Пособие по усилению железобетонных конструкций с использованием композитных материалов. Министерство строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации

___________________________________________________________________
Министерство строительства
и жилищно-коммунального хозяйства
Российской Федерации
Федеральное автономное учреждение
«Федеральный центр нормирования, стандартизации
и оценки соответствия в строительстве»
__________________________________________________________________
ПОСОБИЕ
ПО УСИЛЕНИЮ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОМПОЗИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Москва 2017 г

2
Содержание

3
Приложение Б Пример расчета усиления изгибаемой железобетонной конструкции на восприятие изгибающего момента ламинатом ...................................................... 150
Приложение В Пример расчета усиления изгибаемой железобетонной конструкции на восприятие изгибающего момента холстами .......................................................... 170
Приложение Г Пример расчета усиления сжатой железобетонной конструкции холстами ........................................................................................................................... 190
Приложение Д Пример расчета усиления изгибаемой железобетонной конструкции сетками ............................................................................................................................. 204
Библиография .................................................................................................................. 221

4
Введение
Методическое пособие разработано в развитие положений и указаний СП
63.13330.2012 «СНиП 52-01-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции.
Основные положения», СП 164.1325800.2014 «Усиление железобетонных конструкций композитными материалами. Правила проектирования».
В настоящем документе приведены требования, соответствующие целям
Федерального закона от 30 декабря 2009 г. № 384-ФЗ Технический регламент о безопасности зданий и сооружений» с учетом части 1 статьи 46 Федерального закона от 27 декабря 2002 г. № 184-ФЗ «О техническом регулировании».
Методическое пособие разработано на основе анализа и обобщения теоретических и экспериментальных исследований в области усиления железобетонных конструкций композитными материалами, проведенных в последние годы исполнителями, с учетом накопленного опыта.
Пособие содержит основные принципы проектирования, ремонта и усиления зданий и сооружений различного назначения; прогнозирования разрушений усиленных конструкций в предельных состояниях.
При составлении пособия использованы материалы отечественных норм: СП
63.13330.2012 «СНиП 52-01-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции.
Основные положения», СП 164.1325800.2014 «Усиление железобетонных конструкций композитными материалами. Правила проектирования», ГОСТ 32943–
2014 «Материалы и системы для защиты и ремонта бетонных конструкций.
Требования к клеевым соединениям элементов усиления конструкций», ГОСТ
«Материалы и системы для защиты и ремонта бетонных конструкций. Требования к анкерующим составам и адгезионно-силовым креплениям элементов усиления».
Методическое пособие разработано авторским коллективом составе: д. т. н., проф. А.А. Шилин, к. т. н. М.В. Зайцев, к. т. н. Д.В. Картузов (ЗАО «ТриадаХолдинг»).

5
1 Область применения
Пособие распространяется на проектирование усиления железобетонных конструкций зданий и сооружений различного назначения путем устройства внешнего армирования из композитных материалов на основе углеродных, арамидных и стеклянных волокон.
Пособие содержит рекомендации по проектированию усиления железобетонных конструкций, изготовленных из тяжелого и мелкозернистого бетонов, на которые распространяются требования СП 63.13330.2012.
Усиление железобетонных конструкций внешним армированием производится в случаях:
- наличия дефектов и повреждений конструкций (например, вследствие силовых, коррозионных, температурных или иных воздействий, в том числе неравномерных просадок фундаментов), которые снижают прочностные, деформационные характеристики конструкций и ухудшают эксплуатационное состояние здания или сооружения в целом;
- увеличения эксплуатационных нагрузок и воздействий на конструкции зданий и сооружений;
- реконструкции зданий и сооружений даже в случаях, не сопровождающихся увеличением нагрузок;
- выявления отступлений от проекта, снижающих несущую способность и эксплуатационные качества конструкций;
- изменения функционального назначения зданий и сооружений.

