Mateusz Kuśnierek, Maciej Maciejak I rok (stuia II stopnia) Koło Naukowe KONKRET przy Katerze Konstrukcji Betonowych Politechnika Wrocławska Opiekun naukowy referatu r inż. T. Trapko METODY WZMACNIANIA KONSTRUKCJI STALOWYCH STRENGTHENING OF STEEL STRUCTURES CONCEPTS AND THEIR APPLICATIONS 1. Wprowazenie O łuższego okresu czasu można zaobserwować fakt skupienia się przemysłu buowlanego na czynnościach związanych z moernizacją i wzmacnianiem konstrukcji stalowych. Powoem tego jest zły stan techniczny istniejących obiektów, częste awarie prowazące o przekroczenia stanów granicznych nośności czy użytkowalności. Ponato w wielu obiektach konieczne są zmiany technologiczne, tożsame ze zmianą sposobu eksploatacji oraz zmianą wartości obciążeń. Wzmacnianie konstrukcji to nic innego jak zespół wszelkich ziałań mających zapewnić alszą, bezpieczną jej eksploatację, gy przestaje spełniać warunki wytrzymałości, stateczności czy sztywności. Działania te obejmują prace przeprojektowe, projekt wzmocnienia i jego realizację. Projekt i realizacja wzmocnienia istniejących konstrukcji stalowych jest z reguły truniejsze niż projektowanie i wykonanie nowych elementów i ich połączeń. Prze przystąpieniem o próby wzmacniania konstrukcji, należy okłanie przeanalizować opłacalność ekonomiczną przesięwzięcia oraz możliwość jego wykonania. Niejenokrotnie okazuje się, że zmiany które zaszły w strukturze stali nie pozwalają na zabieg jej wzmocnienia. Często mamy z tym przypakiem o czynienia w konstrukcjach narażonych na bezpośrenie oziaływanie śroowiska atmosferycznego i niezabezpieczonych w opowieni sposób prze korozją. Stopień zużycia stali jest wtey na tyle uży, że wzmocnienie jest niemożliwe. Należy też pamiętać, iż stare elementy które skoroowały mają negatywny wpływ na nowe elementy. Ponato projekt wzmocnienia i jego realizacja powinny być zgone z obowiązującymi przepisami normowymi. Wszelkie ostępstwa wymagają orębnej analizy i muszą być uwzglęnione w obliczeniach. Prace moernizacyjne, szczególnie te związane ze wzmacnianiem konstrukcji, różnią się o innych prac buowlanych. Potrzebne są tu specjalistyczne opinie i opowienie obliczenia, a pewne komplikacje wynikają z faktu, że roboty prowazone są niekiey na terenie czynnych zakłaów przemysłowych, gzie ostęp o placu buowy jest utruniony. Ponato roboty te są prowazone często na użych wysokościach lub przy ograniczonym ostępie o elementów konstrukcji. Należy również pamiętać o tym, że wzmacnianie konstrukcji obywa się po częściowym, a niekiey nawet po znacznym jej obciążeniem. Wszystkie te czynniki wpływają na większe nakłay kosztów oraz większą pracochłonność niż w przypaku robót buowlanych obejmujących takie same zakresy przy wznoszeniu nowych obiektów. Ponato okoliczności te wpływają na to, iż ustalenia inwentaryzacyjne mogą być obarczone błęami, czego należy być świaomym.
