Обследование, испытание зданий и сооружений

Размещено на http://www.allbest.ru/

Контрольная работа

Обследование, испытание зданий и сооружений



1. Классификация видов испытаний конструкций и сооружений

Испытания можно разделить по назначению, характеру внешних воздействий, видам испытаний и теоретической схеме.

По назначению испытания подразделяются на:

- испытания вновь построенных сооружений или изготовленных конструкций с целью проверки их соответствия проектным и нормативным требованиям в отношении несущей способности, жесткости, трещиностойкости и возможности приемки в эксплуатацию;

- испытания эксплуатируемых сооружений с целью выявления фактической несущей способности, жесткости и трещиностойкости для заключения о работоспособности или в связи с усилением;

- испытания, связанные с научными исследованиями, которые являются составной частью экспериментально-теоретических исследований;

- испытания опытных конструкций перед внедрением их в массовое производство;

- испытание периодически отбираемых образцов конструкций, которые выпускаются на заводах в больших количествах, с целью проверки качества применяемых материалов и выполнения правил по изготовлению конструкций.

Имеются следующие виды испытаний:

- натурные испытания (выполняются в процессе строительства, после возведения и во время эксплуатации);

- испытания моделей. Этот вид занимает важное место при создании новых конструкций и сооружений;

- лабораторные испытания образцов материалов.

По теоретической схеме испытания можно подразделить на:

- линейные (растяжение, сжатие);

- плоские (изгиб и т.д.);

- пространственные.

По характеру внешних воздействий испытания различаются на испытания статической и динамической нагрузкой.

В первом случае (статическое испытание) сооружения загружаются неподвижными нагрузками в определённом порядке с нарастающим увеличением этих нагрузок.

Динамические испытания проводят при переменных или пульсирующих (вибрационных) нагрузках, создаваемых с помощью специальных вибромашин, перемещающихся грузов или ударных нагрузок.

При испытании могут быть поставлены следующие задачи:

- определение несущей способности конструкции;

- определение напряжённого состояния;

- определение действительных деформаций;

- изучение работы новой конструкции;

- установление влияния дефектов и отступлений от проекта на действительную работу сооружения;

- изучение работы существующей конструкции с целью выявления объёмов усиления при реконструкции или ремонте;

- разработка методов расчёта;

- установление расчётной схемы или скрытых резервов прочности.

прочность испытание бетон динамический

2. Задачи и состав работ при проведении инженерного обследования здания и сооружения

Состав работ и последовательность действий по обследованию конструкций независимо от материала, из которого они изготовлены, на каждом этапе включают:

Подготовительные работы:

а) ознакомление с объектом обследования, его объемно-планировочным и конструктивным решением;

б) ознакомление с материалами инженерно-геологических изысканий;

в) подбор и анализ проектно-технической документации;

составление программы работ (при необходимости) на основе полученного от заказчика технического задания. Техническое задание разрабатывается заказчиком или проектной организацией и, возможно, с участием исполнителя обследования. Техническое задание утверждается заказчиком, согласовывается исполнителем и, при необходимости, проектной организацией - разработчиком проекта задания.

Предварительное (визуальное) обследование:

- общий осмотр объекта;

- общие сведения об объекте, время строительства, сроки эксплуатации;

- общие характеристики объемно-планировочного, конструктивного решений и систем инженерного оборудования

- особенности технологии производства с точки зрения их воздействия на строительные конструкции;

- фактические параметры производственной среды, наличие агрессивных к строительным конструкциям технологических и других выделений;

- сведения об антикоррозийных мероприятиях;

- гидрогеологические условия и общие характеристики грунтов основания;

- изучение имеющейся технической документации о ранее проводившихся на данном объекте работах по ремонту, усилению и восстановлению эксплуатационной надежности строительных конструкций.

