Поврежденная в колоннах, рамах, фермах и балках, как правило, устраняются: установкой рядом расположенных аналогичных конструкций, разгружающих поврежденную; усилением поврежденного элемента за счет дополнения его элементами из того же металла, прикрепленными с помощью сварки болтов, заклепок; установкой в случае их отсутствия диагональных связей между стропильными фермами как по вертикальной, так и двум горизонтальным плоскостям; полной заменой отдельных связей аналогичным. Перекрытия покрытия, состоящие из стальных балок и арок, кроме того, могут быть усилены связями, удерживающими балки в горизонтальном положении в каждом пролете арки.
Применительно к расчетной схеме здания при усилении металлоконструкций следует выделить два направления - способы усиления без изменения расчетной схемы и способы усиления, которые изменяют расчетную схему. Первое направление предусматривает увеличение сечений элементов, дублирование существующих конструкций, замену существующих конструкций аналогичными новыми. Во всех случаях площади стыковых накладок или профилей должны быть больше или равны площадям выравненных или погнутых участков профилей.
При повреждении в виде местных вмятин, искривлений, пробоин, разрывов и т.д. следует: выполнить правку местных искривлений и вмятин; исправить местную погнутость жестким элементом (рис. 3.38,а-в); усилить деревянными брусьями (в случае невозможности правки, рис. 3.38, г); приварить ребра или накладки, чтобы компенсировать уменьшение площади сечения или нарушение работы конструкции (рис. 3.39, 3.40); сделать вставку в месте разрыва (рис. 3.41); заменить искривленный элемент новым (рис. 3.42). Для составных сварных балок допускается изменять их конструктивную схему устройством подкосов или шпренгелей (рис. 3.43, а. б).
При наличии трещин с сварных швах составных конструкций поврежденный участок вырубается и накладывается новый шов. Если вырубка затруднительна, то поврежденный шов допускается усиливать приваркой листовых подкосов к соединяемым элементам (рис. 3.43, в). При восстановлении отдельных растянутых элементов сквозных конструкций, например, ферм покрытия, решетчатых колонн, связей допускается приваривание круглых стержней (рис. 3.44, а-в). При искривлении отдельного элемента фермы по всей длине усиление осуществляется вставкой с сохранением первоначального сечения элемента или введением дополнительных раскосов и стоек (шпренгелей) для уменьшения его гибкости (рис. 3.44, г).
При значительном количестве повреждений в решетке фермы допускается установка по всей длине фермы или на ее части параллельной решетки, воспринимающей необходимую часть нагрузки (рис. 3.45, а). Увеличение жесткости искривленных стержней сквозных конструкций в случаях, когда необходимость усиления стержней вызвана потерей устойчивости, производится креплением к ним деревянных брусьев или бревен (рис. 3.45, б).
Восстановление поврежденных колонн и стоек, помимо способов, указанных выше, осуществляется: установкой дополнительной стойки для передачи крановой нагрузки (рис. 3.46, б); бетонированием внутреннего пространства между ветвями колонн (рис. 3.46, а). Деформированную колонну можно также усилить постановкой соединительной решетки.
При восстановлении конструкций предусматривается применение сварных конструкций. В необходимых случаях допускается использование болтовых соединений, а также замена заклепочных соединений высокопрочными или обычными болтами. Сварку элементов предусматривают с учетом мероприятий по подготовке восстанавливаемых конструкций к сварочным работам (зачистка, выравнивание краев разрыва элемента и т.д.).
Марку стали новых элементов усиления, заменяющих поврежденные участки, принимают по марке стали восстанавливаемой конструкции. Тип электродов, а также расчетные сопротивления сварных швов должны соответствовать маркам стали свариваемых элементов. Практически можно считать, что металл поврежденных стальных конструкций, не имеющих значительных деформаций, пережогов, трещин, надрывов и других внешних дефектов, сохраняет свои качества и, следовательно, может быть использован без снижения расчетных сопротивлений (допускаемых напряжений).