6
2 Нормативные ссылки
ГОСТ 27.301-95 Надежность в технике. Расчет надежности. Основные положения.
ГОСТ 5382-91 Цементы и материалы цементного производства. Методы химического анализа.
ГОСТ 9550-81 Пластмассы. Методы определения модуля упругости при растяжении, сжатии и изгибе.
ГОСТ 12423-2013 (ISO 291:2008) Пластмассы. Условия кондиционирования и испытания образцов (проб).
ГОСТ 14759-69 Клеи. Метод определения прочности при сдвиге.
ГОСТ 15173-70 Пластмассы. Метод определения среднего коэффициента линейного теплового расширения.
ГОСТ 18616-80 Пластмассы. Метод определения усадки.
ГОСТ 27271-2014 (ISO 9514:2005) Материалы лакокрасочные. Метод определения жизнеспособности многокомпонентных систем.
ГОСТ 27751-2014 Надежность строительных конструкций и оснований.
Основные положения по расчету.
ГОСТ 28780-90 Клеи полимерные. Термины и определения.
ГОСТ 30535-97 Клеи полимерные. Номенклатура показателей.
ГОСТ 32618.2-2014 (ISO 11359-2:1999) Пластмассы. Термомеханический анализ (ТМА). Часть 2. Определение коэффициента линейного теплового расширения и температуры стеклования.
ГОСТ 32943-2014 Материалы и системы для защиты и ремонта бетонных конструкций. Требования к клеевым соединениям элементов усиления конструкций.
СП 15.13330.2012 «СНиП II-22-81* Каменные и армокаменные конструкции».
СП 16.13330.2017 «СНиП II-23-81* Стальные конструкции».
СП 20.13330.2016 «СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия».
СП 63.13330.2012 «СНиП 52-01-2003 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения».

7
СП 64.13330.2017 «СНиП II-25-80 Деревянные конструкции».
СП 91.13330.2012 «СНиП II-94-80 Подземные горные выработки».
СП 102.13330.2012 «СНиП 2.06.09-84 Туннели гидротехнические».
СП 120.13330.2012 «СНиП 32-02-2003 Метрополитены».
СП 122.13330.2012 «СНиП 32-04-97 Тоннели железнодорожные и автодорожные».
СП 128.13330.2016 «СНиП 2.03.06-85 Алюминиевые конструкции».

8
3 Основные положения усиления железобетонных конструкций
3.1
Способы усиления конструкций
Под усилением строительной конструкции понимается комплекс мероприятий, направленных на повышение ее несущей способности, жесткости, трещиностойкости и других физических качеств, необходимых по условиям ее дальнейшей эксплуатации.
Потребность в усилении строительных конструкций может быть вызвана следующими основными факторами:
- увеличением расчетных нагрузок на конструкцию, вызванным модернизацией технологии производства, изменением функционального назначения помещений здания или инженерного сооружения, увеличением пропускной способности, а, следовательно, и подвижной временной нагрузки, например, на мостовую конструкцию;
- потерей несущей способности конструкции или ее эксплуатационных качеств вследствие аварии, физического износа, коррозии арматуры или агрессивного воздействия внешней среды;
- изменением габаритов зданий и сооружений, внутренних помещений, пролетов, высот, шага колонн и т. д.;
- необходимостью увеличения несущей способности конструкции дополнительным армированием вследствие ошибок при ее проектировании, изготовлении, транспортировке, монтаже и эксплуатации;
- выявлением при обследовании и диагностике неблагоприятных качеств материалов конструкции или изменением ее расчетной схемы и условий эксплуатации по сравнению с проектными;
- особыми условиями эксплуатации: сейсмические и техногенные воздействия (землетрясения, пожары, катастрофы, взрывы и т. д.).
Как следует из перечисленных выше факторов, в большинстве случаев усиление конструкции сопровождается ее предварительным ремонтом. Основные способы усиления строительных конструкций достаточно подробно описаны в

