В функциональном плане балки и ригели имеют общие свойства — это железобетонные конструкции, которые связывают вертикальные строительные конструкции и служат опорой для других элементов здания. В вертикальном сечении через центр массы обе конструкции испытывают нагрузки: верхняя часть испытывает нагрузку на сжатие, нижняя — на растяжение. Ригели одно и двухполочные, в силу своей конструкции, обладают более высокой несущей способностью и используются в качестве опорного элемента для установки монолитных или пустотных перекрытий, лестничных маршей и опор следующих этажей или строительных конструкций.
Конструктивные различия ригеля и балки не влияют на распределение силовых разрушающих нагрузок. К ним относятся: «срезающее» (поперечное) усилие в зоне установки и крепления к вертикальной опоре и распределенная нагрузка по длине ригеля или балки. Конструкция ригеля и размещение армирующих элементов предопределяют только горизонтальное положение в строительной конструкции. Балки с коробчатым типом конструкции арматуры допускают наклонное размещение. Эти железобетонные изделия являются самостоятельными и не взаимозаменяемыми.
Другие факторы, влияющие на прочность ригеля или балки:
- Техногенное, климатическое или сейсмическое воздействие.
- Динамические и вибрационные нагрузки.
- Превышение расчетной нагрузки в результате увеличения веса (напр., установки другого оборудования на пол перекрытия), перепрофилирования объекта или изменения планировки.
- Длительное воздействие влаги или резкие перепады температур.
При исследовании состояния ригеля или балки следует обращать внимание на среднюю часть и зону вблизи точек опоры на концах.
Основными признаками потери конструкцией несущей способности являются:
- шелушение бетона на нижней и боковых поверхностях (первичный признак перегрузки);
- появление трещин или выкрашивание кусков бетона;
- неравномерность цвета поверхности, где потемнение говорит о проникновении влаги.
Оценку состояния железобетонного элемента конструкции должен проводить специалист, т.к. результаты исследования станут основой для выбора метода ремонтно-восстановительных работ и способа усиления.
Существующие способы усиления предусматривают мероприятия по разгрузке балки или ригеля. Для этого используют дополнительные опоры, которые устанавливают под плиты перекрытия в зоне поврежденного участка или под балку или ригель, что изменяет расчетную схему распределения нагрузки и приводит к появлению дополнительных конструктивных элементов. Недостаток — сокращение полезной площади или необходимость устройства бетонной опоры при усилении цокольных балок или ригелей. Другой способ — это установка дополнительных металлических конструкций в виде обойм, рубашек, подкосов ригеля или шпренгельных затяжек. Самый трудоемкий способ — увеличение сечения за счет дополнительного слоя содержащего цемент с металлической, стекло или углеволоконной армирующей сеткой.
Принцип действия усиления с помощью углеродных холстов и ламинатов
Сопротивление на разрыв основной нити из углеволокна в десятки раз превышает прочность стальной проволоки того же диаметра. На этом свойстве тканого углеволокна построена схема усиления балок и ригелей. Полотно наклеивается на нижнюю поверхность балки или нижнюю и боковую ригеля. Усиливающий слой углеволокна в направлении основной нити воспринимает изгибающее усилие и разгружает бетонное тело и арматуру ригеля или балки. В местах поперечной нагрузки возле вертикальной опоры устанавливают П или V-образные хомуты поверх продольного полотна. Хомуты перераспределяют поперечную нагрузку и являются анкерами для продольного усиливающего полотна или ленты. Количество слоев композитного полотна зависит от состояния несущего элемента и величины отклонения действующих нагрузок от расчетных. Заведение полотна с двунаправленным плетением на боковые поверхности существенно увеличивают несущую способность конструкции.