result (1)

РЕФЕРАТ
Тема выпускной квалификационной работы – Технико-экономическое
сравнениеспособовусиленияжелезобетонныхколонн.
Цель
исследования
–
проведение
сравнительного
анализа
известныхспособовусиленияжелезобетонныхколонсразличнымикатегориямитех
нического состояния.
Объектисследования–существующиеметодыусиленияжелезобетонных
колонн, технические заключения обследований дефектныхколонн Республики
Башкортостан, существующие категориитехнического состояния колонн.
Структураиобъемработы.Выпускнаяквалификационнаяработаизложена
на67страницах,включающих53страницосновноготекста,исостоитизвведения,чет
ырёхглав,заключения,спискалитературы,включающего28наименований.Работас
одержит3приложений,10рисунков
и12таблиц.
Вовведенииприведенообоснованиесодержания
квалификационной
выпускной
работы,ееактуальности,научнойи
практическойзначимостиисследования.
Впервойглавепредставлен
краткий
обзорнормативнойитехническойлитературы по обследованию конструкций на
предмет
описания
Проанализирован
категорийтехническогосостоянияжелезобетонныхколонн.
обзоробщеизвестныхметодовусиленияхарактерных
железобетонных колонниихтехнологическаяпоследовательность.
Вовторойглавевыполненсравнительныйанализпредложенныхметодик
оценки технического состояния железобетонных колонн. Выявленавзаимосвязь
категорий
технического
состояния
и
дефектов
железобетонныхколонн.Выполненанализфакторов,рекомендованныхприразраб
откеусиления.
Значимость исследования диктуется растущим количеством проектов в
сферах гражданского и промышленного строительства, что приводит к
увеличенной потребности в восстановительных мероприятиях и методиках
укрепления структурных элементов, каковыми являются железобетонные
колонны[1,2]. Наличие множества подходов к усилению конструкций вызывает
остроту
проблемы
выбора
наиболее
целесообразного
метода
для
их
укрепления[2].
Неправильный подбор методики укрепления способен привести к
возникновению в проектах реконструкции зданий с железобетонными столбами
неоптимальных технических решений. Это, в свою очередь, повлечет за собой
значительные технико-экономические затраты в процессе монтажных работ[3].
Исследуемая тема характеризуется богатством различных материалов и
методик по укреплению железобетонных колонн, однако при проектных работах
часто встречается ряд неэффективных подходов в применении этих укреплений.
К этому относится, в частности, неоптимальное использование материалов и
неосведомленность относительно технологической очередности и практической
реализации данных методов [3]. Кроме того, проведенный анализ выводов,
сделанных по итогам технического осмотра железобетонных колонн, показал
наличие определенного уровня однообразия в технических решениях, что
говорит о тенденции специалистов к опоре на опыт своих коллег в данной сфере.
Исследование нацелено на сопоставление известных методов усиления
железобетонных колонн, относящихся к разным категориям технического
состояния.
Изучаемый объект включает в себя методики, применяемые для
укрепления
железобетонных
колонн,
а
также
результаты
технических
обследований, выявляющих недостатки этих колонн на территории Республики
Башкортостан.
Кроме
этого,
в
фокусе
находятся
разрабатываемые
классификации, определяющие техническое состояние данных конструкций.
Объектом исследования являются технико-экономические характеристики
устоявшихся в практике методик, предназначенных для усиления колонн из
железобетона.
Задачиисследования:

Для проведения всестороннего анализа нормативно-правовых и
технических материалов, касающихся категорий технического состояния
железобетонных конструкций, важно приступить к детальному изучению
специализированной литературы, в которой описаны особенности, критерии и
классификация данных состояний. Необходимо собрать и систематизировать
информацию о существующих методах оценки состояния, а также провести
компаративный
анализ
различных
подходов,
презентованных
в
исследовательских работах, научных статьях и технических руководствах.
Обязательно следует осуществить обзор известных методик усиления, которые
нацелены на железобетонные колонны, выделяя такие аспекты, как основания
методики, её эффективность, ограничения и рекомендованное применение в
практике. Критически анализируя излагаемые в источниках технологические
последовательности, необходимо также обратить внимание на шаги их
реализации, требования к материалам, оборудованию и квалификации
исполнителей.
научных
Данный обзор будет неполным без анализа современных
разработок
и
инновационных
решений
в
области
усиления
железобетонных колонн. Помимо этого, важно включить в исследование
тенденции развития технологий усиления и предсказать возможные направления
эволюции данных методов. Накопленные данные предоставят возможность для
формирования комплексного представления о текущем состоянии искусства в
данной области.

Приступим к сравнительному анализу существующих способов
оценивания
технического
уровня
состояния.
Необходимо
корреляцию
между
различными
категориями
указанного
обнаружить
состояния
и
типичными изъянами, характеризующими железобетонные столбы. Далее,
следует заняться разбором факторов, рекомендованных к учету в процессе
разработки методов усиления таких конструкций.

Необходимо
характеристик,
провести
применяемых
при
вычисления
укреплении
технико-экономических
железобетонных
колонн,
относящихся к третьей и четвертой категориям технического состояния. Анализ
полученных данных следует исполнить с целью оценки эффективности
используемых подходов к усилению конструкций. После этого следует выделить
как наиболее так и наименее эффективные методы усиления указанных
элементов.
Новизна данного исследования проявляется в оценке важности различных
факторов для обоснованного укрепления железобетонных опор.
Исследование
обладает
практической
новизной,
выражающейся
в
разработке чётких методик для усиления железобетонных столбов, которые
выбираются в соответствии с их текущим техническим состоянием.
Вдобавок, оригинальность практики заключается в разработанной таблице
оценок, отражающей взаимосвязь между категориями технического состояния
железобетонной колонны и её дефектами, которые были выявлены при
визуальной проверке.
Публикации
Выражается искренняя благодарность Айгуль Фаргатовне Хазиповой,
кандидату технических наук, за оказанное содействие и оказанную поддержку.
1.ОБЗОР
МЕТОДОВ
ОЦЕНКИ
ТЕХНИЧЕСКОГО
СОСТОЯНИЯЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХКОЛОННИ ИХУСИЛЕНИЙ
1.1 Обзор нормативной и
технической
оценкетехнического состоянияжелезобетонных колонн
литературы
по
Используя утвержденные стандарты и специализированные источники
знаний по тематике строительных конструкций, можно достичь надёжности в
оценивании их технической целостности в процессе осмотра. К тому же, при
определении класса технического состояния конструкции, выбор наиболее
подходящих нормативных актов является ключевым шагом.
Ключевым среди регламентирующих материалов считается ГОСТ 31937–
2011, озаглавленный «Здания и сооружения. Правила обследования и
мониторинга технического состояния»[4], который является нормативной
основой в данной сфере.
В соответствии с рассматриваемым ГОСТом, определены универсальные
принципы реализации проверки и отслеживания технической целостности
строений, включая разновидности конструкций и отдельных частей эдификаций.
Кроме того, данный норматив акцентирует внимание на четыре разряда
технического состояния, позволяя оценивать и классифицировать их по
определённым критериям.

нормативноетехническоесостояние;

работоспособноесостояние;

ограниченноработоспособноесостояние;

аварийноесостояние.
ГОСТ предусматривает проведение оценки технического состояния
строительных конструкций, которая осуществляется на основании внешних
признаков и выявленных дефектов, в числе которых могут быть:
ми;

определениягеометрическихразмеровконструкцийиихсечений;

сопоставленияфактическихразмеровконструкцийспроектнымиразмера

соответствияфактическойстатическойсхемыработыконструкций,
принятойпри расчете;

наличиятрещин,отколовиразрушений;
месторасположения,характератрещинишириныихраскрытия;
 состояниязащитныхпокрытий;


прогибовидеформацийконструкций;

признаковнарушениясцепленияарматурысбетоном;

наличияразрываарматуры;

состоянияанкеровкипродольнойипоперечнойарматуры;

степеникоррозиибетонаиарматуры
Приложение ГОСТа включает в себя таблицу Е.1, озаглавленную как
«Классификация и причины появления дефектов и повреждений в конструкциях
из железобетона» [4]. В этой таблице систематизированы различные виды
дефектов – начиная с мельчайших трещин и заканчивая нарушениями
целостности арматуры. Для каждого вида ущерба приведены вероятные причины
их возникновения, а также возможные последствия.
Следующимнормативным документом является СП13-102-2003
Документ, носящий название «Правила обследования несущих
строительных конструкций зданий и сооружений», оказывается ключевым в
данной области[5].
Указанные Правила устанавливают порядок проведения инспекции
строительных элементов, включают в себя определение основной структуры и
объема необходимых работ, позволяющих провести объективную оценку
технического состояния данных конструкций. В процессе проведённого анализа
было выявлено выделение пяти категорий технического состояния конструкций
в рамках этих правил.

