Бетонные и железобетонные конструкции

 

ВВЕДЕНИЕ

 

В процессе возведения и  эксплуатации зданий и сооружений наблюдаются  случаи, когда в несущих бетонных и железобетонных конструкциях возникают  недопустимые прогибы, трещины, повреждения. Эти явления вызваны либо отклонениями от требований проекта при изготовлении и монтаже этих конструкций, либо ошибками при их проектировании. При  этом необходимо выявить и оценить  фактическое состояние конструкции, установить причины повреждений, определить реальную прочность, трещиностойкость и жесткость конструкции с  целью принятия решения о необходимости  и рациональности способов усиления конструкций.

Реконструкция производства и модернизация технологических  процессов связаны с изменением нагрузок на конструкцию. Правильная оценка несущей способности конструкций  и разработка рекомендаций по их дальнейшей эксплуатации возможны только в результате детального натурного обследования, в процессе которого рассматриваются  конструктивные особенности, состояние  и специфика работы конструкции  в условиях эксплуатации.

Из-за отсутствия общепринятых методических указаний обследования часто  проводятся без специальных программ и основываются, главным образом, на личном опыте обследователей, использующих в работе лишь рекомендации разрозненных публикаций. При этом могут быть упущены некоторые вопросы, характеризующие  рабочее состояние исследуемой  конструкции.

Решения, принятые на основании  недостаточных обследований, могут  быть ошибочны и могут не дать ожидаемого положительного результата или даже привести к ухудшению состояния  конструкции. Неопытные обследователи в своих решениях идут по пути заведомой перестраховки, что приводит к необоснованным затратам значительных средств на выполнение нерациональных или ненужных усилений.

Сложно составить единую методику обследования, которая подходила  бы для всех видов бетонных и железобетонных конструкций и охватывала бы все  возможные в практике случаи. Однако существует ряд вопросов, подлежащих обязательному выяснению при  проведении обследования любых бетонных и железобетонных конструкций. Поэтому  следует придерживаться такой программы, соблюдение которой будет способствовать достаточно полному отражению существа вопроса и поможет избежать грубых упущений.

Предлагаемая обобщенная программа натурного обследования предусматривает узловые моменты  обследования любой бетонной и железобетонной конструкции с пояснением методики проведения работ в обычной практике. На основании этой программы могут  быть разработаны частные методические указания, учитывающие специфику  обследования конкретных видов конструкций.

Практика обследования показывает, что отдельные этапы программы  в ходе работы могут выполняться  не в указанном порядке, а одновременно. Например, прочность бетона, фактическое  армирование и величины нагрузок часто определяются одновременно с  составлением ведомостей дефектов. Кроме  того, по ходу обследования рекомендуется  проводить предварительные расчеты  на основании расчетных и действительных характеристик материалов и нагрузок. Для окончательных выводов по обследованию необходимо выполнить  поверочные расчеты по уточненным действительным нагрузкам, характеристикам материалов и сечениям элементов. При отсутствии какой-либо проектно-технической документации следует попытаться решить необходимые  вопросы на основании имеющихся  материалов и по состоянию конструкций  в натуре. Случается, что даже неполных данных может быть достаточно для  решения частных вопросов, что  должно подтвердиться дальнейшими  исследованиями.

Выполняя обследование бетонных и железобетонных конструкций, исполнитель  несет ответственность за достоверность  его результатов, за инженерный смысл  и обоснованность выводов. Поэтому  к такой работе должны привлекаться квалифицированные специалисты, имеющие  опыт проектной и производственной работы, знающие признаки разрушения или характер предельного состояния  конструкций и методы их испытания.

Неквалифицированный обследователь-исполнитель  обязан точно зафиксировать результаты своих наблюдений с тем, чтобы  они могли послужить достоверным  основанием для дальнейшего изучения их другими специалистами.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РАЗДЕЛ I

Методы и средства обследования бетонных и железобетонных конструкций при реконструкции.

