Технико–экономическая целесообразность использования современных методов усиления железобетонных конструкций при реконструкции промышленных объектов
Работы, связанные с восстановлением эксплуатационной надежности зданий и сооружений в процессе их реконструкции являются дорогостоящими и сложными. Проблема повышения прочности железобетонных конструкций актуальна как при проектировании новых, так и в случае реконструкции старых зданий в связи с их надстройкой, изменением размеров архитектурно-планировочных решений увеличением уровня нагрузки на конструкции. Если отсутствует возможность прерывания технической эксплуатации объекта, то наиболее остро стоит вопрос экономии времени, пространств и денежных средств.
В статье рассматривается технико-экономическая целесообразность использования новых методов усиления железобетонных конструкций.
Углепластик – новый строительный композитный материал, который наклеивается на конструкцию с помощью клея вручную. Основное преимущество подобного усиления: его
Рисунок 1 Приклеивание композиционного материала на поверхность бетона с помощью клея Sikadur
технологичность, скорость, относительная простота и отсутствие необходимости в грузоподъемной или иной технике.
Как материал, углепластик дороже стали в несколько раз, но в связи с вышеизложенными преимуществами в конечном итоге усиление углепластиком все же выигрывает по экономии – долговечность, низкие трудозатраты и низкий уровень механизации. Цена углепластиковой ленты – около 1500 руб/кв. м.
В 2006г. опубликовано «Руководство по усилению железобетонных конструкций композитными материалами», в данном документе представлен алгоритм расчета и технологии производства работ при усилении внецентренно сжатых железобетонных колонн на основе материалов из угле- и стекловолокон.
Профессорами – В.А. Клевцовым и Н.В. Фаткуллиным разработана методика оценки несущей способности центрально и внецентренно сжатых конструкций, усиленных углеволок-
(2)
ном. Для определения несущей способности железобетонной конструкции (колонны)предложена формула:
(1)
npraTOMEf*ef<0.75*Rf, Где: R1=0.0038*K1*Rf ;
b + h
= 2 *t f*”5fc”
Rb– расчетное сопротивление бетона сжатию для предельных состояний 1-й группы;
Ef, Rf – соответственно начальный модуль упругости и нормативная прочность на растяжение угле- и стекловолокон;
£f– нормативная деформация при растяжении угле- и стекловолокон;
tf– расчётная толщина композиционного материала.
Зависимость, приведённая выше, получена из формулы, предложенной Mander J.B., в виде:
= 2 254 |l + 7.94^-2^-1.254, где <т = 70.3хй,
В. M. Бондаренко и A. Л. Шагиным в работе на основе использования метода интегрального модуля деформаций предложена методика расчета комбинированных многокомпонентных конструкций из бетона, стали и стеклопластика. При выборе рационального метода усиления железобетонных колонн именно в условиях промышленных предприятий, необходимо учитывать одновременно несколько факторов: техника безопасности, минимизация отрыва от производства и денежных затрат, а также эффективность усиления. Поскольку вопросы долговечности материалов на основе углеволокна также немаловажны при их применении в строительстве, в настоящей статье кратко изложены основные сведения по данному вопросу. Данные технологии усиления конструкций, возможно применять без отрыва от производства с соблюдением всех правил промышленной безопасности. Для начала работ по усилению конструкций разрабатываются технологические карты в составе проекта производства работ и согласовываются с технадзором и заказчиком. Подобные системы востребованы на предприятиях и производствах, где запрещено использование сварочных процессов по условиям техники безопасности.
Технико-экономические достоинства систем высокопрочного усиления на основе углепластиков:
– элементы усиления имеют ничтожный вес по сравнению с привычными решениями по усилению стальными элементами, что снижает расход материалов и трудоёмкость работ; для монтажа систем высокопрочного усиления не требуется специальная грузоподъемная техника, все материалы легко перемещаются вручную в нужную точку конструкции, то есть снижаются затраты на эксплуатацию машин и механизмов; возможность производства работ в крайне стесненных и даже замкнутых условиях; возможность усиления конструкций находящихся далеко от транспортных путей куда невозможно или затруднительно доставить стальные элементы усиления (снижаются затраты на транспорт; возможность усиления конструкций работающих в агрессивных средах; возможность усиления конструкций подверженных воздействию жидких агрессивных сред, в том числе, возможность крепления систем усиления под водой; элементы усиления на основе композитных материалов не подвержены коррозии и воздействию агрессивных сред, кроме того они не проводят электрический ток, то есть физический износ таких конструкций более медленный; работы по усилению возможно выполнить в кратчайшие сроки, то есть снижаются накладные расходы; высокопрочные системы усиления имеют ничтожный габарит, не уменьшают строительную высоту перекрытия и не увеличивают габариты усиливаемой конструкции.
Несмотря на значительное количество достоинств, такие системы усиления имеют и ряд недостатков: максимальная эксплуатационная температура системы высокопрочного усиления составляет от 60 до 150°С, что требует выполнения теплозащиты и огнезащиты таких конструкций усиления; достаточно высокие требования к прочности и подготовке поверхности усиливаемой железобетонной конструкции; для качественного и надежного выполнения работ по усилению с помощью углепластиковых материалов требуются высоко квалифицированные рабочие прошедшие специальную подготовку и имеющие достаточный опыт работы; целый ряд эстетико-психологических проблем — на практике трудно поверить, что такая незначительная, казалось бы, углепластиковая лента, приклеенная к бетону, столь существенно увеличивает несущую способность усиливаемой конструкции. Фактор долговечности углепластика представляет из себя совокупность ряда факторов во взаимосвязи: тип конструкции, требующей усиления и условия её технической эксплуатации, физико-механические свойства и площадь поперечного сечения волокон, наличие и толщина запечатывающего слоя, какого рода и какой длительностью воздействует на конструкцию факторы внешней среды, пространственная характеристика – где производится внешнее армирование, качество монтажа и соблюдения оптимальных условий окружающей среды при производстве. В западной практике опыт усиления железобетонных конструкций углепластиком не превышает пятидесяти лет, натурные данные о более длительном сроке эксплуатации пока отсутствуют, так как материал относительно новый.
ХАФИЗОВА Евгения Николаевна – магистрант Архитектурно-строительного института Уфимского государственного нефтяного технического университета.
ДОММАН Эльвина Рафаэловна – магистрант Архитектурно-строительного института Уфимского государственного нефтяного технического университета.
Статья опубликована в Евразийском юридическом журнале № 4 (95) 2016