2. Przyczyny wzmacniania Do głównych powoów konieczności wzmacniania konstrukcji można zaliczyć: błęy projektowe i wykonawcze (zarówno na etapie proukcji jak i montażu np. za uże ochyłki), awarie i uszkozenia konstrukcji obiektu (mechaniczne, ubytki korozyjne itp.), uszkozenia konstrukcji w wyniku niewłaściwej eksploatacji, potrzebę moernizacji obiektu (wprowazenie suwnic, zmianę częściową lub całkowitą przeznaczenia obiektu, wzrost obciążeń eksploatacyjnych itp.), zmianę strefy obciążeniowej (np. śniegowej czy sejsmicznej itp.). Zakres robót jest oczywiście uwarunkowany stopniem uszkozenia czy wielkością przewizianych zmian, latego czas robót może być barzo zróżnicowany w poszczególnych przypakach. Czynnikiem, który ecyuje o ługości robót są też warunki atmosferyczne, bowiem na ogół tego typu prace wymagają ściśle określonych temperatur. 3. Prace przeprojektowe Poejmując się moernizacji, wzmacniania istniejącego obiektu stalowego należy w szczególności okonać: a) oceny stanu technicznego istniejącego obiektu (kontrola zgoności z okumentacją projektową), oceny przyatności konstrukcji nośnej o nowych warunków eksploatacji oraz oceny stopnia zużycia korozyjnego (zmiana charakterystyki wytrzymałościowej stali), b) otworzenia przebiegu eksploatacji obiektu, w tym: - należy sprawzić czy konstrukcja była narażona na obciążenie ynamiczne (cykliczne) powoujące,,zmęczenie konstrukcji (pęknięcie zmęczeniowe), tym samym należy uwzglęnić stopień zużycia zmęczeniowego tych elementów konstrukcji, które były narażone na obciążenie cykliczne, - wystąpienie pożarów, awarii technologicznych itp. lokalne przegrzanie konstrukcji, tym samym zmiana struktury stali (możliwość kruchego pękania np. spoin nagle ochłozonych), - możliwość stanów przeciążeń awaryjnych niewioczne lokalne uplastycznienie stali, - obyte remonty, przeprowazone zmiany itp. c) prawiłowego sprecyzowania przyszłych założeń eksploatacyjnych, jenocześnie okonując oceny wpływu oziaływań temperatury pochozenia klimatycznego i technologicznego na nową konstrukcję w obiekcie, bowiem istnieje możliwość wzrostu naprężeń: l σ = ε E = E = α t T E l (1) ) szczegółowej oceny nośności połączeń elementów konstrukcyjnych, e) inwentaryzacji geometrii ustroju nośnego i obciążeń o charakterze stałym, f) oceny możliwości skutecznego zabezpieczenia antykorozyjnego skoroowanych elementów oraz elementów oanych, g) baań laboratoryjnych elementów konstrukcyjnych w celu wykrycia ewentualnych wa wewnętrznych. Każy z wyżej wymienionych kroków jest istotny, bowiem tylko okłane rozpoznanie i analiza konstrukcji gwarantuje sukces. W przypaku oceny polegającej jeynie na oglęzinach zewnętrznych i pomiarze okształceń często po wzmocnieniu może ochozić o kolejnych uszkozeń czy awarii. Następnym ważnym krokiem jest opracowanie wytycznych przeprowazenia robót, z uwzglęnieniem przepisów BHP. Autor projektu wzmocnienia powinien ściśle nazorować prace buowlane. Z uwagi na to, iż prace te są często prowazone po znacznym obciążeniem, wszelkie roboty spawalnicze powinny
obywać się po okiem specjalisty spawalnika, który potrafi ocenić wpływ procesu spawania na nośność konstrukcji. W przypaku spawania starych stali z pierwszej połowy XX wieku może ochozić o gwałtownego wzrostu kruchości na skutek procesów termicznych, latego konieczna jest szczegółowa analiza skłau chemicznego i struktury takiej stali oraz baania wytrzymałościowe, zwłaszcza baanie uarności. 