9 научно-технической литературе
[1‒5].
Рассмотрим кратко наиболее распространенные в мировой практике способы усиления: увеличение площади поперечного сечения, применение полимербетонных композитных материалов, предварительное напряжение наружными прядями, установка дублирующих элементов, изменение расчетных и геометрических схем конструкций и установка стальных пластин, имеющих сцепление с бетоном.
Увеличение площади поперечного сечения железобетонного элемента является одним из старейших методов усиления строительных конструкций. Суть его заключается в присоединении дополнительного количества железобетона к несущему элементу конструкции, уже находящейся в эксплуатации. Добавленный материал должен иметь требуемое сцепление со старым бетоном для образования единой несущей системы. Для увеличения сечения конструкции на небольшую толщину используется специальный строительный раствор или торкретбетон, которые наносят на усиливаемую поверхность вручную или методом набрызга.
Наиболее широкое применение данный способ нашел в теплоэнергетике, гидроэнергетике, а также транспортном строительстве при восстановительном ремонте и усилении плит дорожного покрытия мостов. Причем ощутимая выгода от увеличения высоты сечения при укладке поверх имеющейся плиты дорожного полотна дополнительного слоя износа возможна только в случае совместной работы этих слоев как единого целого вплоть до достижения предельного состояния.
Хорошее сцепление между слоями позволяет воспринимать сдвигающие нагрузки между ними в течение заданного срока службы.
Метод увеличения площади поперечного сечения элемента относительно прост и экономичен. Кроме этого, он в любом случае повышает жесткость усиливаемой конструкции и, следовательно, снижает гибкость, что для сжатых и сжато-изогнутых элементов имеет немаловажное значение. Недостатком этого метода является сохраняющаяся возможность дальнейшей коррозии арматуры и разрушения бетона. Старый и новый бетоны обладают различными свойствами, в том числе деформационными характеристиками (в новом бетоне протекают процессы ползучести и усадки). В условиях ограничения свободы деформаций это вызывает дополнительные растягивающие напряжения, приводящие к образованию

10 и развитию трещин в новом бетоне. Данное обстоятельство может привести к отслоению нового бетона от существующей конструкции.
Усиление строительных конструкций полимербетонными композитными материалами, в сущности, также основано на увеличении площади поперечного сечения элемента. Впервые этот способ был применен в 1953 г. для усиления дорожного полотна в г. Сакраменто (Калифорния). Полимербетонные композитные материалы можно классифицировать следующим образом:
- полимерцементный бетон, изготавливаемый путем добавления полимеров или мономера в цемент в процессе перемешивания;
- бетонополимер, изготавливаемый путем пропитки полимером или мономером затвердевшего бетона на основе цемента;
- полимербетон, изготавливаемый путем смешивания полимерной смолы или мономера, выполняющих функции вяжущего, с заполнителем.
Полимербетонные композитные материалы широко применяются для ремонта и усиления железобетонных конструкций, особенно в условиях агрессивной внешней среды. Это объясняется их сравнительно высокой прочностью, низкой проницаемостью, изностойкостью и стойкостью к воздействию многих химических веществ. К недостаткам полимербетонных композитных материалов можно отнести: низкую огнестойкость; изменение свойств при воздействии ультрафиолетового излучения; возможное трещинообразование при изменении объема в условиях ограничения свободы деформаций. Физико-механические свойства этих материалов подвержены влиянию температурным колебаниям. При высоких температурах они развивают значительные деформации ползучести.
Предварительное напряжение наружными прядями арматуры использовалось в строительной практике уже в 1950-х гг. В настоящее время оно широко применяется для усиления железобетонных конструкций в России, США,
Швейцарии, Японии и других странах. Особенно эффективно применение предварительного напряжения наружными прядями для уменьшения недопустимых прогибов конструкции.
Данный способ усиления может применяться как на внутренней поверхности балок коробчатого сечения, так и на внешней растянутой стороне двутавровых

