Ve stavebnictví a ve velkých průmyslových odvětvích často hrají klíčovou roli železobetonové konstrukce, které slouží jako rámy, stropy a funkční platformy pro různé budovy. Nesou mnohatunová zatížení působící ve statickém i dynamickém režimu. V průběhu času nemůže stres ovlivnit stav konstrukce. V důsledku toho je tak či onak vyžadováno vyztužení železobetonových konstrukcí. Konkrétní metodika provádění těchto operací závisí na provozních podmínkách zařízení, technických a fyzických parametrech a požadavcích na plánování.
Co jsou železobetonové konstrukce?
Nejprve byste se měli rozhodnout, co je železobetonová konstrukce v zásadě. V investiční výstavbě totočást konstrukce, která přebírá zvýšené provozní zatížení. Základ konstrukce tvoří betonová konstrukce a jako její základní výztuž jsou použity výztužné pruty. Zpevňování a obnovu železobetonových konstrukcí lze přitom provádět komplexně i částečně. Pokud byla diagnostikou identifikována vadná oblast na povrchu, pak se oprava bude týkat především této části, i když je třeba nejprve vyšetřit příčiny destrukce, které mohou ospravedlnit proveditelnost rekonstrukce dalších částí konstrukce.
Co se rozumí zesílením jako takovým? Jedná se o technický provoz ve výstavbě, díky kterému se prodlužuje životnost zejména budov a jednotlivých staveb. Existují různé metody oprav a zpevňování železobetonových konstrukcí. Všechny v různé míře zahrnují řešení následujících úkolů:
- Zvýšení pevnosti uzlů a nosných prvků konstrukce zařazením nových prvků. Posledně jmenované mohou být nosníky, překlady, konzolové díly, výztuhy atd.
- Vykládání nebo přerozdělování hmoty, která působí na železobetonový základ. V tomto případě je ovlivněno uspořádání struktur, které mechanicky ovlivňují cílovou oblast opevnění. Vykládání snižuje požadavky na železobetonové konstrukce.
- Zvýšení základních pevnostních charakteristik předmětu a jeho prvků nahrazením.
Když je nutné vyztužit RC-designy?
Už ve fázi montáže nosného rámu se volí technická řešení a stavební materiály v souladu s budoucím zatížením s předpokladem dlouhodobého provozu. V průběhu času se vlivem různých faktorů technický stav konstrukce zhoršuje a je potřeba podpořit její kritické prvky. Úplné vyztužení železobetonových konstrukcí by mělo být provedeno v následujících případech:
- Ztráta konstrukční pevnosti v důsledku stárnutí a únavy materiálů. To platí zejména pro betonovou konstrukci, která je vystavena negativním chemickým vlivům a přirozenému mechanickému namáhání.
- Rekonstrukce budovy, v jejímž důsledku se mění konfigurace nosných stěn, trámů, sloupů, vazníků a konzol. Na konstrukčních kotevních bodech může být vyžadováno zesílení nebo odlehčení hmoty.
- Změna počtu podlaží. Dochází také k přerozdělení hmotnosti na sloupy, stropy a stěny, což vyžaduje revizi a nosnost prvků konstrukce.
- Pohyby země, které se již zdeformovaly nebo změnily konfiguraci dopadu na základ a následně na nosné uzly rámu. Vyžaduje se také obnovení silové rovnováhy mezi strukturami.
- Zničení nebo částečné poškození nosných částí nebo jednotlivých prvků v důsledku nehod, přírodních katastrof, zemětřesení, katastrof způsobených člověkem.
- Když jsou chyby zjištěny ve fázi návrhu nebo již během provozu budovy.
V tomto případě hlavní a nejvíceběžné důvody, které zahrnují potřebu posílit železobetonové konstrukce tak či onak. Konkrétní povaha opotřebení nebo poškození by měla být stanovena během komplexního průzkumu, na jehož základě se vypracuje projekt na zpevnění konstrukce a vybere se nejlepší způsob jeho realizace.