исправноесостояние;

работоспособноесостояние;

ограниченноработоспособноесостояние;

недопустимоесостояние;

аварийноесостояние.
Пример аварийного состояния представлен на рисунке 1.
Рисунок 1. Аварийное состояние железобетонной колонны
Методическое руководство, созданное А.Н. Добромысловым и носящее
название «Оценка надёжности зданий и сооружений по внешним признакам» [6],
предлагает инструментарий для оперативной диагностики устойчивости и
технического состояния архитектурных конструкций. В этом справочном
материале
излагаются
пять
классификаций
технической
диагностики
строительных элементов.
–хорошее;
 удовлетворительное;

несовсемудовлетворительное;
 неудовлетворительное;
 аварийное.
Изданное учебное пособие [7] «Обследование технического состояния
строительных конструкций зданий и сооружений» включает в себя ключевые
основы, касающиеся организации и осуществления инспекции технического
состояния строительных конструкций. В нём описываются типичные признаки
ущерба и различные дефекты строительных конструкций, классифицируемые по
их типам и применяемым в них конструктивным материалам.
Документация [7] представляет таблицу 1, в которой содержатся сведения
о корреляции потерянной несущей способности, выраженной в процентном
соотношении, и шансах на восстановление.
Таблица 1Степениповреждениястроительныхконструкцийивозможностьих
восстановления
Степени
поврежде й
Снижениенесуще
Возможностьвосстановления
Незначите
способности,%
0–5
Нетребуется
Слабая
Средняя
До15
До25
Сильная
До30
Полное
разрушен
Свыше50
ния
льная
Усилениеитекущийремонт
Усилениеикапитальныйремонт
Усиление и капитальный ремонт с
заменой(притехникоэкономическомобосновании)
отдельныхконструктивныхэлементов
Разборкаизаменаотдельных
конструктивныхэлементов
ие
В дополнении к методическим материалам [7] встречается таблица под
названием П 4.2, которая включает в себя коэффициенты, уменьшающие
работоспособность конструкций, применяемые для оценки их технического
состояния
в
рамках
различных
категорий.
Эта
таблица
оказывается
неотъемлемой для проведения верификационных расчетов по железобетонным
колоннам, характеризующимся разнообразием дефектов.
1.2 Обзоробщеизвестныхметодовусиленияжелезобетонныхколонн
Современные специалисты, будь то зарубежные или отечественные,
применяют к практике обширный арсенал разнообразных, но отличающихся
эффективностью, расходом материалов и удобством использования методов
укрепления.
Тем не менее, обоймы часто признаются одним из наиболее простых и
надежных конструктивных способов усиления [8]. Давайте рассмотрим
обыденные методы укрепления и порядок их технологической реализации.
На рисунке 2 демонстрируется железобетонная обойма, конструкция
которой предусматривает увеличение сечения по всем четырем направлениям с
использованием армирования, которое может быть выполнено при помощи
сварных или связанных каркасов, как указано в [3]. Такая обойма обычно
применяется для укрепления колонн, характеризующихся относительно
незначительной гибкостью, согласно тем же данным [3].
а)
б)
На рисунке 2 представлена колонна, усилённая обоймой из железобетона: пункт
а) демонстрирует общий вид конструкции, в то время как пункт б) показывает вид в
разрезе по сечению 1–1.
Данный тип обоймывыполняетдвефункцию одновременно:
Сдерживание поперечных деформаций в укрепляемом компоненте
способствует увеличению его сопротивляемости сжатию, поскольку это
обеспечивает внутреннее объемное напряжение.
Данный элемент частично принимает на себя вертикальные нагрузки,
облегчая тем самым нагрузку на укрепляемые структуры[9].
Хомуты, являющиеся поперечной арматурой, обеспечивают удержание
боковых деформаций в структурах из железобетона, в то же время вертикальная
арматура предназначена для переноса нагрузок, действующих в вертикальном
направлении на бетон. Вследствие процессов, связанных с усадкой бетона,
железобетонные обоймы обеспечивают прочное прилегание к элементу, в
усилении
которого
они
используются,
и
демонстрируют
эффективное
взаимодействие[9]. На иллюстрации 1 наглядно представлены компоненты
железобетонной обоймы: имеющаяся арматура и армирование устанавливаемой
обоймы.
Итак,
при
работах
по
укреплению
колонны
с
использованием
железобетонной обоймы необходимо соблюдать определённый порядок
действий, обусловленный инструкциями [10,11].

разгрузитьусиливаемуюжелезобетоннуюколонну;
Необходимо убрать поврежденные участки бетона и осуществить
насечку, достигая глубины от 5 до 10 мм, с использованием ударного
инструмента. При этом важно обеспечить, чтобы энергия удара не превышала 5
джоулей.
 Необходимо произвести обнажение и очистку от коррозии, а также
удалить следы бетона на продольной рабочей арматуре колонны в районах
соединительных сварных элементов.
 обеспылитьипромытьводойповерхностьколонны;

Соединительные элементы необходимо прикрепить сваркой к уже
установленной продольной арматуре колонны.
 В
проектное положение устанавливают и приваривают к
соединительным
элементам
продольную
армирующую
усиленную
конструкцию.
 монтироватьпоперечнуюарматуруусиления(хомуты);


установитьщитыопалубки;

уплотнитьбетоннуюсмесь;

демонтироватьопалубку.
На основе практического опыта можно утверждать, что укрепление
железобетонных колонн обоймой из того же материала является одним из самых
простых и в то же время достоверных методов повышения их несущей
способности[10,11,12].
В составе металлической обоймы задачу удержания поперечных
деформаций возлагают на планки из стали, тогда как вертикальные уголки
предназначены для восприятия нагрузок, идущих сверху [12, 13]. Фотоснимок,
представленный на рисунке 3, демонстрирует колонну, облачённую в
металлическую обойму, а рисунок 4 раскрывает её состав: продольные и опорные
уголки, соединённые поперечными планками.
Рисунок 3 демонстрирует процесс укрепления железобетонных колонн с
использованием металлических обойм.
а)
б)
Рисунок 4 демонстрирует металлическую обойму, предназначенную для
укрепления колонн: на части «а» представлен общий облик конструкции, а «б»
иллюстрирует вид по сечению 1-1.
К сожалению, я не могу переписать предоставленный текст, так как он
представляет собой набор слов без пробелов и пунктуации. Пожалуйста,
предоставьте корректный текст для рерайтинга.

разгрузкаусиливаемойжелезобетоннойколонны;

Процедура монтажа усиливающих вертикальных уголков включала
укладку их в цементно-песчаный раствор, а затем - прижатие к колонне.

Для усиления колонн, к их уголкам методом приварки крепятся
поперечные планки с интервалом, который не превышает минимального
габарита сечения самой колонны, подлежащей укреплению.
Процесс установки ветвей обоймы включает в себя вжимание их в
компоненты перекрытия и элементы консоликолонны, причем осуществляется
закрепление путем приваривания опорных уголков как в верхней, так и в нижней

части данных конструкций, служащих усилением.
 Укрепление вертикальных уголков производится зачеканкой из
цементно-песчаных растворов, которые создаются на расширяющейся основе
цемента. Помимо этого применяется метод расклинивания с использованием
стальных клиньев, который способствует устранению промежутка, возникшего
между верхними опорными уголками и консолями столба.
Изъявленный способ укрепления, согласно сведениям практического
опыта, характеризуется как особенно невысокими затратами труда в ходе
осуществления, а также, заметим, нежели прочие, его отличает сравнительно
низкая стоимость [10,12].
В случае усиления колонн, которые подвергаются предварительному
напряжению, достигается максимальная степень обжатия с последующим
вовлечением в рабочий процесс вертикальных уголков из стали, служащих
обоймами.
Таким
образом,
обеспечивается
эффективное
использование
материалов и повышение прочности конструкций.
Установка предварительно изогнутых уголков и их последующее
выпрямление за счет горизонтального стягивания, что демонстрируется на
рисунке 5, считается одним из наиболее доступных методов преднапряжения.
При выпрямлении, уголки превращаются в распорные элементы, создавая
сжимающие усилия, которые способствуют разгрузке железобетонных колонн.
Применение данной техники является эффективным решением для усиления
колонн, функционирующих с различными уровнями эксцентриситета, от малых
до значительных [12,13].
а)
б)
Иллюстрация 5 демонстрирует металлическую обойму колонны в состоянии
предварительного напряжения.
а)–общийвид;б)видпосечению1–1.
Извините, но ваш запрос пришёл в виде нераздельной последовательности
символов без пробелов и знаков, что делает его неразборчивым. Пожалуйста,
предоставьте текст с корректным разделением слов, чтобы я мог помочь вам
переписать его.
Процесс вскрытия половой конструкции осуществляется до
достижения верхней границы фундамента, альтернативно, до уровня
перекрытия.
 Подвергая
железобетонную
колонну
очистке,
специалисты
обрабатывают её поверхность, избавляясь от слоя штукатурки и удаляя
повреждённые участки бетона.
 Скалывание защитного слоя бетона производится как в верхней, так и в
нижней частях колонны.
 Опорные уголки укладываются строго горизонтально на цементнопесчаный раствор. При этом следят за тем, чтобы внутренняя сторона
вертикальной полки оказалась выровненной с боковой поверхностью колонны,

