Реконструкция зданий и сооружений

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 (2Æ12); A_s = 1256 мм² (4Æ20); арматура усиливающего элемента класса АIII (R_{s, ad} = 365 МПа);

A¢_{s, ad} = 804 мм² (4Æ16); A_{s, ad} = 1256 мм² (4Æ20). ( Рис. 1 ).

Усиление осуществлялось без разгружения усиливаемого элемента. Предварительная нагрузка превышала 65% от разрушающей, следовательно, γ_sr1= γ_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_s×A_s + R_s,ad × A_s,ad ) =

= 365×1256×(575 - 420)/(365×1256 + 365×1256) = 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

x = (R_s×A_{s, red} - R_sс×A¢_{s, red})/R_b×b×h_{o, red} = (365×2512-365×1030)/11,5×300×497.5 =0,315.

По формуле (25) СНиП 2.03.01-84*

x_R = w/[1+s_sR/s_s,u×(1-w/1,1)] = 0,758/[1+292/400×(1-0,758/1,1)] = 0,618

w - деформативная характеристика бетона w = a-0,008×R_b = 0,85-0,008×11,5 = 0,758

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

s_sR – условное напряжение в арматуре.

s_sR = R_s = 292 МПа; для арматуры АI – АIII.

s_s,u = предельное напряжение в арматуре.

s_s,u = 400 МПа

Проверяем условие: x£x_R: 0,315 £ 0,618 – условие выполняется.

Определяем приведённое расчётное сопротивление бетона сжатой зоны по формуле:

R_b,red = (R_b×A_b + R_b,ad × A_b,ad )/A_b,tot = (11,5×(300×x-45000)+17×45000)/300×x=

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

где A_b,tot = A_b + A_b,ad = 300×x; х=х₁+х₂; A_b = b×x₁ = 300×(x-x₂) = 300×x-300×150 = 300×x-45000

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

Высотасжатойзоны

x = (R_s×A_{s, red} - R_sс × A¢_{s, red})/R_{b, red}×b =

= (365×2512 - 365×1030)/ [(3450×x+247500)/300×x×300] =85,052 мм.

R_{b, red} = (3450×85.1+247500)/300×85.1 = 21,194МПа

Несущаяспособностьусиленногоэлемента

М£R_b,red×b×x×(h_o,red – 0,5x) + R_sс× A¢_s,red×(h_o,ad – a¢),

М£21194×0,3×0,0851×(0,4975 – 0,5×0,0851)+365000×1030×10^-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-IIIR_s = R_sс = 365 МПа (3Æ18, A_s = A¢_s = 7,63см²); арматура усиливающего элемента класса A-IIIR_s,ad = R_sс,ad = 365 МПа; A_s,ad = 12,56 см²(4Æ20), A¢_s,ad = 9,42 см²(3Æ20).

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 γ_sr1= γ_br1= 0.8.

Расчет. ОпределяемA_{s, red}, A¢_{s, red}иа_red:

A_s,red = A_s + R_s,ad × A_s,ad/ R_s×γ_sr1 = 7,63+365×12,56/365×0.8 = 23,33 см²

A¢_s,red = A¢_s + R_sс,ad × A¢_s,ad/ R_sс×γ_sr1 = 7.63 + 365×9,42/365×0.8 = 19,405 см²

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

= 365×12,56×(87 - 76)/(365×7,63×0.8 + 365×12,56) = 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

Относительнаявысотасжатойзоны

x=(N+R_s×A_s,red-R_sс×A¢_s,red)/R_b×b×h_o,red=(1.1+365×0.8 ×23,33-365×0.8 ×19,405)/17×0.8 ×50×74,4=0,023

Определяем

x_R = w/[1+s_sR/s_s,u×(1-w/1,1)] = 0,741/[1+280/400×(1-0,741/1,1)] = 0,603,

w- деформативная характеристика бетона

w = a-0,008×R_b = 0,85-0,008×17×0.8 = 0,741,

a=0,85 – для тяжёлого бетона,

s_sR = R_s = 280 МПа,

s_s,u = 400 МПа.

x£x_R.

