Реконструкция зданий и сооружений

14

ФГОУ ВПО Костромская ГСХА

Кафедра строительных конструкций

Курсовая работа

По дисциплине: Реконструкция зданий и сооружений

Выполнил: студент АСФ 341

Груздев Д.Е.

Принял: Негорюхин А.Б.

Кострома 2006г.

ЗАДАЧА №1.

Определение несущей способности изгибаемого железобетонного элемента прямоугольной формы, усиленного двусторонним наращиванием сечения.

Расчет усиленного изгибаемого элемента.

Дано: размеры сечения b = 300 мм, h = 600 мм, бетон усиливаемого элемента класса В20 (R_b= 11.5 МПа), высота наращивания x₂ = 150 мм; бетон усиления класса В30 (R_b= 17 МПа); h_o = 420 мм, a = a = 25 мм; арматура усиливаемого элемента класса АIII (R_s= 365 МПа), A_s = 226 мм² (212); A_s = 1256 мм² (420); арматура усиливающего элемента класса АIII (R_{s, ad} = 365 МПа);

A_{s, ad} = 804 мм² (416); A_{s, ad} = 1256 мм² (420). ( Рис. 1 ).

Усиление осуществлялось без разгружения усиливаемого элемента. Предварительная нагрузка превышала 65% от разрушающей, следовательно, г_sr1= г_br1= 0.8/

Требуется определить прочность элемента после усиления.

Расчет. Определяем центр тяжести арматуры:

A_{s, red} = A_s + R_{s, ad} A_{s, ad}/ R_s = 1256+1256 = 2512 мм²

A_{s, red} = A_s + R_{sс, ad} A_{s, ad}/ R_sс = 226 + 804 = 1030 мм²

а_red = R_s,ad A_s,ad (h_o,ad - h_o)/(R_sA_s + R_s,ad A_s,ad ) =

= 3651256(575 - 420)/(3651256 + 3651256) = 77,5 мм

Определяем расстояние от сжатой грани усиленного элемента до общего центра тяжести:

h_{o, red} = h_o + а_red = 420 + 77,5= 497.5 мм.

Относительная высота сжатой зоны бетона

= (R_sA_{s, red} - R_sсA_{s, red})/R_bbh_{o, red} = (3652512-3651030)/11,5300497.5 =0,315.

По формуле (25) СНиП 2.03.01-84*

_R = /[1+_sR/_s,u(1-/1,1)] = 0,758/[1+292/400(1-0,758/1,1)] = 0,618

- деформативная характеристика бетона = -0,008R_b = 0,85-0,00811,5 = 0,758

- зависит от вида бетона; =0,85 - для тяжёлого бетона.

_sR - условное напряжение в арматуре.

_sR = R_s = 292 МПа; для арматуры АI - АIII.

_s,u = предельное напряжение в арматуре.

_s,u = 400 МПа

Проверяем условие: _R: 0,315 0,618 - условие выполняется.

Определяем приведённое расчётное сопротивление бетона сжатой зоны по формуле:

R_b,red = (R_bA_b + R_b,ad A_b,ad )/A_b,tot = (11,5(300x-45000)+1745000)/300x=

(3450х-517500+765000)/300х = (3450x+247500)/300x МПа,

где A_b,tot = A_b + A_b,ad = 300x; х=х₁+х₂; A_b = bx₁ = 300(x-x₂) = 300x-300150 = 300x-45000

A_{b, ad} = bx -A_b = 300x - 300x +45000 = 45000 мм²

Высота сжатой зоны

x = (R_sA_{s, red} - R_sс A_{s, red})/R_{b, red}b =

= (3652512 - 3651030)/ [(3450x+247500)/300x300] =85,052 мм.

R_{b, red} = (345085.1+247500)/30085.1 = 21,194 МПа

Несущая способность усиленного элемента

М R_b,redbx(h_o,red - 0,5x) + R_sс A_s,red(h_o,ad - a),

М 211940,30,0851(0,4975 - 0,50,0851)+365000103010^-6(0,575 - 0,025) =452,94кНм

ЗАДАЧА № 2.

