Krzysztof DYDUCH * Wit DERKOWSKI ** Rafał SIEŃKO *** WZMACNIANIE KONSTRUKCJI ŻELBETOWYCH PRZEZ SPRĘŻENIE 1. Przykłady zastosowania wzmocnienia konstrukcji przez sprężenie Poniżej zostaną przedstawione wybrane przykłady zastosowania sprężenia cięgnami stalowymi do wzmocnienia konstrukcji żelbetowych. Realizacje dobrano tak, by podać możliwie szerokie spektrum typów wzmacnianych konstrukcji. Podano przykłady wzmocnień fundamentów budynków, a także fundamentów pod odpowiedzialne maszyny. Opisano wzmocnienia zginanych elementów stropów żelbetowych, dzięki którym możliwe było zwiększenie nośności tych elementów. Wreszcie, zaprezentowano wysoce specjalistyczne konstrukcje wzmacniające, pozwalające na wykonanie kondygnacji podziemnych pod istniejącymi budynkami, czy usunięcie pewnych elementów konstrukcyjnych. Wszystkie opisane realizacje należy traktować jako przykłady możliwości wykonywania wzmocnień różnych typów konstrukcji. Z uwagi na tematykę konferencji, przykłady ograniczono wyłącznie do konstrukcji betonowych i żelbetowych. Jednak wzmocnienie przez sprężenie jest również powszechnie stosowane do konstrukcji murowych czy stalowych. 1.1. Zastosowanie sprężenia do wzmocnienia fundamentu pod turbozespół Problem wzmacniania istniejących fundamentów pod maszyny występuje w praktyce inżynierskiej dosyć często. Na skutek wpływów dynamicznych i termicznych konstrukcje * ** Prof. dr hab. inż., Politechnika Krakowska Dr inż., Politechnika Krakowska *** Dr inż., Politechnika Krakowska 1
fundamentów ulegają zarysowaniu powodując spadek sztywności tych konstrukcji. Zjawisko to ma ujemny wpływ na pracę układu maszyna-fundament i może doprowadzić nawet do zniszczenia urządzenia. Wzmacnianie uszkodzonych fundamentów poprzez iniekowanie rys lub wykonywanie nowego płaszcza żelbetowego najczęściej nie zdaje egzaminu, gdyż taka naprawa nie przywraca pierwotnej monolityczności konstrukcji. Poniżej przedstawiono przykładowo wzmocnienie żelbetowego, ramowego fundamentu pod turbozespół o mocy 55MW i obrotach n = 50 1/s [1]. W wyniku awarii wirnika turbozespołu nastąpiło uszkodzenie konstrukcji fundamentu rys. 1. Rysy obejmowały przede wszystkim dolną, skrzyniową część fundamentu. A-A B-B A A C-C C B C B Rys. 1. Widok uszkodzeń fundamentu pod turbozespół Przyjęto, że naprawa fundamentu zostanie zrealizowana przez jego podłużne i poprzeczne sprężenie. Kable równoległe do długości fundamentu ułożono w większości wewnątrz konstrukcji wykorzystując w tym celu otwory w poprzecznych ścianach rys. 2. Kable zewnętrzne zakotwiono we wspornikowych, stalowych głowicach oporowych. Kable poprzeczne rozmieszczono na całej długości fundamentu prowadząc je w uprzednio nawierconych w ścianach zewnętrznych otworach. Rozmieszczenie cięgien sprężających oraz wartości sił zaprojektowano w taki sposób, aby zapewnić trwałe naprężenia ściskające w przeważającej części konstrukcji. Wzmocnienie spowodowało znaczący wzrost sztywności fundamentu i umożliwiło dalszą, bezpieczną pracę turbozespołu. 2