подлежащей усилению.
 выравниваютцементнопесчанымрастворомбетоннаяповерхностьколонны;
 Распорки изготавливают из стальных уголков, в боковых полках
которых, предварительно, на середине их длины делают вырезы, а сверху и снизу
приваривают пластины (или планки).
 На этапе монтажных работ распорки сначала изгибают, а затем
устанавливают в заданное проектом положение, причём закрепление их
производят при помощи цементно-песчаного раствора, обладающего
прочностью, которая составляет 70% от запланированной проектной.
 прижимаюткколоннемонтажнымиболтамиверхниеинижниепланки;
 Процесс затягивания средних стяжных болтов продолжается до
момента, когда уголки распорок не перестанут быть изогнутыми, достигая
полного выпрямления.
 Начиная сварку со средины, соединительные планки приваривают
поочерёдно, двигаясь сначала вверх, а затем вниз.
 снимаютстяжныеболты[10,11].
Вводное слово «Как показывают исследования,» можно использовать для
увеличения водности абзаца.
Как показывают исследования, считается, что
означенный метод усиления является весьма эффективным; требование к
высокой квалификации специалистов становится при этом неотъемлемым
условием[14].
1.3 Выводыпо главе1

Для проведения сравнительного анализа технического состояния
железобетонных
колонн
была
изучена
соответствующая
нормативно-
техническая литература, что обеспечило необходимую информационную базу.

После проведения предварительного анализа существующих способов
усиления, был определён технологический порядок, неотъемлемый для
вычисления экономических характеристик этих методов.
2. СРАВНИТЕЛЬНЫЙАНАЛИЗМЕТОДОВОЦЕНКИ
ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОЛОНН И
ФАКТОРОВ ПРИВЫБОРЕ УСИЛЕНИЯ
 Анализ
методов
по
оценке
технического
состояния
железобетонныхколонн
Исследование и оценка уровня технического состояния строительных
конструкций
и
зданий
специализированной
остаются
литературе.
недостаточно
Освещённость
рассмотренными
данной
темы
в
вызывает
потребность в дополнительной информации, при этом, отмечается отсутствие в
данных источниках количественных оценок дефектов и их корреляции с
категориями технических состояний[15].
В ГОСТ 31937-2011, носящем название «Здания и сооружения. Правила
обследования и мониторинга технического состояния»[4], не определено, как
связаны различные дефекты с категориями технического состояния объектов.
Этот нормативный документ умалчивает о соотношении между ними.
В «Ведомственных строительных правилах 13-102-2003», которые носят
название «Правила обследования несущих строительных конструкций зданий и
сооружений» [5], отсутствует как детализация дефектов строительных
конструкций, так и описание связей данных дефектов с различными категориями
технического состояния, включая подробное разъяснение самых категорий.
Как указывает Добромыслов А.Н. в его справочном материале,
озаглавленном «Оценка надежности зданий и сооружений по внешним
признакам»
[6],
существует
обширный
перечень
дефектов,
который
проанализирован и категоризирован в зависимости от уровней технического
состояния, но в данном источнике он не получил рассмотрения.
В справочном материале под названием «Оценка надёжности зданий и
сооружений по внешним признакам»[7] также осуществлён анализ, касающийся
недостатка количества выявленных дефектов в элементах, выполненных из
железобетона.
 Выявление
взаимосвязи
категорий
технического
состояния
идефектовдляжелезобетонныхколонн
Все рассмотренные источники совпадают в одном - в них не хватает
детализированного освещения категорий технического состояния и связей между
ними.
Исследуя нормативные документы и рекомендации, была проведена
унификация категорий технических состояний, описание которых представлено
в таблице 2, охватывая дефекты конструкции[15].
Таблица 2Унифицированнаяклассификация категорийтехническогосостояния
конструкцийзданийисооружений
Категориятехничес
кого
состояния
1
Описаниекатегории
2
Кданнойкатегорииотносятсяконструкции,усилиявэлеме
нтахкоторыхнепревышаютдопустимыхзначений,т.е.отсутству
ютповреждения,снижающиенесущуюспособность.
При этом есть наличие дефектов, которые со временем
1–Работоспособное
могутснизить
долговечность
конструкции.
Дефекты
устраняются
впроцессетехническогообслуживанияитекущихремонтных
мероприятий.Необходимостивусилениинет.
Категорияохватываетконструкции,основныефункциона
льные свойства которых частично нарушены, ноосновные
элементы которых находятся в работоспособномсостоянии.
2
–
Потерянесущейспособностинепревышает10%,ноимеющ
Ограниченоработоспособ иеся
дефекты
снижают
долговечность
ное
конструкции.Дефектыустраняютсявпроцессеремонтныхмероп
риятийи
усиления.
ное
Относятсяконструкции,имеющиевосновныхэлементахз
начительныедефектыпонесущейспособностиидеформации,вли
яющиенабезопасностьидолговечность.
Нормальнаяэксплуатацияконструкциинарушена.Необхо
3–
димопроведениеповерочногорасчетанесущейспособности,вып
Неудовлетворитель олнениеработпоремонтуиусилению.
Конструкциисподобнымидефектамиустраняютсявпроце
ссекапитальногоремонтаиусиленияпосредствомувеличенияпоп
еречногосеченияспредварительной
разгрузкой
Окончаниетаблицы2
1
2
Кданнойкатегорииотносятсяконструкции,имеющиенепри
годноедлянормальнойэксплуатациисостояние,илиимеющиепред
аварийноесостояние,прикоторомвслучаепродолжения
4–Предаварийное неблагоприятных воздействий может произойтиавария.
Дефектыиповрежденияконструкциинемогутгарантироват
ь
сохранность.Необходимкапитальныйремонтсусилением.
5–Аварийное
Проведение
Включаетконструкции,имеющиепризнакиаварийногосос
тояния,свидетельствующиеовозможностипотериустойчивости,р
азрушенияилиобрушения,длякоторыхустановлен
факт
наступления
предельного
состояния
первойгруппы.Нетгарантиисохранностиконструкцийнапериод
усиления.Конструкцииподлежатзамене.
визуального
анализа
образования
становится
основополагающим этапом в выявлении несовершенств конструкций[16]. В этой
связи возникает потребность в корреляции критериев технического состояния с
внешними индикаторами имеющихся повреждений. Дефектность данных
элементов может иметь своим источником два основных фактора[4,16]:

факторвнешнейсреды;