Определение несущей способности внецентренно сжатого железобетонного элемента прямоугольной формы, усиленного двусторонним наращиванием сечения.

Расчет внецентренно сжатого сечения.

Дано: размеры сечения усиленного элемента b = 500 мм; h = 900 мм; бетон усиливаемого элемента В30 (R_b=17 МПа); высота наращивания x₂ = 100 мм; бетон усиления класса В30 (R_b=17 МПа); h_o = 760 мм; h_o,ad = 870 мм; a = a = 30 мм; арматура усиливаемого элемента класса A-III R_s = R_sс = 365 МПа (318, A_s = A_s = 7,63см²); арматура усиливающего элемента класса A-III R_s,ad = R_sс,ad = 365 МПа; A_s,ad = 12,56 см²(420), A_s,ad = 9,42 см²(320).

Внецентренная нагрузка на элемент N = 1100 кН; e = 1100 мм

Усиление элемента осуществлялось при первоначальном загружении превышающем 65% от разрушающей нагрузки, следовательно, коэффициент условий работы усиленной конструкции г_sr1= г_br1= 0.8.

Расчет. Определяем A_{s, red}, A_{s, red} и а_red:

A_s,red = A_s + R_s,ad A_s,ad/ R_s г_sr1 = 7,63+36512,56/3650.8 = 23,33 см²

A_s,red = A_s + R_sс,ad A_s,ad/ R_sс г_sr1 = 7.63 + 3659,42/3650.8 = 19,405 см²

а_red = R_s,ad A_s,ad (h_o,ad - h_o)/(R_sA_s + R_s,ad A_s,ad ) =

= 36512,56(87 - 76)/(3657,630.8 + 36512,56) = 7,40 см

Расстояние от сжатой грани усиленного элемента до общего центра тяжести растянутой арматуры

h_o,red = h_o + а_red = 67 + 7,40 = 74,4 см

Относительная высота сжатой зоны

=(N+R_sA_s,red-R_sсA_s,red)/R_bbh_o,red =(1.1+3650.8 23,33-3650.8 19,405)/170.8 5074,4=0,023

Определяем

_R = /[1+_sR/_s,u(1-/1,1)] = 0,741/[1+280/400(1-0,741/1,1)] = 0,603,

- деформативная характеристика бетона

= -0,008R_b = 0,85-0,008170.8 = 0,741,

=0,85 - для тяжёлого бетона,

_sR = R_s = 280 МПа,

_s,u = 400 МПа.

_R.

Расчетное сопротивление бетона сжатой зоны усиленного элемента

R_b,red = (R_bA_b + R_b,ad A_b,ad )/A_b,tot = [170.8 (50x-500)+17500]/50x=

(680х-6800+8500)/50х =(680x+1700)/50x МПа

A_b,tot = A_b + A_b,ad = 50x cм²

A_b = b x₁ = 50(x-x₂) = 50x-5010 = (50x-500) cм²

A_b,ad = bx -A_b = 50x - 50x +500 = 500 cм²

Высота сжатой зоны

x = (N + R_sA_s,red - R_sс A_s,red)/R_b,redb =

= (1.1+3650.823,33 - 3650.819,405)/ [(680x+1700)/50x50] = -0,81 см

х 0 т.е. сжатой зоны в пределах элемента нет и R_b,red = R_b,аd.

Проверяем прочность усиленного элемента

Ne ? R_b,adbx(h_o,red - 0,5x) + R_sс A_s,red(h_o,red - a) =

= 0+3650000.8 19,40510^-4(0,744 - 0,03) = 404,57 кНм <

1100 кН·1,1 = 1210 кНм, прочность сечения недостаточна.

ЗАДАЧА № 3.

Расчет усиления ленточного фундамента.

Расчет усиления ленточного фундамента.