A 7.60 A-A A 19.05 Rys. 2. Rozmieszczenie cięgien sprężających 1.2. Zmiana parametrów dynamicznych fundamentu Podczas modernizacji zakładu przemysłowego konieczna była wymiana jednej z maszyn. Nowe urządzenie posiadało inne parametry dynamiczne i nie możliwe było jego zamontowanie na istniejącym fundamencie bez modernizacji fundamentu. By wyeliminować możliwość wystąpienia rezonansu układu maszyna-fundament należało powiększyć masę bloku fundamentowego. Zadanie to zrealizowano przez dołączenie do istniejącej konstrukcji nowych bloków fundamentowych. Praktycznie pełną monolityzację obiektu uzyskano poprzez sprężenie kablami rys. 3. Rys. 3. Sposób zwiększenia masy fundamentu pod maszynę Taki sposób połączenia starej i nowej konstrukcji stosowany jest bardzo często przy konieczności powiększania gabarytów elementów danego obiektu. Cięgna sprężające oprócz funkcji połączenia dwóch betonów, powodują znaczny wzrost nośności styku na ścinanie oraz wysoką nośność na zginanie. Tak wysokich parametrów połączenia nie można uzyskać przy zastosowaniu wklejanych prętów zbrojeniowych. 1.3. Wzmocnienie fundamentów ramowych pod piece obrotowe Fundamenty wykonano jako zamknięte ustroje ramowe o szerokości 3m i sztywnych węzłach A i B oraz przegubowym połączeniu w węzłach C i D. Na skutek nieprawidłowości 3
w wyważeniu pieca, przy zmiennie działających obciążeniach o charakterze dynamicznym, powstały w zamkniętych przekrojach rysy rys. 4. Szerokość rys była zmienna i dochodziła do 5mm. Po przeanalizowaniu technicznych możliwości realizacji wzmocnienia przyjęto koncepcję przywrócenia sztywności w węźle B. Rozkład kabli sprężających przedstawiono na rys. 5. Wszystkie kable sprężające kotwione były w specjalnych elementach oporowych połączonych ze zbrojeniem fundamentu. B 550 170 C 170 440 120 A D Rys. 4. Uszkodzenia fundamentu ramowego Rys. 5. Sposób wzmocnienia węzła fundamentu ramowego 1.4. Wzmocnienie starych fundamentów opartych na drewnianych palach Zastosowanie sprężenia wykorzystano przy wzmocnieniu filarów wiaduktu kolejowego posadowionego na palach drewnianych. Kiedy drewniane pale zaczęły próchnieć, zdecydowano przenieść cały ciężar filarów na nowe fundamenty złożone z 16 pali żelbetowych wierconych obok starych pali drewnianych rys. 6. Dla przeniesienia obciążenia z wiaduktu na nowe pale wykonano specjalną konstrukcję żelbetową mającą na celu poszerzenie istniejącego fundamentu. Połączenie starej i nowej konstrukcji wykonano za pomocą kabli sprężających kotwionych w dobetonowywanych elementach. 4
490 260 Rys. 6. Sposób przeniesienia obciążenia na nowe pale żelbetowe 1.5. Wzmocnienie konstrukcji parkingu wielopoziomowego W 1979r. został wybudowany parking wielopoziomowy o konstrukcji żelbetowej, prefabrykowanej i wymiarach rzutu poziomego 120x65m. Belki o rozpiętości 21m i wysokości ok. 90cm zostały zaprojektowane jako elementy kablobetonowe. Na belkach wykonano monolityczną płytę o gr. 11,5cm i rozpiętości 5,8m. Płyta również była elementem sprężonym. Ze względu na uszkodzenia korozyjne niewłaściwie zabezpieczonych cięgien sprężających, wzrost obciążenia użytkowego parkingu oraz zmianę przepisów normowych, konieczne było, w celu dalszego użytkowania obiektu, wzmocnienie jego konstrukcji nośnej. Spośród różnych metod wzmocnienia wybrano jako najkorzystniejsze z punktu widzenia ekonomii zewnętrzne sprężenie cięgnami bezprzyczepnościowymi. Przyjęto, że każda z belek zostanie wzmocniona dwoma cięgnami wielosplotowymi. Małe tarcie pozwoliło na zastosowanie kabli obejmujących jednocześnie dwa przęsła konstrukcji rys. 7. Ze względów technicznych zaprojektowano trasę cięgien jako linię łamaną z dwoma dewiatorami usytuowanymi w środkach rozpiętości belek oraz jednym dewiatorem na wewnętrznej podporze. Na rys. 8 pokazano schematycznie zakotwienie cięgna na podporze oraz konstrukcję dewiatora w środku rozpiętości belek. Obydwa elementy po wykonaniu wzmocnienia zostały obetonowane w celu zabezpieczenia ich przed korozją i pożarem. 5
