ТЕМА 10. Особенности расчета железобетонных элементов, усиленных увеличением поперечного сечения, на основе деформационной модели.
10.1. Общие положения.
10.2. Расчет прочности усиленных элементов по сечению, нормальному к продольной оси.
10.3. Особенности расчета раскрытия трещин и деформаций ТЕМА 11. Усиление железобетонных конструкций увеличением поперечного сечения в зоне действия поперечных сил. Усиление железобетонных конструкций при кручении, местном сжатии и продавливании.
11.1. Общие положения.
11.2. Расчет прочности.
11.3. Усиление коротких консолей.
11.4. Усиление при кручении.
ТЕМА 12. Методы усиления конструкций изменением их расчетной схемы.
12.1. Изменение места передачи нагрузки.
12.2. Повышение степени внешней статической неопределимости.
12.3. Повышение степени внутренней статической неопределимости.
12.3.1. Устройство предварительно напряженных затяжек.
12.3.2. Устройство шпренгелей и шарнирно-стержневых цепей.
12.3.3. Устройство предварительно напряженных распорок.
ТЕМА 13. Расчет прочности железобетонных конструкций, усиленных изменением их расчетной схемы.
13.1. Расчет усиления путем изменения места передачи нагрузки.
13.2. Расчет усиления конструкций увеличением их степени внешней статической неопределимости.
13.2.1. Расчет усиления железобетонных конструкций дополнительными жесткими опорами.
13.2.2. Расчет усиления железобетонных конструкций дополнительными упругими опорами.
13.2.3. Расчет усиления железобетонных конструкций устройством их неразрезности.
13.3. Расчет усиления конструкций увеличением их степени внутренней 13.3.1. Расчет прочности железобетонных конструкций, усиленных предварительно напряженными затяжками.
13.3.2. Расчет прочности железобетонных конструкций, усиленных шпренгелями и шарнирно-стержневыми цепями.
13.3.3. Расчет прочности железобетонных конструкций, усиленных предварительно напряженными распорками.
ТЕМА 14. Усиление каменных конструкций.
14.1. Методы восстановления каменных конструкций.
14.2. Усиление элементов каменных конструкций.
14.3. Расчет усиления элементов каменных конструкций.
14.4. Усиление сопряжений элементов каменных конструкций.
14.5. Повышение пространственной жесткости каменных зданий.
ТЕМА 15. Усиление металлических конструкций.
15.1. Общие положения.
15.2. Усиление металлических конструкций увеличением их поперечного сечения.
15.3. Расчет металлических конструкций, усиленных увеличением их поперечного сечения.
15.4. Усиление соединений металлических конструкций.
15.5. Усиление металлических конструкций изменением их расчетной схемы ТЕМА 16. Усиление деревянных конструкций.
16.1. Усиление элементов деревянных конструкций.
16.2. Усиление деревянных элементов стропильных крыш.
ТЕМА 17. Усиление оснований и фундаментов.
17.1. Общие положения.
17.2. Усиление фундаментов уширением подошвы.
17.3. Усиление фундаментов уширением подошвы с обжатием основания.
17.4. Расчет основания фундаментов, усиленных уширением подошвы.
17.5. Усиление фундаментов увеличением их глубины заложения.
