5. Усиление полносборных зданий полимеррастворами

5.1. Усиление здания с помощью полимеррастворных армированных шпонок

Усиление и повышение сейсмостойкости крупнопанельных зданий выполняется с помощью полимеррастворных армированных шпонок (ПАШ) или полимеррастворных армированных шпонок со скобой (ПАШС) [16].

ПАШ представляет собой штрабу, вырезанную в бетоне стыкуемых сборных элементов, армированную в зависимости от действующих усилий одним или несколькими стержнями и заполненную эпоксидным полимерраствором (рис. 5.1, а и б).

ПАШС представляет собой вырезанную в бетоне стыкуемых сборных элементов штрабу с отверстиями на концах, которая после установки в ней арматурного стержня в виде скобы заполняется эпоксидным полимерраствором (рис. 5.1, в). При необходимости ПАШС может быть выполнена с анкеровкой в стыкуемые элементы только отгибов арматурных стержней (рис. 5.1, г).

Рис. 5.1 Конструкции ПАШ и ПАШС: а, б - конструкция полимеррастворной армированной шпонки (ПАШ); в - то же, со скобой (ПАШС), г - то же, с анкеровкой только отгибов; 1 - стыкуемые элементы; 2 - арматура; 3 - штраба, заполненная полимерраствором; 4 - арматурный каркас; 5 - арматура в виде скобы; 6 - шурф, заполненный полимерраствором

ПАШ и ПАШС устраиваются поперек стыка в смежных сборных элементах панелей. На рис. 5.2 приводятся детали ПАШ на вертикальных и горизонтальных стыках крупнопанельных домов. В стыках крупнопанельных зданий до 5 этажей включительно могут быть использованы конструкции стыков с ПАШ, приведенные на рис. 5.3. Конструкция стыков стеновых панелей с покрытием приведена на рис. 5.4.

Рис. 5.2 Детали устройства ПАШ в вертикальных и горизонтальных стыках: 1 - сопрягаемые панели; 2 - стык; 3 - полимерраствор; 4 - арматура

Армированные шпонки, выполненные на основе эпоксидного полимерраствора, имеющего высокие прочность и адгезию к бетону и арматуре, обеспечивают надежную передачу усилий растяжения и сдвига в стыках, усиливая существующие или компенсируя отсутствующие армированные связи панелей между собой.

ПАШ и ПАШС могут быть использованы и при необходимости усиления стыков в других железобетонных конструкциях - плитах, балках, колоннах, фермах, узлах каркасов и др.

ПАШ и ПАШС могут быть выполнены и из других экспериментально проверенных клеевых составов, обеспечивающих требуемую прочность, адгезию и долговечность.

Для упрощения производства работ по укладке арматуры и повышения несущей способности ПАШ по концам арматурных стержней рекомендуется делать отгибы под углом 90º (см. рис. 5.1, а и б).

Рис. 5.3 Детали устройства ПАШ в вертикальных и горизонтальных стыках панелей зданий до 5 этажей: 1 - сопрягаемые панели; 2 - стык; 3 - полимерраствор; 4 - арматура

Расчет ПАШ и ПАШС - количество шпонок, их поперечное сечение, длина и площадь арматуры определяются в зависимости от действующих усилий в стыке, получаемых на основании результатов расчета крупнопанельного здания на действующие нагрузки в соответствии со СНиП РК 2.03-30-2006 и пп. 2.6 и 11.27 ВСН 32-77, а также в зависимости от фактической прочности бетона стыкуемых конструкций, принимаемой по результатам обследования здания или сооружения. При различии прочности бетона сопрягаемых в стыке конструкций до 10 % длину шпонок следует принимать по наименьшей прочности бетона конструкции, в остальных случаях длину шпонок определяют раздельно.

Рис. 5.4 Детали стыков ПАШ стеновых панелей с панелями покрытий

Размеры шпонок рекомендуется принимать равными а = в = 3-5 см.

ПАШ рекомендуется выполнять в стыках сборных конструкций, выполненных из бетона класса В10 и выше. В конструкциях из бетона класса ниже В10 усиление стыков рекомендуется выполнять с помощью ПАШС.

Минимальную длину шпонки в каждую сторону от стыка следует принимать не менее 10 диаметров арматуры.

В конструкциях ПАШ и ПАШС арматуру следует принимать периодического профиля классов А-ІІ и A-ІІІ диаметром не менее 10 мм. Для повышения несущей способности шпонки на срез арматуру следует укладывать так, чтобы плоскость, проходящая через продольные ребра в ней, была расположена перпендикулярно плоскости среза (рис. 5.5).

