PL207028B1 - Sposób wykonania nośnych złączy naprawczych o zadanych parametrach mechanicznych, w betonowych i murowanych konstrukcjach budowlanych - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wykonania nośnych złączy naprawczych o zadanych parametrach mechanicznych, w betonowych i murowanych konstrukcjach budowlanych, stosowany przy pracach remontowych, naprawy i wzmacniania uszkodzonych obiektów budownictwa mieszkaniowego, komunalnego i przemysłowego.

Po ustaniu oddziaływania będącego przyczyną uszkodzenia budowle funkcjonują w nowoustalonym stanie równowagi statycznej. Cechuje je jednak zmniejszona odporność na dodatkowe obciążenia - na które były odporne przed wystąpieniem awarii. Nawet stosunkowo nieznaczne obciążenia, przykładowo związane z wahaniami poziomu wód gruntowych, niewielkimi drganiami sejsmicznymi i parasejsmicznymi, zmiennymi polami temperatur - powodują dalszą, narastając ą destrukcję uszkodzonego budynku. Powiększanie się stopnia degradacji obiektu, którego dotychczasowy stan pozwalał na jego użytkowanie, może spowodować utratę równowagi statycznej ze skutkiem wyłączenia budynku z eksploatacji.

Dotychczasowo znane sposoby naprawy i wzmacniania uszkodzonych budynków bazują głównie na zmianie zaistniałego w konstrukcji stanu naprężenia. Sposoby czynne wprowadzają w ustrój konstrukcyjny sprężenie przeciwdziałające obciążeniom już działającym i spodziewanym. Najczęściej polegają one na: zmianie układu lub reakcji podpór, sprężeniu kablami, ściągami stalowymi lub taśmami z kompozytu. Zwiększenie nośności lub sztywności sposobami biernymi polega na wprowadzeniu dodatkowych elementów w warunkach konstrukcji odciążonej, celem przejęcia sił przez te elementy już na wczesnym etapie obciążenia. Jedno z takich rozwiązań przedstawione w polskim opisie patentowym nr 171 900 dotyczy naprawy konstrukcji murowanej, zwłaszcza obiektu zabytkowego. Szczelinę pękniętej konstrukcji najpierw wypełnia się przez kolejne: przedmuchanie i ewentualne zagruntowanie powierzchni szczeliny, osadzenie wtryskiwaczy, powierzchniowe zamknięcie szczeliny masą szybkotwardniejącą, przykładowo zaczynem cementowym modyfikowanym zestawem epoksydowym oraz ciśnieniowe wypełnienie substancją wiążącą. Następnie, po stężeniu zaczynu cementowego wierci się siatkę otworów usytuowanych przemiennie z obu stron wzdłuż szczeliny, pochylonych pod kątem w kierunku szczeliny, wprowadza w nie pręty zbrojeniowe, otwory zamyka końcówkami iniekcyjnymi i wtłacza kompozycję żywicy epoksydowej. Po usunięciu końcówek iniekcyjnych powierzchnię złącza wykańcza się zabiegami maskującymi.

Z ameryka ń skiego opisu patentowego nr 6,478,561 znany jest sposób wykonywania złącza nośnego przez ciśnieniowe wypełnienie szczeliny złącza polimerową masą z kształtkowym zbrojeniem rozproszonym.

Znane są również sposoby polegające na natrysku modyfikowanych betonów z zastosowaniem zbrojenia tradycyjnego lub rozproszonego stalowego bądź niemetalicznego, oraz powierzchniowe wzmacnianie za pomocą oklejania kompozytowymi nakładkami z tkaniny nośnej w postaci taśmy, maty lub siatki z włókna syntetycznego lub naturalnego, najczęściej węglowego, szklanego lub aramidowego. Złącze nakładkowe z ciśnieniowym wypełnieniem szczeliny polimerową masą trwale sprężysto-plastyczną jest przedmiotem niemieckiego opisu patentowego nr DE 19649476.

Znany jest także z amerykańskiego opisu patentowego nr 6,532,714, sposób przeznaczony zwłaszcza do łączenia płyt betonowych nawierzchni drogowej. Sposób polega na nacięciu tarczą z powierzchni łączonych elementów głębokich rowków, ukierunkowanych poprzecznie do szczeliny złącza. W rowki wsunięte zostają płaskowniki zbrojenia z włókien szklanych, korzystnie perforowane otworami a następnie szczeliny złącza i rowków wypełniane są polimerową matrycą trwale sprężysto-plastyczną. Specyficzna budowa złącza nadaje mu charakter przegubowy, wymagany dla tych warunków pracy.