Rys. 7. Schemat wzmocnienia belek parkingu wielopoziomowego przez sprężenie zewnętrznymi cięgnami bezprzyczepnościowymi Rys. 8. Konstrukcja dewiatora w środku rozpiętości belki oraz zakotwienie cięgna sprężającego Ponieważ niemożliwe było szczegółowe określenie stopnia uszkodzenia cięgien sprężających, a tym samym redukcji siły sprężającej, dlatego przyjęto, że naprężenia ściskające w betonie należy wyznaczyć przy założeniu pierwotnej wartości siły sprężającej. Naciąg nowoprojektowanych cięgien nie mógł spowodować wzrostu naprężeń ściskających betonu powyżej dopuszczalnej granicy. Ponieważ cięgna sprężające prowadzone były na zewnątrz przekroju belek, należało je zabezpieczyć przeciwpożarowo. Przyjęto zabezpieczenie w postaci obetonowania każdego cięgna w taki sposób, by otulina nie była mniejsza od 50mm. Zabezpieczenie antykorozyjne cięgien stanowiły fabryczne osłonki z PCV wypełnione specjalną substancją parafinową oraz otulina betonowa. Całość prac związanych ze wzmocnieniem wykonano bez przerywania funkcjonowania parkingu. 1.6. Wzmocnienie i naprawa konstrukcji żelbetowej budynku uszkodzonego wskutek trzęsienia ziemi Jedenastokondygnacyjny budynek biurowy o szkieletowej konstrukcji żelbetowej został uszkodzony wskutek trzęsienia ziemi. Awariom uległy połączenia słupów ze stropami, słupy, stropy a także pale fundamentowe, dla których na skutek drgań budynku zostało w znaczący sposób zmniejszone tarcie pobocznicy o otaczający grunt. Konieczne było przeprowadzenie globalnej naprawy całego obiektu rys. 9. Wzmocnienie posadowienia budynku zrealizowano przy pomocy dodatkowych pali żelbetowych o średnicy 600mm, ko- 6
twionych na głębokości ok. 20m poniżej poziomu posadowienia. Ze względów technologicznych najkorzystniejsze było zastosowanie pali prefabrykowanych składających się z segmentów o niewielkich długościach rys. 10. Uciąglenie pali oraz ich zakotwienie w warstwach nośnych uzyskano przy pomocy umieszczonych centrycznie splotów wykonanych ze stali wysokowęglowej. Taki sposób wzmocnienia fundamentów miał zapewnić brak lub znaczące ograniczenie przemieszczeń pionowych budynku w poziomie posadowienia. Cięgna sprężające w bardzo dobry sposób pozwoliły przenieść znaczne siły rozciągające w palach wywoływane trzęsieniami ziemi. Rys. 9. Schemat konstrukcji żelbetowej budynku wzmocnionego po trzęsieniu ziemi 7
Rys. 10. Rzut rozmieszczenia dodatkowych pali, oczep pali oraz widok sprężonego pala 1.7. Wzmocnienie prefabrykowanego stropu żelbetowego Ze względu na zmianę sposobu użytkowania obiektu zaistniała potrzeba zainstalowania na dachu jednostki klimatyzacyjnej. Ciężar całego urządzenia wynosił ok. 80kN. Przeprowadzona analiza statyczno-wytrzymałościowa wykazała, że istniejąca konstrukcja żelbetowa nie może przenieść tak znacznego, dodatkowego obciążenia. Zaprojektowano wzmocnienie w postaci zewnętrznych cięgien bezprzyczepnościowych usytuowanych wzdłuż belek, symetrycznie względem ich osi pionowej rys. 11. Ze względu na brak możliwości realizacji zakotwienia na czołach belek prefabrykowanych, siłę sprężającą przeniesiono w sąsiedztwie podpór poprzez ich boczne płaszczyzny. Mocowanie konstrukcji oporowych zakotwień i dewiatorów zrealizowano przy pomocy kotew wklejanych. Rys. 11. Sposób wzmocnienia prefabrykowanej belki żelbetowej 8