В деформируемых элементах стальных конструкций от воздействия высоких температур (при пожаре) происходят структурные изменения в металле, ухудшающие его механические свойства. При температуре свыше 1400°С происходит пережог стали. Стальные конструкции, получившие нагрев свыше 1400°С, не пригодны для дальнейшего использования.
При восстановлении разрушенных и поврежденных кровель покрытий с использованием стального профилированного настила и железобетонных плит предпочтение следует отдавать применению стального профилированного настила, обладающего небольшой массой, что особенно важно как при монтаже, так и при использовании его в сейсмических районах. При повреждении или разрушении профилированного настила замену его следует производить отдельными листами. Допускается использование стальных листов, полученных от разборки.
Второе направление усиления металлоконструкций, т.е. с изменением расчетных схем, предусматривает:
- постановку дополнительных опор балочных или рамных систем. В этом случае в решетчатых системах могут меняться знаки усилий в некоторых элементах и для нормальной работы сооружений необходима компенсация нерасчетных осадок или просадок фундаментов упругими системами и контроль за состоянием этих конструкций;
- устройство шпренгельных систем. Такие системы позволяют эффективно использовать несущую способность существующих и новых элементов. Во многих случаях элементы усиления можно монтировать с минимальными ограничениями и перерывами технологического процесса. Однако применение шпренгелей не исключает необходимости усиления отдельных элементов;
- изменение опорных сопряжений однородных конструкций созданием неразрезности. Для этих целей соединяют пояса, вводят надопорные шпренгели, ломаные затяжки;
- регулирование напряжений введением предварительно напряженных конструкций как для отдельных элементов — балок ферм, листовых конструкций, так и для сооружений в целом, (например, усиление балок с помощью затяжки вдоль нижнего пояса). Для сжатия конструкций регулирование усилий применяется при усилении стоек предварительно изогнутыми (искривленными) элементами с последующим их выпрямлением;
- соединение конструкций электросваркой, в результате которой происходит нагрев и снижение несущей способности металла и одновременно перераспределение усилий как по сечению, так и между элементами конструкций; в решетчатых конструкциях при усилении швов наплавкой — до 20%, в сечениях при продольных швах — до 15%, при поперечных швах — более 40%. Для этого случая требования и особенности производства работ изложены в Руководстве;
- соединения на высокоопорных болтах, которые в результате стягивания пакетов создают плавную передачу усилий и обеспечивают эффективное включение в работу соединяемых элементов.
Подъем металлических колонн производится наращиванием анкерных болтов с большим участком по длине, где имеется нарезка, и на эти болты наворачиваются гайки. Металлический башмак изготовляется в соответствии с формой и размерами основного сечения металлической колонны. Затем металлическая колонна поднимается на заданную высоту, а под нее в зазор между домкратами устанавливается металлический башмак.
Если осадка фундамента в основании металлической колонны стабилизировалась, то металлический башмак включается как арматурный элемент в тело нового фундамента. Если осадка фундамента в основании металлической колонны не стабилизировалась, то подводится новый плитный или столбчатый фундамент. В этом случае вместо металлического башмака устанавливается металлическая траверса с домкратами под краями. Домкраты устанавливаются на временные опоры, площадь которых определяется в зависимости от нагрузки на колонну и свойств грунтов основания опор.
К числу наиболее характерных типов металлоконструкций, с усилением которых приходится сталкиваться, относятся следующие: транспортные галереи при ликвидации опирания их на другие сооружения, в том числе по двум концам постановкой дополнительных опор; соответствующее усиление опор, в которых обнаруживается недостаточная несущая способность поясов, а раскосы назначены без учета обжатия; усиление пролетных строений и опорных зон ферм; подкрановые конструкции при устранении в них трещин, особенно на участках примыкания стенки к верхнему поясу; листовые конструкции типа газопроводов и сосудов при усилении их устройством бандажей, вторых кожухов, дополнительных ребер и шпренгелей.