Stosowane dotychczasowo sposoby wzmacniania uszkodzonych budowli inżynierskich ukierunkowane są na przywrócenie pierwotnej sztywności i właściwości obiektu jakie miał on w stanie przed uszkodzeniem oraz na dodatkowym zesztywnieniu konstrukcji z ograniczeniem odkształceń nowo wykonanych złączy naprawczych. Przy wykonywaniu nośnych złączy naprawczych wypełnianych masą polimerową dobór matrycy nie uwzględnia rzeczywistych parametrów wytrzymałościowych materiału konstrukcji budowlanej. Stosowane są handlowo dostępne masy - często przeznaczone dla złączy uszczelniających, wyróżniane parametrami elastyczności. Nie uwzględniane są również parametry wytrzymałościowe stosowanych jako zbrojenie siatek syntetycznych lub naturalnych - zwłaszcza w aspekcie ukierunkowania ich wł ókien.

PL 207 028 B1

W przypadku wystąpienia dodatkowego obciążenia łączone elementy konstrukcyjne powinny ulegać wzajemnym, ograniczonym przemieszczeniom wytrącając w ten sposób energię odkształcenia bez wprowadzania dodatkowych, niekorzystnych naprężeń w osłabioną konstrukcję budowli. Gdy osiągnięte zostaną naprężenia graniczne znacznemu odkształceniu lub zniszczeniu powinno ulegać tylko sprężysto-plastyczne złącze, a nie element konstrukcyjny budowli. Jest to szczególnie istotne dla budynków zabytkowych, gdzie uzyskana w wyniku naprawy konstrukcja powinna mieć wytrzymałość zbliżoną do pierwotnej, ale o zwiększonej podatności. Konstrukcja może przenosić dodatkowe obciążenia przy zredukowanych siłach wewnętrznych i bez dalszej destrukcji obiektu.

Sposób według niniejszego wynalazku realizuje te zadania usprawniając znaną, opisaną powyżej technologię wykonania złącza zbrojonego siatką włókien syntetyczną lub naturalną z wypełnieniem szczeliny polimerową masą trwale sprężysto-plastyczną. Istota wynalazku polega na tym, że przed wprowadzeniem zbrojenia w szczelinę złącza, siatkę kształtuje się w liniową bryłę przestrzenną z ukierunkowaniem włókien dostosowanym do rodzaju pracy złącza w ten sposób, że w złączu rozciąganym lub ściskanym włókna siatki zbrojenia powinny leżeć w płaszczyznach prostopadłych do ścian szczeliny złącza, a w złączu ścinanym lub zginanym symetrycznie przecinać takie płaszczyzny pokrywając się z nimi wzdłuż przekątnych oczek siatki. Po wprowadzeniu dokonuje się rozprężenia zbrojenia doprowadzając włókna zewnętrzne do ścisłego przylegania do ścianek szczeliny złącza. Szczelinę złącza wypełnia się polimerową masą tak dobraną, by wytrzymałość i moduł sprężystości Young'a złącza były mniejsze od parametrów materiału konstrukcji. Dobór polimerowej masy przeprowadza się doświadczalnie w odniesieniu do parametrów próbki pobranej z uszkodzonej konstrukcji.

Korzystnie, gdy bryłę przestrzenną siatki kształtuje się przez spiralne zwinięcie lub harmonijkowe złożenie według liniowych, przemiennie ukierunkowych zagięć równoległych.

Wprowadzenie zbrojenia do szczeliny złącza najkorzystniej dokonać można gdy ukształtowaną bryłę przestrzenną siatki uprzednio obejmie się rurową osłonką aplikacyjną, wykonaną z tworzywa sztucznego. Poosiowe wsuwanie w szczelinę złącza wykonuje się z nałożoną na czoło bryły zaostrzoną głowicą prowadzącą, mającą zwłaszcza postać stożka lub ostrosłupa o podstawie nie mniejszej od przekroju poprzecznego bryły. Po całkowitym wsunięciu zbrojenia osłonkę aplikacyjną usuwa się przez poosiowe wyciągnięcie na zewnątrz. Przy połączeniu czoła siatki zbrojenia z głowicą prowadzącą zbrojenie zatrzymywane jest w szczelinie podczas usuwania osłonki aplikacyjnej. Głowica prowadząca zaczepia się o ścianki szczeliny złącza.