 

В последние годы значительно  вырос объем реконструкции и  технического перевооружения предприятий, зданий и сооружений. При этом одной из главных задач является экономия материальных и энергетических ресурсов. Одной из особенностей современных натурных обследований стало более тесное сотрудничество с технологами, проектировщикам и специалистами по инженерному оборудованию зданий, а основными заказчиками и потребителями результатов работ стали инвесторы и проектные организации.

В этом случае необходимый  объем сведений можно получить при  проведении только комплексных обследований, охватывающий более широкий круг вопросов.

В ряде случаев реконструкция  зданий связана с их перепрофилированием. При этом в существующем объеме здания размещается новое технологическое  оборудование, имеющее свои особенности.

Проведение такой работы необходимо и по причине существенных изменений в нормативной базе, что требует выявления соответствия объемно-планировоных и конструктивных решений здания, а также систем пожаротушения эти новым нормам.

Реконструкция здания с его  надстройкой или с другими  изменениями объемно-планировочных  решений требует также получений  сведений о существующих системах инженерного  оборудования.

Основными задачами обследования несущих железобетонных конструкций  являются определение состояния  конструкций с выявлением повреждений  и причин их возникновения, а также  физико-механических характеристик  бетона.

Натурные обследования бетонных и железобетонных конструкций включают в себя следующие виды работ:

- осмотр и определение  технического состояния конструкций  по внешним признакам;

- инструментальное или  лабораторное определение прочности  бетона и арматурной стали;

- определение степени  коррозии бетона и арматуры.

Механические  методы неразрушающего контроля при обследовании конструкций применяют для определения прочности бетона всех видов нормируемой прочности, контролируемых по ГОСТ 18105 (таблица 3.1).

В зависимости от применяемого метода и приборов косвенными

характеристиками прочности  являются:

- значение отскока бойка  от поверхности бетона (или прижатого  к ней ударника);

- параметр ударного импульса (энергия удара);

- размеры отпечатка на  бетоне (диаметр, глубина) или  соотношение диаметров отпечатков  на бетоне и стандартном образце  при ударе индентора или вдавливании  индентора в поверхность бетона;

- значение напряжения, необходимого  для местного разрушения бетона  при отрыве приклеенного к  нему металлического диска, равного  усилию отрыва, деленному на площадь  проекции поверхности отрыва  бетона на плоскость диска;

- значение усилия, необходимого  для скалывания участка бетона  на ребре конструкции;

- значение усилия местного  разрушения бетона при вырыве  из него анкерного устройства.

При проведении испытаний  механическими методами неразрушающего контроля следует руководствоваться  указаниями ГОСТ 22690.

Методы определения  прочности бетона в зависимости  от ожидаемой прочности элементов

Таблица 3.1

Наименование метода	Предельные значения прочности  бетона, МПа
Упругий отскок и пластическая деформация	5-50
Ударный импульс	10-70
Отрыв	5-60
Скалывание ребра	10-70
Отрыв со скалыванием	5-100

 

К приборам механического  принципа действия относятся: эталонный  молоток Кашкарова, молоток Шмидта, молоток Физделя, пистолет ЦНИИСКа, молоток Польди и др. Эти приборы  дают возможность определить прочность  материала по величине внедрения  бойка в поверхностный слой конструкций  или по величине отскока бойка  от поверхности конструкции при  нанесении калиброванного удара (пистолет ЦНИИСКа).

Молоток Физделя основан на использовании пластических деформаций строительных материалов. При ударе молотком по поверхности конструкции образуется лунка, по диаметру которой и оценивают прочность материала.

Место конструкции, на которое  наносят отпечатки, предварительно очищают от штукатурного слоя, затирки  или окраски.

Процесс работы с молотком Физделя заключается в следующем:

- правой рукой берут  за конец деревянной рукоятки, локоть опирают о конструкцию;

- локтевым ударом средней  силы наносят 10-12 ударов на  каждом участке конструкции;

- расстояние между отпечатками  ударного молотка должно быть  не менее 30 мм.