4. Metoy wzmacniania konstrukcji stalowych Istnieje wiele meto wzmacniania konstrukcji. Należy pamiętać o tym, że każy przypaek należy rozpatrywać inywiualnie w celu wyboru najlepszej metoy, zarówno po wzglęem ługości planowanych robót jak i ekonomicznym. Barzo często kryterium ecyującym o wyborze metoy jest możliwość wykonania wzmocnienia beż ograniczenia procesów technologicznych w anym zakłazie, bąź też ograniczania ich w minimalnym stopniu. W praktyce jest to jenak trune o wykonania, gyż zazwyczaj część powierzchni buynku wymaga wyłączenia z eksploatacji. Należy ążyć o tego, aby roboty buowlane były proste, ekonomiczne, szybko realizowane przy wykorzystaniu najskuteczniejszych śroków. Dzięki swoim zaletom m.in. jenakowej wytrzymałości na rozciąganie i ściskanie, lekkości czy wysokim stopniem prefabrykacji stal jest materiałem świetnie naającym się o prowazenia tego typu robót. 4.1. Szukanie rezerwy nośności istniejącej konstrukcji Rezerwę nośności istniejącej konstrukcji można czasami uzyskać zięki prostym zabiegom technicznym m.in.: - przesunięciu elementów wyposażenia, urzązeń i maszyn itp., - emontażu zbęnych urzązeń, - zastąpieniu elementów cięższych elementami lekkimi (np. betonowe płyty korytkowe lekkimi płytami warstwowymi, zamiana świetlików na sztuczne oświetlenie), - ograniczeniu możliwości zbliżania się wózka suwnicy o belki posuwnicowej przez zastosowanie ograniczników (ociążenie belek posuwnicowych i słupów). Niekiey, biorąc po uwagę wzglęy proukcyjne zakłau powyższe rozwiązania mogą okazać się niemożliwe. W szczególności metoa ta jest wykorzystywana, gy nie ma możliwości ojścia o przeciążonych elementów oraz gy wprowazenie oatkowych elementów przeszkozi w eksploatacji obiektu. 4.2. Szukanie tzw. obliczeniowej rezerwy nośności istniejącej konstrukcji Dokonując szczegółowej analizy obliczeniowej istniejącej konstrukcji w oparciu o obowiązujące normy, można wpłynąć na poprawę oceny nośności istniejących konstrukcji. Dzięki takim ziałaniom niejenokrotnie można zapobiec zbęnym robotom buowlanym, które wynikałyby z potrzeby ich wzmocnienia bez uwzglęnienia tej rezerwy. Rezerwą tą można uzyskać m.in. poprzez: - ocenę nośności połączeń i konstrukcji weług aktualnych przepisów normowych, - inwentaryzację rzeczywistych obciążeń oraz weryfikację rzeczywistego schematu statycznego z uwzglęnieniem poatności węzłów ukłau, - wykorzystanie rezerwy plastycznej konstrukcji, - uwzglęnienie stanu nakrytycznego ścianek ściskanych przekroju. 4.2.1. Ocena nośności połączeń i konstrukcji weług aktualnych przepisów normowych Wiele konstrukcji wzniesionych w pierwszej połowie XX wieku, pomimo zużycia jej elementów i wystąpienia uszkozeń, może mieć znaczne zapasy nośności jeśli oceniano je na postawie aktualnych norm. W projektach obiektów z tego okresu stosowano uże
współczynniki ynamiczne, niejenokrotnie zawyżoną ocenę obciążeń oraz niskie naprężenia opuszczalne. Uprzenio jenak należy zbaać przyatność starych stali o moernizacji czy wzmacniania elementów konstrukcji. Decyzja o pojęciu prac buowlanych powinna opierać się nie tylko na aktualnych właściwościach starych stali, ale także uwzglęniać fakt alszego starzenia się materiału. 4.2.2. Inwentaryzacja rzeczywistych obciążeń oraz weryfikacja rzeczywistego schematu statycznego z uwzglęnieniem poatności węzłów ukłau Przy projektowaniu obiektów niejenokrotnie przyjmuje się uproszczone sposoby ich obliczeń, ające oszacowania nośności. Działanie takie sprawia, że w rzeczywistości konstrukcja ma większe zapasy nośności niż to wynika z wcześniejszych obliczeń. Dokonując szczegółowej analizy konstrukcji wraz z uaktualnioną inwentaryzacją obciążeń można okryć znaczne rezerwy nośności. Znaczące różnice wyników można otrzymać np. uwzglęniając poatności węzłów ukłau, o których świaczą licznie przeprowazone baania. Wyniki tych baań jenoznacznie wskazują, iż większość rozwiązań konstrukcyjnych węzłów oznacza się pewną okształcalnością. Przy założeniu węzłów sztywnych przeciążenie konstrukcji często ma miejsce w strefach przywęzłowych prętów. Przeprowazając analizę tej samej konstrukcji z uwzglęnieniem poatności węzłów, może się okazać, że konstrukcja w tej strefie spełnia stan graniczny nośności. Należy jenak pamiętać o sprawzeniu stref przęsłowych belek czy stref poporowych słupów, gzie przy założeniu poatności węzłów rośnie wytężenie. Ponato należy skontrolować stan graniczny użytkowalności, bowiem rosną przemieszczenia konstrukcji. 