации вертолетов Chinook | и т.д …

Боевой — Служебная винтовка, пистолет меткая стрельба, боевые маневры, органическое вспомогательное оружие и т. д.
Химико-биологические, маски и оборудование | Одежда и индивидуальное снаряжение | Инженерная машина | и т.д …

Строительство — Техническое администрирование, планирование, оценка, календарное планирование, планирование проекта, бетон, кладка, тяжелые строительство и др.
Руководства по строительству военно-морского флота | Агрегат | Асфальт | Битуминозный распределитель кузова | Мосты | Ведро, раскладушка | Бульдозеры | Компрессоры | Обработчик контейнеров | Дробилка | Самосвалы | Земляные двигатели | Экскаваторы | и т.п…

Дайвинг — Руководства по дайвингу и утилизации разного оборудования.

Чертежник — Основы, приемы, составление проекций, эскизов и др.

Электроника — Руководства по обслуживанию электроники для базового ремонта и основ. Руководства по компьютерным компонентам, руководства по электронным компонентам, руководства по электрическим компонентам и т. Д.
Кондиционер | Усилители | Антенны и мачты | Аудио | Аккумуляторы | Компьютерное оборудование | Электротехника (NEETS) (самая популярная) | Техник по электронике | Электрооборудование | Электронное общее испытательное оборудование | Электронные счетчики | и т.п…

Инженерное дело — Основы и приемы черчения, черчение проекций и эскизов, деревянное и легкое каркасное строительство и др.
Военно-морское дело | Программа исследования прибрежных заливных отверстий в армии | так далее…

Еда и кулинария — Руководства по рецептам и оборудованию для приготовления пищи.

Логистика — Логистические данные для миллионов различных деталей.

Математика — Арифметика, элементарная алгебра, предварительное исчисление, введение в вероятность и т. д.

Книги медицинские — Анатомия, физиология, пациент уход, оборудование для оказания первой помощи, аптека, токсикология и др.
Медицинские руководства ВМФ | Агентство регистрации токсичных веществ и заболеваний

MIL-SPEC — Правительственные MIL-Specs и другие сопутствующие материалы

Музыка — Мажор и минор масштабные действия, диатонические и недиатонические мелодии, ритм биения, пр.

Ядерные основы — Теории ядерной энергии, химия, физика и др.
Справочники DOE

Фотография и журналистика — Теория света, оптические принципы, светочувствительные материалы, фотографические фильтры, копия редактирование, написание для публикаций и т. д.
Руководства по фотографии и журналистике военно-морского флота | Армейская фотография Полиграфия и пособия по журналистике

Религия — Основные религии мира, функции поддержки поклонения, венчания в часовне и т. д.

Подберите подходящий журнал ASCE для вашего исследования.ASCE издает 35 журналов по многим дисциплинам гражданского строительства. Статьи, опубликованные в журналах ASCE, имеют влияние, о чем свидетельствуют важные показатели цитирования. Полный список наших журналов включен в таблицу ниже вместе с ключевыми темами и факторами воздействия журнала.

теперь индексируются Web of Science | Индекс цитирования новых источников (ESCI).Журналы, проверенные и отобранные редакционной группой ESCI, позволяют открывать новые области исследований в новых областях.

(PDF) Бетонные колонны, армированные высокопрочной сталью, подверженные нагрузкам с обратным циклом

1048 ACI Structural Journal / июль 2018

9. Rautenberg, J. M .; Pujol, S .; Tavallali, H .; и Лепаж, А., «Пропускная способность бетонных колонн

, армированных высокопрочной сталью», ACI

Structural Journal, V.110, No. 2, март-апрель. 2013, с. 307-317.

