922

ренней и наружной стороны полок металлическими пластинами (рис.5.37, а). Металличе-

ские накладки должны заходить на каждый элемент не менее чем на 100 мм от стыка. При этом способе в балках и прогонах возникает изгибающий момент меньшей величины, что способствует повышению несущей способности усиливаемых конструкций (рис.5.37, б ).

Рис.5.37. Схема усиления металлических балок путем замены шарнирной заделки на жесткую:

а)- схема усиления; б)- изгибающие моменты; 1- элемент усиления

Более эффективным способом повышения несущей способности металлических балок (прогонов) является изменение их конструктивной схемы за счет установки в про-

лете балки дополнительной опоры (рис.5.38, а) или дополнительных усиливающих эле-

ментов в виде подкосов, приведенных в работах А.А. Калинина [35], В.В. Бирилева [60]/ и

на рис.5.38, б. В этих случаях уменьшается величина пролета балок с превращением их в многократно статически неопределимые системы и значительно увеличивается несущая способность усиливаемых конструкций. Усиление по схеме (рис.5.38, а) связано с поста-

новкой в пролете балки дополнительной опоры, но применять такой способ не всегда до-

пустимо по технологическим причинам.

Установка подкосов более целесообразно, так как не загораживает центр пролета и не нуждается в устройстве дополнительного фундамента (рис.5.38, б).

Рис.5.38. Усиление балок установкой дополнительных опор (а) или подкосов (б):

1 – усиливаемая балка; 2 – колонна; 3 – дополнительная опора; 4 – элемент усиления; 5 – подкос

331

Наряду с дополнительными опорами и длинными подкосами для усиления метал-

лических балок применяют подвески, короткие подкосы, и кронштейны, за счет установ-

ки которых также уменьшается величина пролета балок (рис.5.39).

Для подкосов и кронштейнов рекомендуется устраивать предварительное напряже-

ние, которое может осуществляться за счет стяжных устройств (рис.5.39, б) или оттяжки

консолей кронштейнов путем подвески к ним монтажных пригрузов с последующей по-

становкой прокладок (рис.5.39, в). Изменяя величину пригрузов, можно регулировать ве-

личину предварительного напряжения в кронштейнах.

Рис.5.39. Усиление металлических балок постановкой подкосов (а, б, г), подвесок (в) и кронштейнов (д):

1- подкосы; 2- существующие колонны; 3- подвески; 4- стяжные устройства; 5- кронштейны

Значительного повышения несущей способности металлических балок и прогонов

можно достичь путем подведения под нижний пояс дополнительных усиливаемых эле-

ментов или превращения их в шпренгельные системы, приведенных в работе [35]и на рис.5.40.

Рис.5.40. Усиление металлических балок установкой дополнительных усиливаемых элементов (а, б, в, г) или превращением их в шпренгельные системы (д, е, ж):

1– усиливаемый элемент; 2 - 3 – шпренгель

332

Эти приемы рекомендуется применять при недостаточной жесткости конструкций и отсутствия ограничений в габаритах цеха. Усиление возможно выполнять как без нагрузки, так и под нагрузкой, с предварительным напряжением шпренгельной системы и без него. В качестве дополнительных элементов используют, как правило, прокатные профили, которые прикрепляют к стенке (рис.5.40, а), полке (рис.5.40, в) или с помощью уголковых подвесок (рис.5.40, б) к усиливаемой балке. Шпренгельные системы устраива-

ют треугольного или трапецеидального вида, прикрепляя их к стенке или нижнему поясу усиливаемых балок (рис.5.40, е, ж). В местах установки шпренгельных систем с целью обеспечения местной устойчивости стенок балок необходимо устраивать вертикальные ребра жесткости, как это показано на рис.5.40, е -ж.

Создание предварительного напряжения в металлических балках (прогонах) обыч-

но устраивается с помощью стальных затяжек, изготовленных из круглой стали, которые устанавливают попарно на 5-10 см ниже или выше полок балок или прогонов, приваривая одни концы к полкам, а другие – к стяжным болтам (рис.5.41). Это конструктивно удоб-

ный и эффективный метод усиления, который может осуществляться под нагрузкой и без нагрузки. Предварительное напряжение в затяжках обеспечивают с помощью натяжных болтов и тарированных гайковертов, которые создают заданное усилие.

