» » Отечественный и зарубежный опыт усиления железобетонных конструкций

Отечественный и зарубежный опыт усиления железобетонных конструкций

16.04.2016

Необходимость в усилении железобетонных конструкции возникла ненамного позже начала их распространения в жилищном и особенно промышленном строительстве. Поэтому в этом направлении работали и продолжают работать многие научно-исследовательские организации страны: ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко, НИИЖБ, НИС Гидропроекта, ВНИИГ, ТбилЗНИИЭП, КиевЗНИИЭП, ТашЗНИПЭП, ИСМИС АН ГССР, ИМИС AН УзССР, МИСИ, ОИСИ, КПП им. С. Лазо и др.
С интересующих нас позиций эти работы можно объединить в две большие группы. Первая из них, более емкая, охватывает разработку способов восстановления разнообразных инженерных конструкций (балок, колонн, ферм и т. п.), а вторая включает работы, посвященные крупнопанельным зданиям, пострадавшим при землетрясениях. Taких работ относительно немного. Совершенно отсутствуют работы по усилению поврежденных монолитных зданий.
Восстановление и усиление железобетонных конструкций в принципе возможно без изменения и с изменением их статической расчетной схемы.
Способы реконструкции железобетонных элементов с сохранением их первоначальной расчетной схемы основаны обычно на увеличении их поперечного сечения за счет устройства односторонних наращиваний (например, по методу И.М. Литвинова), двусторонних накладок, обойм и т. п.
Несмотря на известную эффективность, этим способам присущи очевидные недостатки. Во-первых,— это трудности обеспечения совместной работы основной конструкции и элементов усиления. Преодоление их связано с работами большой трудоемкости и не менее большими расходами стали и бетона. Во-вторых, восстановление или усиление такими способами конструкций приводит к заметному увеличению их массы, что с позиций сейсмостойкости нежелательно.
Этих недостатков в большей или меньшей степени лишены способы усиления конструкций путем изменения их первоначальной расчетной схемы. При реализации этих способов выполняют дополнительные опоры, разгрузочно-регулировочные устройства и различного рода затяжки. В отечественной практике широко применяется разработанный H.М. Онуфриевым метод усиления конструкций с помощью преднапряженных затяжек.
После землетрясений часто приходится сталкиваться с необходимостью восстановления общей пространственной жесткости здания. В этих случаях прибегают к устройству преднапряженных тяжей, железобетонных или металлических поясов и шпонок, дополнительных несущих рам и различного рода фиксаторов.
Все перечисленные приемы восстановления и усиления железобетонных конструкций в достаточной мере разработаны и апробированы на практике. Однако этот, несомненно, ценный опыт может лишь частично быть использован при восстановительных работах после землетрясении в силу присущей этим работам специфики.
Разработка способов усиления зданий, пострадавших в результате сейсмических воздействий, была начата в нашей стране после ряда сильных землетрясений, имевших место во второй половине сороковых годов, и особенно после Ташкентского землетрясения 1966 г. Это последнее послужило толчком к созданию специальных Рекомендаций. Заметим, что во время Ташкентского землетрясения 1966 г. крупнопанельные здания находились преимущественно в районе Челанзар, где сила сейсмического воздействия была относительно небольшой.
Серьезному экзамену крупнопанельные здания по существу впервые были подвергнуты во время Газлийских землетрясений. Будучи запроектированными без учета сейсмических воздействий, они получили самые различные повреждения, явившиеся своеобразным материалом для разработки способов усиления крупнопанельных зданий. Серьезные повреждения получили крупнопанельные здания также при землетрясениях в Джамбуле и Петропавловске-Камчатском.
Все это привело к активизации исследований, направленных на разработку эффективных методов усиления железобетонных зданий.
Интересные исследования, имеющие непосредственное отношение к восстановлению монолитных зданий, были проведены в ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко. Они показали, что устранение наиболее характерных дефектов монолитных стен (срывов при бетонировании, раковин и каверн) обычными ординарными способами не обеспечивает полноценное восстановление монолитности, а следовательно, и прочности стен.