Расчетное сопротивление бетона сжатой зоны усиленного элемента

R_b,red = (R_b×A_b + R_b,ad × A_b,ad )/A_b,tot = [17×0.8 ×(50×x-500)+17×500]/50×x=

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

A_b,tot = A_b + A_b,ad = 50×x cм²

A_b = b ×x₁ = 50×(x-x₂) = 50×x-50×10 = (50×x-500) cм²

A_b,ad = b×x –A_b = 50×x - 50×x +500 = 500 cм²

Высотасжатойзоны

x = (N + R_s×A_s,red - R_sс × A¢_s,red)/R_b,red×b =

= (1.1+365×0.8×23,33 - 365×0.8×19,405)/ [(680×x+1700)/50×x×50] = -0,81 см

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

Проверяем прочность усиленного элемента

N×e ≤ R_b,ad×b×x×(h_o,red – 0,5x) + R_sс ×A¢_s,red×(h_o,red – a¢) =

= 0+365000×0.8 ×19,405×10^-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.d, =25см

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 s_гр=R_гр= 2.3 кг/см² на ширину d=33cм и длину l=130 см равна:

F_d = s_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 = 384>360 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 = s_гр∙d = 2.3∙33 = 75.9 кг/см.

Задаем высоту фундамента 50 см и защитный слой бетона до рабочей арматуры 70 мм, арматуру Æ12A-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 d³ 150 мм принимаем два каркаса с верхней и нижней арматурой из Æ10A-III, поперечные стержни арматуры из Æ8A-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 51´129 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 40´8 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 y и h 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;

j – коэффициент продольного изгиба (при определении j значение a 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;

m – 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 ³ s £b, но не более 50 см) или между хомутами при железобетонных и штукатурных обоймах (s£15 см).

По п. [4.2, табл. 18] при l=5,2 и a=1000 j₁»j=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 50´50 мм

А¢_s=4×4,8=19,2см².

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

По формуле

.

Согласно формуле

;

,

откуда m=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 40´8 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 ³ 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 2∟63´40´5, а нижней зоны – 2∟40´5из 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∙g_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; s_o = 48600/143 = 340 МПа; b_o =217/250 = 0.87. g_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_maxQ = 0;тогда c_t = 1; g_c = 1; в сечении с M_x = M_o (x=1.23 м) Q = 21.07∙1.23 = 25.92 кН; t = 0,9∙25,92∙10/0,51∙18 = 25.41 МПа;R_so = 0.58∙255 = 134 МПа; t/ R_so = 25.41/134 = 0.18< 0.4; c_t = 1.

Условие прочности балки:

M = 7756 < 8704∙1∙1 = 8704 кН∙м. Прочность обеспечена.

Проверка деформативности балок по формуле: ¦ = ¦₀ + ¦_w + ∆¦,

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;

Δ¦ =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 ¦_w= [ aVl_r(2l – l_r)ån_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

s_o1 = (7756∙10/3747)(9+2.2-1) = 211.1 МПа; x₁ = 211,1/250 = 0.84; n₁ = 3.7; y₁ = 17.61 см.

Для нижних швов крепления уголка усиления имеем

s_o2 = (7756∙10/3747)(9+2.2-3) = 170 МПа; x₂ = 170/250 = 0.68; n₂ =2.6; y₂ = 11.31см.

Для верхних швов крепления уголков имеем

s_o3 = (7756∙10/3747)(9-2.2-1) = 120.1 МПа; x₁ = 120,1/250 = 0.48; n₁ = 1.9; y₁ = 4.4 см.

Для нижних швов крепления уголка усиления имеем

s_o4= (7756∙10/3747)(9-2.2-3) = 79 МПа; x₂ = 170/250 = 0.32; n₂ =1.6; y₂ = 0.9см.

¦_w= [ aVl_r(2l – l_r)ån_iy_i]/(8I)

¦_w = [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_wfg_wfg_cb_fk_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.