Совершенствование методики обследования, испытания и диагностики железобетонных конструкций железнодорожных мостов

-прогибы и ширина раскрытия трещин превышают нормируемые;

-характер трещин и повреждений свидетельствует о возможном отступлении от требований проекта по армированию;

-имеются признаки, свидетельствующие о коррозии арматуры;

-конструкция подвергалась воздействию пожара;

-целью обследования является изыскание резервов несущей способности конструкций.

В остальных случаях контролируемые параметры, перечисленные в настоящем пункте, при обследовании могут не определяться, а при выполнении поверочных расчетов конструкций приниматься по проектным данным.

Контролируемыми параметрами для металлических конструкций являются [2, 4, 6, 12-14, 19, 23]: геометрические размеры, прогибы, предел текучести и временное сопротивление металла; относительное удлинение; ударная вязкость при различных температурах и после механического старения; химический состав стали; предел текучести, временное сопротивление, относительное удлинение, ударная вязкость и химический состав сварных швов, болтов, заклепок; размеры (длина, катет) сварных швов; количество и диаметр заклепок и болтов в узлах; класс точности и класс прочности болтов.

При обследовании металлических конструкций в число контролируемых параметров (с проведением лабораторных испытаний) следует включать прочностные характеристики стали, сварных швов, болтов и заклепок, их пластичность, химический состав и склонность к хрупкому разрушению в случаях, если:

-отсутствуют исполнительная документация и сертификаты или недостаточны имеющиеся в них сведения;

-обнаружены в конструкциях повреждения, связанные с низким качеством стали (расслой, хрупкие трещины и др.);

-изыскиваются резервы несущей способности конструкций;

-металл претерпел пластические деформации или воздействие высоких температур;

-возможно развитие межкристаллитной коррозии или коррозионного растрескивания металла.

В остальных случаях контролируемые параметры, перечисленные в настоящем пункте, при обследовании могут не определяться, а при выполнении поверочных расчетов конструкций приниматься по проектной и исполнительной документации.

Классификация дефектов и повреждений. В настоящее время эксплуатационным службам необходимо иметь оперативную систематизированную информацию о дефектах сооружений и причинах их появления. Это позволит прогнозировать развитие дефектности, планировать своевременное проведение необходимых ремонтов и повысить качество содержания мостов. Повреждения и дефекты классифицированы по ряду признаков [1-4]:

· вид повреждения (усталостные, механические, потеря устойчивости, сдвиги, просадки, коррозия и др.);

· частота появления; конструктивные признаки; степень опасности; длительность развития.

Наиболее распространенные дефекты металлических пролетных строений:

· расстройства заклепочных и болтовых соединений;

· изломы и трещины в местах максимальной концентрации напряжений, усталостные трещины;

· механические повреждения вследствие перевозки негабаритных грузов;

· коррозионные повреждения вследствие работы в агрессивных средах, при высокой влажности, в зонах воздействия блуждающих электрических токов.

Наиболее характерные повреждения для железобетонных мостовых сооружений:

· трещины в различных частях конструкции (продольные, поперечные, хаотические);

· отколы бетона и отслоения защитного слоя;

· повреждения гидроизоляции;

· коррозия арматуры;

· разрушения консолей плиты.

Трещины в железобетонных элементах мостов. Статические трещины, с шириной раскрытия более 0,25 мм, свидетельствуют о недостаточной несущей способности сечений конструкций и представляют собой опасность для появления серьезных последствий (коррозия арматуры, усталостное разрушение и т.д.). Трещины часто появляются в местах консольных вылетов плит, по середине балок, а также в капительной и фундаментной частях колонн [[2, 4, 6, 12-14, 19, 23]].

Поэтому, для избежания катастрофических последствий, важно своевременно производить ремонт и усиление ослабленных участков с применением специальных ремонтных систем.

Разрушение защитного слоя бетона вследствие процессов карбонизации. Типовые дефекты это: отслоения защитного слоя бетона и коррозия арматуры, причиной которых часто является недостаточная толщина защитного слоя бетона или его повышенная проницаемость. Вследствие карбонизации защитного слоя бетона, арматура теряет свою естественную защиту, в этом случае сталь подвергается воздействию коррозионных процессов, продукты коррозии имеют значительно больший объем, что приводит к отслоению и полному разрушению защитного слоя бетона [2, 4, 6, 12-14, 19, 23].

Чтобы избежать появления вторичных последствий, эти участки подлежат тщательному восстановлению, арматура требует дополнительной защиты от коррозии, а поверхность конструкции необходимо обработать с использованием долговечных систем вторичной защиты бетона.

Повторные дефекты на отремонтированных участках. Новые дефекты на поверхностях уже отремонтированных участков, часто объясняются непрофессиональным выполнением и использованием несоответствующих материалов.

Типичные дефекты, с которыми приходится сталкиваться на строительных объектах [2, 4, 6, 12-14, 19, 23]:

· недостаточная плотность бетона, наличие пор, обнажение крупного заполнителя и арматуры, расслоение бетонной смеси, трещины в бетоне;

· нарушение защитного слоя бетона у арматуры;

· плохая связь старого и нового бетона в зоне рабочих швов;

· непроектный шов при перерывах в бетонировании;

· отклонения конструкций от проектных размеров (в плане и по высоте, наклон по вертикали и горизонтали);

· неудовлетворительный прогрев, допущение замораживания бетона при твердении;

· перегрузка конструкций в процессе строительства, повреждение конструкций и как следствие - появление трещин и прогибов, сколов, выкрашивание бетона.

