Усиление клееных деревянных конструкций

Анализ многолетнего опыта эксплуатации конструкций из клееной древесины показывает, что наиболее характерной причиной их разрушения являются трещины и расслоения. Отклонения от рекомендованных решений при проектировании, изготовлении, хранении, монтаже и эксплуатации таких конструкций являются основным фактором появления в них трещин, их расслоения и обрушения сооружений.

Дефекты изготовления появляются при нарушении технологического процесса производства конструкций. Наиболее часто происходят следующие нарушения технологий:

• сушка пиломатериалов при жестких режимах (приводит к короблению досок, появлению значительных внутренних напряжений в клеевых элементах и расслоению по клеевым швам);
• превышение нормативных сроков хранения синтетических смол;
• несоблюдение правил приготовления клеев (приводит к снижению прочности клеевых швов и их расслоению в процессе эксплуатации).

Расслоение по клеевым швам наиболее часто встречается в сечениях с максимальной поперечной силой (например, вблизи опорных узлов), а также в местах концентрации больших внутренних напряжений. Основной причиной расслоений по клеевым прослойкам является некачественное изготовление конструкций.

Необходимость ремонта или усиления конструкций появляется при изменении условий эксплуатации, увеличении нагрузок или при отнесении конструкций к III–IV категориям технического состояния.

Существуют следующие требования к работам по усилению конструкций:

• обеспечение необходимой несущей способности, надежности и долговечности;
• включение в работу элементов усиления, обеспечение их совместной работы с основной конструкцией;
• сохранение центрирования элементов в узлах и положения центра тяжести основного сечения.

Выбор того или иного решения зависит от технического состояния конкретной конструкции. Наиболее эффективными считаются способы усиления конструкций путем изменения статической схемы: введение затяжек, устройство дополнительных подкосов, стоек. Данные способы рекомендуется применять при наличии свободного пространства под усиливаемой конструкцией. В случае усиления арки при введении затяжек можно достичь уменьшения изгибающих моментов в полуарках в 1,5–2 раза. Однако данный способ усиления не решает проблему локальных и магистральных трещин.

В 2009 году было проведено освидетельствование воз­веденных клееных деревянных конструкций склада мелкозернистого концентрата № 2 на 2 РУ в Солигорске. Склад мелкозернистого концентрата представляет собой сооружение арочного типа пролетом 45,0 м. Основные несущие конструкции арки стрельчатого очертания состоят из двух полуарок с шагом 3,0 м. Сечение клееных арок – 300х1050 мм.

В результате натурного освидетельствования несущих конструкций покрытия склада в клееных полуарках были выявлены массовые значительные и критические дефекты. Прочность арок с повреждениями при действии эксплуатационных нагрузок не обеспечена. Техническое состояние арок соответствовало IV-й категории, то есть оценивалось как неудовлетворительное.

Специалистами НП ЧУП «Стройреконструкция «Белорусского общественного объединения архитекторов и деятелей строительных наук» совместно с кафедрой «Металлические и деревянные конструкции» БНТУ было разработано усиление поврежденных полуарок с помощью углеволоконных холстов и деревянных накладок. Углеволоконные холсты, наклеенные по специальной технологии, располагались с шагом 2,55 м и выполняли функцию стяжных хомутов. Возле конькового и опорного узлов шаг наклейки углеволоконных холстов уменьшался в два раза. Система деревянных накладок, расположенных под углом к оси полуарки, перекрывала все расслоившиеся клеевые швы. Эпоксидный клей наносился одновременно на участок усиления на полуарке и на деревянные накладки. Деревянная накладка с нанесенным клеем прижималась к поверхности полуарки и с помощью глухарей (саморезов), поставленных в ранее просверленные отверстия, плотно прижималась к поверхности полуарки до появления излишков клея из-под накладки. Толщина клеевых прослоек принималась не более 1,0 мм. Для повышения адгезии в эпоксидную смолу непосредственно перед склеиванием добавлялся цемент. Клеевой состав с цементом тщательно перемешивался.

Большой манеж Олимпийского спортивного комплекса в Стайках был сдан в эксплуатацию в 1979 году. Несущими конструкциями покрытия являются клееные трехшарнирные арки кругового очертания с пролетом 49,0 м и стрелой подъема 10,0 м, установленные с шагом 6,0 м. Поперечное сечение арок прямо­угольное и постоянное по всей длине, его размеры – 200х1100 м.

В ходе внешнего осмотра разрушения клеевых швов пакетов не обнаружено. Состояние лако­красочного покрытия и всех узлов удовлетворительное.

Результаты расчетов, при выполнении которых учитывалось увеличение снеговой нагрузки, а также действующие нормативные документы, показали, что несущая способность арок не обеспечена для восприятия действующих эксплуатационных нагрузок. Проверочные расчеты позволили выявить, что нормальные напряжения в деревянных арках при учете образования зон повышенного снего­отложения на кровле в приопорных зонах будут превышать расчетное значение почти в 1,5 раза. Поскольку постановка дополнительных опор в помещении манежа недопустима, усиление клееных арок возможно только путем преобразования деревянных полуарок в сегментные фермы или устройства шпренгельного подкрепления.

По материалам доклада А. И. Згировского, кандидата технических наук, доцента БНТУ