Основные определения, классификация освидетельствований и испытании сооружений (продолжение)

Влияние температурных и влажностных условий эксплуатации

Сооружения обычно подвергаются воздействию температур на­ружного воздуха с годичными, месячными, суточными циклами колебаний.

Температура в конструкциях изменяется при изменении темпера­туры окружающей среды. Выравнивание температуры конструкций с температурой окружающей среды происходит по глубине элемента неравномерно: в на­ружных слоях материал прогревается или остывает интенсивнее, чем во внутренних. Поэтому температура конструкции на разной глубине от по­верхности не одинакова Неравномерность температуры в разных слоях материала приводят к неравномерности напряжений в теле конструкции. В результате в массивных конструкциях из материалов, обладающих неболь­шой теплопроводностью, таких, как бетон, возникают температурные вол­ны, приводящие в ряде случаев к образованию трещин внутри бетонных и железобетонных конструкций.

В конструкциях из материалов, обладающих большой теплопро­водностью, например из стали, могут возникнуть циклические деформации, достигающие иногда недопустимых величин или приводящие к разрыву конструкций. Например, разрушаются бандажи на дымовых трубах, появ­ляются трещины в резервуарах и мостах.

Влияние изменения свойств строительных материалов во времени

Материал в сооружениях, по аналогии с биологическими средами, «живет», т.е. его состояние и характеристики в известной степени изменяются во времени. Рассмотрим примеры.

Прочность бетона в сооружениях со временем возрастает. Однако при неблагоприятных условиях - при низких темпера­турах свежеуложенного бетона, недостаточном увлажнении его и, в осо­бенности, при воздействии агрессивных сред, это нарастание прочности не только замедляется, но может приостановиться совсем, а в отдельных слу­чаях - даже замениться обратным процессом.

При приложении внешней нагрузки зависимость между напряже­ниями и деформациями в бетоне носит криволинейный характер. Но при повторных циклах нагружения (не превосходящих 40-50% от предела проч­ности) график деформаций постепенно выпрямляется (рис. 1) и бетон на­чинает работать практически упруго.

Рис. 1. График деформаций при повторных загружениях бетона

В таких условиях находятся, например, железобетонные мосты, си­стематически загружаемые проходящей подвижной нагрузкой. Наоборот, длительная выдержка сооружения в ненагруженном состоянии ведет к час­тичному восстановлению криволинейности диаграммы деформаций.

Характеристики металла в элементах конструкций, работающих в упругой стадии, остаются практически стабильными. Пластические дефор­мации вызывают явление наклепа, влияющего на физико-механические свойства материала (снижение пластичности, увеличение хрупкости, разви­тие анизотропии и т.д.). Длительная разгрузка отчасти восстанавливает первоначальные свойства.

Наклеп и механическое старение металла создают условия для возникновения и развития, в особенности при пониженных температурах, опасных для целости конструкций «хрупких» трещин.

Постепенное изменение физико-механических свойств наблю­дается и в других материалах - дереве, пластмассах и т.д., тем более значи­тельное, чем в более сложных условиях протекает процесс эксплуатации сооружения.

Влияние разуплотнения стыков и соединений элементов на работу сооружения

При вводе сооружения в эксплуатацию при первых же загруженных возникают сдвиги и пластические деформации в соединениях и связях, со­провождающиеся появлением характерных для начальной работы конст­рукции так называемых «рыхлы» прогибов и перемещений.

Постепенно элементы как бы взаимно «притираются» и приспосаб­ливаются к условиям эксплуатации, однако сдвиги и остаточные деформа­ции в соединениях и связях все же возрастают. Элементы начинают рабо­тать менее слитно, ухудшаются условия их крепления и опирания, появля­ются трещины и другие повреждения, и возможность нормальной эксплуа­тации нарушается.

