усиление жб колонн гражданских и пром зданий

Известен способ усиления железобетонной колонны, утратившей несущую способность при увеличении эксплуатационных нагрузок и наличии дефектов, путем устройства вокруг колонны, совместно работающей с перекрытием железобетонной обоймы с использованием съемных U-образных металлических обойм, при этом в перекрытии просверливают отверстия, в которые устанавливают арматурный каркас железобетонной обоймы, U-образные металлические обоймы стягивают между собой болтовым соединением с помощью фланцев и осуществляют бетонирование обоймы (патент РФ №81234, U1, дата приоритета 16.04.2008, дата публикации 10.03.2009, авторы Теряник В.В. и др., RU). Недостатком известного способа является низкая его эффективность, обусловленная, во-первых, высокой материалоемкостью из-за выполнения железобетонной обоймы; во-вторых, низкой несущей способностью. В качестве прототипа принят известный способ усиления колонны, включающий заключение ярусов колонны в стальные обоймы из вертикальных уголковых элементов, поперечных планок и горизонтальных опорных швеллеров, выполнение отверстий в перекрытии под элементы связи для соединения стальных обойм между собой в стыкуемых узлах между этажами, выполнение соединения с помощью элементов связи, пропущенных через выполненные в перекрытии отверстия, при этом в качестве связей используют болтовые соединения, скрепляющие опорные швеллеры, приваренные к обоймам (Онуфриев Н.М. Усиление железобетонных конструкций промышленных зданий и сооружений / Онуфриев Н.М. Л.: Стройиздат, Ленинградское отделение, 1965. - 342 с., рис.89 на стр.265, прототип). Недостатками прототипа являются: - высокие трудозатраты при скреплении обойм между этажами с помощью болтовых соединений, а также высокая металлоемкость и большое количество сборочных единиц; - низкая несущая способность от действия изгибающего момента в связи с недостаточной жесткостью опорных швеллеров, используемых в горизонтальном положении для скрепления обойм; - исключена возможность передачи на фундамент значительного изгибающего момента из-за отсутствия надежного соединения нижней обоймы с фундаментом. Задачей изобретения является уменьшение металлоемкости, сокращение сборочных единиц, снижение трудоемкости, обеспечение возможности передачи на фундамент значительного изгибающего момента, а также увеличение несущей способности от действия изгибающего момента за счет применения более рациональной конструкции связи обойм между ярусами колонны и с фундаментом. Для решения поставленной задачи в способе усиления колонны, включающем заключение ярусов колонны в стальные обоймы из вертикальных уголковых элементов, поперечных планок и горизонтальных опорных элементов, выполнение отверстий в перекрытии под элементы связи для соединения стальных обойм между собой в стыкуемых узлах между этажами, выполнение соединения с помощью элементов связи, пропущенных через выполненные в перекрытии отверстия, согласно изобретению, соединения обойм между этажами и соединение нижней обоймы с фундаментом выполняют сварными с помощью соединительных элементов, приближенных к вертикальным уголковым элементам и привариваемых к ним, а для выполнения жесткого соединения нижней обоймы с фундаментом используют анкерные стержни. Согласно изобретению, соединительные элементы могут привариваться к вертикальным уголковым элементам с использованием дополнительных арматурных стержней или профилей металлопроката, не проходящих через отверстия в перекрытии. Согласно изобретению, для крепления анкерных стержней к вертикальным уголковым элементам могут быть использованы дополнительные косынки. На фиг.1 схематично изображена конструкция усиления колонны по предлагаемому способу, общий вид; на фиг.2 - узел I на фиг.1; на фиг.3 разрез А-А на фиг.1; на фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.2; на фиг.5 - разрез В-В на фиг.3. Способ усиления может быть реализован на колоннах, заключенных в стальные обоймы, выполненные из вертикальных уголковых