Рис.5.41. Усиление металлического прогона предварительным напряжением:

1 – металлический прогон; 2 –металлический упор; 3 – затяжка из круглой стали; 4 – болт с гайкой для предварительного натяжения затяжки;5 – бетонная заделка; 6

– упор из круглой стали

Зазор между полками балок или прогонов и затяжкой образуется за счет металли-

ческих упоров из уголков или круглой стали, привариваемых к нижним или верхним пол-

кам усиливаемых конструкций на расстоянии 1 м от опор.

Эффективным способом усиления сплошных балок является распорное устройство,

выполненное в виде сектора с гнездами, образующими с осью разрезные шарниры, распо-

ложенные между скошенными торцами распираемых балок (рис.5.42).

В результате в нижних поясах балок возникают продольные усилия S, выгибающие балку вверх и уменьшающие величину изгибающего момента. Распорные устройства

333

обеспечивают стабильную величину предварительного напряжения, не зависящую от по-

датливости анкеров и вытяжки затяжек.

Рис.5.42. Схема распорного устройства:

1- усиливаемая балка; 2- шарнир; 3- упоры; 4- сектор; 5- трос; 6- груз

Для компенсации продольных усилий нижних поясов балок необходимо в крайних

пролетах установить новые связи (рис.5.43).

Рис.5.43. Усиление металлических балок с помощью распорного устройства:

1- усиливаемая конструкция; 2- распорное устройство; 3- новые связи

Усиление большепролетных балок можно осуществить с помощью введения под-

держивающих арочных систем, которые могут иметь ломанный или полукруглый про-

филь (рис.5.44).

Рис. 5.44. Усиление большепролетных балок введением арочных систем с ломанным (а) и полукруглым профилем (б):

1- усиливаемая балка; 2- колонна; 3- поддерживающая арочная система

В местах передачи нагрузки от большепролетных балок на арочные системы долж-

ны устанавливаться дополнительные элементы усиления стенок в виде вертикальных ре-

бер жесткости, которые крепятся с двух сторон стенки и не доводятся до верхнего пояса

балок. Арочные системы опираются и передают нагрузку на фундаменты смежных ко-

лонн, поэтому такой способ может потребовать усиления фундаментов из-за возникаю-

щих распорных усилий.

Эффективным методом усиления металлических балок больших пролетов является

устройство над усиливаемой конструкцией тросовых систем (рис.5.45). Этот метод при-

334

меняется при возможности свободного размещения тросовой системы над усиливаемой конструкцией. Основные сложности при устройстве тросовых систем связаны с восприя-

тием и передачей распорных усилий, возникающих в системах. С этой целью целесооб-

разно закреплять окончания тросов вне здания.

Рис. 5.45. Схемы усиления большепролетных балок устройством тросовых систем

Для повышения несущей способности металлических балок можно использовать устройство железобетонных обойм (рис.5.46, а) или устройства междубалочного заполне-

ния монолитным бетоном (рис.5.46, б).

Рис.5.46. Усиление металлических балок устройством железобетонной обоймы (а) или междубалочного заполнения монолитным бетоном (б):

1- металлические балки; 2- монолитный железобетон

Во втором случае существующие балки играют роль жесткой арматуры железобе-

тонных конструкций (как правило, с добавочным армированием). Этот способ основан на превращении стальных балок и железобетонного настила в единую комплексную кон-

струкцию путем надлежащего их соединения с помощью упоров, препятствующих сдвигу настила относительно балок.

Способ эффективен при усилении дефективных или сильно корродированных ба-

лок.

5.3.4. Усиление металлических стропильных ферм

Для восстановления и повышения несущей способности элементов металлических стропильных ферм обычно используют аналогичные схемы, что и для усиления стальных балочных конструкций.

Обычно усиление металлических ферм осуществляют путем превращения их в ста-

тически неопределимые системы за счет:

335

-подведения дополнительных опор;

-объединения концов ферм смежных пролетов и превращения их

вмногопролетные конструкции;

-подведения подкосов или подвесок;

-надстройки поддерживающих тросовых систем;

-установки поддерживающих арочных конструкций;

-введения шпренгельных элементов;

-введением дополнительных элементов решетки, изменением схемы конструкции и увеличением сечения отдельных элементов.

Подведение новых конструкций устраивают в том случае, когда другие способы

усиления не дают требуемого эффекта и если по условиям производства допустима уста-

новка дополнительных промежуточных опор (рис.5.47). Дополнительные опоры следует

устанавливать в узловых соединениях фермы симметрично от максимального изгибающе-

го момента. В местах передачи узлы фермы усиливаются дополнительными элемен-

тами.