11 балок мостовых конструкций. Он повышает несущую способность конструкции и препятствует трещинообразованию.
К достоинствам способа усиления предварительным напряжением наружными прядями можно отнести:
- простую технологию производства работ;
- возможность замены напрягаемых пучков или прядей в любой момент времени;
- возможность последующего мониторинга усиленной конструкции в течение всего периода эксплуатации с помощью неразрушающих методов контроля.
К недостаткам способа следует отнести:
- коррозию металла наружных прядей;
- низкую огнестойкость;
- незащищенность от актов вандализма.
Защита предварительно напряженных наружных прядей от агрессивного воздействия внешней среды и огня обычно осуществляется нанесением защитной оболочки из торкретбетона.
Суть усиления строительных конструкций постановкой дублирующих элементов заключается в их установке рядом или в промежутке между существующими конструкциями. Дублирующие элементы разгружают несущие и воспринимают всю или часть расчетной нагрузки. При этом необходимо предусмотреть мероприятия по включению их в работу совместно с усиливаемой конструкцией. Обычно это достигается установкой дополнительных связей или поддомкрачиванием плит перекрытия с заведением в зазоры между плитами и дублирующими элементами клиновых прокладок, через которые после снятия домкратов передаются нагрузки от плит перекрытия. Достоинствами данного способа усиления являются его простота и включение в работу непосредственно после выполнения работ. Недостатком является ограниченная область применения для строительных конструкций с наличием большого количества инженерных коммуникаций.
Изменение расчетных схем конструкций обычно используется для превращения однопролетных схем в многопролетные. Так, ряд однопролетных

12 подкрановых балок можно соединить на опорах накладками и создать неразрезные балки, расчетные усилия в которых от тех же крановых нагрузок будут меньше на
30 – 40%. Этот способ целесообразно применять при замене кранов на более мощные и недостаточной несущей способности однопролетных подкрановых балок.
Способ усиления железобетонных конструкций с помощью стальных пластин, имеющих сцепление с бетоном, был разработан в начале 1960-х гг. в
Германии и Швейцарии. Стальные пластины прикрепляются к бетонной поверхности с помощью эпоксидного клеящего состава, за счет чего создается трехкомпонентная система «бетон – клеящий состав – стальная пластина».
Стальные пластины, приклеиваемые к растянутой грани железобетонных элементов, увеличивают их сопротивление изгибу и повышают изгибную жесткость балок, что приводит к уменьшению прогибов. Эффективность усиления стальными пластинами методом приклеивания зависит от соблюдения трех важных условий:
- склеиваемые поверхности должны находиться в чистом, хорошо подготовленном, ровном состоянии;
- клеящий состав должен обладать как минимум такой же прочностью на растяжение и сдвиг, как и бетон (возможное разрушение конструкции должно происходить по бетону) и быть пригодным к эксплуатации в преобладающих для данного объекта условий окружающей среды;
- для предотвращения хрупкого разрушения пластины и ее отслоения от усиливаемой конструкции пластины должны быть тонкими и длинными.
Для усиления используются пластины из низкоуглеродистой стали, хотя по своим свойствам она подвержена коррозии. Это обстоятельство требует дополнительного эксплуатационного ухода и текущего ремонта конструкции.
По принципу действия усиление стальными пластинами схоже с усилением железобетонных конструкций композитными материалами, поэтому их сравнительные достоинства и недостатки будут рассмотрены ниже.
В конце 1980-х гг. в мировой практике широкое распространение получил способ усиления строительных конструкций внешним армированием с применением полимерных композитных материалов на основе углеродных, арамидных, полиэфирных и стекловолокон.
Усиление строительных конструкций

13 композитными материалами заключается в приклеивании последних на специально подготовленную поверхность железобетонных конструкций, что придает им необходимую прочность практически без увеличения веса конструкций. Как справедливо замечено в [1] при разработке любого усиления эксплуатирующихся инженерных конструкций приходится сталкиваться с трудностями, отсутствующими при новом строительстве: недостаточно разработана инструктивно-нормативная документация по проектированию и производству работ по усилению; усиливать приходится конструкции, физико-механические свойства и типоразмеры которых могут отличаться от применяемых в настоящее время; стесненность выполнения работ по усилению.
В общем виде блок-схема комплексного выполнения работ по диагностике, ремонту и по усилению железобетонных конструкций представлена на рисунке 1.
Ключевым пунктом блок-схемы является принятие решения об усилении конструкций на основании детального инженерного анализа текущего эксплуатационного состояния конструкции. На этом этапе инженерупроектировщику необходимо ответить на следующие основные вопросы:
Действительно ли произошло значительное снижение несущей способности конструкции вследствие коррозии арматуры и деструкции бетона?
Предполагается ли существенное увеличение нагрузки на существующую строительную конструкцию?
Каков возраст строительной конструкции и имеет ли она историческую ценность?
Каков остаточный срок службы конструкции и предполагается ли его увеличение после ремонта и усиления?
Каковы будут затраты на ремонт и усиление конструкции по сравнению с ее полной заменой в изменяющихся условиях эксплуатации?
Возможно ли применение других технических решений по обеспечению эксплуатационной надежности строительной конструкции?