Diagnostika a odstraňování problémů s designem
Technická kontrola se provádí v souladu s harmonogramem nebo neplánovaně v případě zjevných známek destrukce budovy. Tato část činností je upravena normami nedestruktivního zkoušení v souladu s GOST 22690 a 17624. Hodnocení na základě výsledků průzkumu se provádí v souladu se souborem pravidel (SP) o zpevňování železobetonových konstrukcí pod číslo 63,13330.
Diagnostické postupy začínají vizuální prohlídkou, při které se zjistí vnější poškození – vady, třísky, praskliny atd. K odhalení skrytých poškození se používají metody nedestruktivního testování. Takové úkoly jsou řešeny pomocí speciálních zařízení, například pomocí elektromagnetických nebo ultrazvukových defektoskopů. Pro odstraňování poruch železobetonu se častěji používají zejména ultrazvuková zařízení pracující georadarovou a echo-pulzní metodou. Během inspekce se objeví dutiny, přítomnost agresivních složek v konstrukci, zničení výztužných tyčí, stopy koroze atd.
Na základě získaných dat je vyvinuta další strategie k odstranění poškození, opravy, obnovy popř.přerozdělení zátěží. Ve stejné fázi mohou defektologové poskytnout doporučení k posílení železobetonových konstrukcí s přihlédnutím ke specifikům poškození, které lze opravit pouze nedestruktivními testovacími nástroji. Důležitou roli při určování způsobu zpevnění konstrukce budou hrát konkrétní technické a fyzikální parametry, na kterých je konstrukce provozována.
Specifikace zisku
Parametry výztuh se mohou lišit v závislosti na konfiguraci aplikace přídavné síly a specifických požadavcích na podepření konstrukce. Nejběžnějšími charakteristikami jsou modul pružnosti podpory a pevnost v tahu. Optimální vyztužení železobetonových konstrukcí kompozitními materiály tedy v průměru poskytuje elasticitu v rozmezí 70 000-640 000 MPa a indikátory pevnosti v tahu - od 1500 do 5000 MPa. Samozřejmě není nutné v každém případě usilovat o maximální výkon. Volba specifického výkonového potenciálu nosných a výztužných prvků závisí na aktuálním stavu železobetonové konstrukce.
Co se týče rozměrových parametrů, budou záviset na schématu zpevnění, které je sestaveno na základě plánovacího řešení. Například fragmentární vyztužení železobetonové desky může být provedeno dodatečnou podporou pro monolitický beznosníkový modul o tloušťce 300 mm. Výztužné sloupy mají obvykle průměrný průřez 400x400 mm a jsou umístěny pod podlahou v krocích 5-7,5 m.určeno napěťovým stavem podlah a nosných stěn.
V komplexní formě může mít například vyztužení železobetonových konstrukcí uhlíkovými vlákny následující technické vlastnosti:
- Tloušťka prvku je 0,3 mm.
- Šířka – 300 mm.
- Hmotnost – 500 g/m2.
- Modul pružnosti – 230000 N/mm2.
- Hustota – 1,7 g/cm3.
- Pevnost v tahu - 4000 N/mm2.
- Smyková pevnost konstrukce - 7 N/mm2.
- Pevnost materiálu v tlaku - 70 N/mm2.
- Deformace při porušení struktury – 1,6 %.
- Přilnavost kompozitních vláken k betonové konstrukci - 4 N/mm2.
- Youngův modul - 400 N/mm2.
Specifikum použití moderních kompozitních materiálů je způsobeno tím, že složení lepidla hraje významnou roli při montážních operacích s nimi. Často působí jako nezávislý těsnící a sanační prostředek pro zpevnění betonové konstrukce. Například epoxidové směsi mohou dobře plnit funkce těsnění technologických švů a spojů.
