Инструментальные измерения при натурном освидетельствовании конструкций

Натурное освидетельствование конструкций может быть сплошным или выборочным.

При сплошном освидетельствовании проверяют все конструкции и узлы сопряжения в пределах обследуемого участка.

Выборочный контроль планируют по результатам предварительного осмотра. Если общее состояние конструкций вызывает небезосновательную тревогу, то измеряется большее количество конструкций, если нет - то меньшее, но всегда не менее 20 % однотипных конструкций. В промышленных зданиях с однотипными несущими конструкциями обмеряются: каждая 10-я стропильная конструкция и колонна, но не менее трёх в каждом температурном отсеке; связи между двумя стропильными конструкциями; связи по колоннам в каждом ряду.

Обязательно обмеряются наиболее напряженные элементы и элементы в зонах с агрессивными выделениями.

Если имеются отклонения от проекта, резкая неравномерность свойств материала конструкций и условий их эксплуатации, то выборочное освидетельствование заменяется сплошным.

С помощью инструментальных измеренийопределяются следующие геометрические параметры конструкций: длина (пролет) конструкции; величина опирания конструкции; размеры поперечных сечений, в том числе с учетом ослаблений дефектами и повреждениями; диаметр арматуры; шаг несущих конструкций. Инструменты для этого: рулетки разной длины (5, 10, 20 м и более), металлические и деревянные линейки, складные метры, стальные и тесмянные ленты, штангенциркули, микрометры, толщиномеры. Точность измерений бетонных и каменных конструкций - 1 см, стальных элементов и арматуры - 1 мм.

Линейные измерения здания в плане и по высоте (архитектурные обмеры) производят рулетками, складными метрами, лентами. Точность измерений - 1 см. Особо точные обмеры производят фотографическими способами - обычным фотографированием и ортогональным фотографированием.

Ортогональное фотографирование - это фотограмметрическая и стереофотограмметрическая съёмки. Суть стереофотограмметрической съёмки (stereos (гр.) - пространство; gramma - запись и metreo - измеряю) заключается в следующем.

С помощью фототеодолита или фотограмметрической камеры фиксируются с какого-то расстояния большое количество точек объекта в один физический момент. Для решения плоской задачи, когда наблюдаемые точки, перемещаясь, остаются в одной плоскости, т.е. расстояние от прибора до объекта не меняется, достаточно произвести съёмку до и после деформации объекта лишь с одной точки. Такая съёмка называется фотограмметрической.

Для решения пространственной задачи, т.е. определения по выполненным снимкам и расстояния до наблюдаемого объекта, производят съёмку с двух точек - концов базиса съёмки. Такая съёмка называется стереофотограмметрической. Повторяя снимки во времени, можно определить сложные деформации объекта.

Таким образом, ортогональным фотографированием можно произвести не только бесконтактные обмеры здания или сооружения, но и определить перемещения и деформации их конструкций.

Измерение вертикальных перемещений производится нивелированием по маркам и реперам с расстояния 30...120 м обыкновенными и прецизионными оптическими нивелирами Н-1, Н-3, Н-05, НЗ, НВ-1, НТ, НА-1,"КОН-007" и др., оптическими теодолитами с накладным уровнем на трубе ТТ-4, ТОМ, ОТШ, а также гидростатическими нивелирами (уровнями).

1 – градуировочная трубка; 2 – точка измерения;

3 – сосуд с водой; 4 – резиновый шланг;

5 – краник; 6 – телескопическая стойка

Измерение прогиба гидростатическим нивелиром

Простейшее приспособление для определения вертикальных деформаций (прогибов и выгибов) конструкций - три длинные рейки с рисками, нанесенными на одинаковом расстоянии от торцов; двумя рейками упираются в нижнюю грань конструкции непосредственно у опор, а третьей - в середине пролета (на ней нанесена миллиметровая шкала вниз и вверх от исходной риски); между крайними рейками натягивается в уровне рисок тонкая проволочная струна, по шкале средней рейки считывается величина прогиба (выгиба).

Измерение горизонтальных перемещений производят с помощью обыкновенных и прецизионных теодолитов с 20...40-кратным увеличением трубы и приборов вертикального проектирования ОЦП-2, «Зенит-ОЦП», «Зенит-Л07» «Карл Цейс Йена, ТБ-1, ТТ-5, ОТШ, ТОМ, ОТ-2 и др. с расстояния 20...40 м.