Рис.5.47. Усиление ферм способом установки дополнительных промежуточных опор:

1- усиливаемая ферма; 2- колонна; 3- дополнительная опора; 4- дополнительный элемент усиления фермы; 5- металлическая балка; 6- мостовой кран

Когда по технологическим причинам нельзя установить в пролете дополнительные

опоры, прибегают к подведению подкосов (рис.5.48, а) или подвесок (рис.5.48, б), что

также способствует повышению несущей способности стропильных ферм.

Рис.5.48. Усиление ферм способом установки подкосов (а) и подвесок (б):

1- усиливаемая ферма; 2- колонна; 3- подкос; 4- элемент усиления фермы; 5- пилон; 6- подвеска

336

мы металлическими элементами усиления (поз.3). Металлические элементы усиления

должны заходить на смежные полки верхних и нижних поясов ферм. При этом способе в

фермах возникает изгибающий момент меньшей величины, что способствует повышению

несущей способности усиливаемых конструкций.

При устройстве висячих систем необходимо прочное закрепление окончаний тро-

сов за пределами здания, что приводит к увеличению габаритов здания. Этот способ осо-

бенно эффективен в том случае, когда ванты можно подвешивать к рядом стоящим более

высоким и устойчивым сооружениям.

В тех случаях, когда имеется возможность установки элементов усиления стропиль-

ных ферм снаружи здания, то прибегают к устройству подпорок или оттяжек (рис.5.51). Для

установки подпорок необходимо устройство дополнительного фундамента, а также горизон-

тальных и наклонных поддерживающих элементов. Установка оттяжек требует устройства

специальных анкеров, препятствующих выдергиванию оттяжек.

Рис.5.51. Пример усиления стропильной фермы установкой наружных подпорок и оттяжек:

1-усиливаемая ферма; 2- колонна; 3- оттяжка; 4-подпорка; 5- анкер, препятствующий выдергиванию оттяжки

Увеличения несущей способности стальной фермы можно достичь путем установки ненапрягаемых шпренгельных систем (третьего пояса) в пределах высоты фермы или в нижних опорных узлах (рис.5.52). Для передачи усилия от ферм на шпренгельные системы необходимо выполнить местное усиление стоек фермы.

Рис.5.52. Усиление стропильных ферм путем установки шпренгельных систем:

а)- крепление шпренгеля в верхних узлах фермы; б)- крепление шпренгеля в нижних опорных узлах фермы 1-усиливаемая ферма; 2-шпренгельная система; 3- элементы местного усиления

338

Наиболее эффективного повышения несущей способности стальных ферм достига-

ется с помощью установки предварительно напряженных затяжек, приведенных в работе

/35/ и на рис.5.53. Усиление стропильных ферм путем установки предварительно напря-

женных затяжек не требует дополнительных опор и может осуществляться из высоко-

прочных канатов, круглой стали или прокатного профиля, обеспечивая минимальную ма-

териалоемкость усиления.

Рис.5.53. Усиление стропильных ферм путем установки преднапряженных затяжек: а)- при расположении вдоль нижнего пояса фермы; (б) и (в)- то же, в плоскости фермы при креплении затяжек в верхних и нижних опорных узлах фермы:

1-усиливаемая ферма; 2- колонна; 3- затяжка

Затяжки могут располагаться вдоль нижнего пояса (рис.5.53, а) или в пределах высоты фермы (рис.5.53, а,б). Крепление затяжек осуществляют в пределах нижнего поя-

са или в верхних и нижних опорных узлах фермы. При повышении несущей способности элементов верхнего пояса металлической фермы с помощью установки шпренгельных элементов работы должны выполняться с обязательным снятием нагрузки на ферму.

При размещении затяжек вдоль нижнего пояса достигается разгрузка только ниж-

них поясов ферм (рис.5.53, а). Введение затяжек в уровне нижнего пояса ригеля эффек-

тивно в том случае, когда нижний пояс ригеля имеет ломаное очертание (рис.5.53, в), что ведет к изменению усилий в большем количестве стержней. Ломаное очертание нижнего пояса ригеля позволяет значительно уменьшить изгибающие моменты в стойках и ригеле от воздействия вертикальных нагрузок на ригель.

При креплении затяжек на верхние узлы стропильной фермы необходимо к надо-

порной стойке и в средней части нижнего пояса фермы приварить детали усиления из прокатного профиля, дополнительные фасонки и анкерные устройства, к которым при-

крепляют металлические тяжи (рис.5.54, узел 1 и 2).

Предварительное напряжение в тяжах создается с помощью натяжных муфт или тельферных напрягающих устройств, которые должны включаться в совместную работу одновременно.

339