Методы обследования и испытания сооружений

В условиях ускорения научно-технического прогресса происхо­дит интенсивное совершенствование различных технологических процес­сов. Это влечет за собой замену устаревшего оборудования на новое, высо­копроизводительное, работающее на более высоких скоростях, что может привести к повышению нагрузок, передаваемых на строительные конструк­ции. Создание гибких производств связано с изменением архитектурно-планировочных решений эксплуатируемых зданий и сооружений.

Реконструкция старого жилого фонда и приведение уровня его комфортности к современным требованиям обусловливают необходимость оценки действительного состояния жилых зданий. Перед инженерами-строителями ставится задача оценки состояния эксплуатируемых строи­тельных конструкций, зданий и сооружений, решения вопроса о возможно­сти их дальнейшей эксплуатации или реконструкции и усиления.

Решение поставленных задач связано с обследованием конструк­ций и сооружений, результаты которого позволяют подготовить соответст­вующие рекомендации. На их основе проектировщики разрабатывают не­обходимые конструктивные решения.

Обследование строительных конструкций состоит из трех основ­ных этапов:

1) первоначальное ознакомлениес проектной документацией, рабочими и исполнительными чертежами, актами на скрытые работы;

2} визуальный осмотробъекта, установление соответствия объ­екта проекту, выявление видимых дефектов (наличие трещин, протечек, отслоений защитного слоя в железобетонных элементах, коррозии метал­лических элементов, прогибов элементов, а также состояние стыков, свар­ных, болтовых и заклепочных соединений и т. д.), составление плана обсле­дования сооружения, проведение комплекса исследований неразрушающи­ми методами;

3) анализ состояния сооружения и разработка рекомендаций по устранению выявленных дефектов.

Ознакомление с проектной и исполнительной документацией по­зволяет дать оценку принятым конструктивным решениям, выявить эле­менты сооружений, работающие в наиболее тяжелых условиях, установить значения действующих нагрузок.

Визуальная оценка сооружения дает первую исходную информа­цию о состоянии обследуемой конструкции, позволяет судить о степени износа элементов конструкций, дает возможность конкретизировать даль­нейшее проведение испытания. В первую очередь это связано с применени­ем методов испытаний, которые не приводят к разрушению отдельных эле­ментов и конструкции в целом. Такие испытания могут проводиться как при статическом нагружении конструкции, так и при динамическом воздей­ствии нагрузок. Комплекс этих испытаний включает определение значений геометрических параметров сооружения (пролеты, толщины, высоты и т. д.), прочностных и структурных свойств материалов, толщины защитного слоя бетона, расположения арматуры, прогибов и деформаций элементов, амплитуд и периодов колебаний конструкций, ускорений отдельных точек и др.

При обследовании сооружений широко применяются методы ин­женерной геодезии, с помощью которых измеряются осадки зданий и со­оружений, их сдвиги, параметры трещин и деформационных швов, прогибы элементов конструкций. Методами инженерной фотограмметрии опреде­ляются перемещения точек и деформации элементов конструкций при ста­тических и динамических воздействиях. В последнее время эффективно развиваются методы лазерной интерференции.

Аналогичные методики используются при контроле качества из­готовления элементов строительных конструкций и их монтажа на строи­тельных площадках.

Контроль качества изготовления элементов строительных конст­рукций производится с использованием неразрушающих и разрушающих методов испытаний. Однако подвергать каждое изделие испытаниям до разрушения абсурдно, хотя при этом информация о действительной работе изделия будет обладать 100%-ной обеспеченностью.

Неразрушающий метод не всегда дает достаточно полную харак­теристику испытуемого объекта, поэтому два метода используются в сово­купности. Если провести неразрушающие и разрушающие испытания опре­деленного количества объектов, а затем сопоставить результаты испытаний, то можно установить определенную взаимосвязь между ними.

Итак, испытания конструкций зданий и сооружений являются со­ставным элементом обследования, но по своей методологии, аппаратурно­му обеспечению и по методам обработки представляют самостоятельное направление экспериментальной механики. Цель этого направления состоит в создании методов и средств, позволяющих на базе экспериментальных исследований получить объективную информацию о свойствах конструк­ционных материалов, поведении элементов конструкций и действительной работе сооружений. Никакой, даже самый точный, расчет не сможет дать объективную информацию о действительном поведении реальных систем.

В строительной механике, теории упругости и пластичности, со­противлении материалов излагаются самые современные методы расчета идеализированных расчетных моделей, но любой из этих методов должен быть построен на объективной информации, полученной из опытов. Однако ни один из них не может быть рекомендован к использованию для практи­ческих расчетов без его экспериментальной проверки.

Парадоксальным является то, что в рамках сформированных рас­четных схем с использованием современных ЭВМ можно получать резуль­таты расчета с погрешностью 10^-8 менее (это определяется числом цифр значения величины, выдаваемой на цифро-печать, или точностью выдачи информации на графопостроитель), тогда как исходная, вводимая в расчет информация по нагрузкам, прочностным характеристикам и отклонениям параметров действительного сооружения от его расчетной схемы характе­ризуется погрешностью, реально определяемой в пределах до 10...20%. Это не снижает роли современных методов теории расчета сооружений, а лишь подчеркивает необходимость взаимной увязки точности методов расчета сооружений с точностью исходных предпосылок, определяемых экспери­ментом, и точностью получаемых результатов, фиксируемых при проведе­нии эксперимента.

Существенное влияние на формирование методов и средств ис­пытания конструкций оказывает характер изменения внешних нагрузок, действующих на строительные конструкции, здания и сооружения. Здесь различают статические нагрузки, которые постоянны по значению или мед­ленно изменяются во времени, и динамические, быстро меняющиеся во времени.

Можно сформулировать три основные задачи, которые решаются с помощью методов и средств испытания строительных конструкций, зда­ний и сооружений.

К первой задаче следует отнести определение теплофизических, структурных, прочностных и деформационных свойств конструкционных материалов, а также выделение характера внешнего воздействия, переда­ваемого на конструкции.

Вторая задача связана с сопоставлением расчетных схем, усилий и перемещений в конструкции, которые определяются расчетным путем, с соответствующими усилиями и перемещениями, возникающими в реальной конструкции или ее модели.

Третья задача - идентификация расчетных моделей, которая по­лучила развитие лишь в последние годы. Эта задача связана с синтезом расчетных схем, который основан на анализе результатов проведенных экс­периментальных исследований. Теоретически решение этой задачи смыка­ется с проблемами кибернетики, в частности, с проблемой «черного ящи­ка».

Однако в отличие от классической постановки при рассмотрении практических задач известны некоторые характерные параметры системы, к которым можно отнести информацию о геометрии конструкций в плане, определяемой архитектурно - планировочным решением, о типе или харак­тере несущих конструкций, о наборе конструктивных элементов, приме­няемых в сооружениях.

На основании анализа экспериментально полученных данных о внешних воздействиях и реакций системы (прогибы, деформации, скорости, ускорения) в рамках заданной расчетной модели выявляются ее параметры и оценивается ее эксплуатационная надежность, прочность, устойчивость, жесткость и трещиностойкость.