10. Lepage, A .; Tavallali, H .; Pujol, S .; и Раутенберг, Дж. М.,

«Высококачественные стальные стержни и волокна в качестве армирования бетона для сейсмостойких каркасов

», «Достижения в гражданском строительстве», V. 2012, 2012,

, стр. 1-13. DOI: 10.1155 / 2012/450981

11. Ибарра, Л., Бишоу, Б., «Высокопрочный армированный волокном бетон

Балочные колонны с высокопрочной сталью», ACI Structural Journal, V.113,

No. 1, янв.-февр. 2016, с. 147-156. DOI: 10,14359 / 51688066

12. Tavallali, H .; Лепаж, А .; Rautenberg, J.M .; и Пуйоль, С., «Бетонные балки

, армированные высокопрочной сталью, подверженные смещению —

мент разворота», ACI Structural Journal, т. 111, № 5, сентябрь-октябрь. 2014,

с. 1037-1047. doi: 10.14359 / 51686967

13. Чун, С.С., «Испытание на стыковку внахлест с использованием высокопрочных стержней с головкой

550 МПа (80 ksi), предел текучести», ACI Structural Journal, V.112, No. 6,

ноябрь-дек. 2015, с. 679-688. DOI: 10.14359 / 51687936

14. Hwang, H.J .; Park, H.G .; Choi, W. S .; Chung, L .; и Ким, Дж. К.,

«Испытание на циклическую нагрузку для соединений балка-колонна с арматурными стержнями на изгиб 600 МПа (87

ksi)», ACI Structural Journal, V. 111,

No. 4, июль-август. 2014, с. 913-924. DOI: 10.14359 / 51686920

15. Choi, W. S .; Park, H.G .; Chung, L .; и Ким, Дж. К., «Экспериментальное исследование

для соединения внахлест класса B арматурных стержней 600 МПа (87 тыс. фунтов на квадратный дюйм)», ACI

Structural Journal, V.111, No. 1, январь-фев. 2014. С. 49-58.

16. Оу, Ю. К., Курниаван, Д. П., «Поведение при сдвиге армированных бетонных колонн

с высокопрочной сталью и бетоном», ACI Structural

Journal, Т. 112, № 1, январь-февраль. 2015, с. 35-45. DOI: 10.14359 / 51686822

17. Оу, Ю. К., и Курниаван, Д. П., «Влияние осевого сжатия на поведение сдвига

высокопрочных железобетонных колонн», ACI

Structural Journal, V. 112, No.2 марта-апр. 2015, с. 209-219.

18. Paultre, P .; Legeron, F .; и Монжо, Д., «Влияние прочности бетона

и предела текучести поперечной арматуры на поведение высокопрочных бетонных колонн

», ACI Structural Journal, т. 98, № 4,

июль-август. 2001, с. 490-501.

19. Brooke, N.J .; Megget, L.M .; и Ингхэм, Дж. М., «Характеристики соединения

внутренних соединений балка-колонна с высокопрочным армированием», ACI

Structural Journal, V.103, № 4, июль-авг. 2006, с. 596-603.

20. EI-Hacha, R .; EI-Agroudy, H .; и Ризкалла, С. Х., «Характеристики связки —

характеристик высокопрочной стальной арматуры», ACI Structural Journal,

Т. 103, № 6, ноябрь-декабрь. 2006, с. 771-781.

21. Trejo, D .; Link, T. B .; и Барбоса, А. Р., «Влияние степени и соотношения прочности

на сейсмические характеристики железобетонных колонн»,

ACI Structural Journal, т. 113, № 5, сентябрь-октябрь.2016, с. 907-916. DOI:

10,14359 / 51689015

22. Lim, J. J .; Park, H.G .; и Эом, Т. С., «Испытания под циклической нагрузкой бетонных колонн Rein-

с высокопрочными связанными стержнями», ACI Struc-

tural Journal, V. 114, № 1, январь-февраль. 2017, с. 197-207.

