Підсилення залізобетонних плит перекриття методом нарощування перерізу

Abstract

Об’єкт дослідження: залізобетонна плита перекриття, що втратила частину несучої здатності. Предмет дослідження: конструктивні, фізико-механічні, технологічні параметри підсилення плити методом нарощення перерізу. Мета дослідження: обґрунтування доцільності використання методу нарощення перерізу для підсилення залізобетонних плит та визначення його ефективності на основі розрахунків і моделювання. У зв’язку зі старінням будівельного фонду, порушеннями у процесі будівництва, а також підвищенням експлуатаційних навантажень у багатьох будівлях, актуальним постає питання надійного та економічно доцільного підсилення залізобетонних плит перекриття. Одним із найефективніших інженерних рішень є метод нарощення перерізу – технологія, що дозволяє без демонтажу конструкції збільшити її несучу здатність шляхом нанесення додаткового бетонного шару із застосуванням або без застосування арматури. У цій роботі проведено комплексне дослідження теоретичних, розрахункових та експериментальних аспектів підсилення плит перекриття за допомогою нарощення перерізу. Проаналізовано основні причини втрати несучої здатності конструкцій: корозію арматури, механічні пошкодження, перевантаження, недотримання будівельних технологій. Вивчено дію конструктивних та технологічних факторів на ефективність підсилення. У теоретичній частині детально розглянуто принципи методу нарощення перерізу, особливості його реалізації зверху, знизу або комбіновано. Проаналізовано нормативну базу (Єврокод 2, ДБН В.2.6-98:2009), а також міжнародний досвід країн ЄС, США та Японії у сфері відновлення несучих елементів будівель. Розрахункова частина містить приклади визначення згинальної здатності плити до та після підсилення, оптимальної товщини додаткового шару бетону та потреби у додатковому армуванні. Було доведено, що навіть при товщині шару 60 мм відбувається зростання несучої здатності у 3 рази У практичному експерименті, що проводився в середовищі LIRA-SAPR, змодельовано напружено-деформований стан плит із різними типами зчеплення між шарами (з анкеруванням і без). Створено три типи моделей плит, що дозволило кількісно оцінити вплив анкерування на несучу здатність і тріщиностійкість елементів. Результати числового моделювання підтверджують ефективність методу та доцільність його застосування в умовах реконструкції. Ключова новизна роботи полягає у поєднанні класичних розрахункових підходів із сучасним чисельним аналізом, що дало змогу сформулювати практичні рекомендації щодо вибору параметрів підсилення та технології нанесення шару. Практична значущість роботи полягає в можливості її застосування при реконструкції житлових і громадських будівель, де необхідне локальне або повне підсилення плит перекриття. Результати можуть використовуватись для розробки нормативної документації, а також у будівельних компаніях, що займаються модернізацією об’єктів.

Object of research: reinforced concrete slab that has lost part of its bearing capacity due to operational or structural deterioration. Subject of research: mechanical behavior, technological execution, and efficiency of the strengthening process using section enlargement. Purpose: to justify the applicability and effectiveness of section enlargement as a strengthening method for reinforced concrete slabs, supported by both analytical calculations and numerical simulations. The aging of reinforced concrete structures, increased operational loads, and deficiencies in construction practices have made the strengthening of structural elements a pressing issue. Among the various techniques available, the section enlargement method has gained recognition for its reliability, cost-effectiveness, and ease of implementation. It involves the addition of a new layer of concrete, sometimes reinforced, which significantly enhances the load-bearing capacity and rigidity of existing slabs without requiring demolition. This master’s thesis presents an in-depth theoretical, analytical, and numerical investigation into the application of the section enlargement method for the strengthening of reinforced concrete floor slabs. The research identifies the primary causes of degradation in structural performance, including reinforcement corrosion, mechanical damage, overloading, and poor construction quality. The theoretical part analyzes the principles, classification, and execution strategies of section enlargement: from slab soffit, top surface, or using a combined approach. The study includes a comprehensive review of existing standards, including Eurocode 2 and Ukrainian DBN regulations, and compares them with international practices from the EU, USA, and Japan. Analytical calculations are provided to assess the flexural capacity of slabs before and after strengthening. These demonstrate that even a 50 mm thick concrete overlay can increase the load-bearing capacity by more than 50%. The analysis also includes the effects of added reinforcement and bond performance between the new and existing concrete layers. The practical component of the research involves finite element modeling using LIRA-SAPR software. Three different slab configurations were modeled: a control slab, a slab strengthened without anchorage, and a slab with mechanical anchorage. The numerical results confirm that proper anchorage between concrete layers significantly improves performance indicators such as load capacity and crack resistance. The novelty of the study lies in the integration of classical design methodologies with advanced computational modeling, enabling the formulation of clear guidelines for the selection of layer thickness, anchoring techniques, and material properties. Practical significance of the thesis lies in its application potential for the reconstruction of residential and public buildings where full or partial slab strengthening is required. The outcomes may inform regulatory document development and serve construction companies engaged in the modernization of built assets.