В действующих транспортных сооружениях дефекты, в основном, возникают от воздействия агрессивных сред, замораживания и оттаивания, воздействия высоких температур, в результате длительного действия динамических нагрузок или чрезвычайных ситуаций и выражаются в коррозии арматуры и бетона, появлении трещин в бетоне, отслаивании защитного слоя и выкрашивании бетона. В таких случаях необходимо провести ремонт бетона, устранение дефектов и защиту бетона или восстановление бетонных конструкций.

Пролетные строения имеют дефекты и повреждения, образование и развитие которых обусловлено их конструктивными и технологическими особенностями и условиями эксплуатации. По данным [21] наибольшее количество неисправностей имеют пролетные строения, запроектированные под нагрузку 1907, 1925 и 1931 гг. (52% пролетных строений от общего количества), что может быть связано в первую очередь с большим сроком их эксплуатации. Самыми распространенными неисправностями пролетных строений являются: выщелачивание цементного камня (8%); трещины, не изменяющие величину раскрытия под нагрузкой (5%); раковины в бетоне (2%); недостаточный или отсутствующий защитный слой рабочей арматуры (2%). Имеющиеся неисправности со временем могут привести к существенному снижению грузоподъемности пролетных строений. С каждым годом грузонапряженность железнодорожных линий увеличивается, в планы ГАЖК «Узбекистон темир йуллари» входит введение в эксплуатацию новых локомотивов с нагрузкой на ось, превышающей нормативную нагрузку Н8. В перспективные планы входит и повышение скоростей движения поездов. Встает вопрос о необходимости повышения грузоподъемности поврежденных железобетонных пролетных строений.

Коррозия бетонных, железобетонных конструкций и методы их защиты. Влияние окружающей среды (влажности, перепадов температур, ветра, наличия агрессивных веществ в атмосфере) - наиболее существенный из разрушающих факторов. Следует заботиться о защите и арматуры, и бетона.

Надежность конструктивного решения усиления элемента или конструкции зависит от правильности оценки степени коррозионного повреждения железобетона в результате агрессивного воздействия среды. Значительные трудности вызывает оценка степени коррозионного повреждения рабочей арматуры. На основании многочисленных данных [11], полученных при обследовании строительных конструкций транспортных сооружений различного назначения, для оценки повреждения арматуры можно рекомендовать следующие коэффициенты: для стержней диаметром 25 мм при ширине раскрытия коррозионной трещины 1,0 мм степень повреждения арматуры - 8%, при ширине 2,0 мм - 12%, при ширине 3,0 мм - 15%.

Для оценки степени снижения прочности бетона при коррозионном повреждении под воздействием щелочных растворов, растворов кислот на этапе предварительного обследования объектов и при проведении оценочных расчетов на основании накопленного опыта и исследований [24] можно рекомендовать следующие коэффициенты условия работы бетона при эксплуатации в течение 1 года - 0,7, 2 лет - 0,6, 3 лет - 0,55, 5 лет - 0,4.

Хлоридная коррозия. Плиты проезжей части мостов, построенных до начала 80-х гг. прошлого века часто не имеют качественной гидроизоляции. Вода, содержащая хлориды и другие агрессивные вещества, беспрепятственно проникает внутрь бетонной конструкции. Следствием этого процесса является интенсивная коррозия стальной арматуры, которая приводит к уменьшению ее сечения.

В этом случае содержащий хлориды бетон должен быть полностью удален и заменен высококачественными ремонтными материалами. Каждый год около 4% валового социального продукта народного хозяйства теряется из-за коррозии [72]. Среди большого многообразия методов антикоррозионной защиты металлоконструкций системные покрытия являются наиболее важными и, зачастую, единственно применимыми технологиями. Именно на таких технологиях специализируется фирма Sika.

Надежная и долговечная защита от коррозии зависит не только от качества выбранного продукта, но и от совместного влияния множества факторов. Это особо подчеркивается в новом евростандарте DIN EN ISO 12944 «Системные покрытия для антикоррозионной защиты металлоконструкций», который в будущем будет приобретать все большее значение. Этот разработанный в качестве базового стандарта документ включает в себя 8 разделов, посвященных важнейшим аспектам антикоррозионной защиты. В разделе «Защита металлоконструкций от коррозии» и последующих разделах подробно рассматриваются основы, влияние внешних факторов, подготовка и оценка поверхности, концепции первичной защиты и восстановления, лабораторные испытания системных покрытий и инспекция выполнения работ.

Транспортные сооружения из стали, в первую очередь автомобильные и железнодорожные мосты - важные объекты для антикоррозионной защиты. Антикоррозионная защита таких объектов имеет большое экономическое значение, к ней предъявляются повышенные требования.

Чаще всего современные системы покрытий являются комбинацией материалов на основе эпоксидных смол, а также цветостабильных покровных слоёв на основе полиуретана [21, 72]. Так покрытия из материалов системы Icosit® EG System дополняются материалом Icosit-Proxicolor®, также однокомпонентная краска Icosit® 6630 дополняется краской Icosit® 6630 highsolid, которая применяется при восстановлении старых покрытий. Особняком оставались и остаются цинко и фосфатонаполненные грунты FriazinkR и Icosit® Phosphat, применяемые как в полевых условиях, так и на заводах металлоконструкций (СТО 001-2006).