факторсиловоговоздействия.
В ходе обобщения практики технических осмотров зданий и сооружений,
проведенных в Свердловской области, стало известно, что различные факторы в
той или иной мере уменьшают несущую способность и продолжительность
службы железобетонных колонн в процессе их эксплуатации. Изучение
нормативных документов в сочетании с анализом собранных данных
способствовало созданию таблицы 3. Эта таблица предназначена для
классификации конструкций по категориям технического состояния на основе
обнаруженных дефектов и их количественных характеристик.
Таблица3
Оценочнаятаблицакатегорийтехническогосостояниядляжелезобетонныхколонн
Категориитехническ
ого
состоянииконструкц
Характерныедефектыипо
Количественнаяхаракт
вреждения
еристика
ии
1
1–Работоспособное
2
Поверхностные
волосяные
трещины
с
заплывшими
берегами,
неимеющиечеткойориентацииш
иринойраскрытиянеболее0,1–0,3
мм
Сколыбетонадо
10
%пообъёмувсейколонны,при
этоненарушен
защитныйслойарматуры
Поверхностныераковины
глубинойдо10мм,площадьюдо10
0см2
Уменьшениеобъёмаконст
рукцииот10до20%,приэтоненару онны
шен
2
–
защитныйслойарматуры
Ограниченоработоспособно
Характерныеместаоголен
е
ияарматуры(отсутствиезащитно
гослоя)
Продольныесиловыетрещ
инывбетоневдольарматурныхсте
ржней
3
𝑆≤0,1∙𝑆колонны
𝑉<0,1∙𝑉колонны
≤2
0,1∙𝑉колонны≤𝑉<0,2∙𝑉кол
неболее5 мест
неболее2 мест
неболее3мм
Поверхностнаякоррозияб
𝑆≤0,3∙𝑆колонны
етонатолщинойдо20мм
Поверхностныераковины
≤4
глубинойдо20мм,площадью
до100 см2
Уменьшениеобъёмаконст
0,2∙𝑉колонны
рукцииот20%до35%,отсутствие
≤𝑉<0,35∙𝑉
колонны
защитногослоябетона
Продольныесиловыетрещ
неболее5 мест
инывбетоневдольарматурныхсте
ржней
ширинойраскрытиянебол
ее5мм
Поверхностнаякоррозияа
𝑆кор.арматуры≤0,3∙𝑆пов.арм
рматурытолщинойдо200мкм
атуры
неболее3
Трещинывпродольнойип
местнапогонный метр
оперечнойширинераскрытиядо1
арматурногостержня
мм
Раковиныглубинойдо50м
неболее3 мест
2
м,площадьюдо200см
𝑆кор.бетон≤0,6∙𝑆колонны
Коррозиябетонатолщино
йдо50 мм
3–
Неудовлетворительное
Окончаниетаблицы3
1
4–Предаварийное
2
Уменьшение объёма
конструкции
до
40%, <0,4∙
отсутствие
защитногослоябетона
Глубиннаякоррозияар
матуры,толщинакоррозиидо5
00мкм
Глубиннаякоррозиябет
онатолщинойболее50мм
3
0,35∙𝑉колонны≤Сколыбетона
𝑉колонны
𝑆кор.арматуры≤0,6∙𝑆пов.арматуры
𝑆кор.бетон≥0,6∙𝑆колонны
неболее20%стержнейот
Разрывыпоперечнойар
общего
матуры
количества
Выпучиваниепродольн
Наличие
ыхарматурныхстержней
Продольныесиловыетр
Неболее5мест
ещинывбетоневдольарматурн
ыхстержней
неболее10 мм
5–Аварийное
Уменьшениеобъёмако
нструкцииболее40%,
отсутствиезащитного
слоябетона
Трещинывпродольной
ипоперечнойарматуреширино метр
йраскрытия
более5 мм
Разрывыпоперечнойар
матуры
Разрывыпродольнойар
матуры
Коррозионное
растрескивание
арматуры,
толщина коррозии более500
мкм
Выпучиваниепродольн
ыхарматурныхстержней
Глубиннаякоррозиябет
онатолщинойболее50мм
≥0,4∙𝑉колонны
неболее6 местнапогонный
арматурногостержня
Наличие
Наличие
≥0,6∙𝑆пов.арматуры
Наличие
≥0,6∙𝑆колонны
Примечания:
𝑆пов–площадьповерхностиколонны,накоторойрасположендефект(трещина);
𝑆колонны–общаяплощадьвсехгранейколонны;
𝑉–объёмсколовшегося(отслоившегося)бетона;
𝑉колонны–объёмколонны;
𝑆пов.арматуры–суммарнаяплощадьстержнейвертикальной
ихомутовгоризонтальнойарматуры;
𝑆кор.арматуры–площадьстержнейвертикальнойи
хомутовгоризонтальнойарматуры,которыеимеюткоррозию;
𝑆кор.бетон–площадьповерхностиколонны,состоящаяизкоррозионногобетона.
 Анализфакторов,рекомендованныхприразработкеусиления
К
сожалению,
в
результате
ограниченного
числа
исследований,
посвященных выявлению ключевых факторов для создания эффективных
методик усиления, не редкость в практике восстановления несущих функций
железобетонных столбов – выбор неоптимальных инженерных подходов [17, 18].
Зачастую разработчики либо опираются на шаблоны прошлого опыта, либо
учитывают лишь интересы клиента, концентрируя внимание исключительно на
экономической составляющей реконструкции.
В ходе исследования были внимательно изучены различные заключения и
проекты усиления, разработанные специалистами на основе технического
анализа состояния железобетонных колонн, находящихся в промышленных и
гражданских строениях Республики Башкортостан.
Анализ ряда заключений и проектов позволил установить, что в ходе
разработки
мероприятий
по
усилению
железобетонных
столбов,
проектировщики, в зависимости от обстоятельств, уделяли внимание различным
факторам.

Трудоёмкостьвыполненияпроектногорешения.

Стоимостьвыполненияпроектногорешения.

Продолжительностьвыполненияпроектногорешения

Машиноёмкостьвыполненияпроектногорешения

Техническаявозможностьувеличениясеченияколонны

Материалоёмкостьреализациипроектногорешения

При осуществлении проектного решения подрядная организация
включает в себя расходы, не связанные напрямую с проектом, и это понятие
именуют накладными расходами. В дополнение к этому, предусматривается и
расчет сметной прибыли, представляющей собой ожидаемый финансовый
результат от реализации проекта.
В процессе исследования для упорядочивания рассматриваемых факторов
был применён метод априорного ранжирования. Оценка осуществлялась при
участии пятерых экспертов, к числу которых относились два главных
конструктора
из
проектных
организаций
республики,
занимающихся
разработкой проектов по усилению зданий разнообразного функционального
назначения. Ещё трое экспертов - это главные инженеры подрядных организаций,
профиль деятельности которых связан с реконструкциями и комплексными
ремонтными работами в сфере гражданского и промышленного строительства.
В таблице 4 представлены результаты, полученные в ходе экспертной
оценки. Эксперты присуждали ранги каждому из факторов, используя
натуральные числа в диапазоне от 1 до 7, где 1 обозначал фактор с наивысшей
значимостью при выборе усиления, в то время как 7 присваивался наименее
важному [19].
Таблица4
Результатыэкспертнойоценки
Эксперт1
Эксперт2
Эксперт3
Эксперт4
Эксперт5
Суммара
Оценкафакторов,влияющихнавыбор усиления
1
2
3
4
5
2
4
5
6
1
1
4
5
6
1
1
3
5
6
1
2
4
6
5
1
1
3
5
6
2
7
18
26
29
6
6
3
3
2
3
3
11
7
7
7
7
7
7
35
нгов
На рисунке 6 иллюстрируется оценка экспертами важности различных
факторов, влияющих на выбор метода укрепления железобетонных колонн.
Значения суммарных рангов размещены вдоль вертикальной оси (ординат), в то
время как по горизонтальной оси (абсцисс) отображены сами факторы.
Рисунок 6–Оценказначимостифакторов,влияющихнавыборспособаусиления
железобетоннойколонны
Экспертная оценка показала, что среди факторов, играющих ключевую
роль при рациональном укреплении железобетонных колонн, наибольшее
влияние оказывают сложность реализации проектного решения и техническая
возможность для увеличения сечения колонн. Между тем, менее значительными
являются дополнительные расходы и предполагаемая прибыль подрядчика от
выполнения проекта, а также затраты на машинное время для реализации
проекта.
Выводыпо2главе

Проведенный сравнительный анализ различных методов оценивания
технического состояния дал возможность их унификации, обеспечив сводное
изложение категорий в единственной таблице. Эта таблица облегчает понимание
и анализ категорий технического состояния.

Таблица была создана с целью классификации дефектных колонн в
соответствии с их техническим состоянием, опираясь на характерные дефекты.
Это предпринималось с намерением выявить типовые неисправности, которые
часто
встречаются
при
анализе
технико-экономических
характеристик
различных методов усиления.