23. Алаи П. и Ли Б. «Высокопрочная бетонная внутренняя балка —

Соединения колонн с армированием из высокопрочной стали», журнал

Structural Engineering, ASCE, V.143, No. 7, 2017, pp. 1-12. DOI: 10.1061 /

(ASCE) ST.1943-541X.0001773

24. Ли, HJ, и Чанг, CJ, «Высокопрочное армирование в соединениях балка-колонна Exte-

при циклической нагрузке», ACI Структурный журнал,

Т. 114, № 5, сентябрь-октябрь. 2017, с. 1325-1338. DOI: 10.14359 / 51700788

25. Wibowo, L.S.B .; Cheng, M. Y .; Huang, F.C .; и Тай, Т. Ю., «Эффективность

высокопрочных обручей в высокопрочных элементах на изгиб»,

ACI Structural Journal, V.114, № 4, июль-авг. 2017, с. 887-897. DOI:

10.14359 / 51689620

26. Park, H.G .; Baek, J. W .; Lee, J. H .; и Шин, HM, «Циклическое нагружение

Испытания на прочность на сдвиг малоэтажных железобетонных стен со стержнями

класса 550 МПа», ACI Structural Journal, т. 112, № 3, май-июнь

2015, стр. 299-310. DOI: 10.14359 / 51687406

27. Cheng, M. Y .; Hung, S.C .; Lequesne, R.D .; и Лепаж, А., «Землетрясения

, устойчивые к землетрясениям, армированные высокопрочной сталью», ACI

Structural Journal, V.113, No. 5, сентябрь-октябрь. 2016, с. 1065-1076. doi:

10.14359 / 51688825

28. GB / T 50081-2002, «Стандарт на метод испытания механических свойств —

связей на обычном бетоне», China Architecture & Building Press, Пекин,

Китай, 2003 г., 33 С. (на китайском языке)

29. GB / T 228.1-2010, «Металлические материалы — испытание на растяжение — Часть 1:

Метод испытания при комнатной температуре», Стандартное издательство Китая, Пекин,

Китай, 2011, 61 стр.(на китайском языке)

30. Ичиносе, Т., «Разрушение связи колонн при сейсмическом воздействии

», Структурный журнал ACI, т. 92, № 5, сентябрь-октябрь. 1995, стр. 535-541.

31. Чен, Ф.Дж., и Йи, В.Дж., «Исследование высокопрочной стали при испытании амплитудной циклической нагрузкой Вари-

», Промышленное строительство, т. 46, № 7,

2016, стр. 154-158. (на китайском языке)

32. Takeda, T .; Созен, М. А .; и Нильсен, Н. Н., «Реакция железобетона

на моделируемые землетрясения», журнал структурного отдела,

ASCE, V.96, No. 12, 1970, pp. 2557-2573.

33. Сезен, Х., Сетцлер, Э. Дж., «Усиление проскальзывания в армированных бетонных колоннах

», Структурный журнал ACI, т. 105, № 3, май-июнь 2008 г.,

, стр. 280-289.

Армирование — Почему и как — Часть II — Балки и колонны | Журнал Concrete Construction