2.2 Виды и способы обследований бетонных и железобетонных конструкций мостов

При обследовании технического состояния сооружений объектами рассмотрения являются грунты основания и следующие основные несущие конструкции: фундаменты, ростверки и фундаментные балки; стены, колонны, столбы; перекрытия и покрытия (в том числе балки, арки, фермы стропильные и подстропильные, плиты, прогоны), а также балконы, эркеры, лестницы, подкрановые балки и фермы, связевые конструкции, элементы жесткости, стыки и узлы, сопряжения конструкций между собой.

Обследование технического состояния сооружений проводится в три этапа: подготовка к проведению обследования, предварительное (визуальное) обследование, детальное (инструментальное) обследование [2, 4, 6, 12-14, 19, 23].

Подготовительные работы осуществляются с целью ознакомления с объектом обследования, его объемно-планировочным и конструктивным решением, материалами инженерно-геологических изысканий, а также сбора и анализа проектно-технической документации, составления программы работ с учетом согласованного с заказчиком технического задания.

Предварительное (визуальное) обследование проводится с целью предварительной оценки технического состояния строительных конструкций и, при необходимости, инженерного оборудования по внешним признакам. В результате определяется необходимость проведения детального (инструментального) обследования и уточнение программы работ.

Зафиксированная картина дефектов и повреждений для различных типов строительных конструкций может позволить выявить причины их происхождения и быть достаточной для оценки технического состояния конструкций. Если результатов визуального обследования недостаточно для решения поставленных задач, если при визуальном обследовании обнаружены дефекты и повреждения, снижающие прочность, устойчивость и жесткость несущих конструкций сооружения (колонн, балок, арок, ферм, плит покрытий и перекрытий и прочих), то проводится детальное (инструментальное) обследование.

При обнаружении характерных трещин, перекосов частей сооружения, разломов сети и прочих повреждений и деформаций, свидетельствующих о неудовлетворительном состоянии грунтового основания, необходимо в детальное (инструментальное) обследование включать инженерно-геологические исследования, по результатам которых может потребоваться усиление грунтов основания, или защитные мероприятия (например, от подтопления).

Детальное (инструментальное) обследование технического состояния сооружений включает:

· работы по обмеру необходимых геометрических параметров зданий или сооружений, конструкций, их элементов и узлов;

· инструментальное определение параметров дефектов или повреждений;

· определение фактических характеристик материалов основных несущих конструкций и их элементов;

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

· определение реальных эксплуатационных нагрузок и воздействий, воспринимаемых обследуемыми конструкциями с учетом влияния деформаций грунтов основания;

· определение реальной расчетной схемы сооружения и его отдельных конструкций;

· определение расчетных усилий в несущих конструкциях, воспринимающих эксплуатационные нагрузки;

· поверочный расчет несущей способности конструкций по результатам обследования;

· анализ причин появления дефектов и повреждений в конструкциях.

По результатам технических обследований составляется итоговый документ (заключение) с выводами по результатам исследования. При необходимости заключение может содержать рекомендации по восстановлению несущей способности конструкций.

В случае отсутствия исходной проектной документации на объект или наличия некачественной документации в рамках обследования технического состояния объекта осуществляют необходимые обмеры для частичного восстановления документации.

Комплексное обследование технического состояния сооружений - комплекс мероприятий по количественной оценке параметров грунтов основания, строительных конструкций, их инженерного обеспечения. Под контролируемыми параметрами подразумеваются комплекс характеристик, обеспечивающих эксплуатационное состояние, пригодность и работоспособность объекта обследования. На этой основе определяется возможность их дальнейшей эксплуатации, реконструкции или необходимость восстановления, усиления, ремонта и т.п.;

Оценка технического состояния - установление степени повреждения и категории технического состояния строительных конструкций или сооружений в целом (включая состояние грунтов основания) на основе сопоставления фактических значений измеренных параметров со значениями этих же параметров, установленных проектом или нормативным документом;

Поверочные расчеты - расчет существующей конструкции и (или) грунтов основания по действующим нормам проектирования с использованием реальных значений геометрических размеров конструкций, фактической прочности строительных материалов и грунтов основания, действующих нагрузок, а также уточненной расчетной схемы с учетом имеющихся дефектов и повреждений.

Результатом обследования являются:

Определение категории технического состояния (степени эксплуатационной пригодности несущей строительной конструкции или сооружения в целом, а также грунтов основания). На этой основе производится разработка рекомендаций и предпроектных решений по восстановлению, усилению, капитальному ремонту и реконструкции сооружения.

1. Приведены характерные особенности обследования бетонных и железобетонных конструкций мостов.

2. Разработаны порядок проведения работ по проведению обследования бетонных и железобетонных конструкций мостов.

3. Приведены контролируемые параметры дефектов и повреждений, контролируемых при обследовании бетонных и железобетонных конструкций мостов.

4. Приведены классификации дефектов и повреждений, возникающих в результаты трещин в железобетонных элементах мостов, разрушения защитного слоя бетона, вследствия процессов карбонизации, повторных дефектов на отремонтированных участках, коррозии бетонных, железобетонных конструкций.

5. Разработаны виды и способы обследований бетонных и железобетонных конструкций мостов, детальное (инструментальное) обследование технического состояния сооружений, комплексное обследование технического состояния сооружений.