Для определения весомости технико-экономических аспектов был
осуществлён анализ сравнительный, фокусирующийся на множестве факторов,
оказывающих воздействие на процесс выбора решения.
 РАСЧЁТ
ПАРАМЕТРОВ
ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХКОЛОНН
УСИЛЕНИЯ
Эта глава посвящена оценке усилений для железобетонных колонн с
разными уровнями дефектов. Опираясь на данные в таблице 1, касающиеся
классификации технических состояний, делается вывод о целесообразности
проведения расчетов для усиления колонн, попадающих в 3-ю и 4-ю категории.
Это обусловлено тем, что колонны, относящиеся к 1-й и 2-й категориям, могут
быть восстановлены путем ремонта, в то время как колонны 5-й категории
нуждаются в полной замене[6].
 Заданиеисходныхданных
В ходе анализа заключений технических обследований строений
Екатеринбурга
были
извлечены
образцовые
значения
характеристик
железобетонных столбов. Это предоставило возможность формирования
начальной информации для вычислений, связанных с этими колоннами.
Извлеченные данные по рассмотренным объектам представлены в таблице,
занимающей первое место приложения А. Отмеченные характеристики колонн
послужили отправной точкой для последующих расчётов, запечатленных в пятой
таблице.
Таблица5
Исходныеданныедлярасчетажелезобетоннойколонны
Сечение,мм
Расчётнаядлина,м
Классбетона
Расчетноесопротивлениебетона𝑅𝑏,МПа
Классарматуры
Диаметрарматуры,мм
Площадьрабочейарматуры𝐴𝑠,см2
500×500
3
B25
14,5
А500
16
8,04
Исходным объектом для анализа выбрана бетонная колонна из
железобетона, жёстко зафиксированная с двух сторон - сверху и снизу,
подвергающаяся действию центральных сжимающих деформаций. Этот вариант
представляет собой наиболее часто используемую расчётную модель.
Нагруженная силой в 3200 кН, колонна, используемая в промышленных и
жилых зданиях, является объектом исследования для определения её
грузоподъемности.
 Проверканесущейспособностиколонны
Метод черпания данных о несущей способности был основан на
использовании
«Методического
пособия
по
расчету
конструкций
из
железобетона без арматуры, напряженной предварительно» [20] в сочетании с
нормами СП 63.13330.2018 «Основные положения бетонных и железобетонных
конструкций» [21].
Согласно пункту 3.2.45[20], процесс расчета надежности элементов с
прямоугольным сечением, подвергшихся воздействию деформаций, которые
происходят
армирования,
при
внецентренном
размещенного
на
сжатии,
осуществляется
противоположных
плоскостях, где происходит изгиб.
производитсяпо условию(1),сучетом𝑒
при
сторонах
наличии
сечения
в
≤30
ℎи𝑙
0
≤20:
N ≤ 𝜑 ·(𝑅 · А + Rsc· Аs),
(1)
гдеN–продольнаясила,кН;
𝜑–коэффициент,принимаемыйпри:
При продолжительном воздействии нагрузки, согласно данным
таблицы 3.5 [20], реакция зависит от степени гибкости элемента.
 Согласно пункту 3.2.45[20], при краткосрочной работе нагрузки,
действующей в соответствии с линейным законом, производится специальное
следование установленным указаниям.
𝑅𝑏–расчетное сопротивлениебетонаосевомусжатию,МПа;

А–площадьсечениябетонасжатойзоны,м2;
Rsc–расчетноесопротивлениеарматурысжатию,МПа;
As–площадьсечениясжатой арматуры,м2.
Анализируя условие 1, учитываются технические характеристики колонны,
ранее описанные и зафиксированные в таблице 3, пункте 3.1.
𝑙0
=3
=6≤20
ℎ
0,5
В ситуации, когда выполняется данное условие, колонну можно
рассматривать в качестве элемента, сжатого центрально, предполагая, что
величина случайного эксцентриситета составляет ноль.
Согласноп.3.2.45 [20]значениекоэффициентасоставляет𝜑=0,92.
Проверимнесущуюспособностьпоформуле(2)[21]:
𝑁нес=𝜑∙(𝑅𝑏∙ 𝐴∙γ𝑏1∙𝛼1+ 𝑅𝑠𝑐∙𝐴𝑠∙𝛼2),
(2)
где𝑁нес–несущаяспособностьколонны,кН;
𝜑–коэффициент,определяемыйпотаблице8[7];
γ𝑏1−коэффициент условияработыбетона;
𝛼1−коэффициентповрежденностипо бетону,
𝛼2−коэффициентповрежденности по арматуре.
𝑁нес=0,92∙(14,5∙0,5 ∙0,5 ∙0,9 +435∙8,04 ∙10−4) ∙103=3321,2кН.
Проверкаусловияпрочностипроводитсяизусловия (3):
𝑁нес>𝑁
(3)
Расчетная несущая способность колонны превышает собственную ее
нагрузку, что указывает на надежность конструкции (3321,2 кН против заданной
нагрузки в 3200 кН). Обеспечение несущей способности колонны доказано.
Резерв несущей способности определяется по установленной формуле (4).
(4)
Запаспонесущейспособностиколонныравен:
= 1 – = 0,036 или 3,6 %.
 Анализ влияния дефектов на характеристики
железобетонных колонн
Исследуя информацию, предложенную в таблице 3, мы выяснили наличие
корреляции между категорией техобслуживания и разновидностями типичных
повреждений структуры. В результате анализа обнаружены и определены
распространённые дефекты в железобетонных колоннах, особенно присущих для
объектов, относимых к 3-й и 4-й категориям технического состояния. Подробное
изложение этих данных содержится в таблице 6.
Таблица 6
Дефекты колонныдляразличныхкатегорийтехническогосостояния
3-якатегориятехническогосостояния
4-якатегориятехническогосостояния
Отсутствие
защитного
слоя бетона,
уменьшениеобъёмаконструкциидо35
Отсутствие
защитного
слоя бетона,
уменьшениеобъёмаконструкциидо45
%
%
Продольныесиловыетрещинывбетоне
Глубиннаякоррозияарматуры,толщин
арматурных стержней шириной
а500 мкм,𝑆=0,6 ∙𝑆арм
раскрытия5 мм,𝑙=2м
Поверхностная
коррозия
Разрывывпоперченнойарматуре–
арматурытолщинойдо200мкм,𝑆= 2стержня
0,3 𝑆арм.м2
Поверхностнаякоррозиябетонатолщи
Глубиннаякоррозиябетона,толщина6
ной
0
более50м,𝑆=0,6 𝑆пов.м2
мм.𝑆=0,6∙𝑆бет.
Характерныетрещиныарматурышири
Выпучивание2продольныхарматурны
ной
х
раскрытия1 мм
стержней.(Отклонениеотвертикали)
вдоль
Наоснованииучебногопособиятаблицприложения4иприложения4.2.
В соответствии с данными, изложенными в таблице 7, об оценке степени
ущерба, технического уровня обслуживания железобетонных структур, а также о
потере их грузоподъемности, были обозначены коэффициенты ухудшения
состояния. Данные коэффициенты применимы к конструкциям, которые
классифицированы как 3 и 4 категории состояния[7].
Таблица7
Коэффициентыповрежденности
3-якатегориятехнического
состояния
0,65
0,9
4-якатегориятехнического
состояния
0,55
0,8
𝛼1
𝛼2
Примечание:
𝛼1–коэффициентповрежденностипобетону;
𝛼2– коэффициент поврежденностипо арматуре.
У
дефектных
колонн,
классифицированных
в
соответствии
с
определенным техническим состоянием, был проведен анализ с помощью
отобранных методик усиления. Эти методы предусматривают вычисление
несущей
способности
до
и
после проведения
усиления, определение
необходимого количества бетона и арматуры для усиления, а также расчет затрат
на ремонтные и восстановительные работы.
Исходя из расчета колонн как конструкций, подверженных центральному
сжатию, применимы как односторонние, так и двусторонние увеличения
элементов.
нецелесообразно.
3.4
Расчет
технико-экономических
параметров
усиления
железобетонной конструкции
 Расчёттехническихпараметровусиления
Прочностные характеристики колонны до начала усиления определяются
на основе формулы (2), принимая во внимание коэффициенты, отражающие
степень повреждения бетона и стальной арматуры, значения которых
представлены в таблице 7.
𝑁нес=0,92∙(14,5∙0,5 ∙0,5∙0,9∙0,65 +435∙0,9 ∙8,04∙10−4) ∙103=
=2470кН.
Значениеперегрузаколоннырассчитываетсяпоформуле(4):
= 1 – = 0,228 или 28 %
Обучающее издание, под авторством В.И. Муленковой, с названием
«Расчет и конструирование усиления железобетонных и каменных конструкций»
указывает [10], что толщина металлической обоймы может колебаться в
диапазоне от 60 до 120 мм. Исходя из данного источника, выберем толщину
обоймы равную 60 мм. Таким образом, после процедуры усиления, размеры
сечения колонны примут следующие значения:
ℎ1=ℎ+ 2∙𝛿=500+2∙60=620мм;
𝑏1=𝑏+2∙ 𝛿=500+2∙60=620мм.
Площадьсеченияобоймы:
Исходя из заданных параметров, размер площади A1 определяется
путем вычисления: необходимо перемножить h1 и b1, затем h и b, после чего
вычесть второй результат из первого. Получаем: A1 = h1 * b1 - h * b = 0,62 *
0,62 - 0,5 * 0,5, что в итоге дает 0,134 м^2. Далее стоит вычислить
коэффициент φ, который напрямую зависит от степени гибкости
рассматриваемой системы.
= = 4, 84 ≤20.
Принимаем𝜑=0,92.Выполнимусиление:
 арматурнымистержнямикласса А500(𝑅𝑠𝑐=435 МПа);