Bryła siatki zbrojenia może być objęta osłonką aplikacyjną w stanie zaciśniętym - co po zdjęciu osłonki spowoduje samorozprężenie i ścisłe przyleganie włókien zewnętrznych do ścianek szczeliny. Rozprężenie bryły siatki może być również uzyskane w sposób mechaniczny. W tym celu przed kształtowaniem bryły przestrzennej zbrojenia do tworzących część przednią bryły włókien brzegowych przyłącza się cięgno i przewleka wzdłużnie tak, by drugim końcem wyprowadzone było poza tylną część kształtowanej bryły. Po całkowitym wsunięciu bryły zbrojenia i zdjęciu osłonki aplikacyjnej siatkę rozpręża się w szczelinie pociągając za cięgno z jednoczesnym przytrzymywaniem siatki zbrojenia w otworze szczeliny złącza.

Przyleganiu włókien do ścianek szczeliny, zwłaszcza o zmiennej szerokości sprzyja, gdy - przed obejmowaniem bryły osłonką aplikacyjną - wielokrotnie nacięta zostanie strefa tworząca zewnętrzną część bryły, z ukształtowaniem na niej odstających elementów paskowych.

Sposób według wynalazku przedstawiony jest opisem przykładowych wykonań złącz, zobrazowanych w ujęciu schematycznym kolejnymi czynnościami na rysunkach. Na fig. 1 przedstawione jest ukierunkowanie włókien siatki zbrojenia w złączu pracującym na ściskanie lub rozciąganie, na fig. 2 w złączu pracującym na ścinanie lub zginanie, natomiast na następnych figurach pokazane są schematycznie kolejne czynności wykonania złącz, różniących się sposobem rozprężania zbrojenia siatkowego. Na fig. 3 przedstawiony jest sposób, w którym zbrojenie siatkowe ulega samorozprężenia, na fig. 4 zbrojenie rozprężane jest mechanicznie.

Zbrojenie 3 wykonane z siatki włókien aramidowych przygotowuje się z pasa o szerokości nieco mniejszej od szerokości pękniętej konstrukcji 2. W zależności od charakteru obciążenia złącza pas siatki zbrojenia 3 cięty jest wzdłuż lub według przekątnych oczek siatki włókien. Ciasno spiralnie zwinięty pas zbrojenia 3 ma postać walcowego trzpienia, którego kształt zostaje ustalony przez objęcie go osłonką aplikacyjną 4 z tworzywa sztucznego. Na przedni koniec zbrojenia 3 nasunięta jest stożkowa głowica prowadząca 1. Pęknięcie ścian nośnych konstrukcji 2 budynku ma postać szczeliny o zmiennej szerokości. W miejscach, gdzie szerokość szczeliny w materiale konstrukcji 2 uniemożliwia wsunięcie objętego osłonką aplikacyjną 4 zbrojenia 3, wykonuje się otwory o średnicy nieco większej

PL 207 028 B1 od średnicy bryły zbrojenia 3. Na pozostałej długości szczeliny gdzie jej szerokość jest większa powierzchnie oczyszcza się i gruntuje. Przestrzeń szczeliny wypełnia się trzpieniami zbrojenia 3 - co poglądowo pokazuje fig. 3a. Po wsunięciu w otwór lub szczelinę z każdego trzpienia zdejmuje się osłonkę aplikacyjną 4, wyciągając ją poosiowo na zewnątrz z jednoczesnym przytrzymywaniem zbrojenia 3 w szczelinie - według schematu z fig. 3b. Towarzyszy temu samoczynne rozprężenie siatki zbrojenia 3 w objętości szczeliny. Kolejną czynnością według fig. 3c jest dokonana przez wtryskiwacz 6 ciśnieniowa aplikacja polimeru. Próbka złącza 7 wykonanego z polimeru izocjanowokrzemianowego zbrojonego siatką włókien aramidowych wykazała parametry wytrzymałościowe na poziomie 0,8 parametrów materiału konstrukcji 2. Po stwardnieniu nadmiar polimeru i zbrojenia 3 jest usuwany, a powierzchnia zewnętrzna konstrukcji 2 odpowiednio zabezpieczana i wykańczana.

