Контроль за развитием деформаций в металлических конструкциях

1. Измерение прогибов и  деформаций.

Обследование  металлических конструкций

     Деформации  и прогибы в конструкциях возникают  вследствие перегрузок, неравномерной осадки фундаментов, пучения грунтов оснований, температурных воздействий при изменении уровня грунтовых вод и влажностного режима грунтов оснований, потерь устойчивости несущих конструкций и других внешних воздействий.

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

     Отклонение  от вертикали и искривления в вертикальной плоскости конструкций могут быть измерены с помощью отвеса и линейки (см. рис. 2.1).

     Рисунок 2.1 – Измерение отклонений от вертикали конструкций с помощью отвеса:

     1) Стена, перегородка, колонна и т.д.;

     2) перекрытие;

     3) отвес;

     4) сосуд с жидкостью;

     5) измерительная линейка;

     6) точки измерения

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

     Величины  прогибов, искривлений конструкций  и их элементов измеряются путем  натяжения тонкой проволоки между  краями конструкций или ее частями, не имеющими деформаций, и измерения  максимального расстояния между  проволокой и поверхностью конструкции  с помощью линейки.

     Величины  прогибов могут быть определены также  с помощью прогибомеров и гидростатического уровня.

     При малых линейных деформациях растяжения или сжатия измерения прогибов элементов производятся с помощью тензометров, а сдвиги и повороты – геодезической съемкой.

     Деформации  разделяют на местные, когда происходят смещение или повороты в углах  конструкций, растяжение или сжатие элементов, и общие, когда перемещаются и деформируются ряд конструкций и здания в целом.

       Для измерения деформаций, осадок, кренов, сдвигов зданий и сооружений  и их конструкций применяют  методы инженерной геодезии.

     Дефекты и повреждения металлических конструкций в зависимости от причин их вызывающих систематизированы на следующие группы:

     1) повреждения от силовых воздействий (статистических и динамических) – разрывы, потеря устойчивости, трещины, расшатывание соединений и т.п.;

     2) повреждения от механических воздействий – вмятины, прогибы, искривления и др.;

     3) повреждения от физических воздействий – коробление и разрушение при высоких температурах, хрупкие трещины при отрицательных температурах.;

     4) повреждения от химических (электрохимических и физико-механических) воздействий – коррозия металла.

     Оценка  степени конкретных повреждений  производится по допустимым отклонениям  на соответствие дефекта, регламентированные СНиП II-23-81.

     Оценка  технического состояния конструкций  по внешним признакам производится на основе определения следующих  факторов:

• геометрических размеров конструкций и их сечений;
• наличия разрывов элементов конструкций;
• наличия искривлений элементов;
• состояния антикоррозийных защитных покрытий;
• дефектов и механических повреждений;
• состояния сварных, болтовых и заклепочных соединений;
• степени и характера коррозии элементов и соединений;
• отклонения элементов от проектного положения (расстояние между осями ферм, точность отметок опорных узлов и ригелей и т.п.);
• прогибов и деформаций.

     Геометрические  размеры конструкций и их сечений  определяются путем непосредственных измерений.

     Толщина элементов определяется штангенциркулем с точностью 0,05мм, ультразвуковым толщиномером  Кварц-6, Кварц-15. Сечение сварных швов определяется с помощью шаблонов, остальные размеры – с помощью стальной линейки и рулетки.

     Каждый  размер уточняется тремя измерениями в разных сечениях по длине элемента на незащищенной поверхности.

     При обследовании строительных конструкций  наиболее ответственными этапами являются изучение трещин, выявление причин их возникновения и динамики развития. Они могут быть вызваны самыми разными причинами и иметь различные последствия.

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

1. трещины неопасные, ухудшающие только качество лицевой поверхности;
2. опасные трещины, вызывающие значительное ослабление сечений, развитие которых продолжается с неослабевающей интенсивностью;
3. трещины промежуточной группы, которые ухудшают эксплуатационные свойства, снижают надежность и долговечность конструкций, однако еще не способствует явному их разрушению.

     В металлических конструкциях появление  трещин в большинстве случаев  определяется явлениями усталостного характера из-за воздействия переменных динамических нагрузок.

     При наличии трещин в несущих конструкциях необходимо организовать наблюдение за их состоянием и возможным развитием  с тем, чтобы выяснить характер деформаций конструкций и степень их опасности.

     Трещины выявляются путем осмотра поверхностей конструкций, сопровождающихся выборочным снятием с конструкций защитных или отделочных покрытий. Выявление трещин в металлических конструкциях производится путем тщательного визуального осмотра с использованием лупы с 6-8-кратным увеличением или микроскопа Мир-2. Для выявления трещин можно пользоваться керосином. Для этого очищенная поверхность смачивается керосином, который проявляет очертание трещины.