элементов, поперечных планок и горизонтальных опорных элементов. Способ усиления колонны по предлагаемому способу осуществляется следующим образом. Ярусы колонны 1 заключают в стальные обоймы 2, содержащие вертикальные элементы уголкового профиля 3, поперечные планки 4 и горизонтальные опорные элементы в виде уголков 5. В перекрытии 6 просверливают максимально приближенные к вертикальным уголковым элементам 3 отверстия и пропускают через них арматурные стержни 7, которые используют в качестве связей для выполнения сварного соединения обойм между ярусами колонны. При этом сварные соединения выполняют либо непосредственным привариванием арматурных стержней 7 к вертикальным уголковым элементам 3, либо с использованием дополнительных накладных арматурных стержней 8 или профилей металлопроката, не проходящих через отверстия в перекрытии 6. Для выполнения сварного соединения нижней обоймы с фундаментом в качестве связей используют анкерные стержни 9. При этом в теле фундамента 10, вблизи расположения вертикальных уголковых элементов 3, пробуривают отверстия 11, в которые на слое раствора устанавливают анкерные стержни 9. При выполнении их сварки с вертикальными уголковыми элементами 3 могут быть также использованы дополнительные арматурные стержни 8 или косынки. При осуществлении способа достигается высокий технический результат, который проявляется в снижении трудозатрат при создании более рациональной и эффективной конструкции усиления многоярусной колонны, обладающей высокой жесткостью, высокой несущей способностью на действие изгибающего момента и способностью передачи значительного изгибающего момента на фундамент, а также имеющей низкую металлоемкость. Указанный технический результат обусловлен конструктивными особенностями выполняемого усиления, а именно применением сварных соединений в стыкуемых узлах для связи обойм между этажами и связи нижней обоймы с фундаментом. При этом по сравнению с выполнением болтовых соединений сокращается количество сборочных единиц, в результате чего снижается металлоемкость, так как для связей используют арматурные стержни, и, кроме этого, уменьшается трудоемкость выполнения сварного соединения в стыке между этажами. Использование в сварном соединении арматурных стержней, пристыкованных к вертикальным уголковым элементам обойм, способствует повышению жесткости, а следовательно, и несущей способности узла стыка между ярусами и колонны в целом, так как центр тяжести стержней приближен к вертикальным уголковым элементам обойм. Выполнение сварного соединения установленных в пробуренных в фундаменте отверстиях анкерных стержней с вертикальными уголковыми элементами нижней обоймы способствует передаче значительного изгибающего момента на фундамент. Таким образом, предложенный способ усиления колонны по сравнению с прототипом имеет более высокий технический результат. 1. Способ усиления колонны, включающий заключение ярусов колонны в стальные обоймы из вертикальных уголковых элементов, поперечных планок и горизонтальных опорных элементов, выполнение отверстий в перекрытии под элементы связи для соединения стальных обойм между собой в стыкуемых узлах между этажами, выполнение соединения с помощью элементов связи, пропущенных через выполненные в перекрытии отверстия, отличающийся тем, что соединения обойм между этажами и соединение нижней обоймы с фундаментом выполняют сварными с помощью соединительных элементов, приближенных к вертикальным уголковым элементам и привариваемых к ним, а для выполнения жесткого соединения нижней обоймы с фундаментом используют анкерные стержни. 2. Способ усиления колонны по п.1, отличающийся тем, что соединительные элементы могут привариваться к вертикальным уголковым элементам с использованием дополнительных арматурных стержней или профилей металлопроката, не проходящих через отверстия в перекрытии. 3. Способ усиления колонны по п.1, отличающийся тем, что для крепления анкерных стержней к вертикальным уголковым элементам могут быть использованы дополнительные косынки. 
