Распорные элементы выполняют в виде секторов с гнездами, образующих с осью разрезные шарниры, расположенные между скошенными торцами распираемых балок, натяжное устройство требуемой массы располагают внутри колонны. Этот способ наиболее эффективен при усилении подкрановых балок, так как требует минимальных трудовых и материальных затрат. 
 

Усиление  колонн

Усиление  стоек путем уменьшения расчетной длины (а-в). Этот прием является весьма эффективным способом усиления сжатых стоек (колонн) большой и средней гибкости. Уменьшение расчетной длины может быть достигнуто за счет постановки дополнительных связей, распорок (схемы а, б), подкосов (схема в) или изменения условий закрепления концов стоек (превращением шарнирных баз в жесткие и т, д.). 

Усиление  стоек введением  затяжек и оттяжек (г—е). Рациональным приемом повышения устойчивости высоких отдельно стоящих стоек большой гибкости является введение предварительно напряженных оттяжек (схема г) или шпренгельных затяжек (схемы д, в) Выбором величины предварительного напряжения затяжек и оттяжек и их жесткости можно исключить податливость дополнительных опор, т. е. привести систему к жестко опертой и увеличить ее устойчивость в (l/l₁)² раз. Величина предварительного напряжения нормируется условиями прочности основных стоек 

Усиление  стоек преднапряженными телескопическими трубами (ж). Телескопические трубы представляют собой комплексную предварительно напряженную конструкцию типа «труба в трубе», в которой внутренняя труба сжата, а наружная растянута. Предварительное напряжение труб осуществляется механических или термическим способом. После установки телескопических труб и их плотной подгонки к оголовкам и базам существующих колонн наружную трубу разрезают, и усилие преднапряжения внутренней трубы передается в качестве «антигруза» на усиливаемую стойку. Затем место разреза наружной трубы заваривают, и она также включается в работу на добавочную нарузку после усиления.

Усиление  стоек предварительно напрягаемыми распорками (з). Распорки изготавливаются из швеллеров или уголков, связанных планками, и могут быть одно- или двухсторонними. Распорки устанавливают с перегибом в середине высоты (после разрезки полок элементов усиления) и опирают их концы на базы и оголовки колонн. Предварительное напряжение осуществляется стягиванием распорок с помощью монтажных болтов. После натяжения распорки приваривают к усиливаемому элементу прерывистыми или сплошными швами. Затем места разреза распорок заваривают или перекрывают накладками.  

Усиление  стоек обетонированием. Повышение несущей способности сжатых стоек может быть достигнуто путем их обетонирования и превращения в железобетонные конструкции с жесткой арматурой (с добавочным армированием или без него). Этот прием особенно эффективен при усилении дефектных или сильно корродированных стоек. 

Усиление стоек увеличением их сечения. Этот прием является основным способом повышения несущей способности колонн и осуществляется приваркой к ним дополнительных элементов из профильного или листового проката. В зависимости от условий нагружения и исходя из конструктивных соображений возможно использование симметричных или несимметричных схем наращивания сечений. Относительно плоскости действия моментов (плоскости z-y) усиление всегда следует проектировать симметричными.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Усиление  ферм

 

       

Усиление ферм изменением конструктивных схем (а-ж).Усиление ферм может осуществляться путем превращения их в статически неопределимое системы (или повышения степени статической неопределимости) за счет: 

- подведения  дополнительных опор (схема а)

- объединение  концов ферм смежных пролетов  и превращения их в многопролетные (схема б)

- введение подкосов (схема в) или подвесок (схема  г)

- надстройки  поддерживающих тросовых систем (схема д)

- установки поддерживающих  арочных конструкций (схема е)

- введения шпренгельных систем (схема ж)

Также возможна установка специальных распределительных устройств (схема о) 

Усиление  ферм  затяжками (з—к).  При устройстве затяжек расположенных вдоль нижнего пояса (схема з). достигается разгрука только нижних поясов ферм. Более выгодны затяжки ломаного очертания, .изменяющие усилия в большем количестве стержней (схема и). Весьма рационально применение затяжек в фермах арочного типа (схема к). Усиление затяжками особенно эффективно при их предварительном напряжении. 

Усиление  ферм включением в  работу фонарных конструкций (л). Такой способ усиления служит для разгрузки поясов ферм в середине пролета и может применяться при наличии светоаэрационных фонарей. Включение фонаря в совместную с фермой работу часто требует усилении фонарных конструкций. 

Усиление  решеток ферм введением дополнительных элементов (м). Этот прием служит дли разгрузки элементов и узлов решетки ферм и позволяет уменьшить в них усилия от нагрузок, прикладываемых после усиления. Дополнительные элементы можно устанавливать в напряженном состоянии и выполнять из гибких стержней. 

Усиление  ферм введением шпренгельных элементов решетки (н). Такой способ усиления не изменяет статических свойств конструкций и общего распределения усилий в них, но позволяет снизить моменты в поясах при их работе на местный изгиб (при внеузловой передаче нагрузки), уменьшить расчетные длину сжатия элементов (поясов, раскосов) и является эффективным приемом повышения их устойчивости в плоскости фермы. Прикрепление дополнительных элементов решетки осуществляется с помощью вновь вводимых фасонок к стержням и узлам существующей конструкции. Следует избегать расцентровки осей дополнительных элементов в узлах.