Пусть ширина b существующего фундамента 130 см, расчетное сопротивление грунта R = 2.3 кг/см², шаг траверс 1.3 м. После усиления фундамент должен воспринимать нагрузку F = 450 кН/м. , =25 см

Поскольку фундамент ленточный рассчитываем участок фундамента длиной l = 100 см.

Требуемая ширина подошвы фундамента равна:

b₁ = F/l•R = 45000/100•2.3 = 195.7 =196см.

Ширина полос обетонировки d фундамента с каждой стороны:

d = 0.5(b₁-b) = 0.5(196-130) = 33 см.

Нагрузка, воспринимаемая фундаментом от реактивного давления грунта _гр=R_гр= 2.3 кг/см² на ширину d=33cм и длину l=130 см равна:

F_d = _гр•d•l = 2.3•33•130 = 9867 кг = 98.67 кН.

Эта нагрузка будет восприниматься каждой консолью траверсы и вызывать в ней изгибающий момент:

M_d = F_d•l₁ = 9867х85.5 = 84.3629 кНм.

Усиление ленточного фундамента: а - сечение 1-1; б - фрагмент плана усиленного фундамента; 1 - кирпичная стена; 2 - траверса из двух швеллеров; 3 - каркасы дополнительных фундаментных полос из бетона; 4 - существующий фундамент

Принимаем сечение траверсы из двух швеллеров. Требуемый момент сопротивления W_тр равен:

W_тр = M_d/R = 843629 /2350 = 360 см³,

где R- расчетное сопротивление стали ВСт3пс, принятое по СНиП II-23-81*.Стальные конструкции

Принимаем траверсу из двух щвеллеров №22:

2W_x = 2•192 = 384360 см³.

Новые полосы фундамента шириной d работают как неразрезные железобетонные балки. Они воспринимают реактивное давление на грунт и опираются сверху в траверсы.

Расчетный момент в этих балках равен:

M = q_гр•l²/12 = 75.9•130²/12 = 106893 кгсм = 1068.93 кНм,

где q_гр = _гр•d = 2.3•33 = 75.9 кг/см.

Задаем высоту фундамента 50 см и защитный слой бетона до рабочей арматуры 70 мм, арматуру 12A-III. Имеем рабочую высоту сечения балок h_o= 50-7-0.5 = 42.5 см.

Требуемое сечение арматуры кл.A-III при R_s= 3750 кг/см² ( по СНиП 2.03.01-84*):

А_s = M/0.8h_o•R_s = 106893/0.8•42.5•3750 = 0.84 см².

По конструктивным соображениям при d 150 мм принимаем два каркаса с верхней и нижней арматурой из 10A-III, поперечные стержни арматуры из 8A-I с шагом 250 мм.

ЗАДАЧА № 4.

Расчет усиления кирпичного простенка металлическими обоймами.

Требуется запроектировать усиление простенка в существующем жилом доме. Кладка простенков выполнена из глиняного кирпича пластического формования марки 75 на растворе марки 50. Размер сечения простенка 51129 см, высота 180 см; расчетная высота стены - 3,3 м. Кладка простенка выполнена с утолщенными швами низкого качества, в кладке имеются небольшие начальные трещины в отдельных кирпичах и вертикальных швах. Это свидетельствует о том, что напряжение в кладке достигло примерно 0,7R_u (временного сопротивления). На простенок действует вертикальное усилие, равное 800 кН (80 тc), приложенное с эксцентриситетом 6 см по отношению к толщине стены.

Рис. 4. Схема усиления кирпичных столбов металлической обоймой.

1 - планка f₁ сечением 408 мм; 2 - сварка

По архитектурным соображениям усиление кладки принимается посредством включения простенка в стальную обойму из уголков.