Наименование тем практических занятий, их содержание Тема № 1. Определение расчетных характеристик бетона и арматуры для поверочных расчетов эксплуатируемых железобетонных конструкций Тема № 3. Поверочные расчеты прочности, трещиностойкости и жесткости железобетонных конструкций по результатам их обследования на основе Тема № 5. Поверочные расчеты прочности и жесткости металлических Тема № 6. Поверочные расчеты прочности и жесткости деревянных конструкций по результатам их обследования Тема № 7. Поверочные расчеты несущей способности основания и осадки Тестовый контроль теоретического обучения (Раздел I) Тема № 8. Расчет прочности по сечению, нормальному к продольной оси, железобетонных конструкций, усиленных увеличением их поперечного Тема № 9. Расчет прочности, трещиностойкости и жесткости железобетонных конструкций, усиленных увеличением их поперечного сечения, на основе деформационной модели (с применением ЭВМ) Тема № 10. Расчет прочности по сечению, наклонному к продольной оси, железобетонных конструкций, усиленных увеличением их поперечного Тема № 11. Расчет прочности железобетонных конструкций, усиленных Тема № 12. Расчет прочности усиленных каменных конструкций Тема № 13. Расчет прочности усиленных металлических конструкций Тема № 14. Расчет основания усиленных фундаментов реконструируемых В дополнение к настоящему учебно-методическому комплексу рекомендуется использование следующей литературы:
основная 1. Шагин, А.Л. Реконструкция зданий и сооружений / А.Л. Шагин [и др.];
под ред. А.Л. Шагина. – М.: Высш. шк., 1991. – 352 с.
2. Бедов, А.И. Обследование и реконструкция железобетонных и каменных конструкций эксплуатируемых зданий и сооружений: учеб. пособие / А.И. Бедов, В.Ф. Сапрыкин. – М.: Изд-во АСВ, 1995. – 192 с.
3. Ребров, И.С. Усиление металлических конструкций / И.С. Ребров. – Л.:
Стройиздат, 1988. – 288 с.
4. Топчий, В.Д. Реконструкция промышленных предприятий. В 2 т. Т. 1 / В.Д. Топчий [и др.]. – М.: Стройиздат, 1990. – 591 с.
5. Гринев, В.Д. Усиление железобетонных и каменных конструкций: тексты проблемных лекций / В.Д. Гринев. – Новополоцк: Новополоц. политехн.
ин-т, 1992. – 64 с.
6. Обследование и испытание зданий и сооружений / под ред. Р.И. Рамшина. – М.: Высш. шк., 2006. – 447 с.
7. СНБ 1.04.01-04. Здания и сооружения. Основные требования к техническому состоянию и обслуживанию строительных конструкций и инженерных систем, оценке их пригодности к эксплуатации.
8. СНБ 5.03.01-02. Бетонные и железобетонные конструкции (с изменениями).
9. СНБ 5.05.01-2000. Деревянные конструкции.
10. СНБ 5.01.01-99. Основания и фундаменты.
11. СНиП II-23-81*. Стальные конструкции.
12. СНиП II-22-81. Каменные и армокаменные конструкции.
13. СНиП 2-01-07-85. Нагрузки и воздействия.
14. Пособие П1-98 к СНиП 2.03.01-84*. Усиление железобетонных конструкций. – Минск: Минстройархитектуры, 1998. – 189 с.
15. Пособие по проектированию усиления стальных конструкций (к СНиП II-23-81*) / УкрНИИпроектстальконструкция. – М.: Стройиздат, 1989. – 16. Пособие П11-01 к СНБ 5.01.01-99 «Геотехнические реконструкции оснований и фундаментов». – Минск: Минстройархитектуры, 2001. – 120 с.
дополнительная 17. Железобетонные конструкции. Основы теории, расчета и конструирования / Н.П. Блещик [и др.]; под ред. Т.М. Пецольда, В.В. Тура. – Брест: БГТУ, 2003. – 380 с.
18. Бондаренко, С.В. Усиление железобетонных конструкций при реконструкции зданий / С.В. Бондаренко, Р.С. Санжаровский. – М.: Стройиздат, 1990. – 351 с.
19. Житушкин, В.Г. Усиление каменных и деревянных конструкций: учеб.
пособие / В.Г. Житушкин. – М.: Изд-во АСВ, 2005. – 56 с.
20. Испытание сооружений. Справочное пособие / Ю.Д. Золотухин [и др.];
под ред. Ю.Д. Золотухина. – Минск: Выш. шк., 1992. – 272 с.
21. Кузнецов, Ю.Д. Обеспечение долговечности железобетонных конструкций при реконструкции промышленных предприятий / Ю.Д. Кузнецов, И.Н. Заславский. – Киев: Будiвельник, 1985. – 112 с.
