Курсовая работа: 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_{sr 1} = γ_{br 1} = 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_{s с} ×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_{s с} × 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 x ₂ = 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_{s с} = 365 МПа (3Æ18, A_s = A ¢ _s = 7,63см² ); арматура усиливающего элемента класса A-IIIR_{s , ad} = R_{s с, 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 _{sr 1} = γ _{br 1} = 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×x МПа

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 ,а d} .

Проверяем прочность усиленного элемента

N × e ≤ R_{b , ad} × b × x × ( h_{o , red} – 0,5 x ) + R_{s с} × 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:

b ₁ = F / l ∙ R = 45000/100∙2.3 = 195.7 =196см.

Ширина полос обетонировки d фундамента с каждой стороны:

d = 0.5( b ₁ - 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 ∙ l ₁ = 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 ∙ l ² / 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 /0.8 h_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_{0 c} = 9+0.04-2.2 = 6.84 см;

y_{0 r} = 9-0.04-2.2 = 6.76 см.

Определяем площади элементов сечения:

M] = [A_oc y_oc + A_op y_op +б(A_rc y_rc + A_rp y_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_max Q = 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 (2 l – l_r ) å n_i y_i ]/(8 I ), . 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_{o 1} = (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_{o 2} = (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_{o 3} = (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 ) å n_i y_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.

N ₀ £ R_wf g _wf g _c b _f k_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.