На стадии предварительного визуального обследования устанавливают по внешним признакам категории технического состояния конструкций в зависимости от имеющихся дефектов и повреждений. В зависимости от имеющихся повреждений техническое состояние конструкции может быть классифицировано по четырем категориям согласно общим признакам, приведенным в таблице:

Таблица Общая оценка технического состояния при предварительном обследовании зданий и сооружений

Категория состояния конструкции	Общие признаки, характеризующие состояние конструкции
1	2
I. Нормальное	Отсутствуют видимые повреждения и трещины, свидетельствующие о снижении несущей способности конструкций. Выполняются условия эксплуатации согласно требованиям норм и проектной документации. Необходимость в ремонтно-восстановительных работах отсутствует.
II. удовлетворительные	Незначительные повреждения, на отдельных участках имеются отдельные раковины, выбоины, волосяные трещины (в металлических конструкциях трещины не допускаются). Антикоррозийная защита имеет частичные повреждения. Обеспечиваются нормальные условия эксплуатации. Требуется текущий ремонт с устранением локальных повреждений без усиления конструкций.
III. неудовлетворительные	Имеются повреждения, дефекты и трещины, свидетельствующие об ограничении работоспособности и снижении несущей способности конструкций. Нарушены требования действующих норм, но отсутствует опасность обрушения и угроза безопасности работающих. Требуется усиление и восстановление несущей способности конструкций.
IV. предаварийное или аварийное	Существующие повреждения свидетельствуют о непригодности конструкции к эксплуатации и об опасности её обрушения, об опасности пребывания людей в зоне обследуемых конструкций. Требуются неотложные мероприятия по предотвращению аварий (устройство временной крепи, разгрузка конструкций и т.п.). Требуется капитальный ремонт с усилением или заменой повреждённых конструкций в целом или отдельных элементов.

Детальное (инструментальное) обследование:

1) работы по обмеру необходимых геометрических параметров зданий, конструкций, их элементов и узлов, в том числе с применением геодезических приборов;

2) инструментальное определение параметров дефектов и повреждений;

3) определение фактических прочностных характеристик материалов основных несущих конструкций и их элементов;

4) измерение параметров эксплуатационной среды, присущей технологическому процессу в здании и сооружении;

5) определение реальных эксплуатационных нагрузок и воздействий, воспринимаемых обследуемыми конструкциями с учетом влияния деформаций грунтового основания;

6) определение реальной расчетной схемы здания и его отдельных конструкций;

7) определение расчетных усилий в несущих конструкциях, воспринимающих эксплуатационные нагрузки;

8) расчет несущей способности конструкций по результатам обследования; камеральная обработка и анализ результатов обследования и поверочных расчетов; анализ причин появления дефектов и повреждений в конструкциях;

9) составление итогового документа (акта, заключения, технического расчета) с выводами по результатам обследования;

10) разработка рекомендаций по обеспечению требуемых величин прочности и деформативности конструкций с рекомендуемой, при необходимости, последовательностью выполнения работ.

Некоторые из перечисленных работ могут не включаться в программу обследования в зависимости от специфики объекта обследования, его состояния и задач, определенных техническим заданием.

3. Сравнительный анализ различных методов определения прочности бетона в конструкциях

Определение прочности бетона является очень важным фактором. Эксплуатационные параметры данного материала зависят именно от этого качества. Прочностью является способность противостоять внешним агрессивным средам и механическим силам. При строительстве и обследовании конструкций из железобетона прочность на сжатие - самый контролируемый параметр.

Дефектоскоп предназначен для определения времени распространения ультразвуковых колебаний в бетоне. Удобен для определения качества бетона строящихся и эксплуатируемых зданий и там, где затруднен двусторонний доступ к проверяемым сооружениям.

Существует огромное количество методов контроля, которые используются на практике. Самый достоверный метод- определение по испытанию конструкции после того, как набрана проектная прочность.

Способ испытания контрольных образцов дает возможность сделать оценку качества смеси, но не прочности в конструкции. Вызвано это невозможностью обеспечить аналогичные условия набора прочности (нагрев, вибрирование) для бетонных кубиков и бетона в конструкции. Способы контроля по классификации ГОСТ 18105-2010 делятся на 3 группы.