6. Разработаны методы оценки технического состояния и поверочных расчетов, а также методы определения категории технического состояния.

Глава 3. Совершенствование методики испытания и диагностики железобетонных мостов на железнодорожном транспорте

3.1 Совершенствование проектно-технической документации, паспортизации и инвентаризации железобетонных мостов на железнодорожном транспорте

Концепции развития ЖДРУз. Здания и сооружения железнодорожного транспорта - важная составная часть инфраструктуры железных дорог. Согласно «Концепции развития структурных реформ железнодорожного транспорта» к обязательной инфраструктуре относятся [1-4]:

- железнодорожные пути, искусственные сооружения и подразделения, обеспечивающие их содержание и ремонт;

- станции;

- системы и устройства электроснабжения;

- системы сигнализации и технологической связи, информационно-управленческие комплексы;

- система управления перевозками, включающая разработку графика движения поездов;

- вагонные депо, пункты технического обслуживания вагонов;

- локомотивы и локомотивное хозяйство;

- подразделения, обеспечивающие охрану объектов, имущества, перевозимых грузов, проведение пожарно-профилактического надзора и ликвидацию пожаров на железнодорожном транспорте;

- здания и сооружения, занятые в обеспечении перевозочного процесса.

Надежное функционирование железных дорог определяется наличием инфраструктуры и хозяйственной базы, обеспечивающей ее работоспособность - способность выполнять заданные функции с параметрами, принятыми в нормативной и проектной документации.

Очевидно, что для эффективной работы инфраструктуры огромное значение имеет техническое состояние зданий и сооружений железнодорожного транспорта, которые, в свою очередь, составляют значительную часть основных фондов ГАЖК «Узбекистон темир йуллари». Наряду с бесперебойной (безопасной) работой железнодорожного транспорта, здания и сооружения должны обеспечивать безопасность работающего в них персонала и не наносить вред окружающей среде.

В общие технические регламенты вводит требования безопасной эксплуатации зданий, строений, сооружений и безопасного использования прилегающих к ним территорий в целях защиты жизни или здоровья граждан, пожарной безопасности, биологической безопасности, ядерной и радиационной безопасности.

Основы метрологии и стандартизации в строительстве. В условиях ускорения научно-технического прогресса и строительства особое значение придается унификации методов испытания строительных конструкций, деталей и узлов, повышению качества изготовления и монтажа строительных конструкций. Решение этих задач требует существенного повышения роли метрологии и стандартизации в строительстве [1-4].

Метрология - это наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности. В метрологии рассматриваются: общая теория измерений, единицы физических величин и их системы, методы и средства измерений, методы определения точности измерений, основы обеспечения единства измерений и единообразия средств измерений, методы передачи размеров единиц от эталонов или образцовых средств измерений к рабочим средствам измерений. Метрология является научной основой метрологического обеспечения, под которым понимают установление и применение научных и организационных основ, технических средств, правил и норм, необходимых для достижения единства и требуемой точности измерений. Метрологическое обеспечение включает следующие системы:

1) государственных эталонов единиц физических величин, обеспечивающих воспроизведение единиц с наивысшей точностью;

2) передачи размеров единиц физических величин от эталонов всем средствам измерений с помощью образцовых средств измерений и других средств поверки;

3) разработки, постановки на производство и выпуска в обращение рабочих средств измерений, обеспечивающих определение с требуемой точностью характеристик продукции, технологических процессов и других объектов в сфере материального производства, научных исследований и других видов деятельности;

4) разработки стандартных справочных данных о физических константах и свойствах веществ и материалов, обеспечивающих достоверными данными научные исследования, разработку технологических процессов получения и использования материалов и конструкций.

Кроме того, в метрологическое обеспечение входят такие мероприятия как:

- государственные испытания или метрологическая аттестация средств измерений, предназначенных для серийного или массового производства и ввоза их из-за границы, обеспечивающих единообразие средств измерений при их разработке и использовании;

- обязательная государственная и ведомственная поверки средств измерений, обеспечивающие единообразие средств измерений при изготовлении, эксплуатации и ремонте, а также установление стандартных образцов состава и свойств веществ и материалов, обеспечивающих воспроизведение единиц величин, характеризующих состав и свойства веществ и материалов.

Определим основные понятия, связанные с поверкой средств измерений.

Поверка средств измерений - это определение метрологическими органами погрешностей средств измерений и установление их пригодности к применению. Различают государственную (производится органами государственной метрологической службы) и ведомственную (органами ведомственных метрологических служб) поверку средств измерений.

Метрологическая аттестация средств измерений - исследование средств измерений, выполняемое метрологическими органами для определения метрологических свойств этих средств измерений, и выдача документа с указанием полученных данных.

Поверочная схема - это утвержденный в определенном порядке документ, устанавливающий средства, методы и точность передачи размера единицы физической величины от эталона к рабочим средствам измерений. Различают общегосударственные и локальные (отдельных органов метрологической службы) поверочные схемы.

Средства поверки - это технические средства, необходимые для осуществления поверки средств измерений в соответствии с требованиями нормативно-технических документов на методы и средства поверки. Средства поверки включают в себя рабочие эталоны, образцовые средства измерений, в том числе стандартные образцы и образцовые меры, вспомогательные приборы, устройства и материалы, поверочные приспособления.

Средства измерений - это технические средства, используемые при измерениях и имеющие нормированные метрологические характеристики. Они состоят из системы мер, измерительных приборов и преобразователей, а также измерительных установок и систем.