22. Коновалов, П.А. Основания и фундаменты реконструируемых зданий / П.А. Коновалов. – М.: Стройиздат, 1988. – 245 с.
23. Лазовский, Д.Н. Усиление железобетонных конструкций эксплуатируемых строительных сооружений / Д.Н. Лазовский. – Новополоцк:
Полоц. гос. ун-т, 1998. – 245 с.
24. Рекомендации по усилению железобетонных и каменных конструкций / Д.Н. Лазовский [и др.]. – Новополоцк: Полоц. гос. ун-т, 1993. – 485 с.
25. Онуфриев, Н.М. Усиление железобетонных конструкций промышленных зданий и сооружений / Н.М. Онуфриев. – М.: Стройиздат, 1965. – 26. Ройтман, А.Г. Надежность конструкций эксплуатируемых зданий / А.Г. Ройтман. – М.: Стройиздат, 1985. – 175 с.
27. Сахновский, М.М. Уроки аварий стальных конструкций / М.М. Сахновский, А.М. Титов. – Киев: Будiвельник, 1969. – 200 с.
28. Хило, Е.Р. Усиление строительных конструкций / Е.Р. Хило, Б.С. Попович. – Львов: Вища шк., 1985. – 156 с.
29. Рекомендации по восстановлению и усилению полносборных зданий полимеррастворами / ТбилЗНИИЭП. – М.: Стройиздат, 1990. – 160 с.
30. Рекомендации по обеспечению долговечности и надежности строительных конструкций гражданских зданий из камня и бетона с помощью композиционных материалов / НИИЛЭП ОИСИ. – М.: Стройиздат, 1988. – 160 с.
31. Рекомендации по обследованию и оценке технического состояния крупнопанельных и каменных зданий / ЦНИИСК им. В.В. Кучеренко. – М.: Стройиздат, 1988. – 57 с.
32. Рекомендации по обследованию зданий и сооружений, поврежденных пожаром / НИИЖБ. – М.: Стройиздат, 1987. – 75 с.
33. Рекомендации по проектированию усиления железобетонных конструкций зданий и сооружений реконструируемых предприятий. Надземные конструкции и сооружения / Харьков. ПромстройНИИпроект, НИИЖБ. – М.: Стройиздат, 1992. – 248 с.
34. Рекомендации по оценке состояния и усилению строительных конструкций промышленных зданий и сооружений / НИИСК.– М.: Стройиздат, 1989. – 104 с.
35. Рекомендации по оценке надежности строительных конструкций по внешним признакам / ЦНИИпромзданий. – М.: Стройиздат, 1989. – 112 с.
36. Рекомендации по обследованию и оценке качества с применением неразрушающих методов, возводимых и эксплуатируемых конструкций / НИИЖБ. – М.: Стройиздат, 1987. – 55 с.
37. Рекомендации по ремонту и восстановлению железобетонных конструкций полимерными составами / НИИЖБ. – М.: Стройиздат, 1986. – 28 с.
38. Рекомендации по усилению каменных конструкций зданий и сооружений / ЦНИИСК. – М.: Стройиздат, 1984. – 36 с.
39. Руководство по обеспечению долговечности железобетонных конструкций предприятий черной металлургии при их реконструкции и восстановлении / Харьков. ПромстройНИИпроект, НИИЖБ. – М.: Стройиздат, 1982. – 112 с.
40. Руководство по защите железобетонных конструкций от действия нефтепродуктов / НИИЖБ. – М.: Стройиздат, 1983. – 32 с.
41. Мадатян, С.А. Стержневая арматура железобетонных конструкций.
Обзорная информация / С.А. Мадатян. – М.: ВНИИНТПИ, 1991. – 71 с.
42. Тур, В.В. Прочность и деформации бетона в расчетах конструкций / В.В. Тур, Н.А. Рак. – Брест: БГТУ, 2003. – 252 с.