Рис 5.5 Пример укладки арматуры в шпонку: 1 - сборные элементы конструкций; 2 - полимерраствор; 3 - арматура периодического профиля с горизонтально расположенными продольными ребрами

Работа ПАШ на растяжение заключается в передаче усилий в стыке через арматуру, заключенную в полимеррастворную шпонку, на бетон сопрягаемых конструкций. При этом размеры поперечного сечения шпонки и ее длина определяются в зависимости от фактической прочности бетона на срез. Равнопрочность ПАШ и стыкуемых элементов при растяжении обеспечивается работой бетона на срез по периметру шпонки, при этом должно соблюдаться условие

 (1)

где l₁ - длина заделки арматуры в шпонке, см;

a, b - размеры поперечного сечения шпонки, см;

d - диаметр арматуры в шпонке, см;

R_s - расчетное сопротивление арматуры растяжению, МПа;

n_s - количество арматурных стержней в шпонке;

R_{b, sh} - расчетное сопротивление бетона на срез, принимаемое равным - 1,58 R_bt (табл. 11 [16]). Значение .

Задаваясь значениям a и b, определяем длину заделки арматуры в шпонке

. (2)

Обозначив , через k, получим

. (3)

Значения к, в зависимости от марки бетона и класса арматуры, приводятся в табл.12 [16].

Значение .

Равнопрочность стыкового соединения ПАШ и сборных элементов при сдвигающих усилиях (рис. 5.6) обеспечивается работой шпонки на срез в продольном и поперечном направлениях (4), а также работой бетона на смятие (5).

Рис. 5.6 Расчетная схема работы ПАШ на срез

Длина арматуры в шпонке определится как наибольшая из зависимостей (4) и (5).

 (4)

, (5)

где - расчетное усилие среза, приходящееся на шпонку, МПа;  -коэффициент, учитывающий неравномерное распределение усилий среза в продольном направлении шпонки, = 0,5; - расчетное сопротивление на срез ПАШ, определяемое по (6).

 (6)

где - нормативное сопротивление полимерраствора на срез для составов клея 3 и 6 (см. табл. 5.[16]) с наполнителями (кварцевым песком или цементом) в количестве 300 ч. по массе на 100 ч. по массе смолы, принимаемое соответственно 15 и 20 МПа. При применении других составов клеев или наполнителей значение должно быть определено экспериментально, испытанием полимеррастворных призм размерами 4x4x16 см на срез по схеме, приведенной на рис. 5.6; γ_p - коэффициент безопасности полимеррастворных соединений, принимаемый 1,2-1,3; - коэффициент длительного сопротивления полимерраствора. При длительном воздействии нагрузок , при кратковременных нагрузках сейсмических ;  - соответственно коэффициенты условий работы полимерраствора при действии температуры, воды и атмосферы, принимаемые в соответствии с прил. 4 [16];  - соответственно расчетное сопротивление бетона смятию и коэффициент, зависящий от характера распределении местной нагрузки по площади смятия, принимаемые в соответствии с пп. 3.39 и 3.40 СНиП 2.03.01-84*.

Расстояние между шпонками, а также шпонкой и краем конструкции, при наличии сдвигающих усилий в стыке, определяется из условия среза бетона по формуле

 (7)

где  - коэффициент условия работы бетона на срез, принимаемый в соответствии с табл. 15 СНиП 2.03.01-84*.

Общая длина шпонки в стыке, с учетом защитного слоя полимерраствора

 = 1 см с каждого конца шпонки, составит

 (8)

где  и  - длины заделок арматуры в шпонке сопрягаемых конструкций;  - ширина стыка;  - защитный слой полимерраствора.

При сопряжении конструкций, выполненных из бетона одинаковой прочности, .

При одновременном воздействии в стыке усилий растяжения и сдвига расчет шпонок следует производить по принципу независимости действия сил.

Расчет усиления с использованием полимеррастворных армированных шпонок [16]

Равнопрочность стыкового соединения ПАШС и сборных элементов с устройством штрабы при растяжении обеспечивается работой бетона на срез по периметру шпонки и вдоль плоскости, образуемой отгибом арматуры шпонки (рис. 5.7).

Рис. 5.7 Расчетная схема работы ПАШС на растяжение

Необходимыми условиями расчета являются:

 (9)

где , , ,  см. п. 9.20 [16];

 - длина отгиба арматуры, см.

Задаваясь значениями, определяем длину шпонки

. (10)

ПАШС при необходимости может быть выполнена и без устройства полимеррастворной штрабы с высверливанием только отверстий для анкеровки скобы (рис. 5.1, г). Равнопрочность стыкового соединения и сборных элементов в этом случае определится из зависимости

. (11)

Расстояние между ПАШС следует принимать не менее .