тяжелым бетономкласса В25(𝑅𝑏1=14,5МПа).
Определим требуемое значение
поформуле(5)[10]:
площади
арматуры
усиления
где𝐴𝑠1– требуемая площадьарматуры усиления, м2;
𝑚=0,9–коэффициентусловийработыобоймы;
𝐴1–площадьсеченияобоймы,м2;
Формула 5 определяет расчётное сопротивление бетона обоймы
сжатию, 𝑅𝑏1, измеряемое в мегапаскалях (МПа).
В
соответствии
со
статьёй
10.3.6
нормативного
документа
СП
63.13330.2018[21], доля армирования сжатых частей должна составлять минимум
0,25% от полной площади бетонного сечения. Основываясь на этом, делаем
вывод о необходимости принятия такой величины для расчета.
𝐴𝑠1=𝐴1∙0,25%=0,134∙0,0025=0,00034м2=3,4мм2;
𝑑1
= √3,4
3,14
=1,04мм.
8мм
Примемпродольныестержниарматурыусилениясдиаметром𝑑1=
Назначаемпоперечнуюарматурунаоснованиип.10.3.12[21],согласно
В случаях, когда осуществляется расчет хомутов для связанных каркасов,
используемых в нецентренно сжатых элементах, размер поперечной арматуры
определяют исходя из положения, согласно которому диаметр упомянутых
хомутов не может быть меньше 0,25% от максимального диаметра продольной
арматуры, но при этом он должен составлять не менее 6 миллиметров. Опираясь
на установленные нормы, применяем по принципу хомуты с диаметром 6 мм,
устанавливаемые с интервалом каждые 200 мм.
Пункт 12.4.2 [21] предусматривает требование по расстановке элементов,
называемых закладными деталями, с интервалом в 500 мм для гарантирования
наличия
согласованной
работы
между
усиливаемыми
стержнями
и
первоначальной арматурой колонн. Эти детали должны быть соединены с
текущей арматурой путём сварки.
Проверимнесущуюспособностьусиленнойколонны:
Исходный текст содержит математическое выражение, которое является
точной научной формулой. Переписать такой текст, изменив структуру
предложений и абзацев без потери смысла, невозможно, так как это изменит
значение формулы. В данном случае представляется целесообразным оставить
выражение в его исходном виде: \[ 𝑁_{\text{нес}}^2 = 𝜑 ∙ [(𝑅_𝑏 ∙ 𝐴^*γ_𝑏^1 ∙ 𝛼_1 +
𝑅_{\text{сц}} ∙ 𝐴′ ∙ 𝛼_2) + 𝑚 ∙ (𝑅_{𝑏1} ∙ 𝛾_{𝑏1} ∙ 𝐴_1 + 𝑅_{\text{сц}} ∙ 𝐴_{\text{с}},_1)] \]
=0,92∙103
(14,5 ∙ 0,5 ∙0,5∙0,9∙0,65+435∙8,04 ∙10−4∙0,9)+
∙ [ +0,9∙
(14,5∙0,9 ∙0,134+435∙2∙10−4)
]=
=2,12+0,32+ 1,65=3725,6кН.
Запаспонесущейспособностисоставляет:
1 −3200
3725,6
=0,14или 14%.
На рисунке 7 показана схема укрепления устанавливаемой для колонны,
относящейся
ко
3-й
категории
технической
оценки,
железобетонной обоймы.
а)
б)
путём
создания
На рисунке 7 представлена железобетонная обойма, изображенная на основании
проведенного расчета: раздел а) демонстрирует общий обзор конструкции, тогда как
раздел б) иллюстрирует вид в разрезе по линии 1–1.
Информация
о
расходе
бетона
и
арматуры,
применяемой
в
рассматриваемом методе, представлена в таблице под номером 8.
Таблица 8: Ведомость расходов арматуры и бетона для объектов, относящихся к
3 категории технического состояния.
оз.
П
О
бознач.
1
2
”
3
”
Кол.
Наименование
сего
Детали
∅8А500СГОСТ525442006L=2900
∅8А500СГОСТ525442006L=2440
∅8А500СГОСТ525442006L=180
4
4
0
0
2
4
4
М
М
П
ассавсег
ассаед.,
в
римеч.
о,
кг
к
г
4
,14
4
,54
2
,07
1
4
,58
0
2
1,66
0
1
,70
Материалы
БСТВ25F100ГОСТ 7473-2010
0
м3
0
,42
,42
Аналогичным методом был проведен расчет технических характеристик по
усилению колонны, относящейся к четвертой категории технического состояния,
и результаты, касающиеся затрат арматуры и бетона, представлены в девятой
таблице.
Таблица9
Ведомостьрасходаарматурыибетона
оз.
П
О
бознач.
Наименование
Кол.
сего
Детали
∅8А500СГОСТ52544–
2006L=2900
∅8А500СГОСТ52544–
2006L=2520
∅8А500СГОСТ52544–
2006L=180
Материалы
БСТВ25F100ГОСТ 7473-2010
1
2
”
3
”
4
4
0
0
2
4
4
М
М
П
ассаед., ассавсег римеч.
в
кг
о,кг
4
,14
4
,99
2
,07
0
,57
1
4
,58
0
3
9,77
0
1
,70
0
м3
,57
 Расчётэкономическихпараметровусиления
Локальное сметное обоснование экономических показателей представляет
собой детализацию, зафиксированную в таблицах Б1 и Б2, прилагаемых к разделу
Б. В них отражаются данные по 3-й и 4-й категориям технического состояния.
Кроме того, оценка восстановления стоимости работ по ремонту железобетонной
колонны, относящейся ко 3-й категории, была произведена с использованием ПК
«ГРАНД-Смета» версии 2022.1. При этом была использована нормативная база,
актуальная для Свердловской области (редакция 2014 года), на момент оценки,
соответствующий 1-му кварталу 2022 года.
Расчетная стоимость установки железобетонной обоймы для колонн
третьей
и
четвертой
категории
технического
состояния
составляет,
соответственно, 116 239 рублей и 153 202 рубля.
 Усиление
железобетонной
устройстваметаллическойобоймы
колонны
методом
 Расчёттехническихпараметровусиления
Как пример металлической обоймы возьмем сквозную металлическую
колонну, схематическое изображение которой представлено на рисунке 6 в
качестве иллюстрации усиления.
а)
б)
На рисунке 8 представлена металлическая обойма, иллюстрирующая результаты
расчётов: а) показывает её в целом; б) отображает сечение по линии 1–1.
Обойма,
изготовленная
из
металла
и
возвышающаяся
вокруг
железобетонной колонны, испытывает влияние силы продольного направления.
Сила этаже находится в зависимости от значений вычисленных согласно
формуле (6) [10].
𝑁′=𝑁1−𝑁нес,
(6)
где𝑁′–продольнаясила,действующаянаконструкциюусиления,кН;
𝑁1–продольнаясила,действующаянавсюколоннувцелом,кН;
Несущая способность колонны из железобетона третьей категории
технического состояния, выраженная в килоньютонах (кН).
Получаем:
𝑁′=3200−2470=730кН.
В соответствии с пунктом 7.1.1 СП 16.13330.2017 «Стальные конструкции.
Актуализированная редакция СНиП II-23–81*» [22], устойчивость конструкций,
подверженных центральному сжатию, исследуется на основании условия с
номером семь.
𝑁
1,
𝐴 ∙ 𝑅 ∙ 𝛾∙𝜑
𝑦
(7)
𝑐
где𝐴– площадьсечениябрутто, м2;
Расчетное сопротивление стали «Ry» представляет собой величину,
выражающую устойчивость материала при растяжении, сжатии и изгибе.
Оно определяется на основании характеристик текучести и измеряется в
мегапаскалях (МПа).
𝛾𝑐–коэффициентусловийработыстали;
𝜑–коэффициентустойчивостиприцентральномсжатии;
𝑁–продольнаясила,кН.
Для определения необходимой площади сечения вертикальных уголков,
включенных в конструкцию металлической обоймы, мы используем формулу,
обозначенную номером 8.
𝑁′
𝐴𝑠1=𝛾∙𝑅∙𝜑
𝑐
(8)
𝑦
Согласнометодическомупособию[20]дляпоследующегорасчетапримем:
𝛾𝑐=0,8сучетомразгрузкиусиляемойконструкциина50%;
𝜑=1;
Учитывая использование в усилении уголков из стали марки С245, нам
известно, что предел текучести составляет \(R_{y} = 240\) МПа.
Следовательно, мы можем принять в расчёт данное значение:
𝐴𝑠1
= 730
0,8∙240∙103∙1