43. Шалимо, М.А. Защита бетонных и железобетонных конструкций от коррозии / М.А. Шалимо. – Минск: Выш. шк., 1986. – 200 с.
44. Лащенко, М.Н. Повышение надежности металлических конструкций зданий и сооружений при реконструкции / М.Н. Лащенко. – Л.: Стройиздат, Ленингр. отд-ние, 1987. – 136 с., ил.
3. Агрессивное воздействие сред на материалы строительных конструкций 5. Алгоритм оценки технического состояния железобетонных конструкций 1. Обследование оснований и фундаментов 2. Поверочные расчеты оснований и фундаментов нительной арматуры приваркой к существующей арматуре или приклеиванием к 4. Расчет прочности железобетонных элементов, усиленных увеличением поперечного сечения в растянутой зоне.
5. Расчет прочности контактного шва в 1. Усиление сжатой зоны железобетонных 3. Расчет прочности контактного шва в 1. Особенности расчета железобетонных элементов, усиленных увеличением поперечного сечения, на основе деформационной модели 1. Усиление железобетонных конструкций 3. Усиление железобетонных конструкций при кручении, местном сжатии и продавливании 1. Расчет усиления конструкций увеличенапряженных затяжек.
4. Повышение пространственной жесткости каменных зданий.
1. Усиление металлических конструкций ленных увеличением их поперечного сечения 1. Усиление элементов деревянных конструкций.
2. Усиление деревянных элементов стропильных крыш.
3. Защита усиленных деревянных конструкций 3. Усиление фундаментов увеличением их
РЕЙТИНГОВАЯ СИСТЕМА КОНТРОЛЯ
Для оценки успешности обучения студентов дисциплине «Проектирование реконструкции зданий и сооружений» используется рейтинговая система контроля в соответствии с «Положением о рейтинговой системе контроля успешности обучения студентов в Полоцком государственном университете» (автор Л.С. Турищев).
В соответствии с системой рейтингового контроля успешность обучения складывается из семестровой и итоговой составляющих. Семестровая составляющая состоит из:
отношения студента к изучаемой дисциплине (отсутствие пропусков лекционных и практических занятий без уважительных причин, активная работа на занятиях, своевременность выполнения и защиты индивидуальных самостоятельных заданий). Добросовестное отношение студента оценивается в 250 баллов, в том числе 50 баллов за 100 %-ное посещение лекций, 50 баллов за 100 %-ное посещение практических занятий и баллов за активную работу на занятиях, своевременность выполнения и защиты индивидуальных самостоятельных заданий;
уровня знаний по результатам тестового контроля на ЭВМ по материалу раздела I. Наивысшая оценка по результатам теста составляет 250 баллов. Изучение раздела I теоретического курса считается успешным, если количество набранных при тестировании баллов составляет 200 и более;
уровня умений по результатам письменных контрольных работ № и № 2. Наивысшая оценка по каждой контрольной работе составляет 100 баллов. Выполнение контрольных работ считается успешным, если студент выполняет задание каждой контрольной работы на 75 % и более;
творческая активность при изучении курса (наличие научных публикаций и патентов, имеющих прямое отношение к изучаемой дисциплине, выполнение творческих заданий, изучением внепрограммных материалов и составлением по ним рефератов и др.). Наивысшая оценка за творческую активность составляет 1000 баллов. Конкретная оценка в зависимости от уровня творческих достижений устанавливается преподавателем, руководившим творческой деятельностью студента, и утверждается на заседании кафедры.
Итоговая составляющая отражает результаты итогового контроля в виде экзамена. В экзаменационном билете – 2 вопроса (по одному из раздела дисциплины) и задача. Наивысшая оценка – 700 баллов, в том числе 250 баллов за ответ на вопрос раздела I, 300 баллов за ответ на вопрос раздела II и 150 баллов за решение задачи.
В случае успешного прохождения тестового контроля и успешного выполнения двух контрольных работ студент, по его желанию, освобождается на итоговом экзамене от вопроса по разделу I дисциплины и задачи.