Балки и колонны — две важнейшие структурные единицы, с которыми имеют дело подрядчики. Плиты и стены с точки зрения дизайна представляют собой всего лишь модификации или переделки этих основных секций.Далее следует обзор некоторых соображений по проектированию и связанных с ними конструктивных проблем. Самая простая бетонная балка имеет прямоугольное поперечное сечение со стальным днищем для сопротивления растяжению; он поддерживается с обоих концов и никоим образом не фиксируется. Но эта простая конструкция становится непрактичной и неэкономичной по мере увеличения нагрузок, поскольку требуется все больше и больше бетона, чтобы противостоять увеличению сжимающих сил. Ограничения по высоте, а также высокая стоимость времени и материалов для изготовления массивных балок привели дизайнеров к более изощренным решениям.Благодаря конструкции балки, которая принимает форму на основе прочности и свойств бетона и стали, достигается секция, позволяющая сэкономить массу и пространство. Таким образом, имеется Т-образная балка с широким верхним фланцем, обеспечивающим массу бетона, необходимую для сопротивления сжимающим силам, и узкую, глубокую опору со сталью внизу для сопротивления растягивающим силам. Такие ребристые секции перекрытий часто эффективно используются при строительстве перекрытий и крыш. Необходимость точного размещения стали в правильном положении в этих узких опорах очевидна.Тип опор для балок влияет на количество, форму и расположение арматуры. Балка с простой опорой, концы которой могут свободно перемещаться, всегда сжимаются в верхней части и испытывают растяжение в нижней части, независимо от нагрузки. Таким образом, арматура размещается внизу. Колонна обычно является основным элементом, обеспечивающим реактивную силу, необходимую для поддержки балок и плит, о которых говорилось ранее. При условии, что стены защищают здание от ветра, а балки из плит не передают момент на колонну, простая колонна может испытывать только прямую сжимающую нагрузку.В этом случае конструкция и усиление колонн должны быть относительно простыми. То, что это далеко не так, связано с гибкостью или ее отсутствием. Несущая способность железобетонной колонны во многом зависит от жесткости двух материалов, действующих в сочетании. Колонна, также подвергающаяся изгибу из-за ветра или землетрясения, становится значительно более сложной.

Текст Джонатана Очшорна «Структурные элементы», третье издание

Содержание | 1.Введение в структурное проектирование | 2. Нагрузки | 3. Дерево | 4. Сталь | 5. Железобетон

Введение в железобетон | Свойства материала | Секционные свойства | Подходы к дизайну | Строительные системы | Элементы натяжения | Колонны | Балки | Подключения | Гл. 5 Приложение

Бетонные колонны отливаются в формы, содержащие матрицу из стальной арматуры. Это подкрепление распределяется по периметру форм в виде узора, предназначенного для ограничения бетона, подобно тому, как песок будет заключен в стальной барабан.В обоих случаях (песок в стали барабан; бетон в стальной «клетке») способность материала выдерживать осевое сжимающее напряжение составляет значительно увеличивается из-за наличия ограничивающей стали, независимо от того, способствует ли сталь непосредственно к опоре внешней нагрузки.

Стяжки и спирали

Для колонн обычно используются два типа стальной арматуры: ряды квадратных или прямоугольных. стяжки (рис. 5.16 a ), размещенные горизонтально вокруг как минимум четырех продольных стальных стержней; или сплошная круглая спиральная проволока (рисунок 5.16 b ), намотанный как минимум на шесть продольных стержней. Связанные колонны обычно имеют прямоугольную форму, а спиральные колонны — обычно круглые, но для любого поперечного сечения колонны можно использовать любую схему армирования. В целом спиральное армирование обеспечивает более надежное удержание бетона и более пластичный тип разрушения, чем связанные колонны; Коэффициенты снижения прочности спиральных колонн по сравнению со связанными колоннами учитывают эту относительную безопасность. В Фактическая конструкция стяжек и спиралей основана на довольно простых рекомендациях, кратко изложенных в Таблице A-5 Приложения.4. Приведенные ниже примеры проектирования и анализа не включают расчет связи или шаг и размер спиралей.

Рисунок 5.16: Удерживание продольных стержней с помощью стяжек ( a ); и ( b ) спиральное армирование

Конструкция из бетона и продольной стали

Количество продольной стали в железобетонных колоннах, измеренное по соотношению площадь стали к общей площади колонны (коэффициент армирования) должна находиться между двумя предельными значениями.В нижний предел в 1% обеспечивает минимальное количество стали для защиты от повреждений при растяжении из-за непредвиденных изгибающих моментов; верхний предел 8% предотвращает переполнение стальных стержней в пределах бетонная опалубка. Поскольку продольная арматура колонны обычно сращивается — и, следовательно, удвоенная площадь — если верхний столбец расположен над нижним столбцом (см. рис. 5.53), это обычное явление. ограничить максимальный коэффициент армирования до 4%. Коэффициент усиления определяется как:

(5.1)

, где ρ _g = отношение армирования продольной площади стали к общей площади; A _s = площадь поперечного сечения продольной арматуры; и A _g = общая площадь поперечного сечения бетонной колонны, независимо от того, является ли колонна прямоугольным или круглым в сечении. Также возможно, что для колонн с заданной площадью поперечного сечения с относительно небольшими нагрузками, даже минимальная площадь стали (1% от общей площади колонны) может быть больше, чем требуется для сопротивления нагрузке.В таких случаях разрешается вычислять требуемую и минимальную площадь стали на основе требуемой части бетонной площади, а не всей фактически предоставленной бетонной площади — при условии, что эта «требуемая» площадь составляет не менее половина реальной площади. Другими словами, для таких колонн с относительно небольшими нагрузками коэффициент армирования, рассчитанный на основе фактической площади, может составлять всего 0,5%, но только тогда, когда приложенным нагрузкам можно противостоять, используя только половину бетонной площади.

В этой главе предполагается, что устойчивость железобетонной колонны не является фактором ее устойчивости. сила; то есть колонна недостаточно тонкая для того, чтобы возникла проблема изгиба. Как генерал эмпирическое правило, бетонные колонны укреплены против бокового смещения («бокового смещения»), с гибкостью отношение, KL / r , не более 40, редко зависит от соображений стабильности. Принимая радиус вращения прямоугольной колонны приблизительно равным 0.В 3 раза меньшее поперечное сечение размер столбца, h (то есть, принимая r = 0,3 h ), и принимая коэффициент эффективной длины, K = 1,0, получаем KL / r = 1,0 L / (0,3 h ) ≤ 40. Решая для отношения свободной длины, L , к минимальному размеру поперечного сечения, h , мы обнаруживаем, что эффектами гибкости обычно можно пренебречь в осевых железобетонных колоннах, когда л / ч ≤ 12.Для тонких бетонных колонн необходимо использовать другие методы, чтобы учесть возможность коробления.

Для колонн за пределами матрицы арматуры оставляется не менее 1½ дюйма бетона, чтобы защитить ее от коррозии и обеспечить огнестойкость (2 дюйма для стержней № 6 или более, если бетон подвергается воздействию погодных условий, или землю; 3 дюйма для всех стержней, если бетон заливается прямо на землю — см. Таблицу A-5.1 в Приложении). Для типичных размеров арматуры расстояние от внешней стороны бетонной колонны до средней линии продольной арматуры может быть принято равным примерно 2½ дюйма.или 3 дюйма (Рисунок 5.17).

Рисунок 5.17: Деталь железобетонного элемента, показывающая приблизительное расстояние от осевой линии арматурного стержня до внешняя поверхность бетона

Для железобетонной колонны, подвергнутой чистому осевому сжатию, предельная нагрузка при разрушении — это просто прочность бетона (напряжение разрушения), умноженная на его площадь, плюс предел текучести продольных стальных стержней, умноженный на их площадь (рис. 5.18).

Рисунок 5.18: Номинальные напряжения при разрушении осевой железобетонной колонны.

За предел прочности бетона принимается как 85% прочности его цилиндра, f _c ‘, так как более высокая скорость загрузки испытательных цилиндров (рис. 5.19, кривая a ) по сравнению с фактической загрузкой структурные колонны (рис. 5.19, кривая b ), результаты с более высокой измеренной прочностью, чем можно было ожидать для реальных конструкций.

