Класифікація підсилювальних елементів в залежності від умов їх роботи та критерії за якими перевіряють міцність підсилених елементів.

Економічне обґрунтування проведення реконструкції та варіанта підсилення конструкції чи окремого елемента

Критерием экономичности проектного решения ре­конструкции, как правило, является сметная стоимости 1 м² (1 м³) объекта после выполнения всех работ, кото­рая не должна превышать аналогичного показателя при новом строительстве. Исключение для этого правила мо­жет быть допущено только для объектов, имеющих исто­рическое или художественное значение.

При Оценке альтернативных вариантов реконструк­ции зданий одним из важнейших показателей является возможность выполнения работ без остановки производ­ства, так как потери от прекращения или даже сокраще­ния производства, как правило, существенно превышают затраты на строительно-монтажные работы при рекон­струкции.

В качестве критерия экономической эффективности того или иного (i-го) проектного решения при реконст­рукции принимается обычно минимум приведенных зат­рат, которые слагаются из себестоимости строительно-монтажных работ Сi, и капитальных вложений Кi, при­веденных к годовой размерности в соответствии с уста­новленным нормативным коэффициентом эффективности Е_H=0,12 капитальных вложений в строительство:

З_і = С_і + Е_нК_іàmin.

При выборе сопоставимых вариантов реконструкции
предпочтение отдается варианту с минимальными при­
веденными затратами, выявленному по всему комплексу
сфер проявления эффективности.

В зависимости от конкретности поставленных задач экономический анализ проектных решений должен ис­пользовать показатели и методики их определения, приведенные в соответствующих справочно-нормативных ис­точниках.

Три способи підсилення металоконструкцій.

Основними способами підсилення конструкцій є:

збільшення площі поперечного перерізу окремих елементів конструкції;

зміна конструктивної схеми всього каркаса або окремих його елементів, внаслідок чого змінюється розрахункова схема;

регулювання напружень.

Кожний з цих способів може застосовуватися самостійно або в комбінації з іншим. При виборі способу підсилення і розробці проекту підсилення необхідно враховувати вимоги монтажної технологічності.        

При конструктивному оформленні підсилення шляхом збільшення перерізів необхідно:

забезпечити надійну спільну роботу елементів підсилення і усилюваної конструкції, у тому числі вимоги по місцевій стійкості (розміри звісів, відгинів) і незмінюваності перерізу(установка в необхідних випадках ребер, діафрагм і т. п.);

не ухвалювати рішень, що утрудняють проведення заходів щодо антикорозійного захисту, особливо що ведуть до щілистої корозії або утворення замкнутих порожнин, застосовуючи в необхідних випадках герметизацію щілин;

призначати місця обриву елементів підсилення з умови роботи непідсилених переризів при дії розрахункових навантажень в пружній стадії, не допускаючи різких концентраторів напружень у вказаних місцях;

враховувати наявність конструктивного оформлення вузлів, ребер жорсткості, прокладок і т. п., а також допустимість збільшення габаритів будівельних конструкцій;

забезпечувати технологічність виробництва робіт по підсиленню, зокрема, доступність зварки, можливість свердління отворів, закручування болтів і т.п.

- При підсиленні конструкцій шляхом зміни конструктивної схеми потрібно:

враховувати перерозподіл зусиль в конструкціях, елементах, вузлах, а також в опорах, включаючи додаткові перевірки фундаментів;

враховувати різницю температур, якщо існуючі і нові конструкції можуть експлуатуватися в різних температурних режимах, а також температурний режим при замиканні статично невизначних систем;

передбачати в конструктивних рішеннях елементів і вузлів можливість компенсації неспівпадання розмірів існуючих і нових конструкцій.

- Спосіб підсилення конструкцій, що передбачає регулювання напружень, дозволяє зменшити зусилля, діючі в конструкції. Перевага його полягає також в тому, що підсилення може проводитися без розвантаження конструкції і зупинки технологічного процесу.

Граничний рівень початкових напружень в металевому елементі при його підсиленні під навантаженням із застосуванням зварювання.