При этом студенту засчитывается набранное количество баллов в семестровом контроле в виде теста и двух контрольных работ.
Сумма баллов, заработанных студентом в течение семестра и на экзамене, образует рейтинг успешности обучения данной дисциплине в семестре. Изучение студентом дисциплины «Проектирование реконструкции зданий и сооружений» считается успешным, если рейтинг составляет 600 баллов и более.
Перевод рейтинга в десятибалльную систему оценок производится в соответствии со следующей шкалой перевода.
ЛЕКЦИОННЫЙ КУРС
ОЦЕНКА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ
КОНСТРУКЦИЙ РЕКОНСТРУИРУЕМЫХ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ
Тема 1. АКТУАЛЬНОСТЬ РЕКОНСТРУКЦИИ И ПРИЧИНЫ
НЕСООТВЕТСТВИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫМ ТРЕБОВАНИЯМ
ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ
Реконструкция действующих промышленных предприятий наряду с новым строительством в условиях бурно развивающейся экономики имеет первостепенное значение. Окупаемость капитальных вложений в реконструкцию промышленных предприятий происходит в 2…3 раза быстрее, чем при строительстве новых.
Реконструкция промышленных зданий и сооружений – составная часть общей реконструкции предприятий. Изменение условий эксплуатации и функционального назначения строительных сооружений вследствие внедрения новых технологий в ряде случаев требует проведения для них дополнительных мероприятий. Установка дополнительного оборудования приводит к увеличению нагрузок, изменению их места приложения и характера, внесению поправок в расчетные схемы, что может вызвать необходимость предварительного усиления конструкций строительных сооружений. В процессе реконструкции строительные сооружения должны быть приведены в соответствие с требованиями действующих нормативных документов в измененных условиях эксплуатации.
К реконструкции зданий и сооружений прибегают также в связи с необходимостью восстановления физически изношенных отдельных элементов, частей зданий и сооружений. Физический износ обусловливает их переход в состояние отличное от проектного и приводит к необходимости усиления.
Реконструкции подлежат и гражданские здания, среди которых доля физически и морально изношенных объектов растет опережающими темпами. Необходимость обеспечения комфортным жильем, развитие малого и среднего бизнеса требуют не только повышения темпов жилищного строительства, но и реконструкции старых капитальных жилых и общественных зданий, в ряде случаев с усилением и заменой конструкций.
Кроме того, в результате геодинамических процессов и природных катастроф, а также в процессе строительства и эксплуатации имеют место случаи предаварийного состояния и обрушения отдельных конструкций, частей зданий и целых сооружений, что влечет за собой необходимость выполнения неотложных противоаварийных мероприятий по их усилению и восстановлению.
1.1. Причины аварий строительных конструкций Проектный срок службы строительных конструкций (время, по истечении которого дальнейшая эксплуатация становится невозможной, а восстановление – экономически нецелесообразным) зависит от класса сооружений и составляет для I класса – более 90 лет, II класса – более 60 лет, III класса – более 30 лет. Такой срок эксплуатации для промышленных и гражданских зданий обычно превосходит сроки морального износа.
В истории известны случаи, когда сроки нормальной эксплуатации строительных сооружений исчисляются столетиями: каменные конструкции Спасо-Евфросиньевской церкви в г. Полоцке (ХII в.), известковобутовые, каменные конструкции Софийского собора в г. Полоцке (ХIII – ХVIII вв.), металлические конструкции каркасов Казанского и Исаакиевского соборов в г. Санкт-Петербурге (начало ХIХ в.), знаменитой Эйфелевой башни в Париже (1889 г.) и др.
На работоспособность и сроки службы конструкций большое влияние оказывают повреждения, возникающие в процессе эксплуатации, которые, накапливаясь и развиваясь, могут привести к отказам в работе как отдельных элементов, так и строительных сооружений в целом.