Pokazany na fig. 4 schemat sposobu wykonania złącza 7 jest bardzo podobny do opisanego, różni się czynnościami przygotowania i rozprężania zbrojenia 3. Siatka zbrojenia 3 w tym wykonaniu ujęta jest w osłonce aplikacyjnej 4 w stanie luźno zwiniętym lub złożona w postaci harmonijkowej - ale wstępnie rozciągniętej. Przed objęciem osłonką aplikacyjną 4 do tworzących część przednią bryły włókien brzegowych przyłączone zostaje cięgno 5, przewleczone wzdłużnie tak, że drugim końcem wyprowadzone jest poza tylną część kształtowanej bryły. Po całkowitym wsunięciu zbrojenia 3 i zdjęciu osłonki aplikacyjnej 4 siatkę rozpręża się w szczelinie pociągając za cięgno 5 z jednoczesnym przytrzymywaniem siatki zbrojenia 3 w otworze szczeliny złącza 7.

Claims (7)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wykonania nośnych złączy naprawczych o zadanych parametrach mechanicznych, w betonowych i murowanych konstrukcjach budowlanych, polegający na:

   - wykonaniu wzdłuż szczeliny złącza otworów i/lub przygotowaniu powierzchni szczeliny poprzez odpylenie i zagruntowanie,

   - wprowadzeniu w szczelinę zbrojenia z siatki włókien syntetycznych lub naturalnych,

   - osadzeniu wtryskiwaczy i zewnętrznym zamknięciu szczeliny masą szybkotwardniejącą,

   - ciśnieniowym wypełnieniu szczeliny polimerową masą trwale sprężysto-plastyczną, oraz

   - usunięciu wtryskiwaczy i wykończeniu powierzchni złącza, znamienny tym, że

   - przed wprowadzeniem zbrojenia (3) w szczelinę złącza (7) siatkę kształtuje się w liniową bryłę przestrzenną z ukierunkowaniem włókien dostosowanym do rodzaju pracy złącza (7) w ten sposób, że w złączu rozciąganym (F) lub ściskanym (-F) włókna siatki zbrojenia (3) leżą w płaszczyznach prostopadłych do ścian szczeliny złącza (7) a w złączu ścinanym (S) lub zginanym (M) symetrycznie przecinają takie płaszczyzny pokrywając się z nimi wzdłuż przekątnych oczek siatki, przy czym

   - po wprowadzeniu dokonuje się rozprężenia zbrojenia (3) doprowadzając włókna zewnętrzne do ścisłego przylegania do ścianek szczeliny złącza (7), a

   - polimerową masę dobiera tak, by wytrzymałość i moduł sprężystości Young'a złącza (7) były mniejsze od parametrów materiału konstrukcji (2).
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że bryłę przestrzenną siatki kształtuje się przez spiralne zwinięcie lub harmonijkowe złożenie według liniowych, przemiennie ukierunkowych zagięć równoległych).
3. 3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że ukształtowaną bryłę przestrzenną siatki przed aplikacją obejmuje się rurową osłonką aplikacyjną (4) wykonaną z tworzywa sztucznego a przy poosiowym wsuwaniu w szczelinę złącza (7) na czoło bryły nakłada się zaostrzoną głowicę prowadzącą (1), zwłaszcza w postaci stożka lub ostrosłupa o podstawie nie mniejszej od przekroju poprzecznego bryły, natomiast po całkowitym włożeniu zbrojenia (3) osłonkę aplikacyjną (4) usuwa się przez poosiowe wyciągnięcie na zewnątrz.
4. 4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że siatkę zbrojenia (3) łączy się czołowo z głowicą prowadzącą (1).
5. 5. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że bryłę przestrzenną siatki zbrojenia (3) obejmuje się osłonką aplikacyjną (4) w stanie zaciśniętym, siatki sprężyście naprężonej.
6. 6. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że przed kształtowaniem bryły przestrzennej zbrojenia (3) do tworzących część przednią bryły włókien brzegowych przyłącza się cięgno (5) i przewleka wzdłużnie tak, by drugim końcem wyprowadzone było poza tylną część kształtowanej bryły, natomiast po całkowitym wsunięciu bryły zbrojenia (3) i zdjęciu osłonki aplikacyjnej (4) siatkę rozpręża się

   PL 207 028 B1 w szczelinie pociągając za cięgno (5) z jednoczesnym przytrzymywaniem siatki zbrojenia (3) w otworze szczeliny złącza (7).
7. 7. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że przed obejmowaniem bryły osłonką aplikacyjną (4) siatkę zbrojenia (3) wielokrotnie nacina się w strefie włókien przylegających do ścianek szczeliny złącza (7).