Измерение прогибов и деформаций железобетонных конструкций

Техническое обследование конструкций

И решения по их усилению

Техническое обследование железобетонных конструкций и решения по их усилению

Техническое обследование железобетонных конструкций

В составе технического обследования бетонных и железобетонных конструкций в первую очередь определяют следующие параметры:

- размеры конструкций и сечения;

- наличие дефектов и повреждений (отклонения от номинальных размеров, наличие трещин и разрушений материала конструкций);

- деформации конструкций (прогибы, искривления и нарушение ортогональности сечений);

- степень сцепления (адгезия) арматуры с бетоном; коррозия бетона;

- коррозию и разрывы арматуры, класс, прочность;

- характеристики бетона (класс, марка, коррозия) (см. табл. 6.1);

- величину защитного слоя.

Определение геометрических размеров конструкций и их сечений производится по рекомендациям главы 4 (см. п. 4.6).

Измерение прогибов и деформаций железобетонных конструкций

Деформации и прогибы в конструкциях возникают вследствие перегрузок, неравномерной осадки фундаментов, пучения грунтов оснований, температурных воздействий, изменения уровня подземных вод и влажностного режима грунтов оснований, потерь устойчивости несущих конструкций и других внешних воздействий. Нередко характер развития деформаций конструкций может свидетельствовать о причинах, их обуславливающих [56].

Смещение по горизонтали от опорных точек, а также вертикальные перемещения определяются измерениями с помощью мерной ленты, линейки или геодезической съемкой. С помощью теодолитов могут быть измерены также наклоны и выпучивания стен и других вертикально расположенных конструкций.

Величины прогибов, искривлений конструкций и их элементов измеряются путем натяжения тонкой проволоки между краями конструкции или ее частями, не имеющими деформации, и измерения максимального расстояния между проволокой и поверхностью конструкции с помощью линейки. Величины прогибов могут быть определены с помощью прогибомеров и гидростатического уровня.

При использовании прогибомеров измеряется величина перемещения элемента, закрепленного на деформирующем участке конструкции, относительно неподвижного элемента.

В качестве прогибомера могут быть использованы две планки или система, передающая перемещения от недеформируемой конструкции на измерительный прибор, в качестве которого обычно используется индикатор часового типа (мессура).

При малых линейных деформациях растяжения или сжатия измерение прогибов элементов производится при помощи тензометров, а сдвиги и повороты – геодезической съемкой.

Допустимые пределы деформаций и прогибов зависят от материала и вида конструкций и регламентируются нормами проектирования конструкций зданий.

Деформацию перекрытий определяют прогибомером П-1 или нивелиром НВ-1 со специальной насадкой.

Перед началом замеров шток устанавливают в такое положение, чтобы показания в мерной трубке соответствовали нулю. Затем трубку с диском передвигают по поверхности перекрытия; через каждый полный поворот диска снимают отсчеты по мерной трубке. Прогибы замеряют в различных точках перекрытия.

Таким же образом прогибомером П-1, нивелиром НВ-1 измеряют прогибы несущих элементов лестниц – балок, маршей и плит.

Определение кинетики развития деформаций осуществляется путем многократных их измерений через определенные интервалы времени (от 1 до 30 суток) в зависимости от скорости развития деформации.

Основной причиной развития общих деформаций зданий и сооружений являются неравномерные осадки грунтов оснований, что является следствием, как правило, изменения гидрогеологических условий, чрезмерного увлажнения без учета несущей способности фундаментов зданий и т.п.

Наиболее ответственным этапом является изучение трещин, выявление причин их возникновения и динамики развития. Они могут быть вызваны самыми различными причинами и имеют иногда опасные последствия.

По степени опасности для несущих и ограждающих конструкций трещины можно разделить на три группы:

1. Трещины не опасные, ухудшающие только качество лицевой поверхности (поверхностные трещины).

2. Опасные трещины, вызывающие значительное ослабление сечений, развитие которых продолжается с неослабевающей интенсивностью.

3. Трещины промежуточной группы, которые ухудшают эксплуатационные свойства, снижают надежность и долговечность конструкций, однако еще не способствуют полному их разрушению (см. п. 6.3.1).

В железобетонных конструкциях к трещинам, появившимся в доэксплуатационный период, относятся:

- усадочные трещины, вызванные быстрым высыханием поверхностного слоя бетона и сокращением объема массы бетона,

- трещины от набухания бетона;

- трещины, вызванные неравномерным охлаждением бетона;

- трещины, вызванные большим гидратационным нагревом при твердении бетона в массивных конструкциях;

- трещины технологического происхождения, возникшие в сборных железобетонных элементах в процессе изготовления, транспортировки и монтажа изделия.

Трещины, появившиеся в эксплуатационный период, разделяют на следующие виды:

- трещины, появившиеся в результате температурных деформаций из-за нарушений требований устройства температурных швов или неправильного расчета статистически неопределимой системы на температурные воздействия;

- трещины, вызванные неравномерностью осадок грунтов основания;

- трещины, обусловленные силовыми факторами, воздействие которых превышает способность железобетонных элементов воспринимать растягивающие напряжения.