Среди техногенных аварий по количеству и материальному ущербу до последнего времени первое место занимали оборудование и конструкции, подконтрольные Проматомнадзору, второе – строительные конструкции [44]. Среди аварий строительных конструкций по тем же показателям на I месте стоят железобетонные и каменные, а затем металлические конструкции (рис. 1.1, а). Согласно статистическим данным около 60 % всех аварий происходит в период строительства и около 40 % – в период эксплуатации (рис. 1.1, б). Аварии строительных конструкций происходят и в настоящее время, случается повторяемость аварий, некоторые из них становятся даже «типовыми». Аварии – чаще всего результат действия совокупности причин, основные из них можно классифицировать следующим образом (табл. 1.1).
Рис. 1.1. Диаграммы распределения аварий строительных конструкций:
а – количество аварий и материальный ущерб от них; б – статистические данные количества аварий во время строительства и эксплуатации 1. Дефекты монтажа, непроектное выполнение узлов сопряжения конструкций, нарушение технологии производства работ 2. Несоответствие качества строительных материалов и конструкций требованиям норм 3. Низкое качество эксплуатации, изменение проектных расчетных схем конструкций, превышение фактических нагрузок над проектными, взрывы и пожары 4. Ошибки проектов, недостатки норм проектирования, стандартов и технических условий Кроме повышения ответственности проектных и строительных организаций за качество работы, предусмотрены дополнительные меры по улучшению качества, надежности и предотвращения аварий строительных сооружений:
1. Осуществление технического надзора за строительством со стороны заказчика и органов Госстройнадзора, авторского надзора проектной организации.
2. Обязательные сертификация и контроль качества строительных материалов и изделий, использование строительной организацией собственной испытательной лаборатории.
3. Организация службы технического надзора за эксплуатацией строительных сооружений, системы планово-предупредительных ремонтов, периодического осмотра и обследования технического состояния строительных сооружений, профилактики аварийных состояний.
4. Государственная вневедомственная экспертиза строительных проектов, совершенствование норм проектирования строительных сооружений.
на материалы строительных конструкций Как показывает практика, частичный или полный отказ строительных конструкций зданий и сооружений в ряде случаев происходит задолго до окончания проектного срока службы. Одна из основных причин – разрушение материала строительных конструкций в результате коррозии под воздействием внешней агрессивной среды.
Коррозия материалов строительных конструкций (бетонных и железобетонных, каменных, металлических и др.) зависит от многих факторов:
вида, химического состава, концентрации, растворимости в воде, влажности, температуры окружающей среды и условий контакта с ней, а также от параметров самой конструкции (например, для железобетонной конструкции – от конструктивной формы поперечного сечения, вида и плотности бетона, вида, количества и расположения арматуры, типа и уровня напряженного состояния, наличия и ширины раскрытия трещин).
Агрессивные среды по степени воздействия на строительные конструкции (относительное снижение прочности материала в течение 1 года) разделяют на неагрессивные (снижения прочности нет), слабоагрессивные (снижение прочности менее 5 %), среднеагрессивные (снижение прочности 5…20 %) и сильноагрессивные (снижение прочности более 20 %).
По физическому состоянию агрессивные среды могут быть газовоздушные, жидкие и твердые.
Наиболее распространенные агрессивные газы: углекислый газ, кислород, водяной пар, сернистый и серный ангидрид, сероводород, аммиак, хлор, хлористый водород, двуокись хлора, фтористый водород, фосфорный ангидрид, пары брома, иода и т.д. Степень агрессивности газовоздушных сред зависит от растворимости в воде самих газов, температуры и влажности среды.
Газовоздушные среды по характеру взаимодействия с цементным камнем подразделяются на три группы.
1 группа – углекислый газ, фтористый водород, фтористый кремний, фосфорный ангидрид – проникают в поровое пространство бетона, образуют с Са(ОН)2 нерастворимые и малорастворимые соли кальция при незначительном увеличении в объеме. Основная схема агрессивного воздействия – нейтрализация щелочности цементного камня:
Са(ОН)2 + СО2 СаСО3 + Н2О; СаСО3 – нерастворимое соединение.