14
Рисунок 1 ‒ Блок-схема принятия решения о ремонте и усилении железобетонной конструкции
Основными факторами, влияющими на принятие решения об усилении, являются: причины и степень коррозионного повреждения материала конструкции, выявленные в процессе ее обследования и диагностики; распределение этих повреждений по объему конструкции; разработка первоочередных мер по защите и лечению элементов строительной конструкции с целью последующего проведения работ по ее усилению.
Все решения по ремонту и усилению конструкций в каждом конкретном случае являются индивидуальными, и имеют свою специфику. Однако существуют и общие, обычно используемые рекомендации по ремонту и усилению. Так, ремонт обычно включает инъектирование трещин в бетоне, очистку поврежденных участков конструкции, защиту арматурного каркаса, нанесение праймера на бетон и

15 арматуру, нанесение ремонтного состава и т. д. Все эти работы направлены на восстановление первоначальной или сохранение существующей несущей способности конструкции. Только после качественного выполнения ремонтных работ можно производить усиление конструкции.
Основными областями применения технологии усиления железобетонных элементов композитными материалами на основе фибры (КМФ) по условиям работы конструкции являются:
- увеличение несущей способности изгибаемой железобетонной балки или плиты путем приклеивания композитного материала в растянутой зоне сечения;
- увеличение несущей способности сечения балок на действие поперечной силы установкой КМФ на приопорных участках конструкции, где существует риск возникновения и развития наклонных трещин;
- увеличение несущей способности и внецентренно сжатых колонн приклеиванием КМФ по периметру конструкции (охватывающее усиление).
Наиболее близким по области и условиям применения усилению композитными материалами является широко и успешно применяемое уже более полувека усиление железобетонных конструкций стальными пластинами. В этой связи целесообразно рассмотреть преимущества и недостатки каждого из этих способов усиления.
Композитные материалы на основе углеродных (КМФУ), арамидных
(КМФА) и стекловолокон (КМФС) имеют гораздо более высокую прочность на растяжение, чем применяемая арматурная сталь (рисунок 2), причем их удельный вес в 4‒5 раз меньше, чем у стали. Отсюда вытекает немаловажное для практических целей преимущество КМФ над стальными пластинами по соотношению «прочность/собственный вес». Низкий вес композитного материала делает его установку и присоединение к усиливаемой конструкции гораздо более простым и легким по сравнению со стальными пластинами. Это особенно важно при усилении железобетонных конструкций в стесненных условиях, например, в подземных сооружениях, технических помещениях зданий или на большой высоте
(трубы, градирни, мостовые фермы). При усилении нижних частей пролетных строений мостов, а также главных и второстепенных балок зданий и сооружений

16 стальными пластинами последние необходимо поддерживать довольно длительное время в процессе приклеивания и набора клеящем составом проектной прочности во избежание их преждевременного отслоения от усиливаемой конструкции. Этот процесс является весьма трудоемким, требует использования различных приспособлений и дополнительных конструкций. При его выполнении также снижается безопасность строительных работ. Все эти сложности преодолимы при использовании композитных материалов (КМФ). В большинстве случаев не требуется применения специальных анкерных устройств для поддержания усиливающей конструкции во время монтажа, что не нарушает прочность сечения конструкции. При этом не повреждаются бетон и арматура существующей конструкции. а р м а т у р н а я с т а л ь
2 0 ,0 2 0 ,0 4