4.2.3. Wykorzystanie rezerwy plastycznej konstrukcji Polska norma PN-90/B-03200 [6] wyróżnia rezerwę plastyczną konstrukcji na wóch poziomach, mianowicie rezerwę plastyczną przekroju oraz rezerwę plastyczną ukłau konstrukcyjnego. Teoria ta opiera się o fakt, iż stal jest materiałem o obrych własnościach plastycznych, jej wyłużalność zazwyczaj wynosi A 5 =18-26% i może ochozić nawet o 40%. W wyniku częściowego uplastycznienia przekroju nie następuje wyczerpanie jego nośności oraz w konstrukcjach statycznie niewyznaczalnych uplastycznienie jenego przekroju nie świaczy o wyczerpaniu nośności całej konstrukcji. Wykorzystanie tego zapasu nośności jest możliwe tylko i wyłącznie w ściśle określonych warunkach wymienionych w PN- 90/B-03200. 1) 2) 3) - - - M M el =W M el-pl M pl =W pl + + + Rys. 1. Stany wytężenia przekroju zginanego Z rezerwy nośności przekroju przy zginaniu można skorzystać, gy przekrój jest klasy 1 lub 2, występują wyłącznie obciążenia statyczne (brak obciążeń ynamicznych, zmęczeniowych) oraz, gy zginanie następuje w płaszczyźnie symetrii przekroju (brak skręcenia). Nie można wykorzystać tej rezerwy w przypaku elementów hybryowych, ażurowych, smukłych blachownic czy elementów z kształtowników giętych na zimno, bowiem
ich rezerwa plastyczna jest znikoma lub ze wzglęu na stateczność miejscową może nie ochozić o jej wykorzystania. 4.2.4. Uwzglęnienie stanu nakrytycznego ściskanych ścianek przekroju Obliczeniowe wzmocnienie elementu można osiągnąć także w przypaku przekrojów klasy 4. W tym celu analizuje się przekrój w stanie nakrytycznym, który opuszcza, w przeciwieństwie o stanu krytycznego, sprężysto-plastyczne okształcenia ścianek. Do obliczenia nośności wykorzystuje się cechy geometryczne przekroju współpracującego. Rozkła naprężeń w śroniku w stanie nakrytycznym Rys. 2. 4.3. Stworzenie możliwości przestrzennej pracy konstrukcji Stworzenie możliwości przestrzennej pracy konstrukcji ma sens w przypaku obciążenia lokalnego np. suwnicy czy wciągarki. Przykłaem tego typu wzmocnienia jest zastosowanie stężenia połaciowego połużnego w hali z transportem suwnicowym. Stężenie traktuje się jako element sprężysty rozzielający obciążenie poziome na kilka ram poprzecznych. W ten sposób nie tylko ogranicza się przemieszczenie poziome ram poprzecznych, ale też zmniejsza siły wewnętrzne w słupach. W przypaku możliwości wystąpienia nierównomiernych osiaań należy unikać tego rozwiązania, bowiem powstaną oatkowe siły wewnętrzne we wprowazonych elementach obciążające oatkowo konstrukcję. 4.4. Zmiana schematu statycznego ustroju nośnego Zmianę schematu statycznego ustroju nośnego można uzyskać przez: - wprowazenie oatkowych popór, elementów stężających, wbuowanie oatkowych prętów wewnątrz ustroju, wbuowanie oatkowych pasów, zastosowanie zastrzałów itp., - uciąglenie elementów konstrukcji, - usztywnienie węzłów ram, - przekształcenie w ukła kratowy. Metoa ta jest chętnie wykorzystywana w przypaku znacznego wzrostu obciążeń na całej konstrukcji czy potrzeby zwiększenia rozpiętości poszczególnych elementów. Poprzez zmianę schematu statycznego można okonać barzo korzystnej reystrybucji sił wewnętrznych oraz ograniczyć ugięcia o obciążeń oatkowych. Znaczne zwiększenie nośności uzyskuje się zmniejszając ługość wyboczeniową prętów ściskanych lub ługość zwichrzeniową belek. Należy jenak pamiętać o tym, iż niektóre elementy konstrukcji w wyniku zmiany schematu statycznego mogą być barziej wytężone niż prze wzmocnieniem oraz, że znak sił wewnętrznych może ulec zmianie. Ponato zastosowanie tej metoy wiąże się często z ograniczeniem powierzchni użytkowej, zmianą zagospoarowania buynku, oatkowymi i ługotrwałymi robotami buowlanymi.