Předpisy
V procesu výpočtu, projektování a provádění instalačních prací je třeba se řídit několika GOST, mezi nimiž jsou 31937, 22690 a 28570. Tyto dokumenty v různé míře regulují údržbu a rekonstrukci budov a staveb. Je také nutné vzít v úvahu standardy dokumentu SP 63.13330, který dává konkrétní pokyny korganizace a provádění opravných a restaurátorských opatření včetně zpevňování železobetonových konstrukcí kompozitními materiály. SP 164.1325800 také pomůže při použití jiných plastových a sklolaminátových materiálů pro vyztužení. Obecná pravidla, na která je třeba dávat pozor, jsou následující:
- Vypracování projektu zesílení by mělo být provedeno pouze na základě údajů z terénního průzkumu konstrukcí.
- Do doby výpočtu materiálů a konfigurace instalačních prací by měly být připraveny informace o velikosti cílového objektu, jeho stavu, způsobech vyztužení, pevnosti betonu atd.
- Po prozkoumání je učiněno zásadní rozhodnutí o přípustnosti stavby k opravě s dalším provozem.
- Vyztužovací opatření by měla být provedena tak, aby kompozitní vlákna nebo kovové tyče zajišťovaly práci ve spojení s betonovou konstrukcí.
- Není dovoleno zpevňovat konstrukce, ve kterých jsou místa poškození korozí.
- V procesu přípravy projektu je také důležité vypočítat potřebu poskytnout dodatečné ochranné vlastnosti materiálu, například zahrnout do konstrukce žáruvzdorné nebo vlhkosti odolné nátěry.
Výhody betonové výztuže
Spolu s pravidly upravujícími opravy a restaurování stavebních konstrukcí by bylo užitečné nejprve připravit základ metodických materiálů, které pomohouřešit úkoly v praxi. K dnešnímu dni existuje mnoho vizuálních pokynů, které popisují krok za krokem a vizuálně technologie pro aplikaci konkrétních metod pro rekonstrukci určitých struktur. Například LLC "Interaqua" a "NIIZHB" nabízí komplexní průvodce pro zesílení železobetonových konstrukcí kompozitními materiály na základě souboru pravidel SP 52-101-2003. Materiál popisuje volbu konstrukčního řešení, principy výpočtu zesílení stěn a stropů a také technologické postupy pro použití karbonových dílů.
Pokud se bavíme o průmyslových objektech, pak lze využít vysoce specializované příručky, které se zaměřují i na speciální provozní podmínky konstrukcí. Zejména Far East PromstroyNIIproject LLC nabízí pokyny pro zesílení železobetonových konstrukcí řady 1.400.1-18. Tento materiál zdůrazňuje nuance zesílení nosných stěn a stropů v konstrukci průmyslových budov.
Vývoj projektu strukturální výztuže
Hlavním úkolem této etapy je nabídnout konkrétní technické řešení pro realizaci zpevnění konstrukce cílového objektu. Během procesu vývoje se specialisté řídí údaji o vlastnostech konstrukčních materiálů, jejich geometrických parametrech, provozních podmínkách a existujících poškozeních. V současné době byly vyvinuty následující návrhové zásady pro vyztužení železobetonových konstrukcí:
- Propojení komponent. Častou chybou, ke které dochází při stavbě, je uvažování o staveništiv izolovaném formátu. To znamená, že například nosná stěna bude vypočítána na základě přímého zatížení na ni, aniž by se zaměřovaly na blízké faktory vlivu. Ve skutečnosti lze vysoce kvalitní a odolný systém navrhnout pouze s komplexním zvážením všech provozních faktorů.
- Optimalizace. Úkoly zpevňování konstrukcí lze řešit různými způsoby a téměř v každém případě existuje řešení, které umožní zařízení udržet vysokou životnost. Zároveň je však žádoucí snažit se minimalizovat množství práce, hmotnost pomocných nosných dílů a racionalizovat použití spotřebního materiálu. Čím nižší je míra zásahu do konstrukce konstrukce, tím vyšší je její spolehlivost. Mimochodem, moderní technologie pro vyztužování železobetonových konstrukcí kompozitními materiály, které jsou ve srovnání s kovovými protějšky menší velikostí a hmotností, právě umožňují minimalizovat objem zahrnutí cizích prvků.