104=38см2.
Принято решение использовать для укрепления четыре равнополочных
уголка в соответствии с требованиями ГОСТ 8509–93 «Уголки стальные
горячекатаные
равнополочные»
[23],
которые
обладают
следующими
характеристиками:
4L80×7;
𝐴𝑠1𝑓=10,85∙4=43,4см2–площадьпоперечногосеченияуголков;
𝑖𝑥
–радиус инерции уголка.
Рассчитаемнесущуюспособностьметаллическойобоймы.
Выберем величину, равную расчетной длине вертикальных уголков
обоймы, учитывая используемую схему конструкции, как:
𝑙01=𝑙1=𝑏=500мм=50см.
Гибкостьобоймыопределимпо формуле9изп.7[22]:
𝑙0
𝜆=
(9)
𝑖,
𝑥
где𝜆–гибкостьконструкции;
𝑙0–расчетнаядлина,м;
𝑖𝑥–радиусинерции.Получаемзначение:
𝜆=𝑙01=50
=20,4.
𝑖𝑥
2,45
[7]:
Определимсоответствующуюусловнуюгибкостьпоформуле10изп.7
𝑅𝑦,
𝜆̅=𝜆√
𝐸
(10)
где𝜆̅–условнаягибкостьэлемента;
𝐸–модульупругостиконструкции,МПа.
240∙10
𝜆̅=20,4√
6
=0,71.
2∙1011
Т.к.𝜆̅≥0,6,то𝜑определяетсяпоформуле11 согласноп.7.1.1[22]:
0,5∙(𝛿−√𝛿2−39,48∙𝜆2̅ )
𝜑= ,
𝜆2̅
(11)
где𝛿–коэффициент,определяемыйпоформуле12из[23]:
2
𝛿=9,87∙ (1−𝛼+𝛽∙ 𝜆̅ )+𝜆̅ ,
(12)
В данной ситуации, коэффициенты � и �, равные соответственно 0,04 и
0,14, выбираются в соответствии с таблицей № 7 [22], в зависимости от
конкретных типов сечений.
Получаемследующиезначения:
𝜑=0,5∙(10,95−
√119,92−39,48∙0,5)
=0,95;
0,5
𝛿=9,87∙(1− 0,04+0,14∙0,71)+ 0,5=10,95.
Тогда, следуя формуле (7), значение рассчитываемой продольной нагрузки,
которую переносит элементы металлической обоймы, будет установлено
следующим образом:
𝑁′f=𝜑∙𝑅𝑦∙𝐴𝑠1𝑓∙𝑚=0,95∙240∙103∙43,4∙10−4∙0,8=791,62кН
Выявленное значение продольной силы, оказывающей воздействие на
металлическую обойму, оказалось заметно большим и достигло отметки в 730 кН.
В результате этого, обеспечение несущей способности указанной обоймы может
считаться гарантированным. Исходя из полученных данных, можно определить,
что запас прочности будет следующим:
· 100% = 0,07778 или 7,8 %
Таблица 9 отображает данные о затратах материалов, использованных для
монтажа металлической обоймы на железобетонную колонну, относящуюся к 3й категории технического состояния.
Таблица 9Ведомостьрасходовэлементовматериаламеталлическойобоймой
М
арка
Сечение
Эскиз
оз.
П
остав
Ма
Масс
Масса
Пр
ркаметалла аэлемента, конструкци имечание
С
кг
и, кг
Конструкцииусиления
а
80×7
б
80×7
в
80×7
L
С24
25,27
101,08
С24
4,26
29,54
С24
5,11
40,88
5
–
5
L
5
Итого:
Вычисление
171,5
технических
характеристик
механизма
укрепления
металлической оковкой для колонны из железобетона, относящейся к 4-й
категории технического состояния, было проведено схожим методом. Данные,
касающиеся элементов данного усиления, находятся в 10-й таблице, где они и
отображены для ознакомления.
Таблица10
Ведомостьэлементов усиленияметаллическойобоймой
М
арка
Сечение
Эскиз
оз.
Конструкцииусиления
Ма
П
став
Масс
Со ркаметалла аэлемента,
а
L1
00×10
5
б
–
100×10
5
в
L1
00×10
5
кг
Масса
Пр
конструкци имечание
и, кг
С24
44,85
179,4
С24
7,55
181,2
С24
9,06
72,48
Итого:
418,6
 Расчётэкономическихпараметровусиления
Изложение расчетов экономических показателей было произведено в
формате специальной сметы, данные которой содержатся в таблицах Б3 и Б4,
приложенных к части Б, и относятся к объектам, попадающим в третью и
четвертую категории технического состояния соответственно. В качестве
инструмента для подсчета стоимости ремонтных мероприятий был задействован
программный комплекс «ГРАНД-Смета» в актуальной на тот период версии
2022.1. При этом в расчет принималась нормативная база, принятая в Республике
Башкортостан, зафиксированная в редакции 2014 года, на момент первого
квартала 2022 года.
Оценка затрат на изготовление обоймы из железобетона для колонн,
находящихся в техническом состоянии категории 3 и 4, была осуществлена.
Расчёты показали, что стоимость для колонны 3-й категории достигла 93 541
рубля 54 копейки, в то время как для 4-й категории данный показатель оказался
равен 171 303 рублям 50 копейкам.
 Усиление железобетонной колонны методом предварительнонапряжённойметаллическойобоймы
 Расчёттехническихпараметровусиления
Используя рассматриваемый метод укрепления, обеспечивается надежное
прилегание предварительно напряженных элементов усиления, таких как
вертикальные уголки, к поверхности железобетонной колонны. Такая техника
гарантирует синхронную, скоординированную работу всех вовлеченных
элементов, об исследовании чего свидетельствуют источники [3, 27]. На примере,
наглядно
представленном
на
рисунке
9,
демонстрируется
усиленная
железобетонная колонна, которая рассматривается в контексте системы с
добавленной жесткой внешней арматурой.
а)
б)
На рисунке 9 представлен пример предварительно напряжённой обоймы,
согласно расчетным данным: а) демонстрируется генеральный облик; б) показан вид в
разрезе 1–1.
Расчетконструкциивыполняетсясогласноп.3.2.45СП.63.13330.2018