Przykłaowe wzmocnienia konstrukcji przez zmianę schematu statycznego: oany słup wzrost sił Rys. 3. Wzmocnienie rygla kratowego przez wprowazenie oatkowej popory Rys. 4. Zabuowanie oatkowych prętów i stężeń prętów ściskanych W obu powyższych przypakach poprzez wprowazenie oatkowych elementów zmniejszono ługości wyboczeniowe w opowienich płaszczyznach, opowienio pasa górnego wiązara kratowego i słupa, zięki czemu uzyskano zwiększenie nośności. Rys. 5. Wzmocnienie konstrukcji przez przekształcenie w kratownicę 4.5. Regulacja stanu naprężeń Rys. 6. Uciąglenie belek swobonie popartych Regulację stanu naprężeń można zrealizować różnymi sposobami, w tym: - przez zmianę położenia popór (wyrównanie momentów w przęśle i na poporze) Rys. 7. Rozkła sił wewnętrznych a) prze i b) po opuszczeniu popory
- przez sprężanie za pomocą czynnego naciągu kabli lub przy zastosowaniu rozpór oraz sprężanie bezcięgnowe (np. termiczne). Generalnie rzecz ujmując sprężanie polega na wprowazeniu o konstrukcji lub jej części naprężeń o znaku przeciwnym o naprężeń normalnych i stycznych wywołanych obciążeniem stałym lub zmiennym. Po zsumowaniu się tych naprężeń następuje regulacja ich stanu w poszczególnych przekrojach. W przypaku wzmocnienia za pomocą cięgien o ługości trasy i miejscu ich zakotwienia ecyuje nie tylko planowany rozkła naprężeń w elemencie, ale także łatwość zlokalizowania zakotwienia cięgien i przeprowazenie ich naciągu. Rys. 8. Wzmocnienie konstrukcji poprzez zastosowanie sprężania za pomocą cięgna i rozpory - przez przemieszczanie obciążenia, przyłożenie oatkowego obciążenia itp. 4.6. Zwiększenie przekrojów elementów, węzłów i połączeń rozpór Wzmacnianie przekrojów elementów konstrukcji stalowych poprzez zwiększenie przekroju jest zabiegiem, który nawet przy całkowitym ociążeniu powiększa ryzyko zawoności ustroju konstrukcyjnego wynikające z ujawnienia się wa materiałowych, lokalnego spiętrzenia naprężeń, nieuniknionych skutków procesu spawania lub wykonywania otworów o oatkowych łączników mechanicznych. Z tego powou wzmacnianie przekrojów elementów powinno być stosowane opiero wówczas, gy ocena stanu bezpieczeństwa oraz okłana analiza konstrukcji, jej połączeń i obciążeń wykaże, że jest to niezbęny i jeyny sposób zapewnienia bezpieczeństwa obiektu. Doatkowym mankamentem tej metoy jest stosunkowo uży nakła pracy. Wzmacnianie konstrukcji wspomnianą metoą niesie ze sobą wiele problemów. Do najważniejszych można zaliczyć truności w określeniu rzeczywistej nośności nowo powstałego przekroju oraz prawiłowe skonstruowanie nowych przekrojów i węzłów. Należy także zwrócić uwagę na klasę przekroju, która po wzmocnienie może ulec zmianie. Powiększenie przekrojów elementów obywa się z reguły przez ospawanie nowych części z kształtowników walcowanych na gorąco lub blach grubych, zecyowanie rzaziej przez łączenie śrubami. Zalecenia jakie powinny zostać spełnione w trakcie procesu wzmacniania zawarte są w [1]. Do najważniejszych można zaliczyć zachowanie pierwotnego śroka ciężkości w elementach ściskanych i rozciąganych, maksymalne ociążenie konstrukcji w procesie wzmacniania na poziomie naprężeń nie przekraczających σ 0,4 w przypaku spawania. Ponato zaleca się stosowanie spoin pachwinowych połużnych, ukłaanych w pozycji nabocznej lub pionowej. Doatkowo stara się unikać wzmacniania przez zwiększenie przekroju konstrukcji silnie obciążonych w sposób ynamiczny lub polegający intensywnemu zmęczeniu wysokocyklowemu materiału. Wyczerpanie nośności elementów i połączeń takich konstrukcji następuje w stanie sprężystym, często w sytuacjach, które spowoowały utratę plastycznych właściwości materiału, przy czym spawanie i kształty nowych części przekroju wprowazają karby i związaną z nimi użą koncentrację naprężeń. Wzmacnianie elementów poprzez zwiększenie przekroju zostanie szczegółowo omówione na przykłazie elementów ściskanych osiowo. Przykłay wzmacniania takich elementów znajują się na rys. 9.