     Основными дефектами и повреждениями стальных конструкций, которые выявляются при  визуальных натурных обследованиях, являются:

• в элементах конструкций – прогибы отдельных элементов и всех конструкций, винтообразность элементов, выпучивания, местные прогибы, погнутость угловых фасонок, коррозия основного металла и металла соединений, трещины;
• сварных швах – дефекты формы шва (неполномерность, резкие переходы от основного металла к наплавленному, наплывы, неравномерная ширина шва, кратеры, перерывы) и дефекты структуры шва (трещины в швах или околошовной зоне, подрезы основного металла, непровары по кромкам и сечению шва, шлаковые или газовые включения или поры);
• заклепочных соединениях – зарубки, смещение с оси стержней и маломерность головок, избыток или недостаток по высоте потайных заклепок, косая заклепка, трещиноватость  или рябина заклепки, зарубки металла обжимкой, неплотные заполнения отверстий телом заклепки, овальность отверстий, смещение осей заклепок от проектного положения;
• дрожание и подвижность заклепок, отрыв головок, отсутствие заклепок, неплотное соединение пакета.

 
 

     Определяются  положение, форма, направление, распространение  по длине, ширина раскрытия, глубина, а  также устанавливается, продолжается или прекращается их развитие.

     На  каждой трещине в месте наибольшего  развития устанавливается «маяк», который  при развитии трещины  разрывается.

     При наблюдениях за трещинами концы  трещин фиксируются поперечными  штрихами, наносимыми карандашом, краской  или острым инструментом, с простановкой у штриха даты осмотра.

     Расположение  трещин схематично наносят на чертежи  развертки поверхности конструкции, отмечая номер и дату установки  маяков. На каждую трещину составляют график ее развития и раскрытия.

     Ширину  раскрытия трещин обычно определяют с помощью микроскопа МПБ-2  ценой  деления 0,02 мм, а также измерительной лупы с масштабным делением (лупа Бринелля) или других приборов инструментов, обеспечивающих точность измерения не ниже 0,1 мм.

     Иногда  требуется установить глубину трещины. Наиболее точные данные можно получить с помощью ультразвуковых приборов типа УКБ-1М, бетон-3М, УК-10П и др. 

2.   Оценка коррозионных повреждений стальных конструкций

     При оценке технического состояния стальных конструкций, пораженных коррозией, прежде всего, необходимо определить вид коррозии и ее качественную и количественную характеристики.

     Различают следующие основные виды коррозии стальных конструкций:

     Сплошная – характеризуется относительно равномерным распределением коррозии по всей поверхности.

     Пятнами – характеризуется небольшой  глубиной проникновения коррозии по сравнению с поперечными разрезами  поражений.

     Язвенная  – характеризуется появлениями  на поверхности металла отдельных  множественных повреждений, глубина  и поперечные размеры которых (от долей миллиметра до нескольких миллиметров) соизмеримы.

     Точечная (питтинговая) – представляет собой разрушение в виде отдельных мелких (не более 1-2 мм в диаметре) и глубоких (глубина более поперечных размеров) язвочек.

     Межкристаллическая  – характеризуется относительно равномерным распределением множественных  трещин на больших участках элементов (глубина трещин обычно менее, чем их размеры на поверхности).

     К качественным характеристикам коррозии относятся:

• плотность, структура, цвет;
• химический состав  продуктов коррозии.

       К количественным показателям коррозионных поражений относятся:

• их площадь, глубина коррозионных язв;
• величина потери сечения;
• скорость коррозии.

     При сплошной коррозии толщина элементов  измеряется с помощью штангенциркулей, микроскопов или механических толщиномеров. Толщина замкнутых профилей определяется с помощью ультразвуковых толщиномеров.

     При язвенной коррозии, а также при  наличии питтингов глубину коррозионных язв измеряют с точностью 0,1мм с помощью измерительных скоб или прибора Тимашева.

     При  обследовании конструкций из высокопрочных  термообработанных сталей, а также конструкций, работающих при высоких или пониженных температурах, используются металлографические методы исследования коррозии, которые позволяют выявить межкристаллические или внутрикристаллические коррозийные поражения и их конфигурацию. 

3. Обследование сварных, заклепочных и болтовых соединений

     Обследование  сварных соединений является наиболее ответственной операцией, так как сварной шов и околошовная зона могут быть наиболее вероятными очагами возникновения коррозии  и трещин.

     Обследование  сварных швов включает следующие  операции:

• очистка от грязи и шлака, внешний осмотр в цельях обнаружения трещин и других повреждений;
• определение размеров катетов швов. Для этого применяют универсальные шаблоны конструкций Красовского, Ушерова-Маршака, а также скобы для измерения толщины швов, снятие слепки и измерения с помощью угловой линейки. Длину сплошных и прерывистых швов измеряют линейкой.

     При необходимости более тщательного  исследования внутренних повреждений  сварных швов и внутренних трещин элементов металлоконструкций применяют  физические методы контроля: ультразвуковой, рентгеновский, электромагнитный и др. Физические методы контроля осуществляются специализированными организациями.

     Выявление повреждений заклепочных  соединений производят их внешним осмотром и отстукиванием.