Кога е нужно конструктивно усилване?
Конструктивното усилване (structural strengthening, retrofitting) е необходимо при: промяна на предназначението (по-тежко натоварване), несъответствие с актуалните норми (особено при сеизмични изисквания), увреждане на конструктивни елементи (корозия на армировката, пожар, авария), надстрояване (добавяне на нови нива), и при установени строителни дефекти (недостатъчна армировка, ниско качество на бетона). В България масовото панелно строителство от 1960–1990 г. е значителен обект за сеизмично усилване поради несъответствие с актуалния Еврокод 8.
Методи за усилване на греди и плочи
CFRP ленти и тъкани (Carbon Fiber Reinforced Polymer)
Въглеродните влакна (CFRP – Carbon Fiber Reinforced Polymer) са съвременният революционен материал за усилване. Тънки ленти или тъкани от въглеродни влакна, залепени с епоксидно лепило по долната повърхност на гредата или плочата, поемат допълнителни опъни – увеличавайки носимостта при огъване с 30–100%.
Предимствата са значителни: много висока якост на опън (3000–4000 MPa – 3–4 пъти по-висока от стомана), изключително ниско тегло, корозионна устойчивост и минимална промяна на размерите на елемента. Лесен монтаж без тежка техника. Ограничения: висока цена, чувствителност към удар и UV без защитно покритие, и необходимост от опитни изпълнители и стриктен контрол на лепилото.
GFRP (Glass Fiber) тъкани
По-евтина алтернатива на CFRP е стъклофазерното армиране (GFRP). По-ниска якост и по-голяма деформируемост от CFRP, но значително по-евтини. Подходящи за усилване при по-умерени изисквания.
Допълнителна армировка и нов бетон
Класическото усилване – добавяне на нова армировка и нов бетонен слой (shotcrete или монолитен) – е доказан и надежден метод. Недостатък: значително увеличение на тежестта и на размерите на елемента. При плочи – нов пласт 50–80 мм отгоре с допълнителна армировка.
Постнапрягане
При добавяне на постнапрегнати кабели (вземи или залепени), подадени под предварително напрежение, на зоната с дефицит на носимост, се постига усилване при огъване и срязване. Прилага се при мостове и при голяма разпролетени конструкции.
Методи за усилване на колони
Стоманено обвиване (Steel Jacketing)
Стоманените ъглови профили (ъгълници или листова ламарина) се монтират в ъглите на колоната и се свързват с хоризонтални стоманени пояси с болтове. Резултатът: „ризата" от стомана увеличава носимостта при натиск и значително подобрява пластичността (при сеизмично натоварване). Ефективен, доказан метод, широко прилаган при сеизмично укрепване на старо панелно строителство.
Стоманобетонно обвиване (Concrete Jacketing)
Нов стоманобетонен слой (80–150 мм) с нова армировка се отлива около съществуващата колона. Значително увеличава носимостта, но и тежестта и размерите. При сградите с недостатъчно гъвкавост – усилва цялостната сеизмична носимост. Изисква добра подготовка на съществуващата повърхност (пясъкоструене).
FRP обвиване (FRP Wrapping)
Обвиването на колоната с CFRP или GFRP тъкани значително увеличава пластичността (ductility) – способността на колоната да деформира без провал при сеизмично натоварване. Широко прилагано при сеизмично укрепване на мостови опори в сеизмично активни зони (Калифорния, Япония, Гърция). Не увеличава носимостта при натиск значително, но е революционно за пластичността.
Усилване на стени
Носещите зидани и бетонни стени могат да се усилят чрез: добавяне на стоманена мрежа и торкрет-бетон (shotcrete) от едната или двете страни, залепване на CFRP тъкани за поемане на диагонални сили при сеизмично натоварване, и добавяне на нови стени (shear walls) при недостатъчна хоризонтална носимост на цялата сграда.
Диагностика преди усилване
Преди проектиране на усилването задължително е: обстойна инспекция на конструкцията (визуален преглед, картиране на пукнатини), изпитване на якостта на бетона (склерометрия, карбидна проба, изпитване на извлечени проби), установяване на армировката (GPR, ендоскопия), и конструктивен анализ (проверка на носимостта по актуалните норми). Неправилната диагностика води до неефективно усилване.
Контрол на качеството при усилване
При CFRP усилването: тест на залепването (pull-off test – минимум 1,5 MPa), проверка на непрекъснатостта на лепилото (tap test), и проверка на ориентацията на влакната. При стоманено обвиване: заваряване и болтуване в съответствие с проекта, защитно покритие. При торкрет-бетон: тест на сцеплението с основата (pull-off test), куби за якост.