При наличии трещин на несущих конструкциях зданий и сооружений необходимо организовать систематическое наблюдение за их состоянием и возможным развитием с тем, чтобы выяснить характер деформаций конструкций и степень их опасности для дальнейшей эксплуатации.

Наблюдение за развитием трещин проводится по графику, который в каждом отдельном случае составляется в зависимости от конкретных условий.

Следует определить положение, форму, направление трещины, распространение ее по длине, ширину раскрытия, глубину, а также установить, продолжается или прекратилось их развитие.

На каждой трещине устанавливают маяк (см. п. 6.3.7), который при развитии трещины разрывается. Маяк устанавливают в месте наибольшего раскрытия трещины.

При наблюдениях за развитием трещин по длине концы трещин во время каждого осмотра фиксируются поперечными штрихами, нанесенными краской или острым инструментом на поверхности конструкции. Рядом с каждым штрихом проставляют дату осмотра.

Расположение трещин схематично наносят на чертежи развертки стен здания, отмечая номера и дату установки маяков.

На каждую трещину составляют график ее развития и раскрытия.

Трещины и маяки в соответствии с графиком наблюдения периодически осматриваются, и по результатам осмотра составляется акт, в котором указываются: дата осмотра, чертеж с расположением трещин и маяков, сведения о состоянии трещин и маяков, сведения об отсутствии или появлении новых трещин и установка на них маяков.

Ширина раскрытия трещин в процессе наблюдения измеряется при помощи щелемеров или трещиномеров.

Конструкция щелемера или трещиномера может быть различной в зависимости от ширины трещины или шва между элементами, вида и условий эксплуатации конструкций.

В журнале наблюдений фиксируется:

- номер и дата установки маяка или щелемера;

- место и схема их расположения;

- первоначальная ширина трещины;

- изменение со временем характера трещины (изменение длины и глубины).

По данным журнала наблюдений строят график раскрытия трещин.

В случае деформации маяка рядом с ним устанавливается новый, которому присваивается тот же номер, но с индексом.

Маяки, на которых появились трещины, не удаляют до окончания наблюдений.

Если в течение 30 суток в течение сезона изменение размеров трещин не будет зафиксировано, их развитие можно считать законченным, маяки можно снять и трещины заделать.

Коррозионные процессы, происходящие в бетоне, могут быть трех видов:

- при действии жидких сред;

- при действии кислот и агрессивных солей;

- при действии сульфатов (рост кристаллов в порах и капиллярах бетона).

Определение глубины карбонизации производят физико-химическим методом фенолфталеиновой пробы, то есть по изменению показателя рН бетона.

Для этого поверхность бетона увлажняют, убирают свободную воду и наносят на поверхность с помощью пипетки 0,1% раствор фенолфталеина в этиловом спирте.

При изменении рН от 8,3 до 14 окраска поверхности изменятся от бесцветной до ярко-малиновой.

На свежем изломе образца бетона, в карбонизированной зоне после нанесения раствора фенолфталеина, бетон имеет серый цвет (бесцветная реакция), а в некарбонизированной зоне – ярко-малиновый, глубина карбонизации измеряется металлической линейкой или штангенциркулем с точностью до 0,5 мм.

Все агрессивные факторы вызывают процесс карбонизации бетона, ослабляющий его защитные свойства (рис. 6.1).

Рис. 6.1. График изменения прочности бетона при выщелачивании СаО

Повреждения арматуры проявляются в виде коррозии ввиду потери защитных свойств бетона.

Обычно коррозия возникает при уменьшении щелочности защитного слоя бетона до 12 мм и менее вследствие карбонизации.

Другая причина коррозии – появление трещин в защитном слое и оголение арматуры (см. рис. 6.8), то есть поступление к арматуре влаги, кислорода воздуха или кислотообразующих газов.

Коррозия арматуры в бетоне является электрохимической реакцией. При оценке технического состояния арматуры и закладных деталей, пораженных коррозией, необходимо установить вид коррозии и выделить участки поражения.

После определения вида коррозии необходимо установить источники коррозии и причины этого явления.

Степень коррозии арматуры оценивается по следующим параметрам:

- по цвету;

- глубине коррозионного поражения;

- площади поражения;

- площади поперечного сечения;

- плотности продуктов коррозии.

Толщина коррозийных слоев определяется микрометром. Для арматуры периодического профиля следует фиксировать остаточную высоту рифов после проведенной зачистки от ржавчины.

Вскрытие арматуры путем удаления защитного слоя производится в местах наибольшего ее ослабления коррозией (трещины, пятна ржавой краски, оголенные участки поверхности).

Предельные значения дефектов железобетонных балок и плит, соответствующие различным категориям технического состояния конструкций, приведены в табл. 6.4.

Определение прочности бетона и стальной арматуры производится по рекомендациям главы 4 (п. 4.5).

Нормативные значения прочности бетона приведены в табл. 6.1.

Таблица 6.1

Расчетные сопротивления тяжелого бетона для предельных состояний первой группы R_b и R_bt

(согласно СНиП 2.03.01-84* Бетонные и железобетонные конструкции)