УСИЛЕНИЕ КОНСТРУКЦИЙ
Весь период эксплуатации зданий и сооружений связан с необходимостью проведения периодических ремонтов из-за различных воздействий (непроектные нагрузки, аварии, агрессивные химические среды, перепланировки) и ошибок (например, ошибки при проектировании или выполнении строительных работ. Для железобетонных конструкций разработано множество традиционных вариантов усиления конструкций:
-
Увеличение геометрических размеров поперечных сечений конструктивных элементов, что характеризуется увеличением собственного веса конструкции и увеличением строительной высоты;
-
Устройство внешних стяжек, поясов, подпорок, шпренгелей, что приводит к изменению архитектурного вида сооружений и значительным затратам материальных средств и времени;
-
Приклеивание металлических пластин (или их сварка).
Однако опыт показывает, что традиционные методы усиления и укрепления железобетонных конструкций не всегда эффективны. В последнее время на отечественном рынке стали доступными современные методы усиления конструкций, широко используемые за рубежом. Усиление железобетонных конструкций путем наклейки композиционных материалов позволяет значительно увеличить их несущую способность, жесткость и продлить срок эксплуатации сооружения. Можно отметить, что метод усиления конструкций композиционными материалами не сопряжен большими трудозатратами, прост и быстр в выполнении, и не добавляет вес усиливаемой конструкции. Сам метод заключается в наклейке на поверхность конструкции композитных лент или холстов с применением специальных эпоксидных составов.
Актуальность проблемы усиления железобетонных конструкций состоит в решении следующих задач:
-
Обеспечение надежности строительных конструкций зданий и сооружений в связи с процессами старения конструктивных материалов, а также развития дефектов бетона и арматуры, что позволит дальнейшую безопасную эксплуатацию объекта;
-
Исправление ошибок проектирования и строительства; 
-
Учет влияния различных агрессивных сред, что не было выполнено на стадии проектирования;
-
Повышение несущей способности элементов сооружений в связи с изменением норм проектирования, или изменения изначального функционального назначения сооружений, или изменение их статической схемы. Типичным примером могут являться мосты, построенные в 60-х и 70-х годах, запроектированные на значительно более низкие нагрузки и построенные из бетонов низкого качества;
-
Увеличение долговечности сооружений;
-
Стойкость к сверхнормативным нагрузкам, например, при установке тяжелого оборудования или дополнительных машин в промышленных зданиях;
-
Преодоление последствий пожаров, землетрясений, аварий и др.
Наиболее высокоэффективные композитные ленты, используемые для усиления конструкций, состоят из углеродного волокна, материала, сформированного из атомов углерода, состоящего из тонких нитей толщиной 5-15 микрон. Сравнение различных композитных материалом показано на следующем рисунке:
Сравнение метода усиления композитными материалами из углеродного волокна с методом усиления конструкций стальными полосами выполнено в следующей таблице:
Усиление конструкций стальными панелями Усиление конструкций композитными материалами
|
Достоинства:
· Сталь обладает относительно низкой стоимостью;
· Стальные панели достаточно универсальны, могут применяться в различных случаях;
· Стальные панели обладают достаточной усталостной прочностью.
Недостатки:
· Стальные элементы подвержены коррозии;
· Стальные усиливающие элементы обладают значительным весом;
· Усиление конструкций стальными панелями подразумевает трудоемкость работы;
· Из-за высокой трудоемкости получаем более высокую стоимость рабочей силы;
· Для выполнения работ необходимы рабочие площадки достаточных размеров;
· Стальные панели имеют определенные ограниченные размеры.
|
Достоинства:
· Композитные материалы обладают отличной стойкостью к коррозии;
· Композитные панели обладают уникальной прочностью на растяжение, на порядок более высокой, чем у стали, а также обладают очень высокой усталостной прочностью;
· Процесс усиления композитными материалами простой и легкий;
· Простая технология приводит к низкой себестоимости рабочей силы;
· Процесс усиления конструкции композитными материалами – очень быстрый;
· Нет необходимости в устройстве рабочих площадок, работы можно выполнять с автомобильного подъемника;
· Многочисленные варианты применения – усиление конструкций из бетона, стали, дерева;
· Простое и легкое соединение композитного материала с усиливаемым элементом при помощи клея.
Недостатки:
· Композитные материалы обладают относительно высокой стоимостью.
|
Как видно из таблицы, единственным существенным недостатком усиления конструкций композитными панелями является относительно высокая стоимость самих панелей. Однако при расчетах усиления композитными и стальными панелями, зачастую метод усиления композитными панелями оказывается более экономически обоснованным за счет того, что для усиления конструкции может потребоваться в 10-20-30 раз меньше композитных панелей, чем стальных. А это уже ценовое преимущество. Если добавить сюда преимущества в скорости и простоте устройства усиления композитными панелями, то определенно усиление композитными материалами является конкурентным методом.
Технология усиления композитными материалами на основе углеволокна позволяет использовать ее для усиления стен, проемов, колонн, перекрытий, балок, колонн и т.п.