Таким образом, состояние и работа сооружений переменны во времени. Последовательно при этом сменяются три стадии:

1- период «приспособления», продолжающийся до тех пор, пока деформации, как в основном материале элементов, так и в их соединениях, становятся практически стабильными в данных условиях эксплуатации;

2- длительный период нормальной работы;

3- период «старения», сопровождающийся расстройством соеди­нений и связей, появлением различных повреждений и ухудшением показа­телей работы всего сооружения.

Цели и задачи обследования и испытания сооружений

Цели и задачи рассматриваемой дисциплины - разработка мето­дов и средств, предназначенных для качественной и количественной оценки показателей, характеризующих свойства и состояния функционирующих объектов, а также опытного изучения процессов, протекающих в них, выяв­ления экспериментальным путем конструктивных и эксплуатационных свойств материалов, элементов конструкций зданий и сооружений и уста­новления их соответствия техническим требованиям.

Обследование строительных конструкций зданий и сооружений со­держит методы контроля качества изготовления и монтажа элементов стро­ительных конструкций, обеспечивающих соответствие объекта проектным значениям, а также отображение действительной работы систем[1].

Изучение состояния монтируемой или эксплуатируемой конструк­ции при работе в реальных условиях обеспечивается теми же методами, что и при контроле качества их изготовления, но зачастую возникает ситуация, когда для эксплуатируемого объекта отсутствует проектная и рабочая до­кументация. Тогда для восстановления последней требуется детальное изучение реальных условий работы системы.

Повышенные требования предъявляются к методам обследования при анализе причин аварий вследствие повреждений конструкций в процес­се монтажа и эксплуатации, а также катастроф - аварий, повлекших за со­бой человеческие жертвы. Проводимые обследования строительных конст­рукций и сооружений позволяют выявить наиболее характерные дефекты и разработать рекомендации по уточнению методов расчета тех или иных конструкций, улучшить их конструктивные схемы, технологию изготовле­ния и монтажа.

Основная задача испытаний сооружений заключается в установ­лении соответствия между реальным поведением строительной конструк­ции и ее расчетной схемой. Инженерные сооружения представляют собой достаточно сложные механические системы, состоящие из большого числа элементов, работающих в условиях сложного напряженно-деформирован­ного состояния и образующих пространственные конструкции. Несмотря на существенное развитие современной строительной механики, на широкое привлечение к расчетам ПК, при рассмотрении конкретных объектов, в том числе и строительных конструк­ций, возникает необходимость идеализации расчетных схем, которые учи­тывают лишь главные, основные свойства, характеризующие состояние реальной конструкции. Кроме того, поведение строительных конструкций связано с рядом факторов, носящих случайный характер, например, проч­ностные характеристики даже такого однородного материала, как сталь, подвержены разбросу. Так, анализ пределов текучести для стали марки Ст.З – предел текучести может изменяться от 200 до 320МПа. Еще больший разброс прочности имеют бе­тон и древесина. Значительной изменчивостью характеризуются нагрузки, действующие на строительные конструкции, здания и сооружения: собст­венный вес, ветер и снег, крановые нагрузки и др.

Процесс изготовления отдельных элементов конструкций, их транспортировка и монтаж также влияют на возможность появления слу­чайных отклонений от заданных размеров. Эти отклонения регламентиру­ются соответствующими технологическими допусками. Цель испытаний - выявление поведения инженерных сооружений, конст­рукций и материалов, из которых изготовлены их элементы. Испытания могут проводиться как в лабораториях на моделях, так и на реальных объек­тах

---

[1] Так, на заводах железобетонных изделий выпускаемые железобетонные сплошные панели для перекрытий жилых и общественных зданий согласно соответст­вующему ГОСТу должны изготовляться по рабочим чертежам и удовлетво­рять соответствующим техническим требованиям. Устанавливаются допус­каемые отклонения от проектных размеров по длине, ширине, толщине, неплоскостности, разности длин диагоналей, смещению закладных деталей, толщине защитного слоя.