a) b) c) ) e) f) g) h) Rys. 9. Przykłay wzmocnienia elementów ściskanych osiowo Warto zwrócić uwagę, iż przestawione formy wzmocnienia oprócz zwiększenia pola powierzchni, zwiększają również sztywność takiego pręta. Obliczenia takich elementów oparte są na wóch hipotezach: a) obliczenia otyczą fazy pracy sprężystej elementy oane (wzmacniające) przejmują tylko siły o obciążeń przyłożonych po wzmocnieniu, b) obliczenia otyczą fazy pracy plastycznej elementy oane, jak też przekrój wzmacniany ulegają częściowemu uplastycznieniu, co powouje, że wspólnie przenoszą siły wewnętrzne, występujące w obu fazach obciążenia konstrukcji (prze i po wzmocnieniu). Obliczanie wzmocnień z uwzglęnieniem fazy plastycznej zapewnia większe oszczęności materiału niż ich obliczanie z uwzglęnieniem jeynie fazy sprężystej. Niemniej jenak stosowanie tych założeń możliwe jest po spełnieniu szczegółowych warunków la elementów po obciążeniem statycznym, zabezpieczonych prze utratą stateczności ogólnej i miejscowej. Nośność nowo powstałego przekroju przy wykorzystaniu obliczeń la fazy sprężystej wynosi: σ = N s + A ϕ ( A s s N m + A ) ϕ f (2) Nośność nowo powstałego przekroju przy wykorzystaniu obliczeń la fazy plastycznej wynosi: N s + N σ = m ( A + A ) ϕ s f (3) Objaśnienie o wykorzystanych wzorów: N s - wartość obliczeniowa siły osiowej o obciążeń ziałających w chwili wzmocnienia, N - wzrost wartości obliczeniowej siły osiowej, A s - powierzchnia przekroju postawowego, A - powierzchnia przekroju części oanych, φ - współczynnik wyboczeniowy la przekroju wzmocnionego, m - współczynnik warunków pracy (przyjmuje wartości pomięzy 0,75-0,9). 4.7. Inne metoy wzmacniania Oprócz wyżej wymienionych,,,traycyjnych meto wzmacniania, można wyróżnić jeszcze wzmacnianie słupów wstępnie sprężonymi rurami teleskopowymi czy wzmacnianie
betonem. Pierwsza z tych meto jest jenym z najbarziej skutecznych sposobów ociążenia konstrukcji ściskanych (zatem ich wzmocnienia), stosowana często przy ograniczonych możliwościach ociążenia konstrukcji. Główną zaletą tej metoy jest fakt, iż nie zachozi konieczność przerwania procesów proukcyjnych w zakłazie na czas prowazenia robót. Ponato charakteryzuje się ograniczonymi o minimum robotami buowlano-montażowymi oraz maksymalnym wykorzystaniem materiału wzmocnienia, który włącza się o współpracy z poporą natychmiast po zamontowaniu. Iee obu meto są przestawione w publikacji [5]. 5. Analiza wzrostu nośności pręta ściskanego osiowo po zaproponowanych metoach wzmocnień W celu zobrazowania zaganienia wzmacniania konstrukcji stalowych postanowiono rozpatrzeć wzmocnienie słupa stalowego ściskanego osiowo (słup pomięzy węzłami 1-2). Schemat statyczny rozpatrywanego przykłau znajuje się na rys. 10. Założono, że nośność stropu zależy wyłącznie o nośności rozpatrywanego słupa. Zaproponowano 4 formy wzmocnienia: zmiana schematu statycznego, zmniejszenie ługości wyboczeniowej, regulacja stanu naprężeń oraz oanie przekroju. Do analizy obliczeniowej wykorzystano programy Sofistik i Robot. Wyniki oraz uwagi zestawiono w tab. 1. Rys. 10. Schemat statyczny rozpatrywanej konstrukcji Tab.1 Wzrost nośności słupa w zależności o sposobu wzmocnienia Forma wzmocnienia Maksymalna wartość q tech. * [kn/m 2 ] Wzrost nośności [%] Uwagi Zmiana schematu statycznego, poprzez zmianę zamocowania przegubowego belki na sztywne w węzłach 4 i 5. Zmniejszenie ługości wyboczeniowej poprzez zastosowanie mieczy stalowych w oległości 2,0m o miejsca poarcia słupa w stropie. 7,62 8,8 7,60 8,14** 8,5 16,3** Wymagany jest zapas nośności w słupach pomięzy węzłami 3-4 i 5-6. Zmiana sposobu pracy la belki stropowej w strefie przy zmienionych węzłach. W wypaku obciążenia niesymetrycznego stropu, słup może zostać oatkowo zginany.