Под измерительным прибором понимают средство измерения, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателя. Измерительный преобразователь - средство измерения, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию с помощью наблюдения.

Измерение - это процесс нахождения какой-либо физической величины с помощью технических средств и сравнения её с эталоном. Измерение включает следующие элементы:

- объект измерения, свойства которого характеризует измеряемая величина;

- единицу измерения;

- техническое средство измерения, градуированное в выбранных единицах;

- метод измерения;

- регистрирующее устройство, воспринимающее результат измерения;

- окончательный результат измерения.

Измерения характеризуются рядом параметров:

- погрешностью измерения - разностью между истинными и измеренными значениями величин;

- точностью измерения, т. е. степенью приближения результатов измерения к истинному значению;

- достоверностью измерения - вероятностью отклонения измерения от истинного значения;

- диапазоном измерений - областью значений измеряемой величины, для которой нормированы допускаемые погрешности средств измерений;

- ценой деления шкалы - разностью значений величины, соответствующей двум соседним отметкам шкалы;

- пределом измерений - наибольшим и наименьшим значениями диапазона измерений;

- чувствительностью измерительного прибора - отношением изменения сигнала на выходе измерительного прибора к вызвавшему его изменению измеряемой величины.

Различают три класса измерений:

- особо точные - связаны с установлением эталона;

- высокоточные измерения проводятся при градуировании измерительных систем, а также при проведении измерений в особо ответственных испытаниях;

- технические - применяются в практике испытаний строительных конструкций.

Всякое измерение неизбежно связано с погрешностями измерений. Погрешности, порожденные несовершенством метода измерений, неточной градуировкой и неправильной установкой измерительной аппаратуры, называют систематическими. Систематические погрешности исключают введением поправок, найденных экспериментально. В настоящее время для устранения систематических погрешностей применяется микропроцессорная техника.

Случайные погрешности обусловлены влиянием на результаты измерений неконтролируемых факторов (случайные колебания температуры, вибрация и т. д.). Такие погрешности оцениваются методами математической статистики по данным многократных измерений.

При измерениях могут возникать грубые ошибки, вызванные неисправностью измерительных систем, ошибками регистратора и т.д. Эти ошибки также могут быть выявлены методами математической статистики. Проблемы метрологического обеспечения измерений неразрывно связаны с задачами, стоящими перед стандартизацией.

Стандартизация - это установление и применение правил для упорядочения деятельности в определенной области на пользу и при участии всех заинтересованных сторон, в частности, для достижения всеобщей оптимальной экономии при соблюдении функциональных условий и требований техники безопасности. Объектами стандартизации являются конкретная продукция, нормы, требования, методы, термины, обозначения и т. д., имеющие перспективу многократного применения, используемые в науке, технике, строительстве. В области строительства стандартизации подлежат методы расчета и проектирования конструкций и сооружений, требования к материалам и изделиям, допуски конструкций зданий и сооружений на стадии монтажа и строительства, методы испытаний и проведения измерений, методы представления и обработки получаемых результатов измерений и т. Д [1-4].

В зависимости от сферы действия стандарты разделяются на четыре категории: государственные (ГОСТ), отраслевые (ОСТ), республиканские (УзРСТ) и стандарты предприятий (СТП). Государственные стандарты в области строительства и строительных материалов утверждаются Госкомархитекстроем РУз. В настоящее время проводится большая работа по переработке отечественных стандартов в соответствии с международными требованиями и международными стандартами. Эти документы содержат отдельные общие элементы, но в целом они существенно различны. КМК устанавливают требования ко всей строительной продукции и содержат нормы строительного проектирования, тогда как ГОСТы содержат требования к строительным материалам и изделиям массового производства, методам испытания материалов и конструкций, измерений, обработки и представления результатов.

В зависимости от содержания стандарты подразделяются на ряд отдельных видов. С точки зрения освидетельствования и испытания конструкций и сооружений наибольший интерес представляют следующие:

1) стандарты технических условий, которые, в частности, содержат всесторонние требования к продукции при ее изготовлении, поставке и эксплуатации, регламентируют методы испытаний, правила приемки;

2) стандарты технических требований, которые нормируют показатели качества, надежности и долговечности продукции, устанавливают срок службы и т. д.;

3) стандарты методов испытаний, которые включают требования о порядке отбора проб или образцов, методы испытаний материалов и изделий, используемые для оценки качества продукции; эти стандарты обеспечивают единство методов и средств испытаний; в стандартах на методы испытаний содержатся также требования к измерительным приборам, инструментам и установкам, используемым для контроля показателей качества изделий;

4) стандарты правил приемки, маркировки, упаковки, транспортирования и хранения, которые регламентируют, в частности, порядок приемки изделий, вид и программу испытаний при приемке.

В большинстве строительных стандартов даны совмещающие данные, свойственные стандартам нескольких видов. Стандарты существенно влияют на темпы развития и уровень производства. Базируясь на последних достижениях науки, техники и практического опыта, стандартизация во многом не только фиксирует достигнутый уровень производства, но и является одним из рычагов прогресса науки и техники.