Na kolejnym rysunku pokazano przykładowy sposób przeniesienia siły sprężającej na strunobetonową belkę dwuteową oraz płytę prefabrykowaną typu T. W obydwu przypadkach została zastosowana żelbetowa konstrukcja oporowa mocowana do wzmacnianej konstrukcji przy pomocy stalowych śrub. W uzasadnionych przypadkach konstrukcja oporowa może także zostać sprężona poprzecznie prętami o podwyższonej wytrzymałości na rozciąganie rys. 12. Rys. 12. Przykłady konstrukcji oporowych dla zakotwień cięgien sprężających 1.8. Wykonanie konstrukcji wzmacniającej istniejący kościół W XVIII w. został wybudowany kościół, którego część podziemną stanowiła kilka wieków starsza świątynia. Ze względu na ograniczoną wielkość działki pod budowę nowego obiektu, ścianę frontową kościoła oparto na sklepieniu części podziemnej. Sklepienie podparto specjalnie w tym celu wykonaną ścianą murowaną. Podzieliła ona jednak piwnice kościoła na dwie części. Dopiero w XX w., ze względu na historyczną wartość podziemnej świątyni, zdecydowano się rozebrać podtrzymujący mur, zastępując go specjalną konstrukcją z betonu sprężonego. Konstrukcja ta składała się z dwóch podłużnych belek sprężonych połączonych przez poprzecznice rys. 13. Na rys. 14 pokazano przekrój podłużny przez wzmacniającą konstrukcję. 9
11.60 1.97 2.00 1.97 A A Rys. 13. Rzut konstrukcji podtrzymującej ścianę frontową kościoła A-A 0.70 10.00 0.90 1.20 1.80 Rys.14. Przekrój podłużny przez wzmacniającą konstrukcję 1.9. Sprężenie jako metoda przejęcia obciążeń z konstrukcji podczas budowy kondygnacji podziemnych Pochodząca z połowy XIX w. neogotycka katedra wsparta była na murowanych ławach fundamentowych posadowionych na warstwach różnego rodzaju glin. Około 15m niżej znajdowały się utwory skalne o znacznej nośności. W ramach planu rozwoju miasta zaplanowano wybudowanie pod katedrą dwóch podziemnych kondygnacji przeznaczonych prze- 10
de wszystkim na garaże i parkingi. Projekt przewidywał przeniesienie obciążeń z istniejących elementów konstrukcyjnych poprzez sprężony ruszt żelbetowy na pale fundamentowe usytuowane w większości na zewnątrz obrysu obiektu rys. 15. Belki główne o rozpiętości 25,1m posiadały wysokość przekroju poprzecznego równą 1,8m. Belki drugorzędne wykonano o wysokości 1,2m. Wszystkie elementy rusztu zostały sprężone przy zastosowaniu prętów o podwyższonej wytrzymałości. Na rys. 16 pokazano przekrój poprzeczny przez katedrę oraz widok trasy kabli w głównej belce sprężonej. Rys. 15. Widok sprężonej konstrukcji przenoszącej obciążenia na pale fundamentowe 11