При проверке вертикальности конструкций и зданий (возможные горизонтальные перемещения) используют отвесы – прямой и обратный.

В прямом отвесе груз во избежании раскачивания опускается в сосуд с вязкой жидкостью, а отсчёты снимаются по шкалам горизонтальных линеек, прикреплённых в проверяемым точках. В обратном отвесе, используемом для контроля перемещений в горизонтальной плоскости конструкций подземных сооружений (например, шахтных стволов) нить поддерживается поплавком в сосуде с жидкостью, закреплённом над проверяемой точкой; а отсчёты снимают с помощью визирного штифта и микроскопа по шкале на сосуде.

1 – поплавок; 2 – визирный штифт;

3 – микроскоп; 4 – шкала

Для наблюдения за перемещением высотных конструкций (например, телебашни), в подземных галереях и др. случаях эффективно применение лазерных приборов ПИЛ-1, ЛЗЦ-1, лазерного теодолита ЛТ-75, радио- и светодальномеров.

1.7. Выявление трещин, дефектов и повреждений при натурном освидетельствовании конструкций

В процессе основного (технического) обследования производится детальный осмотр конструкций. Цель его: выявить конструкции и их элементы, изготовление, транспортирование, монтаж или эксплуатация которых проводилась с отклонениями от проекта. Отклонения от проекта на доэксплуатационной стадии «жизни» конструкций вызывают, напомним, дефектами, а в процессе эксплуатации – повреждениями конструкций.

Элементы с дефектами и повреждениями делятся на две группы: элементы с отклонениями, не вызывающими видимых разрушений; элементы с локальными разрушениями.

Первая группа: нарушения в опирании конструкций; ненадлежащее качество сварки; ослабление болтовых соединений; лишние монтажные швы; погнутость сжатых стержней; отсутствие горизонтальных или вертикальных связей.

Вторая группа: ослабление элементов в виде среза болтов, надрезов, сколов, обрыва арматуры, коррозионного поражения стали и бетона, трещин в материале.

(Далее Вы должны рассказать о трёх категориях требований к трещиностойкости железобетонных конструкций, назвать предельные значения ширины длительного и кратковременного раскрытия трещин в бетоне при применении различных классов арматуры и для разных условий эксплуатации - то есть, об одном из допустимых отклонений действительного состояния конструкций; о видах и причинах коррозии бетона; о коррозии стали; о влиянии на свойства материалов влажности, попеременного замораживания и оттаивания, солнечной радиации, химических сред, температуры окружающего воздуха).

В частности, в материалах с малой теплопроводностью (бетон) при колебаниях температуры возникают тепловые волны, плавно, постепенно проникающие вглубь элементов. Незначительные колебания не вызывают в конструкции существенных изменений, хотя в ней и возникает неравномерное поле напряжений. В материалах же с большой теплопроводностью (металл) тот же фактор вызывает существенные циклические деформации. Поэтому, например, железнодорожные и трамвайные рельсы пригоняются друг к другу с зазором.

Ширину раскрытия трещин в бетонных, железобетонных и каменных конструкциях измеряют с помощью градуировочных луп с 6...8-кратным увеличением; микроскопом МПБ-2 (трубкой Бринелля) с 24- кратным увеличением и ценой деления - 0,05 мм и 0,02 мм, предел измерения - 6,5 мм; микроскопом МБС-2 с 75-кратным увеличением и ценой деления - 0,05 мм; микроскопом МИР-2 (продел измерения 0,015...0,6 мм).

Возможно использование целлулоидных или бумажных трафаретов с нанесёнными на них линиями толщиной 0,05...2 мм путём совмещения линий с краями трещины; масштабных линеек при раскрытии трещин более 2 мм (точность измерений 0,3 мм).

Глубина трещин определяется: по следу на поверхности керна, высверленного из тела конструкции по трещине; с помощью стальных комбинированных щупов; ультразвуковым методом (см. с. 28).

Характер трещин в кладке каменных зданий наряду с искривлением горизонтальных и вертикальных линий фасадов говорит об общем состоянии стен (см. с. 30). Следует различать случаи, когда осадка здания прекратилась, причинённые ею деформации стабилизировались, а следы их исправлены. Более сложны случаи, если осадка или другие деформации стен по каким-то причинам продолжаются и даже возникли вновь. В этих случаях приходится проводить наблюдение за состоянием или поведением трещин во времени с помощью описанных далее способов.