Методы определения прочности:

1. Разрушающие.

2. Прямые неразрушающие.

3. Косвенные неразрушающие.

К первой группе относят метод контрольных образцов, а также метод определения прочности вследствие испытания тех образцов, которые были отобраны из конструкций. Последний способ является базовым, и его считают более достоверным и точным. Но при испытании его используют очень редко. Самыми главными причинами являются значительное нарушение целостности конструкции и большая стоимость исследований.

Именно по показателю прочности при сжатии определяется класс бетона. Кубики раздавливают гидравлическим прессом, а он выдает результат.

Зачастую используются методы неразрушающего контроля. Но большая часть работ делается косвенными методами. На сегодня самыми распространенными выступают ультразвуковой способ по ГОСТ 17624-87, метод ударного импульса и метод упругого отскока по ГОСТ 22690-88. При использовании этих методов очень редко соблюдают требования стандартов по построению градуировочных зависимостей. Некоторые просто не знают таких требований. Остальные знают, но не понимают величину ошибки результатов измерений при использовании зависимости, прилагаемой к прибору, вместо зависимости, которая построена на исследуемом бетоне.

Существуют мастера, которые знают об указанных требованиях норм, но не обращают на них внимания и ориентируются на финансовую выгоду и на то, что заказчик ничего не понимает в данном вопросе.

О факторах, которые влияют на неправильное измерение прочности без построения градуировочных зависимостей, существует достаточно информации.

В таблице показаны данные о максимальной погрешности измерений разными методами.

Таблица

№	Название способа	Диапазон использования, МПа	Погрешность измерения
1	Пластической деформации	5-50	±30-40%
2	Ударного импульса	10-70	±50%
3	Упругого отскока	5-50	±50%
4	Отрыва	5-60	Нет данных
5	Отрыва со скалыванием	5-100	Нет данных
6	Скалывания ребра	10-70	Нет данных
7	Ультразвуковой	10-40	±30-50%

В дополнение к проблеме использования несоответствующих зависимостей добавляется еще одна, которая возникает при обследовании. По требованиям СП 13-102-2003 снабжение выборки параллельных исследований бетона прямым и косвенным методами на более 30 участках необходимо, но недостаточно, чтобы построить и использовать градуировочную зависимость.

Нужно, чтобы зависимость, которая получена парным корреляционно-регрессивным анализом, имела достаточно высокий коэффициент корреляции (больше 0,7) и низкое среднеквадратическое отклонение (меньше 15% средней прочности). Для того чтоб это условие было выполнено, точность измерений двух контролируемых параметров должна быть высокой, а прочность, которая строит зависимость, должна меняться в достаточно широком диапазоне.

Коэффициент корреляции - это статистический показатель зависимости двух случайных величин. Коэффициент корреляции может принимать значения от -1 до +1.

В приборе установлен молоток, который вдавливает шарик в бетон и по его отскоку определяется прочность бетона, показатели высвечиваются на дисплее. Когда выполняется исследование конструкций, данные условия соблюдаются редко. Первым моментом является то, что базовый метод испытания часто сопровождается большой погрешностью. Вторым - то, что из-за неоднородности бетона прочность поверхностного слоя может не совпадать с прочностью того же участка на некоторой глубине. Если бетонирование имеет хорошее качество и бетон соответствует проектному классу, в пределах одного объекта редко встречаются однотипные конструкции с прочностью, которая изменяется в широком диапазоне. К примеру, от В20 до В60. Поэтому зависимость нужно строить по выборке измерений с небольшим изменением параметра, который исследуется.

Если не нарушать требования действующих норм для определения прочности при исследовании, нужно применять прямые неразрушающие, либо разрушающие методы контроля.

Подробнее о прямых методах контроля. К ним относят 3 метода по ГОСТ 22690-88:

· метод отрыва;

· метод отрыва со скалыванием;

· метод скалывания ребра.