𝑙0
сучетомприведенных вп.3.2условий:
= 3
=6<20;
ℎ
0,5
𝜑=0,92.
Распорки изготавливаются из уголков с равными полками. Для
определения
необходимой
площади
сечений
применяется
формула,
обозначенная номером 8.
3200−14,5∙0,5∙0,5∙0,65∙0,9∙103
−0,9∙435∙103∙8,04∙10−4
𝐴𝑠1=
0,92
=
0,85 ∙ 240∙103
=3478,26−2120,63−314,76∙104=51,11см2.
204∙103
Исходя из требований ГОСТ 8509–93, озаглавленного как «Уголки
стальные горячекатаные равнополочные» [23], выбираем четыре уголка,
обладающих равнополочностью, и определяем их параметры для последующего
усиления.
4L90×8;
𝐴𝑠1𝑓=13,93∙4=55,72 см2–площадьпоперечногосеченияуголков;
𝑖𝑥
–радиус инерции уголка.
Во время монтажных работ на сегменте, простирающемся от точки изгиба
до упора в бетон, расположенном как выше, так и ниже элементов, будет
осуществлена проверка гибкости распорки. Для этой проверки будем
пользоваться формулой 9, учитывая при этом ряд определенных параметров.
𝑙01=
𝑙
=
2
300
2
=150мм–расчетнаядлина распорки;
𝑖𝑥=2,76см–радиусинерциираспорки,равныйрадиусуинерцииодногоуголка;
𝜆=𝑙01=150
=54,35<100.
𝑖𝑥
2,76
Принятоесечениеуголковраспоркидостаточно.
Для определения размера опорного уголка, обеспечивающего упор
распорки, примем во внимание условия прочности бетонного элемента, а именно
плиты перекрытия, используя формулу под номером 13. Иллюстрация, наглядно
объясняющая механизм расчета, приведена на рисунке 10.
Рисунок 10–Упорный уголок
𝑁
𝑏1=0,8∙𝑅∙𝑏,
(13)
𝑏
гдеb
–ширинасеченияколонны;
Величина N, отражающая усилие, переносимое на консоль в ходе
выпрямления распорки и измеряемое в килоньютонах, подлежит расчету в
соответствии с формулой под номером (14), выдержки из которой содержатся
в рекомендациях, предложенных в учебном материале[10].
𝑁=𝜎 Аs1,
𝑠𝑝
2
(14)
Величина предварительного напряжения распорки, обозначаемая как
���, составляет 70 МПа, при этом она находится в пределах от 60 до 80 МПа.
Получаемследующиезначения:
𝑁=70∙103∙
2
𝑏1
55,72∙10−4
=195,02кН;
=
𝑁
0,8∙𝑅𝑏∙𝑏
∙0,5
=
195,020,8∙14,5∙103
=0,034м=3,4см.
Согласно положениям ГОСТ 8509-93 «Уголки стальные горячекатаные
равнополочные» [23], выбор падает на равнополочный уголок L50×4 в качестве
материала для усиления.
Рассчитаемнесущуюспособностьсеченияусиленнойконструкциипоформул
е(2):
𝑁нес2
=0,92∙103∙[(
14,5∙0,5∙0,5∙0,9∙0,65+
−4
+435∙8,04∙10 ∙0,9+0,85∙240 ∙55,72 ∙10−4
)]=
=2,12+ 0,31+1,13=3275,2кН.
Несущаяспособностьобеспечена,т.к.:
𝑁нес2>𝑁
3275,2кН>3200кН
Запаспрочностисоставит:
𝑁нес−𝑁=3275,2−3200=0,0229или2,3%.
𝑁
3275,2
В таблице 11 представлена сложенная информация о материальных
расходах,
необходимых
металлической
обоймы,
для
создания
которая
будет
предварительно
использоваться
напряжённой
в
устройстве
железобетонной колонны, относящейся к третьей категории технического
состояния.
К сожалению, предоставленный фрагмент текста кажется не полным и
отрывочным. Для профессионального рерайтинга требуется полный и связанный текст.
Если у вас есть дополнительные детали или контекст, который может помочь в
создании связного переписанного текста, пожалуйста, предоставьте его.
напряженнойобоймой
М
арка
Сечение
Эскиз
оз.
П
став
Масс
Масса
При
констр
мечание
элеме укции,кг
Ма
а
ркаметалла
Со
нта,кг
Конструкцииусиления
а
0×8
б
0×4
L9
в
-
С24
32,5
130,0
С24
1,83
14,64
-
-
67,42
5
L5
5
Итого:
Подсчет
213,0
технических
характеристик
усилительного
агрегата,
с
применением преднапряженной металлической обоймы для колонны из
железобетона четвертой категории технической надежности, был осуществлен
методом, схожим с предыдущими случаями. В таблице 12 представлены сведения
о затратах материалов на усиление.
Таблица 12. Ведомость по расходу материалов для усиления металлической
конструкции на предварительном этапе.
напряженнойобоймой
М
арка
Сечение
Эскиз
оз.
П
став
Ма
а
Со ркаметалла
Масс
Масса
Пр
констр
имечание
элем укции, кг
ента,кг
Конструкцииусиления
а
L1
00×10
5
б
L7
0×5
5
С24
44,85
179,4
С24
3,23
25,82
в
-
-
95,78
-
Итого:
301,2
3.6.2. Расчётэкономическихпараметровусиления
Вычисление финансовых аспектов произведено с созданием локальной
калькуляции стоимости, компонующейся в табличных разделах Б5 и Б6,
приложенных к разделу Б, что относится к оценке объектов с техническим
состоянием третьей и четвертой категорий соответственно. При этом, расчет
данной сметы на выполнение восстановительных мер был осуществлен с
использованием программного комплекса «ГРАНД-Смета» в актуальной для
начала 2022 года версии 2022.1, опираясь на нормативную документацию,
принятую в Свердловской области во втором квартале 2014-го, что
репрезентирует финансовую оценку на начало второго квартала 2022 года.
Предварительное напряжение металлической обоймы, предназначенной
для колонн 3-й и 4-й категории технического состояния, было оценено в смете на
суммы 100 769 рублей 40 копеек и 129 964 рубля 31 копейку соответственно.
 Сравнительный
анализ
технико-экономических
параметроврассмотренных методовусиления
После выполнения вычислений с применением ПК «ГРАНД-Смета», были
сформированы графические изображения, которые базировались на таком
показателе, как «Стоимость строительных работ». На рисунках 9 и 10
представлено, каким образом по разным методам усиления разнятся расходы в
рублях на реконструкцию колонн, относящихся к третьей и четвертой категория
технического состояния. По результатам, отраженным на девятом рисунке, об
усилении колонны категории 3, установка металлической обоймы выступает в
качестве чрезвычайно экономного метода. Это обусловлено тем, что становится
очевидной выгода перед созданием железобетонной обоймы на 19,5%, главной
причиной чего является значительная прибавка в стоимости последних работ. В
дополнение, металлическая обойма опережает по рентабельности метод с
использованием предварительно напряженной металлической обоймы на 7,2%.
Хотя расчетный метод подразумевает тесное сотрудничество между усилением и
самой структурой, основным фактором стоит назвать удорожание за счет
использования напряженных болтов.
При усилении колонны 4-ой категории технического состояния, как это
показано на рисунке 10, наиболее рентабельным способом выступает
применение предварительно напряжённой металлической обоймы. Этот подход
оказался экономически более выгодным на 24,1% по сравнению с установкой
металлической обоймы вследствие того, что цена позиции 11 (ТЕР 46-01-004-02)
возросла вдвое из-за удвоенного расхода материалов. Отличия в методиках
расчета влекут за собой разницу в технико-экономических показателях.
Проведение расчета обоймы, имеющей предварительное напряжение и
предназначенной для усиления, осуществлялось аналогично процедуре,
применяемой для колонны с внешним армированием.
 Как независимая система производится расчет металлической обоймы.
Укрепление такой обоймы преднапряженным методом оказывается на 15,2%
более экономичным по сравнению с созданием железобетонной из-за роста
затрат на работы с железобетоном.

Рисунок 10. Сравнение по показателю стоимости строительных работ
Рисунок11–Сравнениепопоказателюстоимостьстроительныхработ
Выводпо главе3

Для колонн из железобетона различной технической категории были
рассчитаны технические параметры выбранных методов усиления. Целью таких
расчетов стало определение типа материала для усиления и требуемого для этого
количества.

Был выполнен подсчет экономических характеристик, применяемых
вариантов
укрепления
железобетонных
опор
разнообразного
уровня
технической исправности. Данное действие необходимо было для сопоставления
и проведения технико-экономического обследования, оценки степени изъянов
при использовании выбранного подхода к усилению.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
После выполнения сравнительного анализа применяемых подходов к
усилению колонн, которые отличаются уровнем технического состояния, было
обнаружено, что для колонн первой и второй категории технического состояния
обычно
достаточно
проведения
ремонтных
либо
восстановительных
мероприятий, без необходимости усиления их конструктивной части.
При восстановлении конструкций 3-й категории технического состояния
использование метода монтажа металлических обойм считается наиболее
рациональным подходом. При сближении характеристик конструкции с 4-й
категорией, усиление при помощи применения предварительно напряжённой
металлической обоймы получает особое значение. Основываясь на результатах
расчётов, крепление колонн с применением железобетонных обойм признано
неэкономичным – и при 3-й, и при 4-й категории – из-за повышенных расходов,
связанных с ценой материалов и стоимостью работ. Следует подчеркнуть, что
для данных условий выбор металлических обойм для усиления оказывается
предпочтительнее в плане экономии и технологичности. Отмечается, что такое
решение позволяет использовать возможности...
Усиление «точечного» типа отличается повышением несущей способности
и обладает преимуществом в виде относительной легкости реализации, не говоря
уже о том, что его масса меньше в сравнении с использованием железобетонной
обоймы [13,18,27].
Стоит подчеркнуть, что изучение фактических выводов технических
осмотров, описанных в Таблице А1, выявило, что разработчики конструкций
иногда пренебрегают выбором оптимального метода для укрепления колонн на
основе выявленных в них дефектов.
Скорее всего, это обусловлено тем, что при оценке не были учтены все
факторы, идентифицированные в ходе экспертной оценки, упомянутой в разделе
2.3.
Проведение сравнительного анализа, охватывающего известные подходы к
усилению
железобетонных
колонн,
предоставляет
проектировщикам
возможность определения наиболее эффективной техники усиления, принимая
во внимание состояние дефектов в конструкции (техническое состояние
относится к определенной категории). Стоит отметить, что такой анализ играет
ключевую роль... [поскольку предложение не завершено, я не могу продолжить
его без дополнительной информации.]
При проектировании усиления стоит помнить, что кроме общих техникоэкономических параметров необходимо принимать во внимание и иные
значимые факторы, которые были выделены и систематизированы в разделе 2.3.
Выводы, озвученные в статье, основаны на проведённом изучении вопроса
укрепления железобетонных столбов с применением классических методик
армирования. Исследовательский интерес в данном направлении обусловлен
значительной перспективностью для глубоких разработок. К примеру, в будущих
исследованиях целесообразно будет затронуть тему усиления конструкций с
использованием современных композитных материалов, а также рассмотреть
многообразие комбинированных подходов, среди которых – армирование
железобетоном с привлечением арматуры повышенной жёсткости.