Уровень начального нагружения элементов ограничивается с целью обеспечения их несущей способности в процессе усиления в зависимости от нормы предельных пластических деформаций в соответствии с их классом по п. 4.8. Этот уровень начального нагружения характеризуется коэффициентом b₀ представляющим собой абсолютную величину отношения наибольшего напряжения в усиливаемом элементе в момент усиления к его расчетному сопротивлению (b₀ = |s_0,max/R_yo|). В общем случае сжатия (растяжения) с изгибом значения s₀ определяются формулой

,                                         (25)

где N₀, М_0x, М_0y - продольная сила и изгибающие моменты в наиболее нагруженном сечении элемента.

Предельный уровень начального нагружения элементов для конструкций, усиливаемых с помощью сварки, в зависимости от класса конструкций по п. 4.8 ограничивается, как правило, условиями:

b₀ £ 0,2 для I класса;

b₀ £ 0,4 » II »;

b₀ £ 0,8 » III и IV классов.

Если указанные условия не выполняются, то необходима либо предварительная разгрузка конструкций, либо использование специальных технологических мероприятий при усилении, обеспечивающих ограничение деформаций конструкций (в частности, сварочных).

Вимоги до проектування підсилення конструкцій (відносно скорочення робіт з підсилення, застосування матеріалів для підсилення, виготовлення підсилювальних елементів, способу їх прикріплення).

-З метою скорочення об'ємів робіт по підсиленню, а в деяких випадках і відмови від підсилення необхідно виявляти і використовувати резерви несучої здатності конструкцій, що зберігаються, шляхом:

уточнення зусиль, діючих в перенапружених елементах, за рахунок врахування просторової роботи каркаса; фактичних умов з'єднання і закріплення, врахування фактичних значень навантажень, впливів і їх поєднань;

уточнення характеристик міцності матеріалу конструкцій і з'єднань, фактичних розмірів переризів і елементів;

включення в роботу захищаючих конструкцій або інших допоміжних елементів будівель і споруд.

З цією метою рекомендується проведення заходів щодо поліпшення умов роботи несучих конструкцій таких, як: пошук можливостей зменшення навантажень, що діють на споруду або на елементи;

-Елементы підсилення необхідно проектувати, як правило, орієнтуючись на повне виготовлення їх в заводських умовах. В особливих випадках допускається виготовлення деталей підсилення з припуском і подальшою обробкою на місці установки.

Приєднання деталей підсилення до конструкцій виконується за допомогою зварки, на болтах класу точності А і В або високоміцних. У разі небезпеки виникнення крихкого або втомного руйнування приєднання здійснювати на високоміцних болтах або болтах класу точності А. При відповідному обгрунтовуванні допускається застосування дюбелів і самонарізуючих гвинтів.

-Сталь, що застосовується для елементів посилення, як правило, не повинна поступатися за якістю металу усилюваних конструкцій (по механічних властивостях, в'язкості і зварюваності).

При підсиленні конструкцій, експлуатованих в агресивному середовищі, корозійна стійкість металу елементів підсилення не повинна бути нижчою стійкості металу усилюваної конструкції.

Класифікація підсилювальних елементів в залежності від умов їх роботи та критерії за якими перевіряють міцність підсилених елементів.

В зависимости от условий работы усиливаемые элементы конструкции разделены на четыре класса, отличающиеся нормой допустимых предельных пластических деформаций:

I. Сварные конструкции, работающие в особо тяжелых условиях эксплуатации (подкрановые балки для кранов режима работы 7К, 8К, элементы конструкций бункерных и разгрузочных эстакад, непосредственно воспринимающие нагрузки от подвижных составов). Расчеты прочности элементов условно выполняются в предположении упругой работы стали.

II. Элементы конструкций, непосредственно воспринимающие подвижные, динамические или вибрационные нагрузки и не входящие в группу 1. Норма предельных пластических деформаций e_p,lim = 0,001.

III. Элементы конструкций, работающих при статических нагрузках, кроме элементов, относящихся к классу IV, e_p,lim = 0,002.