Rys. 16. Przekrój przez konstrukcję katedry oraz widok trasy cięgien w głównej belce sprężonej 1.10. Wzmocnienie prefabrykowanych stropów płyta-słup typu IMS System płyt stropowych IMS powstał w Jugosławii w latach 50-tych. Są to stropy sprężone typu płyta-słup, gdzie pola pomiędzy słupami wykonane są z jednego lub większej liczby prefabrykowanych, żelbetowych elementów kasetonowych. Poszczególne elementy stropu połączone są kablami sprężającymi umieszczonymi w osiach siatki słupów. W przypadku, gdy obszar pomiędzy słupami wypełniany jest kilkoma prefabrykatami (zwiększona rozpiętość stropu) dodatkowo stosowano cięgna sprężające w przęsłach, łączące elementy kasetonowe. Na rys. 17. pokazano schemat jednoelementowego stropu (z jednym prefabrykatem) pomiędzy słupami, a na rys. 18 rzut wieloelementowego stropu, o dwukrotnie zwiększonej rozpiętości (4 prefabrykaty w polu między słupami). W części wykonanych budynków z tego typu stropami, po dłuższym okresie użytkowania, stwierdzono korozję cięgien sprężających prowadzącą do znaczącego spadku nośności stropów. Najczęstszą przyczyną takiego stanu były usterki projektowe bądź wykonawcze, w tym stosowanie niewłaściwych materiałów. 12
Rys. 17. Schemat jednoelementowego stropu typu IMS Rys. 18. Rzut wieloelementowego stropu typu IMS Najbardziej efektywnym sposobem wzmocnienia stropów wieloelementowych (również od strony ekonomicznej) było dodatkowe, dwukierunkowe sprężenie płyty stropowej cięgnami bezprzyczepnościowymi, które dzięki swojej konstrukcji są dobrze zabezpieczone antykorozyjnie. Dodatkowe sprężenie może być umieszczone, w zależności od przeznaczenia pomieszczeń znajdujących się pod stropem, wewnątrz przestrzeni kasetonów lub poniżej dolnej powierzchni stropu. 13
1.11. Wzmacnianie dachowych dźwigarów kablobetonowych typu KBO i KBOS W latach 50-tych wprowadzono w Polsce do powszechnego stosowania w budownictwie przemysłowym lekkie prefabrykowane dachowe dźwigary kablobetonowe KBO (jednoczęściowe) i KBOS (wielosegmentowe) o rozpiętościach 15, 18, 21 oraz 24m rys. 19. Pas górny tych dźwigarów miał kształt paraboliczny, dostosowany do linii przebiegu momentów, natomiast pas dolny kształt prostoliniowy. Liczba kabli 12φ5mm (wyjątkowo 18φ5mm) sprężających pas dolny zależała od typu dźwigara. W okresie kilkunastu lat wzniesiono blisko 1000 hal, w których wbudowano ponad 10 000 elementów KBO lub KBOS. Rys. 19. Widok dźwigarów kablobetonowych KBOS-15 i KBOS-24 W czasie wieloletniej pracy dźwigarów ujawniły się w nich zarówno pewne błędy konstrukcyjne i wykonawcze oraz eksploatacyjne. Po przeszło czterdziestu latach użytkowania hal zachodzi w pewnych przypadkach konieczność ich wzmocnienia. Przypadki takie mają miejsce szczególnie, gdy w dźwigarach korozję kabli sprężających lub ich zakotwień i w konsekwencji niebezpieczeństwo zrywania poszczególnych strun sprężających. Podejmujący decyzję wzmocnienia dźwigarów kablobetonowych staje przed wieloma niewiadomymi: jaka jest aktualnie rzeczywista siła sprężająca w dźwigarach, jaki jest stopień uszkodzeń korozyjnych kabli w dźwigarach, w których występowały częste zacieki wód opadowych, jaki jest stan wszystkich zakotwień kabli w aspekcie korozji i jaki jest stopień dokładności wypełnienia przez iniekcję kanałów kablowych jaka jest rzeczywista korelacja pomiędzy pojawieniem się rys w pasach dolnych i przyrostem ugięć dźwigarów, a zagrożeniem bezpieczeństwa dźwigarów, jak zwiększa bezpieczeństwo pracy dźwigarów zaproponowana metoda wzmocnienia. Bardzo efektywną metodą wzmocnienia dźwigarów typu KBO lub KBOS jest zastosowanie kontrolowanego sprężenia