3.2 Приборы и оборудование нового поколения для обследований, испытаний и диагностики железобетонных мостов

В последние годы в странах СНГ (особенно в России) создан целый комплекс малогабаритных электронных приборов неразрушающего контроля и неразрушающей дефектоскопии, которые позволяют [6, 30, 108]:

- определять влажность, температуру и коэффициент теплопроводности различных материалов, из которых изготовлены строительные конструкции;

- выявлять наличие микротрещин, выходящих на поверхность металлоконструкций, ферромагнитных деталей и сварных швов;

- косвенно контролировать прочность бетона, толщину защитного слоя и диаметр арматуры в железобетонных конструкциях.

В России разработкой и производством электронных приборов нового поколения успешно занимается НПО "Карат", СКВ "Стройприбор, ООО НПП Интерприбор и др. Все выпускаемые приборы сертифицированы Госстандартом России и широко используются как внутри страны, так и за рубежом. Созданные приборы обладают большим набором сервисных функций и универсальностью, имеют легкие и удобные датчики нестандартной конструкции. Они оснащены автономной 9-клавишной клавиатурой и графическим дисплеем с подсветкой, обеспечивают высокий уровень информативности, легко адаптируются к условиям пользователя. Высокая достоверность измерений обеспечивается специальной интеллектуальной обработкой собранной информации с учетом ряда технических, эргономических и технологических факторов. Все приборы имеют автономный высокоскоростной процессор и электронную записную книжку для хранения информации, собранной в полевых условиях. Одновременно созданные приборы оснащены интерфейсами и имеют инфракрасную связь с компьютером, позволяющую сбрасывать всю информацию, накопленную в полевых условиях, в память персонального компьютера. Разработанные приборы оснащены специальными компьютерными программами для считывания памяти приборов, хранения и документирования полученных результатов измерений.

Технические параметры и область применения некоторых из указанных приборов более детально представлены ниже [2, 6, 12, 12-14, 19, 32, 34, 39].

1. Прибор ВИСТ-2.4 для измерения параметров виброколебаний и натяжения арматуры. Предназначен для измерения среднеквадратического значения виброскорости, амплитуды и частоты колебаний виброустановок, используемых для уплотнения бетонной смеси при изготовлении железобетонных изделий, а также для измерения параметров вибрации других объектов (машин, механизмов, фундаментов). Применим для балансировки вентиляторов.



Рисунок 7

2. Прибор ОНИКС - 2.5 для контроля прочности, плотности и однородности материалов. Прибор предназначен для контроля прочности бетона на сжатие неразрушающим ударно-импульсным методом (ГОСТ 22690-88) при технологическом контроле качества, обследовании зданий, сооружений и конструкций. Применим для контроля прочности кирпича, прочности и однородности композиционных материалов, растворных швов, штукатурки и т.п.

Рисунок 8

3. Прибор ПУЛЬСАР-1.0/1.1 для контроля прочности, плотности и однородности материалов. Предназначен для измерения времени и скорости распространения УЗ колебаний в твердых материалах при сквозном и поверхностном прозвучивании. Прибор позволяет определять прочность бетона и кирпича, выявлять дефекты (трещины, пустоты), оценивать несущую способность железобетонных конструкций, пористость и трещиноватость горных пород, степень анизотропии и текстуру композитных материалов.

Рисунок 9

4. Прибор ВИБРАН-2.0 для измерения параметров виброколебаний и натяжения арматуры. Малогабаритный прибор, предназначенный для вибродиагностики конструкций, фундаментов, оснований, мостовых сооружений, строительных изделий, абразивов, вибрационного оборудования, двигателей, турбин, вентиляторов, в частности, для анализа реакции конструкций на ударное воздействие.

Рисунок 10

5. Прибор ВИБРАН-3.0 для измерения параметров виброколебаний и натяжения арматуры. Предназначен для многоканальной вибродиагностики конструкций, фундаментов, оснований, мостовых сооружений, строительных изделий, вибрационного оборудования, компрессорных станций, двигателей, турбин, и т.п., а также для анализа реакции конструкций на ударное воздействие. Применим для поиска дефектов структуры различных объектов методом сопоставления их реакций с эталонным спектром, в частности при разбраковке керамических и абразивных изделий.

Рисунок 11

6. Прибор ИНК-2.4 / 2.4К для измерения параметров виброколебаний и натяжения арматуры. Назначение прибора - измерение частотным методом механических напряжений в элементах стержневой, проволочной и прядевой арматуры железобетонных изделий и конструкций, а также параметров виброколебаний (частота, виброскорость и виброперемещение) различных объектов.

Рисунок 12

7. Прибор ВИСТ-2.4 для измерения параметров виброколебаний и натяжения арматуры. Предназначен для измерения среднеквадратического значения виброскорости, амплитуды и частоты колебаний виброустановок, используемых для уплотнения бетонной смеси при изготовлении железобетонных изделий, а также для измерения параметров вибрации других объектов (машин, механизмов, фундаментов). Прибор фиксирует 600 результатов измерений (виброскорость, виброперемещение, коэффициент гармоник, частоту), дату и время измерений, имеет возможность выбора объекта контроля (виброплощадка, фундамент, вентилятор, двигатель), режима индикации измерений и программно переключаемый диапазон измерений.

Рисунок 13

8. Прибор ВИМС - 2.2 для контроля влажности материалов. Серия измерителей влажности материалов ВИМС-2 предназначена для измерения влажности широкой номенклатуры строительных материалов по ГОСТ 21718 (песка, бетона, кирпича) и древесины по ГОСТ 16588 (сосны, ели, лиственницы, березы, дуба, бука, осины, липы и др.), в том числе в изделиях и конструкциях. Основной областью применения приборов являются различные виды строительного производства и технологий, в которых влажность материалов регламентируется нормативно-технической или технологической документацией.