     Выбор рационального метода усиления по заданному критерию (трудоемкость или сто􏰀 имость) осуществляется для однородных групп колонн, которые формируются на осно􏰀 вании учета исходных данных.   В большинстве существующих методик выбора методов усиления основное внимание уделяется разработке и принятию конструк􏰀 тивных решений по усилению и восстановле􏰀 нию железобетонных конструкций, а техноло􏰀 гия и организация выполнения таких работ отражена в меньшем объеме.     78.Технология возведения укрытия Чернобыльской АЭС Строительство объекта "Укрытие"   В результате аварии была разрушена активная зона реактора, значительная часть технологического оборудования и строительных конструкций 4-го энергоблока ЧАЭС. Были уничтожены барьеры и системы безопасности, которые защищали окружающую среду от радионуклидов, содержащихся в облучённом ядерном топливе. Поэтому сразу же после аварии возник вопрос о долгосрочной консервации 4-го энергоблока путём строительства сооружения, которое бы ограничило выход радиоактивных веществ и ионизирующего излучения за пределы разрушенного энергоблока.   Постановлением ЦК КПСС и Совета Министров СССР №634-188 от 29.05.86 г. Министерству среднего машиностроения СССР были поручены «работы по захоронению 4-го энергоблока ЧАЭС и сооружений, которые к нему относятся». Объект получил название «Укрытие 4-го блока ЧАЭС». Следующим Постановлением ЦК КПСС и Совета Министров СССР №663-194 от 05.06.86 г. функции Генерального Проектировщика работ «по захоронению 4-го блока ЧАЭС, по захоронению радиоактивных отходов и дезактивации оборудования промплощадки ЧАЭС» были возложены на ВНИПИЭТ (г. Санкт-Петербург). Научное руководство работами по захоронению 4-го блока ЧАЭС осуществлял ИАЭ им. И.В.Курчатова. Особенности и сложность выполнения работ по консервации аварийного энергоблока заключались в отсутствии как в отечественной, так и в мировой практике опыта преодоления последствий такой масштабной аварии, а также в отсутствии на то время специальных нормативных документов для разработки проектных решений.   На фото: Разрушенный 4-й энергоблок ЧАЭС Ввиду особой важности объекта «Укрытие» было проработано на концептуальном уровне восемнадцать вариантов проекта, которые предусматривали, в частности, образование холма из щебня и бетона, строительство огромного сооружения в виде арочного свода или купола, а также другие варианты. Но большинство предложенных решений требовали значительных расходов строительных материалов, а главное - огромных трудозатрат и доз облучения персонала, а также длительного времени на их строительство, которое не отвечало основному требованию - как можно быстрее ликвидировать последствия аварии. Отдельные решения не могли быть реализованы при тогдашнем уровне техники. С учетом материальных расходов и дозовых нагрузок на персонал, а также сжатых сроков строительства был принят окончательный вариант защитного сооружения, который предусматривал максимальное использование уцелевших несущих конструкций 4-го энергоблока в составе конструкционной системы объекта «Укрытие». Таким образом, строительные конструкции объекта «Укрытие» - это сочетание «старых» конструкций разрушенного энергоблока № 4 и «новых» конструкций, построенных после аварии.   На фото: Конструкции опор и несущих элементов покрытия объекта «Укрытие» 
1 - балка Б1 (балка Б2 находится за ней); 2 - трубный накат; 
3 - верхняя часть стены по оси 50, усиленная «корсетом»; 4 - выхлопная шахта; 
5 – балка «Мамонт»; 6 - западная опора балки «Мамонт»; 
7 - восточная опора балки «Мамонт»; 8 - балка «Осьминог» Благодаря такому сочетанию было создано уникальное сооружение, строительные конструкции которого выполняют чрезвычайно важную функцию физического барьера на путях выхода радиоактивных веществ и ионизирующего излучения в окружающую среду. Основу физических барьеров составляют внешние защитные конструкции, построенные после аварии: каскадная стена, контрфорсные стены, перекрытие над реакторным блоком, деаэраторной этажеркой и машинным залом. Относительно уцелевшие конструкции энергоблока №4 создают опорный контур, на который опираются несущие элементы перекрытия над реакторным блоком и деаэраторной этажеркой. В первую очередь - это северная и южная выхлопные шахты, монолитная стена по оси 50 с каркасом, который прилегает к ней (рис. 1.4 см. цвет. вклад.). На эти конструкции опираются главные балки Б1 и Б2, которые вместе с трубным накатом создают перекрытие над центральной частью реакторного блока (в частности, над центральным залом). На конструкции деаэраторной этажерки опираются балки «Мамонт» и «Осьминог».   На фото: внешние защитные конструкции ОУ