Regulacja stanu naprężeń poprzez skrócenie wzmacnianego słupa o: a) 3cm b) 5cm Zwiększenie przekroju poprzez oanie wóch płaskowników przyspawanych symetrycznie o półek: a) Analiza sprężysta b) Analiza plastyczna 6. Posumowanie 7,34 7,57 4,8 8,1 Wymagany jest zapas nośności w słupach pomięzy węzłami 3-4 i 5-6. Założono ociążenie słupa w czasie procesu wzmacniania na poziomie 60% wartości maksymalnej. 8,85 26,5 10,22 46,0 * wartość postawowa (prze wzmocnieniem) wynosi 7,0 kn/m 2 **wartości otrzymane przy założeniu, że 30% obciążenia zmiennego występuje na całej powierzchni stropu Wzmacnianie konstrukcji stalowych jest zaganieniem znacznie truniejszym niż wznoszenie nowego obiektu, zarówno na poziomie projektu jak i realizacji. Niezależnie o przyczyny wywołującej potrzebę wzmocnienia, należy ążyć o jego realizacji przy minimalnym nakłazie kosztów. Wybór metoy wzmacniania konstrukcji zależy o konkretnych warunków eksploatacji i potrzeb lub ograniczeń w prowazeniu robót. Niejenokrotnie proste rozwiązania z punktu wizenia reguł statyki są trune przy realizacji, tym samym stają się nieopłacalne. Każy przypaek wymagający wzmocnienia należy traktować inywiualnie, okonując szczegółowej analizy historii pracy konstrukcji. W pierwszej kolejności należy sprawzić możliwość obliczeniowego wzmocnienia, a opiero potem w przypaku niemożności jego zastosowania uciekać się innych meto. Każa zmiana wprowazona o konstrukcji powinna być okłanie przeanalizowana, w szczególności należy uwzglęnić wpływ temperatur pochozenia klimatycznego i technologicznego na bezpieczną eksploatację obiektów po ich wzmocnieniu. 7. Bibliografia [1] Bróka J.: Przebuowa i utrzymanie konstrukcji stalowych. Wy. Mostostal-Projekt S.A. Politechnika Łózka, Warszawa-Łóź 1995. [2] Hotała E., Rykaluk K.: Zaganienia trwałości stalowych konstrukcji w zmoernizowanych obiektach energetycznych. Przeglą buowlany, nr 5/2010. [3] Kazek M.: Wzmocnienie konstrukcji stalowych poprzez zmianę schematu statycznego. XXIII Ogólnopolska Konferencja Warsztat pracy projektanta konstrukcji. Szczyrk, 5-8 marca 2008 roku. [4] Łaguna J.: Naprawa i wzmacnianie konstrukcji stalowych przez zmianę przekroju (problemy obliczeniowe i konstrukcyjne). XXIII Ogólnopolska Konferencja Warsztat pracy projektanta konstrukcji. Szczyrk, 5-8 marca 2008 roku. [5] Masłowski E., Spiżewska D.: Wzmacnianie konstrukcji buowlanych. Arkay, Warszawa 2000. [6] PN-90/B-03200. Konstrukcje stalowe. Obliczenia statyczne i projektowanie. [7] Rykaluk K.: Konstrukcje stalowe. Postawy i elementy. Dolnośląskie Wyawnictwo Eukacyjne, Wrocław 2006. [8] Ziółko J.: Utrzymanie i moernizacja konstrukcji stalowych. Arkay, Warszawa 1991. [9] Ziółko J., Supernak E.: Właściwości techniczne stali w buynkach z przełomu XIX i XX wieku. Przeglą buowlany, nr 5/2010.