pasów dolnych rozłożonymi symetrycznie kablami bezprzyczepnościowymi (rys. 20) o trasie prostoliniowej. Przyjęcie zakotwień gwintowanych pozwala na zmianę parametrów naciągu kabli w czasie w zależności od aktualnego stanu technicznego dźwigarów. Oznacza to, że siła sprężająca wprowadzana jest stopniowo, co wyklucza uszkodzenie konstrukcji na skutek przekroczenia dopuszczalnych naprężeń ściskających w betonie. Prowadzenie systematycznej kontroli stanu technicznego dźwigarów pozwala we właściwym momencie podjąć działania zapobiegające uszkodzeniu lub awarii konstrukcji. Zastosowanie proponowanej metody wzmocnienia umożliwia w każdej chwili zmianę wartości 14
siły sprężającej i tym samym aktywny wpływ na wytężenie całej konstrukcji przekrycia dachowego. Rys. 20. Sposób wzmocnienia dźwigarów kablobetonowymi poprzez kontrolowane sprężenie pasa dolnego przekrój poprzeczny 1.12. Wzmacnianie zapór wodnych Na przełomie XIX i XX w. wybudowano wiele masywnych, wysokich zapór wodnych, głównie o konstrukcji murowanej, kamiennej, ale również betonowych. W procesie projektowania tych zapór nie uwzględniono sił poziomych wywoływanych przez trzęsienia ziemi EQ(H), ani pionowych sił wyporu (uplift). Oba te działania mogą wywoływać duże naprężenia rozciągające, tak więc wiele konstrukcji wymaga wzmocnienia. Na rys. 21 pokazano schemat obciążenia zapory masywnej. Rys. 21. Schemat obciążenia zapory masywnej 15
Część zapór wzmocniono na wypadek trzęsienia ziemi poprzez dociążenie górnej powierzchni. Taki sposób okazał się jednak nieskuteczny, ponieważ dodatkowa masa w górnej części zapory wywoływała zwiększone naprężenia powstałe w wyniku dynamicznej odpowiedzi konstrukcji na obciążenie sejsmiczne. Bardzo często, ze względu na zmianę parametrów elektrowni wodnej, czy potrzebę gromadzenia większych zapasów wody pitnej, powstaje konieczność podwyższenia zapory. Jedną z efektywnych metod wzmocnienia i modernizacji zapór jest dodatkowe sprężenie istniejącej konstrukcji wewnętrznymi pionowymi kablami o zakotwieniu biernym w podłożu skalnym i zakotwieniu czynnym na poziomie korony zapory. Projektowanie cięgien składa się głównie z określenia potrzebnej siły sprężającej z uwagi na stateczność konstrukcji, określenia miejsca zakotwienia kabli w przekroju zapory oraz głębokości osadzenia zakotwień w zaporze. Analizę stateczności zapór wzmacnianych przeprowadza się z uwzględnieniem dodatkowej siły od sprężenia kablami stabilizującymi konstrukcję. Dodatkowo, dzięki sile sprężającej, wzrasta stateczność zapory na przesuw oraz obrót, gdyż zwiększa się suma sił pionowych bez jakiegokolwiek wzrostu sił poziomych. Do wzmocnienia zapór stosuje się pręty lub kable sprężające umiejscowione najczęściej blisko powierzchni obciążonej spiętrzoną wodą. Końce kabli zagłębiane są na kilka do kilkunastu metrów wgłąb skały fundamentowej i szczelnie iniekowane, tworząc ich bierne zakotwienie. Zakotwienia czynne cięgien opierane są na płycie stalowej lub bloku betonowym wykonanym na górnej powierzchni tamy. Tablica 1 przedstawia zestawienie parametrów wzmocnień wybranych zapór. Tablica 1. Zestawienie parametrów wzmocnień wybranych zapór L.p. Nazwa zapory Maksymalna długość cięgna [m] Liczba cięgien Nośność każdego cięgna [kn] 1 Tansa Dam 55 2399 70 2 Walwan Dam 40 292 200 3 Shirwata Dam 76 595 200 4 Tulsi Dam 51 63 200 5 Veer Dam 51 10 50 6 Bhandaradara Dam 133 107 270 7 Koyna Dam 57 60 260 Na rys. 22 pokazano schemat umiejscowienia cięgien sprężających w zaporze Bhandaradara, będącej najwyższą spośród wybranych zapór (83 m powyżej dna rzeki). Stan awaryjny tej zapory stwierdzono w 1968 r., kiedy zauważono znaczące rysy na powierzchni rozciąganej. Zastosowane sprężenie spowodowało całkowite zamknięcie rys. 16