IV. Элементы конструкций, работающие при статических нагрузках и удовлетворяющие требованиям пп. 5.19-5.21, 7.1-7.24 СНиП II-23-81* по обеспечению общей и местной устойчивости при развитых пластических деформациях, e_p,lim = 0,004

Проверку прочности элементов в зависимости от их класса по п. 4.8 осуществляют:

для элементов I, II и III классов - по критерию краевой текучести. В случае усиления под нагрузкой указанный критерий является чисто условным, ибо начальные и сварочные деформации неизбежно обусловливают упругопластическую работу усиленных элементов. Фактически рассматриваемый критерий обеспечивает ограничение уровня пластических деформаций нормой, указанной в п. 4.8;

для элементов IV класса - по критерию развитых пластических деформаций. Оценка прочности осуществляется исходя из оценки несущей способности усиленных сечений по критерию пластического шарнира, но с введением специальных понижающих коэффициентов g_N и g_M гарантирующих ограничение уровня пластических деформаций нормой e_p,lim = 0,004; g_N и g_M принимаются в зависимости от схемы усиления, соотношения прочностных характеристик материалов, уровня и условий нагружения усиливаемого элемента.

- Проверка прочности элементов по критерию краевой текучести выполняется по формулам: центрально-растянутые или сжатые симметрично усиленные элементы

,                                                 (38)

где g_N - коэффициент, учитывающий уровень и знак начальной осевой силы; для растянутых и сжатых элементов, усиленных без использования сварки g_N= 0,95; для сжатых элементов, усиленных с помощью сварки, - g_N = 0,95 - 0,25b₀;

изгибаемые элементы

;                                             (39)

сжато- и растянуто-изогнутые элементы

.                                     (40)

В формулах (39) и (40) для элементов 1 класса принимается g_M= 0,95; для элементов II и III классов - g_M= 1. При N /(A_nR_y0) ³ 0,6 значения g_M принимаются равными g_N.

Проверка прочности центрально-растянутых или сжатых несимметрично усиленных элементов осуществляется по формуле (40), при этом изгибающие моменты подсчитываются относительно осей х и у усиленного сечения.

- Проверка прочности элементов по критерию развитых пластических деформаций выполняется по формулам:

центрально-растянутые или сжатые симметрично усиленные элементы

;                                                      (41)

изгибаемые элементы

,                                                 (42)

где с_t - поправочный коэффициент, учитывающий влияние поперечных сил и определяемый для двутавровых сечений по формуле

-сжато- и растянуто-изогнутые элементы

,                                (43)

где п принимается по табл. 66 СНиП II-23-81* в зависимости от формы усиленного сечения.

[N] определяется по формуле

,                                      (44)

где a = R_yi/R_yo; g_N = 0,95 - для растянутых элементов или сжатых элементов, усиленных без использования сварки; g_N = 0,95 - 0,1(a + b - 1) - для сжатых элементов, усиленных с помощью сварки.

[M] определяется по формуле

,                         (45)

где  - площадь нетто сжатой зоны сечения усиливаемого элемента; А_0p - то же, растянутой зоны; А_rc, А_rp - площади нетто элементов усиления, расположенных соответственно со стороны сжатой и растянутой зон сечения (рис. 18, а). Для несимметричных односторонних схем усиления (например, по схеме рис. 3, и) со стороны сжатых или растянутых волокон принимается соответственно А_rp = 0 или А_rс = 0; у_oc, у_op, у_rc, у_rp - абсолютные величины расстояний от центров тяжести сжатых и растянутых площадей до центральной оси усиливаемого сечения (рис. 18,б).

Коэффициент g_M в формуле (45) следует принимать:

при симметричном двустороннем усилении элементов симметричного сечения g_M=0,95;

при несимметричном двустороннем или одностороннем усилении элементов со стороны растянутых волокон g_M = 0,95 - 0,2b₀(a - 1);

при одностороннем усилении элементов со стороны сжатых волокон g_M = 0,95 -0,lx x(a + b₀ - 1).

Использование формулы (43) допустимо при t £0,5R_so в противном случае проверка прочности при сжатии-растяжении с изгибом выполняется по формуле (40).

-Проверку прочности изгибаемых и сжато- или растянуто-изогнутых элементов по касательным, местным и приведенным напряжениям производят обычным способом но указаниям разд. 5 СНиП II-23-81* с учетом изменившихся геометрических характеристик сечения.