В тех случаях, когда материал существующей конструкции не позволяет использовать сварку, дополнительные фасонки к существующим элементам прикрепляются на болтах. В связи с ослаблением сечений, возникающим при использовании болтов, определяющей несущую способность может оказаться не устойчивость, а прочность усиливаемого стержня. Поэтому проектировать усиление следует с учетом минимального ослабления сечений и в случае необходимости — использовать высокопрочные болты. 

     Усиление  сжатых элементы ферм уменьшением их расчетной длины из плоскости ферм. Уменьшение расчетной длины отдельных элементов из плоскости ферм рационально в тех случаях, когда не обеспечена их устойчивость. В основной этот способ применяется для усиления отдельных (например, дефектных) панелей сжатык верхних поясов, когда возможна установка дополнительных элементов  в плоскости существующих  горизонтальных связей.

Уменьшение расчетной  длины возможно и для сжатых стоек_, находящихся в плоскости существующих вертикальных связей по фермам. Дополнительные связевые элементы и фасонки крепят на сварке 

     Усиление узловых соединений ферм В сварных фермах усиление узловых соединений выполняется следующими способами:

1. Увеличением длины существующих швов без введения дополнительных элементов
2. Увеличение толщины существующих швов их наплавлением
3. Введением дополнительных элементов в узлы
4. Увеличение длины швов за счет развития фасонок

Первый способ наиболее предпочтителен, однако его  применение,  возможно  только  в тх случаях,  когда   существующие швы не доведены до края фасонок и имеется место для наложения дополнительных фланговых швов. Наложение дополнительных лобовых швов, пересекающих сечение фасонок, допускается только после предварительной разгрузки конструкций. Остальные способы применяются при невозможности использования первого способа. При установки с целью усиления дополнительных элементов последние следует распологать так, чтобы избежать возникновение значительных эксцентриситетов. Наращивание фасонок является одним из самых надежных, но трудоемких приемов.

     Усиление  соединений

 

     При недостаточной прочности сварных швов их усиливают увеличением длины.

     Наращивание швов следует производить электродами Э42, Э42А или Э46Т диаметром не более 4 мм при силе тока не более 220 А со скоростью, при которой за один проход размер катета не превышает 8 мм. Для элементов из уголков новые швы следует накладывать, начиная со стороны обушка от края фасонки в направлении существующих швов. Сварку последующего шва производят только после охлаждения   предыдущего до 100 °С. При усилении швов напряжения в усиливаемом элементе не должны превышать 0,8 R_у, где R_у — расчетное сопротивление стали. Усиление должны производить высококвалифицированные сварщики не ниже 5-го разряда.

     Усиление  заклепочных соединений осуществляют высокопрочными болтами с предварительным  напряжением. Болты устанавливают от середины узла к краям с помощью тарировочных ключей для измерения крутящих моментов. Из-за ослабления старых заклепок при установке новых высокопрочных болтов последние должны быть рассчитаны на восприятие полной нагрузки

     Из-за различной жесткости сварных и болтовых соединений усиление последних при помощи сварки не рекомендуется. 
 
 

2. Расчет усиливаемых  металлических элементов 

           При усилении сжатых элементов увеличением их сечения (см. рис. 2) (без предварительного напряжения) расчет осуществляют по следующей схеме.

     1. Определяют начальный прогиб  усиливаемого стержня в плоскости  действия момента:

     

, (1)

     где =М_н/ Р_н — случайный   начальный    эксцентриситет продольной силы относительно оси Х, принимаемый с соответствующим знаком (Р_а и М_н — расчетные значения начальной продольной силы и момента); — эйлерова сила для основного стержня - момент инерции; расчетная длина основного стержня).

           При усилении центрально сжатого элемента начальный эксцентриситет равен

     

, (2)

     где — случайный начальный относительный эксцентриситет, определяемый по графику (рис. 6); и — момент сопротивления и ядровое расстояние для крайних волокон усиливаемого элемента.

     2. При заданной внешней нагрузке определяют возможность усиления основного стержня:

     

 (3) 

     

     где — характеристики усиливаемого элемента; ординаты наиболее удаленных волокон сечения относительно оси x^ос; т_с — коэффициент условий работы; — расчетное сопротивление материала основного стержня; k = 0,6 — коэффициент ограничения напряжений при усилении ненапряженными элементами с применением сварки.

     Для центрально сжатых элементов проверка производится в плоскости максимальной гибкости, для внецентренно сжатых — в плоскости действия момента. Если хотя бы одно из условий не выполняется, необходима разгрузка элемента.

     3. Определяют прогиб усиленного  элемента:

     при присоединении элементов   усиления к плоским  поверхностям

     

; (4)

     при присоединении к  вогнутой и выпуклой поверхности

     

,  (5) 

     где å J^ус —сумма моментов инерции элементов усиления относительно их собственных осей, параллельных оси х; J^ус — момент инерции усиленного стержня; N_э=п²ЕJ/1² — эйлерова сила усиленного стержня.

           4. Выполняют расчет прикрепления элементов усиления.

     Расчет  швов на сдвигающие усилия

     

, (6)

     где Q_mах— максимальная поперечная сила; S_x^ус — статистический момент элемента усиления относительно оси х; а_ω — шаг шпоночного шва.

           Минимальная длина  прерывистых швов

     

+1см,   (7)

     где a — коэффициент, учитывающий распределение усилий между швами элемента усиления;   — коэффициенты, определяемые по СНиП II-23—81 (п. 11.2); — расчетное сопротивление углового сварного шва.