PROJEKT

Z PRZEDMIOTU – REMONTY MODERNIZACJA

PRZEBUDOWA

Temat: Wzmacnianie elementów rozciąganych, ściskanych oraz belek

zginanych, wzmacnianie konstrukcji stalowych betonem.

Rok akademicki 2008/2009

WZMACNIANIE KONSTRUKCJI STALOWYCH

1. Wzmacnianie konstrukcji stalowych.

Wzmacnianie konstrukcji stalowych jest jedną z bardziej efektywnych metod przedłużania okresu ich eksploatacji, zwiększania nośności i ochrony przed korozją. Konieczność wzmocnienia konstrukcji powstanie również, gdy z jakichkolwiek przyczyn przestanie ona odpowiadać warunkom wytrzymałości, stateczności i sztywności.

Konstrukcja stalowa musi odpowiadać każdemu z tych warunków, jednak najwięcej katastrof powodowała utrata stateczności, która może grozić zarówno całości konstrukcji, jak i jej częściom. W płaskich układach prętowych utrata stateczności może wystąpić jako wyboczenie poszczególnych prętów lub ich układu pod wpływem siły ściskającej, jako zwichrzenie prętów zginanych i wreszcie jako miejscowa utrata stateczności, tj. zniekształcenie przekroju poprzecznego elementów ściskanych lub zginanych.

Przyczyny powodujące konieczność wzmacniania konstrukcji stalowych:

• zmiana warunków eksploatacji ( zwiększenie obciążenia; zmiana sposobu eksploatacji ),

• wady konstrukcyjne ( błędy projektowania, wykonawstwa, montażu ),

• zużycie eksploatacyjne ( zmniejszenie się wytrzymałości wskutek działania czynników chemicznych, wibracji, wysokich temperatur ),

• przypadkowe uszkodzenia ( spowodowane klęskami żywiołowymi ).

2. Wzmacnianie elementów rozciąganych osiowo.

Wzmocnienia elementów stalowych rozciąganych osiowo w stadium pracy sprężystej oblicza się przy założeniu, że przekroje wzmacniające przejmują tylko siły obciążające konstrukcję po jej wzmocnieniu. Przekroje wzmacniające powinno się mocować w węzłach, bezpośrednio przy krawędzi blachy węzłowej, w celu włączenia ich do pracy z elementem podstawowym.

Rys. 2-1. Przykłady wzmocnienia elementów rozciąganych osiowo.

Na rysunku 2-1 podano przykłady wzmocnienia elementów rozciąganych osiowo. Przekrój z dwóch kątowników wzmocniony płaskownikiem jest teoretycznie racjonalny (rys. 2-1a). Możliwe jest takie dobranie płaskowników, że po wzmocnieniu położenie osi ciężkości przekrojów nie ulegnie zmianie. Jest to jednak rozwiązanie nietechnologiczne, wymaga bowiem usunięcia najpierw istniejących przekładek, a przymocowanie blach wzmacniających do blach węzłowych może sprawić wiele trudności. Wzmocnienie blachami dodanymi do górnych półek jest nieracjonalne (rys. 2-1b), ponieważ powstaje znaczny mimośród spowodowany przesunięciem się osi głównej przekroju przed i po wzmocnieniu. Ponadto przyspawanie blach wzmacniających do naroży kątowników powoduje ich ogólną deformację, trudną do naprawy. Bardziej technologiczne rozwiązania przedstawiono na rys. 2-1 c-f, przy czym na szczególną uwagę zasługują pręty okrągłe, w prosty i wygodny sposób wprowadzane na blachy węzłowe, na następnie przyspawane do nich. Wzmacnianie prętów dwugałęziowych (rys. 2.-1g-l) i walcowanych lub spawanych pojedynczych dwuteowników (rys. 2-1ł-r) wykonuje się analogicznie. Gdy mocowanie przekrojów wzmacniających do węzłów jest łatwe, dodaje się po zewnętrznych stronach półek; jeżeli mocowanie jest utrudnione lub niemożliwe, to przekroje wzmacniające umieszcza się wzdłuż środków (rys.2-1h,i,k,l,m,n,p,r).

Przekroje wzmacniające łączy się z przekrojami podstawowymi za pomocą spoin. Połączenia te często występują w miejscach blach węzłowych. Należy dążyć do uzyskania spoin ciągłych o możliwie małych grubościach. W przedziale węzła spoiny mocujące powinny zapewnić pewne włączenie się przekrojów wzmacniających w ogólną pracę elementu.

