Основные определения, классификация освидетельствований и испытании сооружений

Под испытанием сооружений понимают совокупность операций, связанных с выявлением и проверкой состояния, а также работоспособнос­ти обследуемых строительных объектов и отдельных их элементов. Эти операции могут быть разбиты на следующие основные комплексы:

1) освидетельствования, включающие операции по проверке разме­ров, выявлению качества материалов, дефектоскопии и уточнению других факторов, определяющих состояние сооружения;

испытания, под которыми понимается проверка поведения ис­следуемого объекта при приложении к нему внешних нагрузок (статических и динамических), изменение температуры и влажности внешней среды и т.д.

3) перерасчеты на прочность, деформируемость, трещнностойкость как отдельных, входящих в состав сооружения конструкций, так и всего объекта в целом, проводимые на основании фактических данных, получен­ных в результате освидетельствования и испытания.

Классификация освидетельствований и испытаний может произво­диться по различным признакам.

1. Классификация по цели исследования:

а) приемочные освидетельствования и испытания законченных строительных объектов перед сдачей их в эксплуатацию;

б) освидетельствования и испытания объектов, находящихся в экс­плуатации, как плановые, так и назначаемые в особых случаях, например, для установления фактической несущей способности сооружения в связи с предстоящей его реконструкцией, после аварии и т.д.;

в) испытания деталей и элементов на заводах-изготовителях;

г) научно-исследовательские испытания.

2. Классификация по объектам исследования:

а) натурные освидетельствования и испытания, проводимые на ре­альных объектах;

б) испытания отдельных конструкций и их элементов на специаль­ных установках или стендах, проводимые как в лабораториях для испыта­ний строительных конструкций, так к на строительных полигонах и пло­щадках;

в) испытания на моделях, воспроизводящих в уменьшенном мас­штабе или исследуемое сооружение в целом, или отдельные его детали.

Классификация по характеру приложенной нагрузки:

- статические испытания;

- динамические испытания.

Нормативные требования к строительным конструкциям и сооружениям

К любым сооружениям предъявляются следующие требования:

- все сооружения, а также отдельные их элементы должны быть проч­ны и устойчивы;

- перемещения элементов не должны выходить за пределы, обуслов­ленные возможностью и удобством эксплуатации;

- не должны возникать трещины и повреждения, нарушающие воз­можность нормальной эксплуатации или снижающие долговечность соору­жений.

В то же время не должны допускаться и излишние запасы как в от­ношении классов и марок применяемых материалов, так и в отношении се­чений отдельных элементов, а также и в конструктивной системе сооруже­ния в целом.

Наблюдения за состоянием построенных зданий и сооружений, уроки аварий и катастроф, опытные данные, получаемые в лабораториях и при натурных испытаниях конструкций, помогли понять, что принимаемые при проектировании теоретические расчетные схемы в той или иной мере не всегда соответствуют действительной работе возведенных объектов.

Несоответствия, характерные для стадии проектирования, сохра­няются в течение всего срока эксплуатации сооружения, дополняясь и пре­образовываясь под влиянием новых факторов, возникающих на различных этапах существования сооружения.

Надежность и долговечность строительных конструкций сооруже­ний обеспечивается в том случае, когда поперечные сечения, узлы сопря­жений, соединения, назначенные при проектировании с учетом генераль­ных размеров и действия всевозможных нагрузок, обладают достаточной прочностью, устойчивостью, трещиностойкостью, а также обеспечивают развитие деформаций не более чем в допустимых пределах и необходимую коррозийную стойкость.

Дифференцированно с большой точностью учесть влияние каждою из этих факторов на работу конструкций при проектировании обычно не удастся. Поэтому проектировщики составляют конструктивную схему зда­ния и оперируя комплексом нормативных нагрузок, прочностных характе­ристик материалов, системой частных коэффициентов запаса, принятых в СНиП, назначают расчетную схему, наиболее соответствующую, по их представлению, действительной работе конструкций. Заложенные в СНиП требования, параметры постоянно уточняются опытными данными и, соот­ветственно, исправляются.

При оценке состояния и работы сооруже­ний, находящихся в эксплуатации, необходимо учитывать:

• условность статических расчетных схем и возможные отклонения вычисленных по ним усилий от действительного распределения их в конструкциях сооружений;

• условность применяемых расчетных характеристик материалов;

• возможные отклонения нагрузок от расчетных значений;

• фактическое влияние внешней среды.