Рисунок 5.19: Диаграммы напряжения-деформации для простого бетона, показывающие ( и ) характеристики быстрого нагружения испытательных цилиндров; и ( b ) медленная характеристика нагружения реальных конструкций

Напряжение, при котором Выход стальных стержней продольной арматуры зависит от от их предела текучести.Для арматуры марки 60 ( f _y = 60 тысяч фунтов / кв. Дюйм), деформация текучести (напряжение, деленное на модуль упругости) 60 / 29,000 = 0,002. Для класс 40 ( f _y = 40 тысяч фунтов / кв. дюйм), деформация текучести составляет 40/29 000 = 0,001. В любом случае неудача напряжение стали можно принять за предел текучести, f _y , так как уступка уже произошла когда бетон достигает своей деформации дробления (отказ осаждающей колонны) около 0.003. Комбинирование разрушающих напряжений для бетона и стали, мы получаем предельную разрушающую нагрузку для осевого загруженный столбец:

P _n = 0,85 f _c ‘( A _c ) + f _y A _s

(5,22) где A _s — это продольная площадь стали, а A _c — чистая площадь бетона, то есть общая площадь поперечного сечения за вычетом площади стали.

Существует два запаса прочности по снижению прочности для осевых железобетонных колонн: φ — обычный коэффициент, а α — возможность неосевой нагрузки. Оба фактора зависят от того, привязан ли столбец или имеет спираль (см. Таблицу A-5.5 в Приложении). Комбинируя эти коэффициенты снижения прочности с факторизованными нагрузками (обычно 1,2 D + 1,6 L , где действуют временная и статическая нагрузка, согласно таблице в Приложении A-2.7 a ), мы получаем уравнения для расчета и анализа осевой нагрузки армированной стали. бетонные колонны.Пример такого уравнения для статической нагрузки ( D ) и временной нагрузки ( L ), где P _u — факторная или «расчетная» нагрузка:

P _u = 1,2D + 1,6 L ≤ φα (0,85 f _c ‘ A _c + f _y A _s )

(5,3)

Пример 5.1 Анализ осевой нагруженной железобетонной колонны

Определение проблемы. Предполагая, что f _c ‘= 4 тыс. Фунтов / кв. Дюйм и f _y = 60 тыс. Фунтов / кв. как показано на рисунке 5.20. Может ли эта колонна выдерживать временную нагрузку 100 тысяч фунтов и статическую нагрузку 100 тысяч фунтов?

Рисунок 5.20: Поперечное сечение колонны для примера 5.1.

Обзор решения. Найдите бетонные и стальные участки; умножить на напряжения разрушения для бетона и стали и сложите для максимальной емкости.Умножьте предел прочности на коэффициенты снижения прочности и сравните с факторизованными нагрузками, чтобы определить, соответствует ли емкость заданным нагрузкам.

Решение проблемы

1. Из таблицы A-5.2 приложения, площадь стали для 4 стержней № 9, A _s = 4,00 дюйма ² .

2. Площадь бетона, Ac = A _g — A _s = 10 10 — 4,00 = 96 дюймов ² .

3. Из уравнения 5.2, номинальная грузоподъемность или нагрузка отказа, P _n = 0,85 f _c ‘ A _c + f _y A _s = 0,85 (4) (96) + 60 (4,00) = 566,4 тысячи фунтов.

4. Из таблицы A-5.2 приложения, коэффициенты снижения прочности для связанной колонны составляют: φ = 0,65 и α = 0,80.

5. На основании уравнения 5.3 проверьте, равно ли P _u = 1.2 D + 1,6 L ≤ φα ( P _n ). Получаем: P _u = 1,2 D + 1,6 L = 1,2 (100) + 1,6 (100) = 280 тысяч фунтов; и φα ( P _n ) = (0,65) (0,80) (566,4) = 294,5 тысяч фунтов. Следовательно, поскольку P _u ≤ φα ( P _n ), емкость достаточна, и столбец в порядке.

