В процессе эксплуатации зданий и сооружений периодически возникает необходимость проведения ремонтов. Это объясняется наличием различных воздействий на строительные конструкции – непроектных нагрузок, аварий, перепланировок, воздействием агрессивных химических сред. Кроме того, к проведению ремонтов могут вынуждать допущенные при проектировании либо проведении строительных работ ошибки. В свете вышесказанного становится востребованным усиление строительных конструкций для продления их срока эксплуатации.
Для усиления железобетонных конструкций разработано большое количество способов:
-
увеличение геометрических размеров поперечных сечений конструктивных элементов, что сопровождается увеличением собственного веса конструкций и увеличением строительной высоты
-
устройство внешних стяжек, подпоров, поясов, шпренгелей, приводящее к изменению архитектурного вида сооружений и значительным временным и материальным затратам
-
приклеивание металлических пластин или их сварка
Тем не менее, как видно из опыта, усиление железобетонных конструкций традиционными методами не всегда оказывается эффективным. В последнее время на отечественном рынке появляются современные методы усиления конструкций, широко применяемые за рубежом.
Подобные методы достаточно эффективны и просты.
Так, усиление железобетонных конструкций путем наклейки композиционных материалов позволяет в значительной степени увеличить их несущую способность и жесткость, а также продлить срок эксплуатации всего сооружения. Здесь следует отметить, что метод усиления строительных конструкций композиционными материалами не является сопряженным со значительными трудозатратами. Кроме того, способ прост и быстр в выполнении и не влияет на вес усиливаемой конструкции.
Суть метода состоит в наклейке на поверхность усиливаемой конструкции композитных лент или
холстов с применением специальных эпоксидных составов.
Актуальность проблемы усиления железобетонных конструкций обусловлена необходимостью решения следующих задач:
-
обеспечения надежности строительных конструкций зданий и сооружений из-за процессов старения конструктивных материалов и развития дефектов арматуры и бетона
-
исправления ошибок строительства и проектирования
-
повышения долговечности строительных сооружений
-
учета влияния различных агрессивных сред, не выполненного на стадии проектирования
-
стойкости к сверхнормативным нагрузкам, к примеру, при установке тяжелого оборудования либо дополнительных машин в промышленных помещениях
-
повышения несущей способности элементов сооружений, связанного с изменением норм проектирования либо изменения изначального функционального назначения сооружений/изменения их статической схемы; типичный пример – возведенные в 60-х и 70-х годах мосты, которые были запроектированы на более низкие нагрузки и построены из низкокачественного бетона
-
преодоления последствий пожаров, землетрясений, аварий и так далее
Используемые для усиления конструкций высокоэффективные композитные ленты состоят из углеродного волокна, представляющего материал, сформированный из атомов углерода и состоящий из тонких нитей толщиной 5-15 микрон. Сравнение различных композитных материалов показано на нижеследующем рисунке.
Сравнение метода усиления конструкций композитными материалами из углеродного волокна с методом усиления конструкций стальными полосами показано в таблице:
|
Усиление конструкций стальными панелями |
|
|
Усиление конструкций композитными материалами |
|
Достоинства |
Недостатки |
Достоинства |
Недостатки |
|
• сталь обладает относительно
низкой стоимостью
• стальные панели
достаточно
универсальны
•стальные панели
обладают достаточной
усталостной прочностью
|
•возможна коррозия стальных элементов
•стальные элементы
обладают значительным весом
• высокая трудоемкость работы, влекущая высокую стоимость рабочей силы
•для выполнения работ требуются площадки больших размеров
• стальные панели ограничены в размерах
|
• отличная стойкость к коррозии
• композитные панели имеют уникальную прочность на растяжение, на порядок выше, чем стальные, а также обладают очень высокой усталостной прочностью
• простота и легкость процесса, приводящая к низкой себестоимости рабочей силы
• быстрота процесса
• отсутствует необходимость устройства рабочих площадок (работы могут выполняться с автоподъемника)
• простое соединение композитного материала с усиливаемым элементом при помощи клея
• всевозможные варианты применения – усиление бетонных, деревянных, стальных конструкций
|
• относительно высокая стоимость |
Как видно из таблицы, единственным существенным недостатком композитных усиливающих панелей является их относительно высокая стоимость. Тем не менее, расчеты усиления конструкций стальными и композитными панелями зачастую показывают экономическую обоснованность применения именно композитных. Это объясняется тем, что для усиления конструкций может понадобиться в 10 – 30 раз меньше композитных панелей, чем стальных. Кроме того, конкурентоспособность метода усиления композитными панелями подтверждает и преимущество в скорости, а также простота устройства.
Благодаря использованию метода усиления конструкций композитными материалами на основе углеволокна становится возможным усиление стен, колонн, проемов, балок, перекрытий и так далее.