К М Ф А
6 4
К М Ф У
К М Ф С
Г П а
Рисунок 2 ‒ Диаграмма «напряжение-деформация» для различных типов
КМФ и арматурной стали
Композитные материалы изготавливаются и используются в практике усиления строительных конструкций в виде лент или холстов любой требуемой длины, а длина стальных пластин из-за сложности выполнения монтажных работ в основном ограничена 6 метрами. Возможность использования материала усиления большой длины и гибкости приводит к упрощению технологии работ и имеет следующие преимущества:
- композитные материалы легко поддаются преднапряжению;

17
- отпадает необходимость в дополнительные стыкования материала усиления;
- материал можно использовать для усиления любых по форме железобетонных конструкций, так как в силу своей гибкости он будет повторять их очертания;
- композитные материалы можно применять для усиления конструкций с любым радиусом кривизны, вплоть до круглых;
- технологический процесс допускает установку композитного материала без остановки эксплуатации усиливаемого сооружения;
- малая толщина полос композитного материала (до 1,5‒2,0 мм) позволяет устанавливать их одновременно в двух направлениях для увеличения несущей способности конструкции.
Составляющие композитного материала (волокна и отверждающий полимер) являются долговечными и обладают высокой надежностью при восприятии многократно повторяющихся нагрузок. В процессе эксплуатации они не требуют дополнительных мероприятий по защите от воздействия агрессивной внешней среды. В случае возникновения непредвиденной эксплуатационной ситуации они легко ремонтируются и усиливаются установкой еще одного дополнительного слоя композитного материала.
Учитывая все эти факторы, можно сказать, что усиление строительных конструкций композитными материалами является менее трудоемким и энергозатратным процессом по сравнению с другими аналогичными способами усиления. Это обстоятельство имеет немаловажное значение при ремонте и усилении многих конструкций, например, мостовых на автодорожных и железнодорожных магистралях, когда их отказ (временное прекращение эксплуатации) во время проведения ремонтных работ приводит к значительным финансовым потерям. Всем этим можно объяснить увеличивающийся объем применения усиления строительных конструкций композитными материалами в мире – Австрии, Бельгии, Великобритании, Германии, Канаде, Польше, США,
Франции, Чехии, Японии и других странах. В Швейцарии они применяются уже в более чем в 80% случаев усиления всех строительных конструкций.

18
Основными недостатками внешнего усиления строительных конструкций
КМФ являются возможные риски отказа от пожара, вандализма и случайных повреждений незащищенной конструкции. Поэтому при проектировании усиления необходимо учитывать, что наиболее благоприятным случаем эксплуатации конструкции после усиления будет восприятие усиливающим элементом из КМФ всей временной нагрузки (кратковременной и длительной), а постоянную нагрузку, особенно от собственного веса, будет воспринимать сама усиливаемая конструкция.
Это положение играет важную роль при усилении мостовых конструкций.
Композитные материалы можно защищать как от вандализма, так и от пожара нанесением специальных покрытий. Одним из таких покрытий является состав
«Барьер», разработанный НИИЖБ и ЗАО «Триада-Холдинг». Он обладает высокой прочностью на сжатие, до 98 мПа, обеспечивает защиту от пожара, хорошо поддается заглаживанию при отделке.
Опыт длительной эксплуатации строительных конструкций, усиленных
КМФ, пока невелик (чуть более 30 лет), что также необходимо учитывать при проектировании усиления конструкций с длительным сроком службы. Вместе с тем, конструкции, усиленные стальными пластинами, в том числе в подводных условиях, успешно эксплуатируются уже более 40 лет. Это несомненно говорит о долговечности как самих материалов, так и клеящих составов, с помощью которых они присоединяются к усиливаемой конструкции. В идеале срок службы системы усиления (композитный материал + клеящий состав) должен равняться остаточному сроку службы усиливаемого здания или сооружения. В настоящее время можно с уверенностью сказать, что при усилении инженерных сооружений с остаточным сроком службы 30–40 лет композитные материалы обеспечат требуемую долговечность конструкции.
Открытым остается вопрос о долговременном мониторинге эксплуатационной надежности инженерных сооружений, усиленных композитными материалами, с длительным сроком службы – мостов, транспортных тоннелей, атомных станций. В этом случае последующий мониторинг эксплуатационного состояния усиленной КМФ строительной конструкции в течение всего срока службы является неотъемлемой составной частью системы усиления. Проведение