Список необходимых инструментов:

· прибор для метода отрыва с диском для приклеивания;

· анкеры;

· дюбели;

· электронный блок;

· датчики;

· эталонный металлический стержень.

График увеличения прочности во времени: линия А- вакуумной обработка; линия В - естественное твердение; С - увеличение прочности (в %) бетона после вакуумной обработки

Определение прочности методом отрыва.

Этот метод основан на измерении максимального усилия, которое необходимо для отрыва сегмента конструкции. Отрывающая нагрузка применяется к ровной поверхности конструкции, которая испытывается благодаря приклеиванию стального диска, который имеет тягу для соединения с прибором. Для приклеивания можно использовать разнообразные клеи на эпоксидной основе. В ГОСТ 22690-88 рекомендуют клеи ЭД20 и ЭД16 с цементным наполнением.

На сегодняшний день можно использовать современные двухкомпонентные клеи, производство которых хорошо налажено. В литературе, посвященной испытанию, методика испытания подразумевает приклеивание диска к участку исследования без дополнительных мер по ограничению зоны отрыва. Площадь отрыва непостоянная и ее необходимо определять после каждого испытания. В заграничной практике перед исследованием участок отрыва ограничивается бороздой, которая создается кольцевыми сверлами. В таком случае площадь отрыва является постоянной и известной. Именно это увеличивает точность измерений.

После отрыва фрагмента и после определения усилия определяют прочность бетона на растяжение (Rbt). По ней с помощью пересчета по эмпирической зависимости можно определить прочность на сжатие (R). Можно воспользоваться такой формулой:

Rbt = 0,5?(R^2)

Для метода отрыва можно применять разные приборы, которые используют для метода отрыва со скалыванием. Это ПОС-50МГ4, ОНИКС-ОС, ПИБ и старые аналоги - ГПНВ-5, ГПНС-5. Чтобы провести испытание, необходимо наличие захватного устройства, которое соответствует тяге, расположенной на диске.

Способ отрыва со скалыванием.

Устанавливают анкерное устройство после отвердения бетона в высверленное отверстие, а потом его вырывают с куском

Такой метод имеет много общего с методом, который описан выше. Главное различие - это способ крепления к материалу. Для приложения отрывающего усилия используют лепестковые анкеры разных размеров. При исследовании конструкций анкеры укладываются в шпур, пробуренный на участке измерения. Точно так же, как и при методе отрыва, измеряется разрушающее усилие (P). Переход к прочности на сжатие делается по указанной в ГОСТ 22690 зависимости:

R = m1 * m2 *P

где m1 - коэффициент, который учитывает максимальный размер большого заполнителя, а m2 - коэффициент перехода к прочности на сжатие, который зависит от вида бетона и условий затвердевания.

В России этот метод наиболее распространен вследствие своей универсальности (табл.1), относительной легкости крепления к бетону и возможности испытания на любом участке конструкции. Главные ограничения для его применения: густое армирование и толщина исследуемой конструкции. Эта толщина должна быть больше, чем удвоенная длина анкера. Для выполнения исследований нужно использовать прибор для метода отрыва с диском для приклеивания к бетону.

По сравнению с методом отрыва в данном случае не обязательно наличие ровной поверхности. Важное условие: кривизна поверхности должна быть достаточной, чтобы установить прибор на тягу анкера.

Скалывание ребра.

Последний прямой метод неразрушающего контроля - метод скалывания ребра. Главное его отличие заключается в том, что прочность определяется по усилию (P), которое необходимо для скалывания участка конструкции, расположенному на ребре с внешней стороны.

Недавно была разработана конструкция прибора, позволяющая установить его на исследуемый элемент с наличием одного внешнего ребра. Укрепление осуществляется к одной поверхности испытываемого элемента с помощью анкера с дюбелем. Это новшество несколько расширило диапазон применения прибора. Но вместе с этим и аннулировало главное преимущество метода скалывания, заключавшееся в отсутствии нужды сверления и потребности в источнике электроэнергии.