Рисунок 14

9. Прибор ПОИСК-2.4. Применение новых технических решений и алгоритмов математической обработки информации позволило существенно повысить достоверность измерений. Условия измерений выбираются пользователем с помощью экранных меню. Основные функции: автоматический цикл измерений; автоматическая регистрация результатов и условий измерений; диалоговый режим работы пользователя с прибором через систему меню; полноценное отображение результатов на графическом дисплее с подсветкой; язык текстовых сообщений - русский, английский.

Рисунок 15

10. Прибор ТЕМП-3: Термометры - Гигрометры - Регистраторы. Семейство приборов ТЕМП-3 разработано для измерения и регистрации влажности неагрессивных воздушных сред и температуры жидких, газообразных сред, сыпучих материалов, битума, поверхностей твердых материалов и других применений. Выпускаются в нескольких модификациях с различным исполнением датчиков, в зависимости от назначения, конструкции, условий эксплуатации, инерционности и температурного диапазона.

Рисунок 16

11. Прибор ОНИКС - для контроля прочности, плотности и однородности материалов. Предназначен для определения прочности бетона методом отрыва со скалыванием по ГОСТ 22690-88.

Рисунок 17

12. Прибор ВИМС-2.1 для контроля влажности материалов. Серия измерителей ВИМС-2.1 предназначена для измерения влажности широкой номенклатуры твёрдых материалов: бетона, древесины (16 различных пород: берёза, бук, дуб, ель, кедр, клён, липа, лиственница, ольха, орех, осина, пихта, сосна, тополь, яблоня, ясень), цементной стяжки и других материалов (9 свободно программируемых материалов).

Рисунок 18

13. Прибор ИПС-МГ4.01 для измерения прочности бетона (метод ударного импульса по ГОСТ 22690). Прибор ИПС-МГ4.01 предназначен для оперативного неразрушающего контроля прочности и однородности бетона и раствора методом ударного импульса по ГОСТ 22690. Область применения прибора - определение прочности бетона, раствора на предприятиях стройиндустрии и объектах строительства, а также при обследовании эксплуатируемых зданий и сооружений.



Рисунок 19

14. Микроскоп измерительный МПБ - 3М (для определения ширины раскрытия трещин на поверхности бетона). Микроскоп предназначен для рассмотрения с увеличением 25 крат и 50 крат различных предметов и измерения их линейных размеров в отраженном и проходящем свете. Микроскоп может быть использован в различных областях промышленности, науки и образования с целью: испытаний материалов (твердость, износ); контроля печатных плат; проведения экспертиз; изучения и измерения микрообъектов бесконтактным способом; определения ширины раскрытия трещин на поверхности бетона при обследовании зданий и сооружений.

Рисунок 20

15. Приборы ИТС - 1: измерители теплопроводности материалов. Измеритель теплопроводности ИТС-1 предназначен для измерения теплопроводности и термического сопротивления широкого спектра строительных и тепло-изоляциионных материалов стационарным методом в соответствии с ГОСТ 7076-99.

Рисунок 21

16. Приборы ПОС-30МГ4 и ПОС-50МГ4 для измерения прочности бетона (метод отрыва со скалыванием по ГОСТ 22690). Приборы предназначены для неразрушающего контроля прочности бетона методом отрыва со скалыванием. Область применения приборов - определение прочности бетона на объектах строительства, при обследовании зданий и сооружений, а также для уточнения градуировочных характеристик ударно - импульсных и ультразвуковых приборов, в соответствии с Приложением №9 ГОСТ 22690.

Рисунок 22

17. Прибор ЭИН-МГ4 для измерения напряжений в арматуре частотным методом. Прибор ЭИН-МГ4 предназначен для оперативного производственного контроля предварительных напряжений в стержневой, проволочной и канатной арматуре железобетонных конструкций частотным методом по ГОСТ 22362.

Рисунок 23

18. Прибор ИПА-МГ4 для измерения толщины защитного слоя бетона и расположения арматуры. Прибор ИПА-МГ4 предназначен для оперативного контроля толщины защитного слоя бетона и расположения стержневой арматуры в железобетонных изделиях и конструкциях магнитным методом по ГОСТ 22904.

Рисунок 24

3.3 Совершенствование методики испытания железобетонных конструкций мостов

Задачи, общие методы и испытания сооружений. 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. 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 и менее, 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 [2, 4, 6, 12-14, 19, 23].

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.

При испытаниях конструкций в зависимости от объекта и цели испытаний устанавливаются: 1) несущая способность, характеризуемая нагрузкой, при которой наступает потеря прочности или устойчивости объекта испытания; 2) жесткость, характеризуемая значениями перемещений, предельными с точки зрения возможности нормальной эксплуатации объекта; 3) трещиностойкость (в первую очередь для бетонных и железобетонных конструкций); трещины должны или вообще не появляться или их раскрытие не должно исчерпать или затруднять эксплуатацию вследствие потери непроницаемости, развития коррозии и т.д.; при определении трещиностойкости устанавливают также значения нагрузки, при которой образуются трещины, допустимые по условиям эксплуатации.

Существуют четыре разновидности испытаний: приемочные испытания, испытания эксплуатируемых объектов, испытания конструкций и деталей при их серийном производстве, научно-исследовательские испытания.