3. Wzmacnianie elementów ściskanych osiowo.

Przy wzmacnianiu elementów stalowych ściskanych osiowo, oprócz ogólnych zasad dotyczących prętów ściskanych, należy uwzględnić specyficzne warunki.

Elementy ściskane osiowo można wzmacniać trzema sposobami:

• dodatkowo usztywniając konstrukcję ( zmniejszając długość wyboczeniową),

• dodając pręty wzmacniające w celu zwiększenia powierzchni obliczeniowej przekroju, a jednocześnie nie powodując zasadniczej zmiany smukłości pręta,

• metodą kombinowaną przy równoczesnym zwiększeniu powierzchni przekroju i dodatkowym usztywnieniu konstrukcji.

Przy konstruowaniu wzmocnienia ściskanego pręta wiązara należy dążyć do zachowania osiowości ( osi podstawowego i wzmocnionego przekroju powinny się pokrywać) w celu uniknięcia powstania mimośrodu i dodatkowych momentów zginających.

Rys. 3-1. Przykłady zwiększenia sztywności prętów.

Przekroje pokazane na rys. 3-1 odznaczają się zwiększoną sztywnością dlatego też powinny być stosowane przy wzmacnianiu prętów ściskanych. Wzmocnienia prętów ściskanych w stadium pracy sprężystej oblicza się zakładając, że przekroje dodane przejmują tylko przyrost sił od obciążeń, oraz uwzględniając utratę stateczności ogólnej pręta o przekroju zwiększonym.

4. Wzmacnianie zginanych belek stalowych.

Wzmacnianie zginanych elementów stalowych powinno odbywać się przy możliwie największym odciążeniu, zarówno od obciążeń użytkowych, jak i stałych. Prowadzenie prac wzmacniających zaleca się ograniczać do odcinków, w których występują maksymalne momenty zginające lub siły poprzeczne.

Przy projektowaniu wzmocnień belek stalowych należy przestrzegać następujących zasad:

• spoiny łączące przekroje wzmacniające z przekrojem podstawowym powinny być przewidziane w miejscach dogodnych do spawania,

• roboty spawalnicze należy rozpoczynać od pasa dolnego,

• spoiny powinny odznaczać się jak najmniejszą grubością.

Rys. 3-1. Przykłady wzmacniania elementów zginanych: a-e) nakładkami i kątownikami, f-j) prętami okrągłymi i rurami, k,l) połówką dwuteownika i dwuteownikiem.

Na rysunku 4-1a przedstawiono przykład bardzo prostego symetrycznego wzmocnienia nakładkami, niezbyt korzystnego za względu na konieczność wykonania długich spoin pułapowych. W rozwiązaniu pokazanym na rys. 4-1b wyeliminowano spoiny pułapowe. Sposoby wzmocnienia na rys. 4-1e,g,i,j można zastosować, gdy ze względów konstrukcyjnych nie ma możliwości umieszczenia nakładek wzmacniających na zewnętrznych stronach pasów belki. Rozwiązania poprawne technologicznie pokazano na rys. 4-1f,g,i (przekroje wzmacniające z prętów okrągłych i rur). Wzmacnianie belek polegające na przymocowaniu dodatkowego pasa dolnego (rys. 4-1k,l) stosuje się, gdy jest to możliwe ze względu na wymiary pomieszczenia. Przy takim rozwiązaniu oś obojętna obniża się, a pas dolny – zbliżając się do niej – w niewielkim stopniu uczestniczy w pracy wzmocnionego przekroju belki.

5. Wzmacnianie konstrukcji stalowych betonem.

Konstrukcje stalowe wzmocnione betonem składają się ze stali sztywnej, stali wiotkiej i betonu. Beton w tego rodzaju konstrukcjach może być tej samej klasy, co w konstrukcjach o wiotkim zbrojeniu. W celu lepszego wykorzystania betonu i stali w konstrukcjach o zbrojeniu sztywnym zaleca się przyjmować beton klasy nie niższej niż B15. Wzmocnienia stalowych słupów betonem projektuje się jak dla słupów żelbetowych o sztywnym zbrojeniu. Przy niedużych obciążeniach i niewielkiej smukłości wystarczy dwuteownik lub dwa ceowniki połączone przewiązkami.

Rys. 5-1. Słup z 2 I 300 ze stali St3Sx.