Прочность на сжатие с использованием метода скалывания ребра определяют по нормированной зависимости:



R = 0,058 * m * (30P + P2)

где m - коэффициент, который учитывает крупность заполнителя.

Ультразвуковое определение.

Действие приборов ультразвукового контроля основано на связи, существующей между скоростью распространения ультразвуковых волн по материалу и его прочностью. В зависимости от способа прозвучивания различают две градуировочные зависимости:

· скорость распространения волн - прочность;

· время распространения волн ультразвука - прочность бетона.

Показания данного прибора неразрушающего метода используют для корректировки показаний приборов, действующих методом ударного импульса и ультразвуковым методом.

Метод сквозного прозвучивания в поперечном направлении используется для сборных линейных конструкций. Ультразвуковые преобразователи при таких исследованиях инсталлируются с двух противоположных сторон контролируемой конструкции.

Поверхностным прозвучиванием исследуют ребристые, плоские, многопустотные плиты перекрытия, стеновые панели. Волновой преобразователь инсталлируется с одной стороны конструкции.

Чтобы получить надежный акустический контакт между испытуемой конструкцией и рабочей поверхностью ультразвукового преобразователя, используют вязкие контактные материалы типа солидола. Можно установить «сухой контакт» с использованием конусных насадок и протекторов. Ультразвуковые преобразователи устанавливаются на расстоянии не меньше 3 см от края конструкции.

Приборы для ультразвукового контроля прочности состоят из электронного блока и датчиков. Датчики бывают раздельными или объединенными для поверхностного прозвучивания.



График зависимости скорости распространения ультразвука от прочности

4. Обработка результатов динамических испытаний строительных конструкций

Динамической нагрузкой называют, нагрузкой быстро во времени изменяющую свою величину. Такими являются подвижные нагрузки (например, движение транспорта), сейсмические нагрузки, работа станков, молотов, копров, пульсация ветровой нагрузки и другие.

Для замеров перемещений и деформаций испытываемых конструкций или их элементов применяют специальные измерительные приборы, основанные на принципах механического или электрического увеличения. В настоящее время нашли широкое применение электрические приборы, которые позволяют замерить неэлектрические величины электрическими методами. Значение степени точности результатов измерений позволяет внести в них нужные коррективы и дать более правильную оценку исследуемой конструкции. Каждое измерение может содержать в себе ошибку Da, т.е. величину, представляющую собой разность между измеренным a и действительным a0 значениями исследуемого параметра.

Принято считать, что при чтении каждого отсчета по шкале прибора можно ошибиться на половину деления. В худшем случае при снятии двух отсчетов ошибка в разности N2 - N1 будет равна одному делению шкалы. Тогда относительная ошибка вычисляется по формуле:

Следовательно, для уменьшения ошибки следует иметь большую разность N2 - N1, что можно достигнуть увеличением чувствительности прибора за счет увеличения базы измерения, большего усиления сигнала и т.д. На точность измерения влияют и другие факторы, например, точность определения величины испытательной нагрузки, точность размеров конструкции, точность определения свойств материалов, влияние условий эксперимента и др. Общую точность результатов испытаний можно представить, как сумму относительных ошибок, возникающих от различных факторов. При выполнении нескольких измерений одинаковой точности наиболее вероятным значением измеряемой величины является среднее арифметическое. Обработка измеренных величин сводится, таким образом, к получению средних. Кроме систематических ошибок возможны просчеты и описки. Этого рода ошибки обнаруживаются при обработке первичных результатов измерений, и они должны быть исправлены или отброшены. Если число наблюдений не велико, как правило, не удается воспользоваться методами математической статистики.

Ошибка чаще обнаруживается при построении графиков. В этом случае эксперимент должен быть повторен.

При производстве большого количества измерений одной и той же величины обнаружить случайную ошибку или промах помогает теория вероятностей и методы математической статистики.

Размещено на Allbest.ur

...