Кроме трещин, распространяющихся на всю толщину каменных стен, наблюдаются трещины поверхностные, свидетельствующие о степени износа и прочности материалов стены и самой стены в целом.

Небольшому износу, считающемуся хорошим, способствует монолитность кладки, при которой видимых изменений в ней не обнаруживается, камни и раствор сохраняют прочность, а сцепление камней с раствором не нарушено.

При износе стен от 20 до 40 %, характеризуемом как удовлетворительное их состояние, местами наблюдается разделение кладки на отдельные камни вследствие начинающейся потери сцепления камня с раствором, хотя сам раствор ещё сохраняет прочность. Признаком этого явления является выпадение раствора в швах между отдельными камнями.

Износ 40…60 % характеризует плохое состояние кладки, её прогрессирующее ослабление, признаком чего служит потеря раствором прочности, появление волосяных трещин, выпадение или разрушение некоторых камней, а иногда и выпучивание отдельных мест стены.

Трещины в вертикальных и горизонтальных швах при общем удовлетворительном состоянии кладки дают сигнал о перегрузке участков стен (при смене перекрытий, увеличении нагрузки, при надстройке). При худшем состоянии кладки трещины от перегрузки идут через камни. Особенно снижают несущую способность кладки горизонтальные трещины в простенках и вертикальные в перемычечных конструкциях.

Сварные швы в металлоконструкциях осматривают после их предварительной очистки металлическими щётками. Внешние дефекты сварки (подрезы, кратеры, неравномерность шва по длине и др.) определяют путём осмотра всей поверхности невооружённым глазом; для выявления мелких дефектов используют градуировочные лупы. Катеты швов измеряют универсальными шаблонами.

Мелкие трещины в металле и сварных швах выявляют при помощи индикаторного пенетранта люминесцентных дефектоскопов (см. с. 23), а также промазкой керосином и мелом (см. с. 23). Скрытые дефекты выявляют с помощью ультразвуковых (см. с. 23) и магнитных (см. с. 24) методов, а также методами ионизирующих излучений (см. с. 24).

Коррозионный износ металлоконструкций устанавливают визуальной оценкой состояния противокоррозионной защиты предварительно очищенных от загрязнений конструкций и инструментальными замерами участков с повышенным коррозионным износом. Толщину повреждённых коррозией элементов замеряют штангенциркулями, измерительными скобами, толщиномерами с точностью измерений не менее 0,1 мм. Замеры производят после удаления с поражённых участков пластовой ржавчины и противокоррозионного покрытия.

Натяжение заклёпок и болтов контролируют молотком, а неплотность прилегания головок к пакету и зазоры между листами в пакете - с помощью щупов толщиной 0,1...0,5 мм.

Результаты измерений размеров трещин, дефектов, повреждений и деформаций конструкций наносят на чертежи (планы, разрезы, развёртки) в масштабе 1:50...1:200. Планы и развёртки должны иметь координатную сетку (прямоугольную, полярную и т.п.), которая привязывается к характерным осям или точкам (реперам) здания.

Дефекты и повреждения узлов сопряжения и отдельных участков конструкций фотографируют или наносят на чертежи (эскизы) крупного масштаба (1:5...1:20). На чертежах указывают очертание и размеры дефектов, повреждений и деформаций конструкций, направление, длину, ширину и глубину трещин. Для краткости записывать результаты измерений на планах, развёртках и в таблицах рекомендуется в закодированном виде.

Результаты измерения деформаций горизонтальных или вертикальных поверхностей наносят на схемы, на которых для наглядности выявляют, наподобие горизонталей, линии равных отклонений от горизонтальной или вертикальной плоскостей. Сечения принимают равными 2…5 мм в зависимости от степени отклонения или нарушения положения или местных дефектов обследуемого элемента и его общих размеров.

Иногда дефекты и повреждения играют и положительную роль: позволяют выявить армирование железобетонных конструкций. Но чаще при обследовании приходится добавлять к существующим естественным ещё и искусственные повреждения - обнажать арматуру для определения её диаметра, класса стали, шага стержней и толщины защитного слоя бетона.

Положение и диаметр арматуры, расположенной с достаточно большим шагом и неглубоко в теле бетона, можно определить магнитным методом (см. с. 27), при сложных схемах армирования и глубоко расположенной арматуре – с использованием ионизирующих излучений (см. с. 26).