1. При приемочных испытаниях (при передаче законченных сооружений в эксплуатацию и промежуточных приемках в процессе строительства) проверяются состояние объекта и соответствие показателей его работоспособности проектным и нормативным требованиям.

2. Испытания уже эксплуатируемых сооружений проводятся: для проверки возможности продолжения нормальной службы объекта под эксплуатационной нагрузкой; для проверки эксплуатационной надежности объекта при появлении значительных повреждений, например, после пожара и в других аналогичных случаях, ставящих под сомнение работоспособность сооружения; для выяснения возможности повышения эксплуатационной нагрузки при реконструкции объекта или изменении характера его использования.

3. Испытания конструкций и деталей при их серийном изготовлении выполняются путем выборочных испытаний отдельных образцов (продукции) с доведением до разрушения. Задачей испытаний в данном случае является установление фактической несущей способности и других характеристик, испытываемых образцов либо продукции с распространением полученных результатов на всю изготовленную партию.

4. Научно-исследовательские испытания и испытания опытных объектов проводятся: при применении новых конструктивных решений и при апробации новых методов расчета; при использовании новых строительных материалов с характеристиками, требующими проверки под действием нагрузки; при особых режимах эксплуатации. Такие испытания могут производиться непосредственно в натуре или лабораторным путем с обеспечением требуемого режима.

Испытания сооружений проводят в случаях, когда решение вопросов, связанных с их эксплуатацией, не может быть получено только расчетным путем или по данным обследования.

Основная цель испытания - выявить характер действительной работы моста в целом и отдельных его элементов при воздействии эксплуатационных нагрузок.

Испытание сооружений допускается проводить только после: выполнения обследований, результаты которых позволяют установить возможность загружения сооружения, определить допустимое значение испытательной нагрузки и наметить условия ее движения по сооружению при проведении испытаний, а также зафиксировать состояние сооружения для выявления изменений в нем при испытаниях.

Испытания мостов производят обычно в следующих случаях [6, 26-28, 40-92]:

при приемке в эксплуатацию вновь построенных крупных, мостов, а также мостов с опытными и новыми конструкциями;

при возникновении в процессе эксплуатации дефектов в конструкции мостов (в том числе после аварий);

после капитального ремонта, реконструкции или усиления мостов с целью выявления эффективности мероприятий и проверки принятых расчетных предпосылок;

для оценки эффективности мер, выполненных, на мосту для обеспечения пропуска отдельных тяжелых нагрузок; для уточнения расчетной схемы (в специальных случаях), а; также в связи с выполнением исследовательских и опытных работ с целью накопления данных для уточнения норм проектирования и расчета мостовых конструкций.

Основные метрологические характеристики средств измерений. При испытании сооружений и их моделей получение информации о работе изучаемой системы основано на измерении физических величин с помощью технических средств. Достоверность полученных экспериментальных данных зависит от выбранных параметров средств измерений, от того, в какой мере метрологические характеристики средств измерений отвечают требованиям проводимого эксперимента. К основным параметрам, характеризующим средства измерения, относятся: статическая градуировочная характеристика, чувствительность измерительного прибора (преобразователя), коэффициент преобразования, порог чувствительности, диапазон измерений, информативность, динамические характеристики - амплитудно- и фазочастотная, переходная, а также время установления показаний [1-4].

Вид функции преобразования средства измерений определяет его градуировочная характеристика, устанавливающая зависимость между значениями величины на входе и выходе. Такая зависимость представляется в виде таблицы, формулы или графика (рис.25).

Рис. 25. Статическая градуировочная характеристика

Отношение изменения сигнала на выходе измерительного прибора ?и к вызывающему его изменению на входе ?Х - называется чувствительностью прибора S. Если градуировочная характеристика преобразователя линейна, то его чувствительность может определяться коэффициентом преобразования К_п = и/Х. Протяженность линейного участка - диапазон измерений D_и - зависит от свойств измерительного прибора и от допускаемой, т. е. нормированной для данного средства измерения погрешности д (рис.1). Верхний и нижний пределы измерения определяются уровнем принятой погрешности измерений. За нижний предел - порог чувствительности л_п - принимается минимальное значение измеряемой величины, при котором обнаруживается сигнал на выходе прибора. Диапазон измерений и порог чувствительности позволяют определить обобщенную характеристику средства измерения - его информативность или разрешающую способность Щ:

Щ = ln (D_н / 2 л_п),

которая тем больше, чем шире диапазон и ниже уровень суммарной погрешности используемого комплекса измерительных средств.

При динамической градуировке измерительных преобразователей регистрируется их реакция на эталонные сигналы в виде гармонических колебаний различной частоты или импульсных воздействий. В условиях установившихся гармонических колебаний получают амплитудно-частотную характеристику и устанавливают степень нелинейности амплитудной характеристики.

Амплитудно-частотная характеристика представляет зависимость чувствительности градуируемого средства измерений от частоты колебаний, а степень нелинейности - зависимость чувствительности от амплитуды сигнала при фиксированной частоте. На рис. 26а показана амплитудно-частотная характеристика измерительного прибора. Ординаты кривой представляют собой отношение чувствительности на рассматриваемой частоте к К_п, полученному при статической градуировке. Нижний предел диапазона f_н так же, как и верхний предел f_н частотной характеристики, определяются заданным допуском ?с нормированной погрешности относительно средней частоты соответствующих диапазонов.

...