- Ekonomická racionalizace. I když je možné při realizaci projektu zesílení použít velké finanční prostředky, je důležité vzít v úvahu, že složitá a masivní technická řešení vždy vyžadují vysoké náklady již v procesu údržby během provozu konstrukce.
- Soulad se stanovenými požadavky. Každá fáze návrhu musí brát v úvahu jak obecná normativní pravidla, tak specifické požadavky na technické a konstrukční zařízení ve vztahu k cílové budově.
Pravidla pro výpočet vyztužení železobetonových konstrukcí
Technický výpočet konstrukcí je základem projekční práce, během níž se skutečná zatížení korelují s energetickými potenciály materiálů použitých pro výztuž. Výchozí údaje pro komplexní výpočet jsou převzaty z návrhového schématu, jeho rozměrů, působících zatížení a charakteru poškození. Samostatnými články při posuzování materiálů pro vyztužování železobetonových konstrukcí jsou vypočtené ukazatele pevnosti v tlaku, výšky tlakové zóny, stability podél nakloněných úseků atd.
Základní hodnotou konstrukce, která určuje schopnost vyrovnat se se skutečným zatížením, bude moment maximálního ohybu. Pro jeho výpočet se používají součinitele spolehlivosti pro materiál a zatížení. Určuje se také povaha rozložení poškození po průřezu konstrukce s přihlédnutím ke stupni její elasticity. Pokud počáteční maximální ohybový moment překročí proces praskání podél průřezu, pak by měl být výpočet proveden stejným způsobem jako u průřezu s trhlinami, bez zohlednění potenciálu rozvoje deformace.
Konstantní hodnoty cílových materiálů se také používají ve výpočtech pro vyztužení konstrukcí. Moderní pokyny pro zpevňování železobetonových konstrukcí se opírají zejména o následující ukazatele:
- Síla – rozsah od 1000 do 1500 MPa, ale ne méně.
- Modul pružnosti – od 50 do 150 GPa.
- Teplota skelného přechodu (používá se pro kompozity) – ne méně než 40 °С.
Rozměrové parametry a montážní konfigurace jsou určeny individuálně ve vztahu ke konkrétnímudesigny.
Klasifikace metod vyztužení
Moderní technologie umožňují využít rozsáhlý seznam prostředků technického zpevnění různých konstrukcí, přizpůsobení konkrétním provozním podmínkám. Na základní úrovni se vyplatí rozdělit všechny způsoby zesílení železobetonových konstrukcí podle jejich fyzického stavu. Zejména lze rozlišit tekuté, tkané a pevné prvky. V prvním případě bude zpevnění provedeno podle způsobu opravy vnějších poškození. Může se jednat o eliminaci trhlin pomocí pískovo-cementové m alty a utěsnění spár lepicími stavebními hmotami. Textilní materiály se používají méně často a většinou jako ztužující činidlo, které se aplikuje na litou plochu stejnými zpevňujícími roztoky.
Pokud jde o pevné látky, jedná se o konstrukční části, které jsou nějakým způsobem integrovány nebo navrstveny na poškozenou strukturu. V tomto případě lze způsoby vyztužování železobetonových konstrukcí rozdělit jak podle typu použitého materiálu (kov, kompozity, kámen), tak podle konfigurace instalace. Nejoblíbenějším způsobem vyztužení masivními výrobky je pásové vyztužení, kdy profilované podložky upínají poškozené místo. Ale toto není jediný způsob, jak takové produkty používat.
Základní metody zpevňování železobetonových konstrukcí
V závislosti na výsledcích počátečního průzkumu a na základě rozhodnutí o návrhulze použít následující metody vyztužení železobetonových konstrukcí:
- Pokládka opravné omítky za účelem obnovení struktury betonového povrchu. Pokud existují otevřené prostory pro průchod výztuže, jsou také utěsněny základními směsmi nebo omítkou.
- Nanášení betonové m alty do dutin, trhlin, dutin a jiných vnitřních strukturálních defektů zjištěných nedestruktivním testováním.