Необходимое увеличение несущей способности простенка за счет поперечной арматуры обоймы определяем из формулы:

,

Коэффициенты и при внецентренном сжатии:

; ;

В формулах

N - продольная сила;

А - площадь сечения усиливаемой кладки;

A_s - площадь сечения продольных уголков стальной обоймы или продольной арматуры железобетонной обоймы;

А_b - площадь сечения бетона обоймы, заключенная между хомутами и кладкой (без учета защитного слоя);

R_sw - расчетное сопротивление поперечной арматуры обоймы;

R_sc - расчетное сопротивление уголков или продольной сжатой арматуры;

- коэффициент продольного изгиба (при определении значение принимается как для неусиленной кладки);

m_g - коэффициент, учитывающий влияние длительного воздействия нагрузки, пп.[4.1, 4.7];

m_k - коэффициент условий работы кладки, принимаемый равным 1 для кладки без повреждений и 0,7 - для кладки с трещинами;

m_b - коэффициент условий работы бетона, принимаемый равным 1 - при передаче нагрузки на обойму и наличии опоры снизу обоймы, 0,7 - при передаче нагрузки на обойму и отсутствии опоры снизу обоймы и 0,35 - без непосредственной передачи нагрузки на обойму;

- процент армирования хомутами и поперечными планками, определяемый по формуле

, (4.4)

где h и b - размеры сторон усиливаемого элемента;

s - расстояние между осями поперечных связей при стальных обоймах (h s b, но не более 50 см) или между хомутами при железобетонных и штукатурных обоймах (s15 см).

По п. [4.2, табл. 18] при =5,2 и =1000 ₁=0,98; m_g=1 принимаем согласно п. [4.7]; по п. [3.1, табл. 2] R=1,3 Мпа; m_k=0,7.

Принимаем для обоймы сталь класса A-II. Вертикальная арматура обоймы (уголки) принимается по конструктивным соображениям 5050 мм

А_s=44,8=19,2см².

По табл. 10 R_sc=55,0 Мпа и R_sw=190 Мпа.

По формуле

.

Согласно формуле

;

,

откуда =0,48 %.

Принимаем расстояние между осями поперечных хомутов обоймы 48 см и определяем их сечение из условия %.

По формуле (4.4)

;

;

см².

Принимаем полосу сечением 408 мм; А_s=3,2 см²; Ст A-I.

ЗАДАЧА №5.

Расчёт усиления металлической балки способом увеличения сечения.

Расчёт усиления металлической балки способом увеличения сечения.

Масса усиленного настила:

g = g_нс + g_пл = 70.7 + (2500•0,06 + 1800•0,02) = 256,7 кг/м² 2,57 кН/м².

Нормативная нагрузка на балку настила:

g^н = (12+2,57)1,2 = 17,48 кН/м = 0,175 кН/см.

Расчетная нагрузка на балку настила:

g = (12•1.2 + 0,707•1.05 + 1,86•1,3) •1,2 = 21,07 кН/м = 0,211 кН/см.

Расчетный изгибающий момент (пролет балки 6 м):

М = 1,05•21,07•6²/8 = 77,56 кН•м = 7756 кН•см (принято, что масса балок составит 5% от общей нагрузки).

Усиление балок производится способом увеличения сечения (Рис.5) как наиболее технологичным. Протяженность среднего участка балки с М М₀ (М₀ =48,6 кН•м на расстоянии 1,23м от опоры) составляет l_M = 6 - 2•1.23 = 3.54 м. Усиливаемые балки относятся к конструкциям группы 4, и, следовательно, расчет прочности можно производить по критерию РПД. Для усиления верхней зоны предполагаем ввести 2L63405, а нижней зоны - 2L405из стали ВСт3пс6 ( по ГОСТ 380- 88) с R_yr = 240 МПа.

Новое положение центра тяжести:

y = см; y_rc = 4.427см; y_rp = 5.659см

Положение центров тяжести сжатой и растянутой зон для двутавра №18:

y₀ = см;

y_0c = 9+0.04-2.2 = 6.84 см;

y_0r = 9-0.04-2.2 = 6.76 см.