Оценить влияние всего комплекса перечисленных факторов только через экспериментальное исследование материалов и конструкций.

Условность расчетных схем

Расчетную схему сооружения назначают исходя из конструктивной схемы, стараясь обеспечить возможно более полное совпадение расчетных усилий с усилиями, которые будут возникать в натурной конструкции.

Так как дифференцированно удовлетворять в расчетной схеме всем условиям работы конструкции бывает трудно, то часть второстепенных факторов обычно не учитывают, то есть подменяют действительную работу конструкций упрощенной «идеализированной расчетной схемой - напри­мер, ори расчетах железобетонных рам с жесткими узлами на вертикальную нагрузку ригель рассчитывают как изгибаемый элемент, а действием про­дольной силы и горизонтальным смещением узлов пренебрегают.

Или, при расчетах стальных ферм принимают, что соединение элементов решетки с поясами в плоскости фермы шарнирное, тогда как в местах крепления стержней к фасонкам образуются жесткие узлы и, следовательно, возникают изгибающие моменты, вызывающие до­полнительные напряжения в фасонках, а также изгиб стержней вблизи yзлов. Расчет с учетом этих дополнительных усилий сложен и трудоемок. Поэтому жесткостью узлов пренебрегают. Принятое допущение снижает несущую способность ферм, поэтому недостаток расчетной схемы воспол­няют конструктивными приемами.

При опирании однопролетной балки на кирпичную стену эпюру напряжений в опорной части принимают прямоугольной или треугольной, хотя в действительности она имеет более сложное очертание. В результате этих допущений изменяется расчетная длина пролета.

Различные допущения неизбежны при любых расчетных схемах. Важно правильно оценить их влияние на расчетные усилия: идут ли они в ущерб надежности конструкции или нет в какой степени...

Условность расчетных характеристик строительных материалов

Все расчеты строительных конструкций производятся по норма­тивным и расчетным характеристикам, регламентированным СНиП.

Нормативные величины сопротивления материалов корректируют коэффициентами надежности по материалам с учетом коэффициентов ус­ловий работы. Считается, что конструкция находится в предельном состоя­нии при достижении этих условных характеристик (напряжений, деформа­ций). Тогда как оценку состояний конструкции в натуре производят по действительным нагрузкам, прочности и деформациям. Отсюда возникает несоответствие расчетной схемы действительной работе конструкции, ко­торое приводят к недоучету перегрузки конструкции или наоборот, к «фиктивному» перегружению ее.

В реальных материалах всегда имеются поверхностные и внутрен­ние трещины, поры, неоднородности и другие дефекты. В результате нали­чия дефектов прочность материалов может оказаться меньше проектной. Особенно опасны поверхностные дефекты с острыми углами, на краях ко­торых при действии на тело внешних сил возникает концентрация напря­жений - образуется вторичное поле напряжений.

Разрушение начинается, когда напряжения в ликах концентрации напряжений приближаются к физической (теоретической или идеальной) прочности материала:

; где

предельная относительная деформация

Е- модуль Юнга

Наличие дефектов в реальных условиях работы конструкций при­водит к снижению прочности до уровня технической, которой пользуются в практике. Она в сотни и даже иногда тысячи раз меньше физической проч­ности. Например, прочность бетона на растяжение не превышает ,т.е. меньше R_теор по крайней мере, в 600 раз. Неправиль­ный уход за материалом, например, за бетоном, может привести к увеличе­нию трещиноватости и к еще большему снижению прочности.

Значительное влияние на прочность материала оказывает также его анизотропность. Например, в древесине прочность вдоль и поперек волокон разная, и это учитывается в расчетах, а разница прочности бетона вдоль и поперек направления уплотнения при вибрировании, или в металле вдоль и поперек проката в расчетах не учитывают. Условность расчетных характе­ристик также вызывается неоднородностью работы составных сечений. В таких элементах всегда имеются несовершенства, возникающие в результате неточности изготовления деталей, дефектов в местах сопряжений, разно­родности применяемых материалов, недостаточных связей между элемен­тами и т.д., которые приводят к внутренним сдвигам, искажающим схема­тическую картину распределения усилий, принятую по проекту. В этих случаях теоретические расчеты оказываются малоэффективными и для оценки отклонений от расчетных характеристик производят испытания в натурных условиях.