Рассмотрены эффективные способы усиления сжатых элементов стальных конструкций, а также рамных каркасов производственных зданий и сооружений в целом, в условиях реконструкции и технического перевооружения промышленных предприятий. Приведены результаты экспериментально-теоретических исследований, на основе которых разработана методика расчета. Даны примеры расчетов усиленных стержней. Для научных и инженерно-технических работников научно-исследовательских и проектных организаций.

Предисловие

Глава 1. Состояние вопроса
1. Основные этапы развития
2. Анализ основных способов усиления
3. Традиционный способ увеличения сечений обычными (ненапряженными) элементами
4. Усиление увеличением сечений предварительно напряженными элементами

Глава 2. Работа предварительно напрягаемых элементов усиления
1. Предварительное напряжение усиливающих элементов до установки их в проектное положение
2. Предварительное напряжение элементов усиления в проектном положении

Глава 3. Работа сжатых стержней, усиленных предварительно напряженными элементами под нагрузкой
1. Центрально-сжатые стержни
2. Внецентренно сжатые стержни
3. Упруго-пластическая работа усиленных сжатых стержней
4. Релаксация предварительного напряжения элементов

Глава 4. Усиление рамных систем
1. Некоторые особенности работы стержней в рамных системах
2. Основные способы усиления рамных каркасов
3. Влияние остаточных сварочных напряжений на работу усиленных стержней рам

Примеры расчета
Список литературы

Предисловие

XXVI съезд КПСС наметил существенное улучшение использования основных фондов и производственных мощностей, что способствует повышению эффективности всего общественного производства. Прирост производственных мощностей в нашей стране в значительной степени обеспечивается за счет технического перевооружения промышленных предприятий, обновления оборудования. Основными направлениями экономического и социального развития СССР на 1981-1985 годы и на период до 1990 года предусмотрено направлять капитальные вложения в первую очередь на реконструкцию и техническое перевооружение предприятий. Вопросы развития и упорядочения капитального строительства были рассмотрены также на ноябрьском (1982 г.) Пленуме ЦК КПСС, где было указано, что наведение порядка в строительстве - одна из центральных народнохозяйственных задач. Повышение эффективности капитальных вложений является одной из важнейших народнохозяйственных задач. Реконструкция и техническое перевооружение связаны с выполнением значительных объемов строительно-монтажных работ по усилению строительных конструкций, поэтому одним из наиболее значительных резервов повышения эффективности капитальных вложений является совершенствование способов усиления стальных конструкций.

В частности, в результате ослабления коррозией стальных конструкций приходится усиливать основную массу несущих конструкций зданий и сооружений, эксплуатируемых в агрессивной среде. Интенсификация производственных процессов приводит к увеличению коррозионного износа конструкций, что связано с большими затратами на их восстановление. Например, затраты на поддержание металлических конструкций агломерационных фабрик металлургических заводов в надлежащем эксплуатационном состоянии оказались в 1,5-2 раза больше первоначальной стоимости сооружений. Расчеты, выполненные на основе натурных замеров, показали, что фактическая скорость коррозии металлических конструкций агломерационных фабрик 1-2,3 мм в год, в результате чего через 10-15 лет конструкции приходят в аварийное состояние.

Интенсивность коррозионного износа особенно высока на большей части предприятий химической промышленности и на предприятиях по производству минеральных удобрений. Так, на Стебниковском калийном заводе несущие стальные конструкции после 15 лет эксплуатации были настолько поражены коррозией, что требовалось безотлагательное их усиление. Аналогичное положение и на других объектах калийного производства. Тем не менее на некоторых предприятиях редко принимают решение об усилении при решении вопросов продления долговечности стальных конструкций, поврежденных коррозией, практикуя в основном замену поврежденных элементов или отдельных конструкций в целом. Это приводит к значительным материальным убыткам от остановок производства и потерь металла. Своевременное же, эффективное усиление стальных конструкций, поврежденных коррозией, позволяет сэкономить значительную долю средств.

Среди элементов усиливаемых конструкций особое место занимают сжатые стержни. Усиление сжатых стержней стальных конструкций служит надежным средством предотвращения аварий.

Усиление стальных конструкций, выполняемое обычными традиционными способами, т.е. без предварительного напряжения усиливающих элементов, связано с перерасходом металла. Такое усиление трудно выполнить под эксплуатационной нагрузкой и в большинстве случаев требуется ее значительное снижение. Связанная с таким усилением разгрузка конструкций не только приводит к остановкам производства, но и представляет собой дорогостоящее мероприятие, а разгружающие конструкции загромождают производственное пространство.

Наиболее сложно решать вопросы усиления сжатых стержней. Усиление последних обычно производят при значительной их разгрузке, т.е. при нагрузках, не превышающих 0,6 их несущей способности. Кроме того, для усиленных сжатых стержней характерны повышенная деформативность и снижение предела их упругой работы. Добавленный (новый) металл полностью включается в совместную работу со старым только после достижения в последнем напряжения, равного пределу текучести. Достижение такого высокого уровня напряжений в старом сечении после его усиления сопровождается обычно закритическими деформациями (прогибами) усиленных стержней. Следовательно, металл усиления используется здесь крайне не эффективно.

Перечисленные недостатки можно избежать, используя предварительное напряжение усиливающих элементов, что легко выполнимо под полной эксплуатационной нагрузкой и позволяет обеспечить полную совместную работу старого и нового (добавляемого) металла сразу после усиления, до приложения дополнительной нагрузки.

Предварительное напряжение уменьшает деформации (прогибы) усиливаемых сжатых стержней на заранее заданную величину, что существенно повышает их несущую способность. Экономия металла усиления может достигать 60-80 %. Однако, несмотря на всевозрастающую актуальность вопросов усиления сжатых стержней с применением предварительного напряжения, в существующей научно-технической литературе они освещены еще мало. Отсутствует единый подход к этим проблемам. Каждая проектная организация решает эти вопросы по-своему и не всегда эффективно. Отсутствует единая нормативная документация в области усиления, поэтому исследование и разработка новых эффективных способов усиления стальных конструкций и методики их расчета имеют большое народнохозяйственное значение.

Автор выражает глубокую благодарность заслуженному деятелю науки и техники РСФСР, д-ру техн. наук, проф. Б.Б. Лампси за ценные замечания, сделанные им при рецензировании рукописи.