Сегодня в современной строительной индустрии наблюдается постоянный рост применения металлоконструкций при возведении зданий различного назначения. Такие конструкции используются повсеместно: в качестве каркасов быстровозводимых сооружений, пролетных конструкций транспортных мостов, конструктивных элементов покрытий и перекрытий. Разнообразные эксплуатационные факторы — силовые и температурные воздействия, действия агрессивной окружающей среды, снижают несущую способность и сокращают жизненный цикл любой металлической конструкции. Помимо этого к причинам усиления конструкций из металла можно отнести:
– их повреждения от механических воздействий;
– прогибы, вмятины, искривления, истирания и др.;
– ошибки проектирования, монтажа и эксплуатации металлоконструкций;
– реконструкция, расширение, техническое перевооружение, вызывающие увеличение нагрузок на конструкции в действующих предприятиях.
К наиболее распространенным традиционным способам усиления металлоконструкций относятся: увеличение и наращивание сечений элементов, устройство дополнительных связей, ребер, диафрагм, распорок, усиление соединений элементов, установка дополнительных элементов в существующие конструкции. Принципиально новым способом усиления металлических конструкций является способ, основанный на использовании армированных фибрами полимерных материалов. Усиление композитами металлических конструкций, в отличие от железобетонных, получило наименьшее распространение. Внешнее армирование из фиброармированных пластиков в основном используется для усиления колонн, балок, стропильных и подстропильных ферм (элементов чаще всего нуждающихся в усилении) и других конструкций. Однако при проектировании усиления конструкций из металла с использованием этого материала необходимо учитывать остаточную несущую способность и жесткость элементов, подвергаемых усилению. Такое проектирование включает следующие этапы:
- Выбор композитного материала
Для обеспечения требуемой прочности и долговечности усиливаемых конструкций необходимо учитывать модуль упругости материала вышеуказанных композитов, предел его прочности при растяжении, их формы и конфигурации.
- Предварительная подготовка поверхности усиляемого элемента.
Процессы обработки поверхности оказывают большое влияние на надежность соединения фиброармированных пластиков с конструкцией, что в свою очередь существенно влияет на характеристики усиливаемой конструкции.
- Предотвращение гальванической коррозии
Профилактикой появления гальванической коррозии является изолирование различных металлов друг от друга, нанесение между ними стойкого герметика или использование клея с хорошими изоляционными свойствами.
- Выбор клея и технологии приклеивания
При усилении производственного здания необходимо учитывать время отверждения клея, толщину слоя покрытия клеем и напряжение сдвига, вызванное циклической нагрузкой. Все эти факторы влияют на окончательную жесткость и прочность конструкции.
- Контроль качества в процессе усиления.
Контролировать качество металлоконструкций позволяют частично разрушающие или неразрушающие испытания. В ходе контроля оценивают прочность композитных материалов против расслаивания. Для последующего проведения полу-разрушающих испытаний предварительно подготавливают специальные испытательные зоны (свидетели), усиленные фиброармированными пластиками, которые имеют аналогичную систему усиления и подвержены аналогичным воздействиям окружающей среды, что и фактически работающие системы усиления.
Применение композитов в качестве материалов усиления металлоконструкций имеет множество преимуществ:
– Высокая прочность (выше прочности стали)
– Высокая стойкость к коррозии
– Небольшие вес и толщина конструкций усиления
– Возможность усиления конструкций во время производственного процесса
– Экологичность
– Возможность применения на труднодоступных криволинейных поверхностях
– Высокая работоспособность при широком спектре температур и напряжений
Несомненно, следует отметить и недостатки использования фиброармированного пластика:
– Высокая стоимость
– Необходимость устранения гальванической коррозии
– Трудоемкий подбор материала
– Соблюдение точной технологии
Также необходимо учесть: относительно небольшой опыт применения в России, ограниченная нормативная документация для проектирования и расчетов.
Усиление композиционными материалами, как метод восстановления и увеличения несущей способности конструкций, успешно используется по всему миру в течение более двух десятилетий и является неоспоримым инновационным достижением в области строительных технологий. Однако отсутствие теоретических и экспериментальных исследований и, как следствие, нормативной базы является основной причиной относительно небольшого российского опыта применения композитов для усиления металлических конструкций. Тем не менее композиты нашли широкое применение в нашей стране в качестве материалов усиления железобетонных конструкций, что дает надежду что данный метод усиления обретет признание и повсеместное использование в реконструкции и металлических сооружений.
Литература:
- Овчинников И. Г., Овчинников И. И., Чесноков Г. В., Покулаев К. В., Татиев Д. А. Усиление металлических конструкций фиброармированными пластиками. Часть 1 //Интернет-журнал «Науковедение». 2014. — Выпуск 3: май-июнь. С. 1–27
- СО 34.21.673 Рекомендации по усилению стальных конструкций производствен-ных зданий и сооружений энергопредприятий. «Гипроэнергоремонт» 2010. С. 143
- СТО 2236–002–2011. Стандарт организации. Система внешнего армирования из полимерных композитов FibARM для ремонта и усиления строительных конструкций. Общие требования. Технология устройства. ЗАО «Препрег-СКМ» М. 2011. С. 16
