Усиление кирпичных столбов обоймами применяется весьма часто и успешно на практике, однако экспериментально он научен еще мало и совсем не изучен для случаев усиления уже частично разрушенных столбов. В лаборатории каменных конструкций ЦНИПС были испытаны столбы 51x51 см, усиленные металлическими обоймами из уголков 6х6х0,5 см, соединенных приваренными планками 5x1 см на расстоянии 55 см (рис. 1). Процент армирования составлял: продольные уголки 0,92% поперечные планки 0,91%. Испытание показало повышение прочности в 2,5 раза, что говорит о большой эффективности этого способа усиления.
Характер разрушения показан на рис. 2. Мы видим полную аналогию с разрушением при сетчатом армировании. Сквозные продольные трещины отсутствуют. Большинство трещин косые и идут по кирпичу. Разрушение носит характер раздавливания отдельных кирпичей с отколом лицевых лещадок, помеченных на рис. 2 штриховкой. Следует отметить, что уголки не были доведены до концов столба и нагрузка на столб передавалась только через кладку. Таким образом если и передавалась нагрузка на уголки, то только посредством трения. В верхней части столба включение в работу вертикальных уголков могло быть только частичным.
Рис. 1. Кирпичный столб в обойме из уголков
Деформации кладки к моменту разрушения были значительно больше, чем у обычной кладки, и по величине соответствовали деформациям при косвенном сетчатом армировании. Тензометры, поставленные на планках, показали, что напряжения в них доходили почти до предела текучести. Все эти данные говорят, что обойма участвует в работе так же, как и косвенное сетчатое армирование, поэтому для расчета ее эффективности может быть предложена формула, формуле:
RАРМ=R+βp
При ширине квадратного столба b и расстоянии между планками c процент армирования может быть определен из рассмотрения объема металла и кладки, приҳодящихся на 1 ярус планок:
p/100=4Fαb/cb2=4Fα/cb
Анализ числовых результатов испытаний дал значение: β=37,5 к/см2 или 1,5σT/100. Эта величина вдвое ниже, чем при сетчатом армировании, где β=3σT/100. Она ниже также эффективности спиральной обоймы в железобетонных круглых обоймах, которая нормами на железобетонные конструкции оценивается в 2,5σT. Снижение эффективности должно быть отнесено за счет прямоугольной формы обоймы, которая могла работать в основном по диагоналям сечения столба, так как поперечному расширению в других направлениях обойма не оказывает достаточного сопротивления. Кроме того расстояние между планками было значительно больше, чем между сетками при сетчатом армировании и между витками спирали при спиральной обойме. Жесткость уголков недостаточна для равномерного распределения на кладку значительных сосредоточенных сил от натяжения поперечных планок, которые доходили в каждой планке до 12,5 т.
Рис. 2. Разрушение кирпичного столба в обойме из уголков, соединенных планками
В экспериментальных образцах c=3,5s, т. е. давление через уголок передавалось на кладку неравномерно, что было одной из причин снижения эффективности. Ввиду недостаточного количества экспериментов мы не имеем опытных данных для установления зависимости между коэффициентом эффективности обоймы и расстоянием между обоймами с. Поэтому пока приходится ограничиться только установлением формулы для частного случая:
[σ]АРМ=[σ]+12,5p.
Эта формула может применяться при расстоянии между обоймами с≤3,5s. Сближение обойм, без сомнения, должно повысить эффективность обоймы, однако пока мы не располагаем опытными данными для учета этого повышения. В нашем расчете остается неиспользованным для восприятия продольных усилий сечение уголков обоймы, назначение которых - распределение давления от планок на кладку. Чтобы использовать уголки для восприятия продольной силы, они должны быть включены в работу посредством приваренных по концам уголков, опирающихся непосредственно на кладку. В этом случае допускаемое давление на кладку определяется:
[σ]АРМ=[σ]+=8p'+12,5p кг/см2,
где р' - процент армирования продольной арматуры н p - косвенной арматуры.
Могут быть предложены два способа устройства металлических обойм в зависимости от того, делается ли обойма одновременно с кладкой, или ставится потом для усиления кладки. В первом случае обойма готовится отдельно в виде легкой металлической колонны из уголков с планками, устанавливается на место и заполняется кладкой. Опыт показал, что никаких затруднений для каменщика при закладке каркаса не встречается. Наоборот, каркас является направляющим шаблоном для кладки и ускоряет работу. При усилении уже выведенных столбов обойма ставится следующим образом. Углы столба оштукатуриваются под правило цементным раствором 1:3 и в свежий раствор утапливаются уголки обоймы, которая временно стягивается проволокой в нескольких уровнях. После этого привариваются поперечные планки.
Рис. 3. Схема расчета жесткости на уголков металлической обоймы
Помимо металлических обойм для усиления кирпичных столбов часто применяются железобетонные обоймы. Экспериментальных данных для анализа их работы не имеется вовсе, поэтому приходится соблюдать при расчете известную осторожность, пользуясь данными для металлических обойм и опытом применения.
Толщина железобетонной обоймы делается в 6-10 см. При расчете обоймы учитывается только арматура. Бетон служит для распределения давления. В тех случаях, когда требуется небольшое усилие и обойма делается из тонкой проволоки, можно ограничиться нанесением цементной штукатурки слоем 2-3 см.
При усилении металлическими или железобетонными обоймами колонн прямоугольного сечения с отношением сторон более 1,5 необходимо в теле столба по широким сторонам пропускать мощные поперечные связи, по сечению равные двойному сечению арматуры обоймы на высоте, соответствующей расстоянию между поперечными связями. Эти связи при расчете включаются в сечение косвенной арматуры. Связи должны делить вытянутое сечение на прямоугольники, близкие к квадрату. Расстояние между связями по высоте должно быть не более меньшего размера сечения и может быть увеличено при большой жесткости стягиваемых вспомогательных балок. На рис. 4 показано усиление широкого простенка железобетонной обоймой и швеллерами. В начале пробиваются дыры и закладываются поперечные связи с болтовой нарезкой по концам.
После этого оштукатуривают цементным раствором вертикальные полосы в местах установки швеллеров и в свежий раствор ставятся швеллеры с пропуском через отверстия концов связей, которые плотно закрепляются гайками. При обоймах без швеллеров концы связей снабжаются широкими шайбами, которые заделываются в бетон.
Рис. 4. Усиление железобетонной обоймой разрушенного кирпичного простенка (ввиду большой ширины простенка даны поперечные связи из болтов d = 30 мм, закрепленных в вертикальных швеллерах)