6. В этом примере были заданы все параметры столбца. Тем не менее, мы все еще можем проверить, имеет ли колонна приемлемый коэффициент усиления и что стержни входят в поперечное сечение.Используя уравнение 5.1, мы проверяем, что коэффициент армирования составляет от 1% до 8% (то есть от 0,01 до 0,08): ρ _г = A _s / A _g = 4,00 / 100 = 0,040, поэтому коэффициент усиления в порядке. Используя таблицу A-5.3 приложения, мы находим, что для 2 стержней № 9 в одной строке нам нужно 7,94 дюйма. Поскольку на самом деле у нас 10 дюймов, стержни подходят.

Пример 5.2 Расчет осевой железобетонной колонны с принятыми размерами поперечного сечения

Определение проблемы. Предполагая, что f _c ‘= 3 тысячи фунтов на квадратный дюйм и f _y = 60 тысяч фунтов на кв. ) 150 тысяч фунтов и переменная нагрузка (L) 100 тысяч фунтов. Выберите размер стержня.

Обзор решения. Используйте уравнение 5.3, связывающее приведенную прочность с факторными нагрузками, и решите для стали площадь. Площадь бетона в поперечном сечении колонны находится путем вычитания площади стали. от габаритных размеров поперечного сечения; то есть A _c = A _g — A _s .Проверить пределы соотношения армирования и планка подходит.

Решение проблемы

1. Из уравнения 5.3: P _u = 1,2 D + 1,6 L ≤ φα (0,85 f _c ‘ A _c + f _y А _с ). Нахождение коэффициентов снижения прочности φ и α, из Таблицы A-5.5 приложения, получаем:

1,2 (150) + 1,6 (100) ≤ (0,65) (.80) [0.85 (3) (144 — A _s ) + 60 A _s ].

340 ≤ (0,52) [367,2 — 2,55 A _s + 60 A _s ].

653,85 ≤ 367,2 + 57,45 A _с .

57,45 A _с ≥ 286,65.

2. В таблице приложения A-5.2 выберите 4 No.10 бар с фактическим A _с = 5,08 дюйма ² . Для симметрии количество стержней ограничено 4, 6, 8 и т. Д.

3. Используя уравнение 5.1, проверьте, что коэффициент усиления составляет от 1% до 8% (то есть от 0,01 до 0,08): ρ _г = A _s / A _g = 5,08 / 144 = 0,035, поэтому коэффициент усиления в порядке. Используя Таблицу Приложения A-5.3, мы находим, что для двух столбцов № 10 в одной строке нам нужно 8.38 дюймов. Поскольку на самом деле у нас 12 дюймов, стержни подходят.

Пример 5.3 Расчет осевой железобетонной колонны с принятой степенью армирования

Определение проблемы. Предполагая f _c ‘= 5 тысяч фунтов на квадратный дюйм и f _y = 60 тысяч фунтов на квадратный дюйм, выберите диаметр и найдите требуемую площадь стали для осевой нагруженной спирально-армированной кольцевой железобетонной колонны, поддерживающей статическую нагрузку ( D ) 150 тысяч фунтов и временная нагрузка ( L ) 125 тысяч фунтов.Выберите размер стержня. Проверьте коэффициент армирования и посадку стержня.

Обзор решения. Используйте уравнение 5.3, связывающее приведенную прочность с факторными нагрузками, и решите для брутто площадь. При коэффициенте армирования, ρ _г , принята площадь бетона в поперечном сечении колонны, A _c = (1,00 — ρ _г ) A _g и сталь площадь, A _s = ρ _g A _g .Найдите требуемую общую площадь, выберите размеры колонны (в данном случае диаметр колонны) и действуйте, как в примере 5.2, с известной общей площадью. Проверьте пределы соотношения армирования и посадку стержня.