Из числа таких способов наименее эффективно ручное заполнение пустот бетоном либо затирка их раствором. При условии тщательной расчистки плоскостей с рыхлым бетоном последующее их торкретирование либо бетонирование с вибрированием позволяет на 60—80% устранить снижение несущей способности конструкции, вызванное местным ее ослаблением. Максимальный эффект (80—90%) достигается инъецированием цементного раствора в рыхлые полости бетона.
В опытах ряда зарубежных авторов, проводивших испытания фрагментов железобетонных стен горизонтальной нагрузкой, замена в доведенных, до разрушения панелях поврежденного бетона новым позволила восстановить их несущую способность в среднем на 80 процентов.
В последние 15—20 лет в России и за рубежом интенсивно изучается возможность восстановления поврежденных железобетонных конструкций путем инъецирования в их трещины полимерраствора. Наилучшим образом зарекомендовали себя растворы на основе эпоксидных смол. В течение нескольких десятков лет они успешно применялись при замоноличивании стыков сборных преднапряженных мостов в России, США, Канаде, Австралии, Франции и др. странах. С помощью полимерраствора в 1972—1973 гг. были проведены ремонтно-восстановительные работы в Токийском метрополитене. Перечень таких примеров может быть значительно продлен.
Широкому применению эпоксидных смол для восстановления различных железобетонных конструкций сопутствовали соответствующие, довольно разносторонние, исследования, охватывавшие конструктивные, технологические и экономические аспекты.
Для восстановления зданий, пострадавших при землетрясении, полимерраствор впервые был применен в 1964 г. в Анкоридже, а затем па Аляске (1964 г.), в Сан-Франциско (1971 г.), Манагуа (1972 г.), Газли (1976, 1985 гг.) и др. После разрушительного землетрясения в Никарагуа (1977 г.) значительное число зданий было восстановлено с помощью эпоксидных полимеррастворов. В их числе Американский банк, Национальный дворец, гостиница «Интерконтиненталь», международный аэропорт, а также больницы, школы и жилые дома.
Полимеррастворы на основе эпоксидных смол, обладая пониженной усадкой и высокими клеящими способностями при самых различных условиях отвердения, позволяют инъецировать трещины шириной раскрытия от 0,05 мм.
По восстановлению железобетонных конструкций с помощью полимеррастворов накоплена обширная информация, подтверждающая высокую эффективность этого метода. У нас в стране его изучением занимался ряд научных коллективов. Большие работы в этом направлении выполнены в ТбилЗНИИЭП и ТашЗНИМЭП, в частности, были проведены испытания на перекос крупной стеновой панели до разрушения, после чего она была восстановлена с помощью полимерраствора и испытана повторно. При этом ее несущая способность и жесткость оказались выше исходных величин соответственно на 15 и 7,7%. Испытания модели каркасного здания в 1/3 натуральной величины, выполненные ТашЗНИИЭП, показали, что с помощью полимерраствора можно восстановить первоначальную жесткость конструктивной системы и повысить ее несущую способность, а также деформативные и энергетические запасы.
Важным итогом работ ТбилЗНИИЭП, ТашЗНИИЭП и др. организаций, изучавших возможность восстановления и усиления железобетонных конструкций с помощью полимеррастворов, явились рекомендации по усилению и восстановлению полимеррастворами каркасных и крупнопанельных зданий. К сожалению, приходится констатировать, что восстановление поврежденных землетрясениями железобетонных конструкций с помощью инъецирования полимеррастворов пока не получило у нас в стране широкого применения. Причина заключается в том, что отечественная промышленность не изготавливает необходимых для этого приспособлении и аппаратуры. Нет обычно среди строителей и специалистов, умеющих пользоваться этой аппаратурой.
После землетрясений в Газли восстановление стыков крупнопанельных зданий выполнялось с помощью полимеррастворных армированных шпонок — ПАШ. Оценка эффективности восстановления стыков крупнопанельных зданий с помощью ПАШ включала расчетно-теоретические исследования, лабораторные и натурные испытания фрагментов стыковых соединений, вибрационные испытания натурного здания и его фрагмента. Позитивное содержание результатов этих исследований усиливают данные о поведении во время Газлийского землетрясения 1984 г. зданий, усиленных с помощью ПАШ. Конструкция ПАШ, их расчет, технология устройства, составы полимеррастворов, инструменты и оборудование, применяемые на работах по восстановлению конструкций, отражены в Рекомендациях.
Опыт организации восстановительных работ после сильных землетрясений в России систематизирован в монографиях А.И. Мартемьянова, В.А. Харитонова и В.А. Шолохова.