19 периодических осмотров и оценка эксплуатационного состояния и содержания мостовых конструкций давно являются обязательными [6,7]. В зарубежной практике системы непрерывного мониторинга усиленных КМФ мостовых конструкций внедрены на многих сооружениях – мосты «Барнс» в Манчестере, «Джон Харт» в
Британской Колумбии и многих других. В Швейцарии разработана и с успехом применяется система контроля, обеспечивающая непрерывный мониторинг конструкций, усиленных композитными материалами. О необходимости мониторинга эксплуатационного состояния других инженерных сооружений в последние годы говорят многие отечественные и зарубежные ученые и специалисты
[8‒12].
Относительным недостатком используемых в настоящее время композитных материалов является их более высокая стоимость по сравнению со стальными пластинами, но этот недостаток нивелируется с расширением рынка КМФ. Если же принять во внимание весь комплекс проведения работ по усилению и учесть стоимость дальнейшей эксплуатации конструкции, то во многих случаях уже сейчас использование КМФ для усиления строительных конструкций с экономической точки зрения выглядит более предпочтительным.
Факторы, влияющие на стоимость работ по усилению строительных конструкций как с применением композитных материалов, так и другими способами, очень разнообразны. И если прямые инвестиционные затраты можно определить достаточно точно, то дальнейшие эксплуатационные расходы можно оценить весьма приблизительно. Особенно сложно подсчитать ущерб, вызванный временным прекращением эксплуатации инженерного сооружения во время его ремонта и усиления. По данным английской железнодорожной ассоциации усиление мостовых конструкций композитными материалами дешевле усиления стальными пластинами на 30%. О примерно таком же удешевлении общей стоимости работ по усилению с использованием КМФ свидетельствуют и другие зарубежные источники
[13, 14]. При составлении сметы на усиление строительных конструкций необходимо также учитывать высокую производительность выполнения работ с использованием композитных материалов. Так в Японии усиление трубы высотой
100 метров композитными материалами (охватывающее усиление холстами с

20 углеродными волокнами) было выполнено в течение одного месяца. Применение для этих целей стальных полос потребовало бы примерно полугода.
При учете стоимости ремонтных работ и работ по усилению необходимо учитывать количество и стоимость будущих ремонтов в течение всего предполагаемого оставшегося срока эксплуатации здания или сооружения, а также капиталовложения в альтернативные способы ремонта и усиления, включая будущие эксплуатационные затраты и расходы, связанные с возможным отказом сооружения.
Одним из основных факторов, определяющих правильность выбора системы, усиления является уровень усиления, то есть во сколько раз можно увеличить несущую способность существующей строительной конструкции. Необходимо учитывать, что усиление, препятствующее развитию одного вида разрушения конструкции (например, от действия изгибающего момента), может повысить вероятность появления разрушения от действия других силовых воздействий в конструкции (например, от действия поперечной силы или касательных напряжений). Этот вопрос должен решаться на стадии проектирования усиления.
Необходимо принимать во внимание и возможный риск частичного или полного разрушения усиливающего элемента из композитных материалов. В силу сравнительно небольшого опыта долговременной эксплуатации строительных конструкций, усиленных КМФ, одним из основных подходов к сведению к минимальному риску проектных решений следует признать использование увеличенных коэффициентов надежности по материалам усиления. Общим подходом при проектировании усиления является и то, что даже при разрушении композитного материала строительная конструкция какое-то время должна сохранять свои эксплуатационные качества. Поэтому многие зарубежные исследователи рекомендуют не более чем двукратное увеличение несущей способности конструкции при ее усилении [15‒17].

21

  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   15