6.1 83.0 80.0 Rys. 22. Schemat umiejscowienia cięgien sprężających w zaporze Bhandaradara 17
2. Zabezpieczenie antykorozyjne i przeciwpożarowe Wzmocnienia konstrukcji przez sprężenie najczęściej realizowane są przy zastosowaniu bezprzyczepnościowych cięgien sprężających. Cięgna te umieszczane są w większości przypadków na zewnątrz wzmacnianych elementów konstrukcyjnych. Powoduje to, że są one narażone zarówno na wpływy środowiskowe powodujące korozję stali sprężającej, jak i na oddziaływanie pożaru. Ponieważ realizowane wzmocnienia najczęściej stanowią o nośności konstrukcji, problem zabezpieczenia cięgien sprężający przed korozją i pożarem jest zagadnieniem podstawowym i powinien być każdorazowo rozpatrywany indywidualnie dla danego obiektu. 2.1. Zabezpieczenie antykorozyjne Sposób zabezpieczenia antykorozyjnego cięgien sprężających zależeć będzie od stopnia agresywności atmosfery lub cieczy otaczającej wzmacnianą konstrukcję. Współcześnie produkowane bezprzyczepnościowe cięgna ze stali wysokowęglowych zabezpieczane są fabrycznie przed korozją poprzez pokrycie ich specjalną mieszaniną parafin i smarów (lub innych substancji) z dodatkiem inhibitorów korozji. Następnie cięgno zazwyczaj umieszczane jest w osłonce z polipropylenu lub polietylenu, a przestrzeń pomiędzy osłonkami wypełniana modyfikowaną domieszkami iniekcją cementową rys. 23. Rys. 23. Poczwórne zabezpieczenie antykorozyjne cięgna bezpczyczepnościowego Tak wykonane poczwórne zabezpieczenie stanowi w większości przypadków wystarczającą ochronę antykorozyjną stali sprężającej. W pewnych sytuacjach (np. cięgna umieszczane pod wodą) stosuje się piąte zabezpieczenie antykorozyjne w postaci powłoki epoksydowej, cynkowej lub cynkowo-aluminiowej wykonanej na poszczególnych drutach. Zakotwienia również wymagają właściwego zabezpieczenia antykorozyjnego. Wykonuje się je najczęściej w postaci jednostronnie zamkniętego walca z tworzywa sztucznego lub stali, który po założeniu na zakotwienie wypełnia się mieszaniną specjalnych wosków i smarów lub zaczynem cementowym z dodatkiem odpowiednich domieszek. Możliwe jest również zabezpieczenie antykorozyjne zakotwień poprzez pokrycie ich dodatkową warstwą betonu o gr. min. 100mm. Osobnym zagadnieniem jest zabezpieczenie antykorozyjne prętów ze stali stopowych o podwyższonej wytrzymałości. Pręty te, z uwagi na mniejszy stosunek obwodu do pola powierzchni, są znacznie mniej narażone na niekorzystne warunki środowiskowe. Zabezpiecza się je poprzez pokrywanie powłokami epoksydowymi, zestawami malarskimi oraz obetonowywanie. 18