Диаметр образованной лунки  измеряют штангенциркулем с точностью  до 0,1 мм по двум перпендикулярным направлениям и принимают среднее значение. Из общего числа измерений, произведенных  на данном участке, исключают наибольший и наименьший результаты, а по остальным  вычисляют среднее значение.

Прочность бетона определяют по среднему измеренному диаметру отпечатка  и тарировочной кривой, предварительно построенной на основании сравнения  диаметров отпечатков шарика молотка  и результатов лабораторных испытаний  на прочность образцов бетона, взятых из конструкции по указаниям ГОСТ 28570 или специально изготовленных  из тех же компонентов и по той  же технологии, что и материалы  обследуемой конструкции.

К методике определения прочности  бетона, основанной на свойствах пластических деформаций, относится также молоток Кашкарова (ГОСТ 22690).

При ударе молотком Кашкарова  по поверхности конструкции получаются два отпечатка на поверхности  материала с диаметром d_d и на контрольном (эталонном) стержне с диаметром d_э.

Отношение диаметров получаемых отпечатков зависит от прочности  обследуемого материала и эталонного стержня и практически не зависит  от скорости и силы удара, наносимого молотком. По среднему значению величины d_d/d_э из тарировочного графика определяют прочность материала.

На участке испытания  должно быть выполнено не менее пяти определений при расстоянии между  отпечатками на бетоне не менее 30 мм, а на металлическом стержне - не менее 10 мм (таблица 3.2).

К приборам, основанным на методе упругого отскока, относятся пистолет ЦНИИСКа, пистолет Борового, молоток Шмидта, склерометр 6КМ со стержневым ударником и др. Принцип действия этих приборов основан на измерении упругого отскока ударника при постоянной величине кинетической энергии металлической пружины. Взвод и спуск бойка осуществляются автоматически при соприкосновении ударника с испытываемой поверхностью. Величину отскока бойка фиксирует указатель на шкале прибора.

 

Таблица 3.2

Наименование метода	Число испытаний на участке	Расстояние между местами  испытаний	Расстояние от края конструкции  до места испытаний, мм	Толщина конструкции, мм
Упругий отскок	5	30	50	100
Пластическая деформация	5	30	50	70
Ударный импульс	10	15	50	50
Отрыв	1	2 диаметра диска	50	50
Скалывание ребра	2	200	-	170
Отрыв со скалыванием	1	5 глубин вырыва	150	Удвоенная глубина установки  анкера

 

 

Рациональные  методы, как правило, применяются для обследования состояния и контроля качества сборных и монолитных бетонных и железобетонных конструкций при строительстве, эксплуатации и реконструкции особо ответственных зданий и сооружений.

Рациональный  метод основан на просвечивание контролируемых конструкций ионизирующим излучением и получение при этом информации о ее внутреннем строении с помощью преобразователя излучения. Просвечивание бетонных и железобетонных конструкций производят при помощи излучения рентгеновских аппаратов, излучения закрытых радиоактивных источников.

Магнитный метод основан на взаимодействии магнитного или электромагнитного поля прибора со стальной арматурой бетонной и железобетонной конструкции.

Принцип определения прочности  бетона ультразвуковым методом основан на наличии функциональной связи между скоростью распространения ультразвуковых колебаний и прочностью бетона.

Ультразвуковой  метод применяют для определения прочности бетона классов В7,5 - В35 (марок М100 - М450) на сжатие.

Прочность бетона в конструкциях определяют экспериментально с использованием градуировочных зависимостей "скорости распространения ультразвука - прочность  бетона. V = f(R)" или "время распространения ультразвука t - прочность бетона. t = f(R)". Степень точности метода зависит от тщательности построения тарировочного графика.

Для определения прочности  бетона ультразвуковым методом применяются  приборы УКБ-1, УКБ-1М, УК-16П, "Бетон-22" и др.

Ультразвуковые измерения  в бетоне проводят способами сквозного  или поверхностного прозвучивания. При измерении скорости распространения  ультразвука способом сквозного  прозвучивания ультразвуковые преобразователи  устанавливают с противоположных  сторон образца или конструкции. Скорость распространения ультразвука V, м/с, вычисляют по формуле