Решение проблемы

1. Из уравнения 5.3: P _u = 1,2 D + 1,6 L ≤ φα (0,85 f _c ‘ A _c + f _y А _с ).Так как A _c = (1,00 — ρ _г ) A _г и сталь площадь, A _s = ρ _г A _г , получаем:

P _u = 1,2 D + 1,6 L ≤ φα [0,85 f _c ‘(1,00 — ρ _g ) A _g + f 911 ρ _г A _г ]

Выбор степени армирования несколько произвольный; выбираем ρ _г = 0.04; тогда, используя коэффициенты уменьшения прочности φ и α, найденные в Таблице A-5.5 приложения, получаем:

1,2 (150) + 1,6 (125) ≤ (0,75) (0,85) [0,85 (5) (1,00 — 0,04) A _г + 60 (0,04) A _г ].

380 ≤ (0,6375) [4,08 A _г + 2,40 A _г ].

596,1 ≤ 6,48 A _г .

A _г ≥ 91,99 дюйма ² ; так как A _г = πr ² , требуемый радиус бетонной колонны, r = = 5.41 дюйм. Следовательно, требуемый диаметр d = 2 r = 2 (5,41) = 10,8 дюйма. Фактический диаметр, который мы выбираем, может быть больше или меньше этого «необходимого» диаметра, поскольку он был рассчитан на основа желаемого коэффициента армирования, который не обязательно и не может быть точно подобран на практике (поскольку фактическая выбранная площадь стержня обычно превышает требуемую площадь, и поскольку фактический диаметр колонны округляется до ближайшего дюйма или » даже дюйм. Поэтому мы выбираем диаметр колонны, близкий к требуемому значению, скажем, 10 дюймов., и действуйте, как в примере 5.2, с заданной общей площадью столбца.

2. Из уравнения 5.3: P _u = 1.2 D + 1,6 L ≤ φα (0,85 f _c ‘ A _c + f _y А _с ). Коэффициенты снижения прочности, φ и α, из Таблицы A-5.5 Приложения уже определены, общая площадь круглой колонны диаметром 10 дюймов составляет πr ² = π 52 = 78.54 в ² , и получаем:

1,2 (150) + 1,6 (125) ≤ (0,75) (0,85) [0,85 (5) (78,54 — A _с ) + 60 A _с ].

380 ≤ (0,6375) [333,8 — 4,25 A _с с + 60 A _с ].

596,1 ≤ 333,8 + 55,75 A _s .

55,75 A _с ≥ 262,3.

A _s ≥ 4,71 дюйма ² . Это необходимая площадь стали для продольных стержней.

3. Из таблицы A-5.2 приложения выберите 6 стержней № 8 с фактическим значением A _s = 4,74 дюйма ² . Для спиральных колонн количество стержней должно быть не менее 6.

4. Используя уравнение 5.1, проверьте, что коэффициент усиления составляет от 1% до 8% (то есть от 0,01 до 0,08): ρ _г = A _s / A _g = 4,74 / 78,54 = 0,060, поэтому коэффициент усиления в порядке.Используя Таблицу Приложения A-5.3, мы находим, что для 6 стержней № 8 в столбце нам нужен диаметр 10,00 дюймов. Поскольку на самом деле у нас диаметр 10 дюймов, стержни подходят.

Фактический коэффициент армирования, ρ _г = 0,060, намного выше, чем наше первоначальное предполагаемое значение ρ _г = 0,04. Если бы мы выбрали колонку диаметром 12 дюймов вместо колонны диаметром 10 дюймов в конце шага 1, фактическое соотношение стали было бы намного ниже 0,04. Другими словами, практическое требование использовать целые четные числа для диаметра колонны вместе с необходимостью выбора участков стержней, соответствующих фактическим размерам арматурных стержней, часто затрудняет точное определение степени армирования заранее.Однако этот метод приводит к разумному размеру столбца в тех случаях, когда диапазон разумных размеров изначально неизвестен.

© 2020 Джонатан Очшорн; все права защищены. Этот раздел впервые был опубликован 15 ноября 2020 г .; последнее обновление: 15 ноября 2020 г.

Влияние осевой нагрузки и поперечной арматуры на сейсмические характеристики железобетонных колонн