Определяем площади элементов сечения:

M] = [A_ocy_oc + A_opy_op + б(A_rcy_rc + A_rpy_rp)]R_yo•_M; A_oc = 0.5 [A_o - б(A_rc -A_rp)] -

A_rc = 9.96 см²;

A_rp = 7.58 см²;

A_oc = 0.5[23.4-0.96(9.96-7.58)] = 10.56 см²;

A_rp = 0.5[23.4+0.96(9.96-7.58)]] = 12.84 см²; _o = 48600/143 = 340 МПа; _o =217/250 = 0.87. _M = 0.95-0.2•0.87(0.96-1) = 0.944;

По формуле (5.3)

[M] = [10.56•6.76+12.84•6.76+0.96(9.96•4.427+7.58•5.659)]25•0.944 = 8704 кН•см.

В сечении балки с М_max Q = 0;тогда c = 1; _c = 1; в сечении с M_x = M_o (x=1.23 м) Q = 21.07•1.23 = 25.92 кН; = 0,9•25,92•10/0,51•18 = 25.41 МПа;R_so = 0.58•255 = 134 МПа; / R_so = 25.41/134 = 0.18 0.4; c = 1.

Условие прочности балки:

M = 7756 8704•1•1 = 8704 кН•м. Прочность обеспечена.

Проверка деформативности балок по формуле: = ₀ + + ?,

I = 1290+23.4•2.2²+2•(5.35•3.79•6.76² )+2(12.3+4.98•6.84²) = 3747 см⁴;

_o = 5•0.0152•600⁴/(384•2.06•10⁵•3747) = 0.03 см;

Д =5•0.0175•600⁴/(384•2.06•10⁵•3747) = 0.04 см.

Принимаем длину элементов усиления l_r = 3.54+2•0.2 = 3.94 м. Определяем сварочные деформации по формуле = [ aVl_r(2l - l_r)n_iy_i]/(8I),. Катет шва принимаем k = 4 мм, сварку ведем сплошным швом. Тогда а = 1; V = 0.04•0.4² = 0.006; u = 0.7.

Для верхних швов крепления уголков имеем

_o1 = (7756•10/3747)(9+2.2-1) = 211.1 МПа; ₁ = 211,1/250 = 0.84; n₁ = 3.7; y₁ = 17.61 см.

Для нижних швов крепления уголка усиления имеем

_o2 = (7756•10/3747)(9+2.2-3) = 170 МПа; ₂ = 170/250 = 0.68; n₂ =2.6; y₂ = 11.31см.

Для верхних швов крепления уголков имеем

_o3 = (7756•10/3747)(9-2.2-1) = 120.1 МПа; ₁ = 120,1/250 = 0.48; n₁ = 1.9; y₁ = 4.4 см.

Для нижних швов крепления уголка усиления имеем

_o4= (7756•10/3747)(9-2.2-3) = 79 МПа; ₂ = 170/250 = 0.32; n₂ =1.6; y₂ = 0.9см.

= [ aVl_r(2l - l_r)n_iy_i]/(8I)

= [1•0.006•394/(8•3747)](2•600-394)(3.7•17.61+2.6•11.31+1.9•4.4+1.6?0.9) = 2.53 см

Окончательно получаем = 0,03+0,04+2,53 = 2,6 см.

Допустим, задано, что прогиб до 3,5 см не препятствует нормальной эксплуатации конкретного технологического оборудования, тогда можно считать условие (5.4) выполненным.

Следует усиливать сначала нижний пояс балок, а затем верхний.

Опирание второстепенной балки на главные осуществлялось в одном уровне с передачей опорной реакции Q_max = 21.07•3 =63.21 кН на ребра жесткости главной балки через односторонний сварной шов с фактическим катетом k_f = 4 мм.

Фактическая длина шва l_w = 20 см. Применялись электроды типа Э42.

N₀ R_wfwfcfk_f(l_w - Д)

Действительная несущая способность шва N_ow =18•1•1•0.7•0.4•19 = 95.6 кН Q_max = 63.21 кН.