Ponieważ korozja stali sprężającej jest procesem elektrochemicznym, do przebiegu którego niezbędna jest woda i tlen, stosuje się również zabezpieczenie w postaci elektrycznej. Taka ochrona powoduje, że nawet w środowisku korozyjnym zostaje wstrzymany proces destrukcji stali sprężającej. Obecnie ten sposób zabezpieczenia stosowany jest dosyć rzadko. Wymaga on praktycznie całkowitego odizolowania cięgna sprężającego (najlepiej wraz z zakotwieniami) od betonu oraz jest stosunkowo drogi. Jednak w szczególnych przypadkach, gdy oczekiwana jest większa pewność i długotrwałość zabezpieczenia antykorozyjnego, zaleca się stosowanie ochrony elektrycznej w połączeniu z klasycznymi zabezpieczeniami w postaci smarów, iniekcji cementowych i osłonek polietylenowych. 2.2. Zabezpieczenie przeciwpożarowe Stal sprężająca jest mało odporna na wysoką temperaturę. Po przekroczeniu temperatury równej ok. 300 stopni Celcjusza następuje gwałtowny spadek wytrzymałości stali prowadzący do zrywania cięgien. Najczęściej stosowaną metoda zabezpieczenia przeciwpożarowego jest obetonowanie cięgien warstwą betonu. Minimalna grubość otuliny zależy od klasy odporności pożarowej i wynosi od... 19
Piśmiennictwo [1] Hop T., Pałka J., Sulimowski Z, Lewandowski C.: Zastosowanie sprężenia do wzmocnienia fundamentu pod turbozespół, Inżynieria i Budownictwo,.... [2] Shukla S.Y., Deshpande V.M.: Strengthening of dams by post-tensioning, FIP Symposium on Post-tensioned Concrete Structures, London, 1996. [3] Mitchell D., Danduran A.: Repair and upgrading of concrete structures in Mexico City after the 1985 earthquake, Canadian Journal of Civil Engineering, vol. 15, 1988. [4] Management, maintenance and strengthening of concrete structures, Technical report prepared by former FIP Commision 10, FIB, 2002. [5] El-Ariss B.: Stiffness of reinforced concrete beams with external tendons, Engineering Structures 26, 2004. [6] Dyduch K.: Sprężenie jako skuteczny sposób wzmacniania I rekonstrukcji obiektów budowlanych I inżynierskich, Konferencja naukowo-techniczna Awarie budowlane, Szczecin-Międzyzdroje 1995. [7] Slater W.M.: Long term performance of external post-tensioning of existing structures, FIP Symposium on Post-tensioned Concrete Structures, London, 1996. [8] Dyduch K.: Zasady wzmocnień konstrukcji budowlanych i inżynierskich przy zastosowaniu sprężenia, Konferencja naukowo-techniczna Awarie budowlane, Szczecin- Międzyzdroje 1996. [9] Benmokrane B., Xu H.: Strengthening of gravity dams using post-tensionned anchors, International Association for Bridges and Structural Engineer Symposium, San Francisco, 1995. [10] Alendar V., Najdanovic D.: Reinforced concrete framed building strengthened by prestressing, International Association for Bridges and Structural Engineer Symposium, San Francisco, 1995. [11] Farkas Gy.: Strengthening of prestressed floors by additional post-tensionning,fip Symposium on Post-tensioned Concrete Structures, London, 1996. [12] Aalami B.O., Swanson D.T.: Innovative rehabilitation of parking structure, Concrete International, 02.1988. [13] Post tensioning in buildings, Technical report prepared by Task Group 1.1, FIB, 2005. [14] CEB Fire Design of Concrete Structures, 07.1991. [15] Structural Concrete. Textbook on Behaviour, Design and Performance, Vol. 3: Durability Design for Fire Resistance Member Design Maintenance, Assessment and Repair Practical aspects, 12.1999. [16] Durability of post-tensioning tendons, Technical report, Proceedings of a workshop held at Ghent University on 15-16 November 2001, FIB, 2001. 20