- Stříkaný beton s betonovou směsí. Betonová m alta se nanáší na povrch speciálními pistolemi vysokou rychlostí. Tato mechanika ošetření poškozených oblastí umožňuje vytvoření hustých výztužných vrstev vysoké pevnosti.
- Posílení základů, na kterých konstrukce spočívá. To se děje pomocí železobetonových spon, kovových pásů, kotevních úvazů a dalších pevných prvků.
- Zpevnění železobetonových sloupů, trámů a stěn pomocí instalace složitých výztužných příchytek, rámů a košil. V takovém zařízení lze použít prvky výztuže, bednění a stříkaného betonu. Protože tato metoda zahrnuje vytvoření poměrně významných dodatečných konstrukcí, doporučení pro zesílení železobetonových konstrukcí doporučují pečlivě vypočítat maximální zatížení stropu. V opačném případě bude po určité době možné detekovat trhliny již ve struktuře nosných prvků spodní úrovně.
- Bodové zvýšení odolnosti příčníků, nosníků, sloupků a nosných prvků s kompozity. Pro takové účely slouží maloformátové, ale odolné díly z uhlíkových vláken, kevlaru, karbonu aatd.
Jak ukazuje praxe, nejúčinnějším řešením podpory energetického potenciálu železobetonových konstrukcí je právě strukturální změna jejich základů. Doplnění stěn a stropů o podpůrné prvky třetích stran, jako jsou vzpěry, je naopak považováno za neefektivní a technologicky neúčelné. Ale opět, konkrétní rozhodnutí by měla být učiněna na základě komplexního průzkumu a výpočtu.
Vyztužení ocelí a kompozity – co je lepší?
Základní rozdělení v mnoha ohledech pro zpevnění stavebních konstrukcí je založeno na typu použitého materiálu. Nejběžnějšími výztužnými armaturami jsou silové polovodičové tyče a konstrukční prvky, lze je však vyrobit na bázi tradičních ocelových slitin a za použití moderních plastů. Co je lepší?
Mezi výhody kovu patří jeho všestrannost, vysoká pevnost a dostupná cena. Mimochodem, vyztužení železobetonových konstrukcí uhlíkovými vlákny se všemi pozitivními technickými a fyzikálními vlastnostmi může stát o 20-30% více než použití i vysoce kvalitní nerezové oceli. Co odůvodňuje takové náklady? Přesto kompozity vykazují nepřekonatelnou pevnost v tahu, která překonává dokonce i ocel. Na rozdíl od betonu se uhlíková vlákna také vyznačují vyšším zdrojem únavové pevnosti, což eliminuje přechodná obnovovací opatření během dlouhodobého provozu budovy. Existují nějaké nevýhody kompozitů kromě vysoké ceny? Existují nuance ekologických vlastností, protože vplast je stále základem materiálu, ale význam vlivu syntetických přísad je z hlediska nebezpečnosti pro člověka minimální.
Závěr
Opatření na opravu, obnovu a zpevnění železobetonových konstrukcí zpravidla vyžadují mnoho organizačních a finančních nákladů. To je způsobeno složitostí jejich konstrukce a technologickými problémy při provádění instalačních operací. I drobné kosmetické procedury musí být prováděny v několika fázích - od odstraňování problémů s přípravou předmětu k práci až po přímé odstranění poškození nebo zvýšení pevnostních vlastností materiálů. Proto v doporučeních pro návrh vyztužení železobetonových konstrukcí odborníci upozorňují na potřebu zvážit technicky nejflexibilnější možnosti řešení problému. Například nejjednodušší náhrada ocelové výztuže o průměru 12 mm tyčí z uhlíkových vláken tloušťky 8 mm se stejným vyztužovacím efektem minimalizuje až 50 % nákladů na energii. Taková optimalizace ale samozřejmě není vždy možná. V každém případě by měly vystoupit do popředí zásady zachování požadované pevnosti, pružnosti a tuhosti konstrukcí. Dodržování normativních plánů a kvalitních instalačních schémat umožní racionálně provést zpevnění a v maximální možné míře oddálit čas na nutnost dokončení rekonstrukce budovy s výměnou železobetonové konstrukce.