1 - покрытие над центральным залом; 2 - покрытие над машинным залом; 3 - каскадная стена; 
4 – западная («большая») контрфорсная стена; 5 - южные щиты; 6 - южные щиты-«клюшки»; 
7 - северные щиты-«клюшки»; 8 - северная («малая») контрфорсная стена Реализация такого варианта защитного сооружения требовала решения двух наиболее сложных проблем:
- обследование технического состояния уцелевших конструкций 4-го энергоблока в чрезвычайно трудных радиационных условиях и оценка возможности их использования в качестве конструкционных элементов объекта «Укрытие»;
- выбор таких конструкционных и технологических решений, которые бы позволили максимально сократить сроки строительства объекта «Укрытие» и минимизировали радиационное влияние на персонал и окружающую среду. Кроме ВНИПИЭТ, проектные работы по различным направлениям выполнялись рядом проектных институтов, в частности, ЛенПСК (г. Санкт-Петербург), ЦНИИПСК (г. Москва), УКРНИИПСК (г. Киев), ДнепроПСК (г. Днепропетровск) и другими институтами. Для выполнения строительно-монтажных работ по консервации аварийного блока и сооружению объекта «Укрытие» в системе Министерства среднего машиностроения СССР было специально создано Управление строительства № 605. В кратчайший срок были построены объекты обеспечения: базы снабжения, базы по обслуживанию автотранспорта и строительной техники, заводы по приготовлению бетонной смеси, пункты принятия и разгрузки строительных материалов и другие объекты. Для проживания работающего персонала были приспособлены пионерские лагеря, базы отдыха, школы, создавались палаточные городки и строения, которые быстро монтируются. Были организованы столовые и объекты санитарно-гигиенического назначения. Указанные объекты размещались с учетом радиационного состояния территорий и наличия транспортных коммуникаций. Персонал ежедневно доставлялся «чистым» автотранспортом к пункту пересадки на специальный автотранспорт, который обслуживал зону строгого режима. Весь автотранспорт, который выезжал из зоны строгого режима, подлежал дозиметрическому контролю и, при необходимости, дезактивации на специализированных пунктах. С целью обеспечения эффективности и безопасности работ по консервации аварийного блока до начала основных строительно-монтажных работ был осуществлен комплекс мероприятий по дезактивации окружающей территории. Были удалены фрагменты активной зоны реактора (обломки тепловыделяющих сборок, графита и конструкционных материалов реактора), пожарные автомобили и другая техника, элементы разрушенных строительных конструкций и технологического оборудования, был снят верхний загрязненный слой грунта. Эти работы выполнялись с помощью специальных инженерных машин, созданных на базе танков и оборудованных защитным экранированием, грейферным захватом, техническим телевидением и приборами для обнаружения локальных источников ионизирующего излучения, а также бульдозерами, оборудованными защитным экранированием. После завершения работ по удалению радиоактивных отходов территория вокруг аварийного энергоблока была покрыта слоем бетона толщиной до 0,5 м. Другим существенным фактором улучшения радиационной обстановки было сооружение по периметру аварийного энергоблока так называемых пионерных стен, которые выполняли функцию экранирования. Кроме того, пространство за пионерными стенами использовалось для размещения радиоактивных отходов, которые были собраны с окружающей территории. Проведение работ по дезактивации окружающей территории и созданию защитных пионерных стен позволило приступить к выполнению основного комплекса строительно-монтажных работ по сооружению объекта «Укрытие». Строительство объекта «Укрытие» в чрезвычайно сложной радиационной обстановке требовало разработки и внедрения таких организационных и технологических решений, которые бы максимально, насколько это возможно, обеспечивали радиационную защиту персонала. Основные мероприятия по радиационной защите персонала заключались в осуществлении радиационного обследования зон проведения работ, использовании разнообразных средств экранирования и применении дистанционных технологий выполнения работ в наиболее радиационно опасных условиях. Чрезвычайно эффективной была технология монтажа с использованием укрупненных конструкций, которые собирались в «чистой» зоне и допускали дистанционный монтаж. Конструкции проектировались с узлами упоров и соединений, которые не нуждались в выполнении операций, связанных с присутствием людей непосредственно в зоне монтажа. Для управления процессом монтажа был создан центральный оперативный пост, на который поступала информация с телекамер, смонтированных непосредственно на стрелах кранов и специальных вышках, которые устанавливались в местах с максимальным обзором. Были также внедрены специальные технологии установки опалубки и проведения бетонных работ с дистанционным использованием насосов для подачи бетонной смеси. Для обеспечения радиационной защиты персонала осуществлялся комплекс организационных, радиационно-гигиенических и технических мероприятий, в частности:
- постоянный мониторинг радиационной обстановки в районе ЧАЭС и на прилегающих территориях;
- организация санитарно-пропускного режима;
- обеспечение персонала необходимыми средствами индивидуальной защиты (спецодежда, респираторы и другое);
- индивидуальный дозиметрический контроль;
- экранирование кабин машин и механизмов;
- пылеподавление в зонах выполнения работ и на прилегающих территориях;
- дезактивация машин и механизмов;
- организация питания в «чистой» зоне. Строительно-монтажные работы выполнялись с использованием уникальных на то время машин и механизмов, в частности: гусеничных кранов «Демаг» с грузоподъемностью на основной стреле до 650 т и на вспомогательной стреле - 112 т при вылете 78 м; автомобильных кранов «Либхер», насосов для подачи бетонной смеси фирм «Швинг», «Путцмайстер», «Вортингтон», а также других машин и механизмов, дооборудованных дистанционным управлением и средствами защиты. В процессе строительства объекта «Укрытие» было уложено около 345 тысяч м3 бетонной смеси и смонтировано 7 тысяч тонн металлических конструкций. Кроме строительно-монтажных работ, был выполнен значительный объём работ по созданию необходимых систем для безопасной эксплуатации объекта «Укрытие» (вентиляция, энергоснабжение, система пожаротушения, системы контроля и другие). Проектирование и сооружение объекта «Укрытие» было осуществлено за рекордно короткий срок - всего за полгода. Уже 30 ноября 1986 года был подписан акт Государственной комиссии о принятии на техническое обслуживание объекта «Укрытие». Сооружение объекта «Укрытие» стало важнейшим итогом деятельности по реализации первоочередных мер по минимизации последствий запроектной аварии на 4-ом энергоблоке ЧАЭС.
В то же время объект «Укрытие» не является объектом, созданным в соответствии с правилами и нормами проектирования, строительства, ввода в эксплуатацию и эксплуатации не только ядерных установок или объектов для обращения с радиоактивными отходами, но и обычных промышленных сооружений. Его строительные конструкции не отвечают требованиям нормативно-технических документов по безопасности в части структурной целостности и надежности и имеют неопределенный срок эксплуатации. Строительным конструкциям объекта «Укрытия» присущи такие основные недостатки:
- несущие конструкции опорного контура (уцелевшие проектные конструкции энергоблока № 4) и узлы их соединения значительно повреждены, перегружены весом заваленных на них строительных конструкций и оборудования, а также материалов, которые использовались во время ликвидации аварии. Оголённая арматура железобетонных конструкций и металлические конструкции подвергаются коррозии;
- надежность и долговечность несущих конструкций опорного контура не может быть достоверно определена из-за отсутствия доступа ко многим элементам и узлам, а также сложных радиационных условий, которые не позволяют выполнить детальное их обследование;
- построенные после аварии конструкции разрознены - не соединенные между собой, свободно опираются на несущие конструкции без физического соединения и удерживаются в проектном положении (отсутствуют сварочные или болтовые соединения опорных частей конструкций);
- сложный доступ к элементам и узлам металлических конструкций для периодического осмотра и обновления антикоррозийного покрытия. Эти недостатки приводят к тому, что со временем уровень безопасности объекта «Укрытие» снижается. Продолжается процесс деградации строительных конструкций. Существует высокая вероятность обрушения строительных конструкций, которое может привести к значительному радиоактивному загрязнению окружающей природной среды, а также облучению персонала и населения. Все это требует постоянного наблюдения за состоянием конструкций объекта «Укрытие», важных для безопасности, и вмешательства при возникновении угрозы опасного отклонения их состояния от стабильного. Поэтому сразу же по окончании строительства объекта «Укрытие» были начаты и продолжаются исследования состояния его строительных конструкций и реализация безотлагательных мероприятий по их усилению. Со временем, в 90-х годах, была разработана и реализуется стратегия преобразования объекта «Укрытие» в экологически безопасную систему.  

Дата добавления: 2015-08-17