2 группа – сернистый и серный ангидрид, сероводород – образуют в поровом пространстве малорастворимые соли, способные увеличиваться в объеме более чем в 2 раза и разрушать бетон. Визуально это проявляется в виде послойного шелушения.
3 группа – хлор, хлористый водород, двуокись хлора, пары брома, иода – образуют хорошо растворимые соли кальция, засасываемые в капилляры и транспортирующие ионы хлора к арматуре, практически не нарушая щелочность защитного слоя бетона.
Са(ОН)2 + 2НСl СаСl2 + Н2О; СаСl2 – легкорастворимый продукт.
Жидкие агрессивные среды: атмосферные осадки и грунтовые воды (мягкие, талые снеговые), минерализованные воды с содержанием солей Cl–, Mg2+, SO42–, Са, Na, K, нефтепродукты и растворители, растительные и животные масла и др. Степень их агрессивного воздействия зависит от концентрации агрессивных веществ, температуры, скорости движения при соприкосновении с поверхностью конструкции, напора.
Из большого числа «механизмов» разрушения бетона выделяются три основных вида:
I вид – процессы растворения составных частей цементного камня и выноса продуктов гидрата окиси кальция Са(ОН)2 протекающей водой (выщелачивание) – физический вид коррозии. Признаком коррозии бетона I вида является наличие высолов на поверхности, которые приводят к увеличению пористости цементного камня и снижению его прочности. При выщелачивании 10 % СаО происходит снижение прочности до 10 %, при потере 20 % СаО – до 25 % и при потере около 33 % СаО наступает полное разрушение цементного камня.
II вид – результат взаимодействия составных частей цементного камня с кислотами или солями, приводящий к образованию легкорастворимых или аморфных размываемых водой веществ (продукты растворимы).
Са(ОН)2 + Н2СО3 СаСО3 + 2Н2О, затем СаСО3 + Н2СО3 Са(НСО3)2; Са(НСО3)2 – легкорастворимый продукт.
Бетон разрушается послойно. При реконструкции поврежденный коррозией бетон удаляют.
III вид характеризуется накоплением в порах и капиллярах цементного камня малорастворимых солей с увеличением их объема. Давление приводит к разрушению цементного камня. На начальной стадии плотность и прочность бетона увеличивается. Если в этот период обеспечить антикоррозионную защиту, бетон может быть сохранен, в противном случае, в дальнейшем происходит его разупрочнение (разрыхление).
Са(ОН)2 + Na2SO4 + 2H2O СаSO4·2Н2О + 2NaOH, СаSO4·2Н2О – гипс с некоторым увеличением объема взаимодействует с трехкальциевым гидроалюминатом цементного камня 3СаSO4·2Н2О + 3СаО·Al2O3·6H2O + 23H2O 3СаSO4·3CaO·Al2O3·31H2O, 3СаSO4·3CaO·Al2O3·31H2O – гидросульфоалюминат кальция увеличивается в объеме более чем в 2 раза.
В реальных условиях коррозия каждого вида в отдельности встречается редко, как правило, они сочетаются. Степень коррозионного воздействия увеличивается с увеличением температуры среды. Опасно сочетание попеременного замораживания-оттаивания с процессами коррозии III вида.
Агрессивное воздействие нефтепродуктов на железобетонные конструкции объясняется содержанием в них высокомолекулярных смол и присадок. В наибольшей степени снижают прочность бетона и его сцепление с арматурой минеральные масла и мазуты. При длительном воздействии на железобетонные конструкции минеральных масел прочность бетона можно определить по эмпирическим формулам:
при постоянном воздействии при периодическом (1-2 раза в год) воздействии При постоянном воздействии минеральных масел предельные касательные напряжения, характеризующие сцепление арматуры с бетоном, равны где f cd и bd – значения соответственно сопротивления сжатию исходного (непропитанного) бетона и предельное касательное напряжение, характеризующее сцепление арматуры с исходным бетоном;
t – время воздействия нефтепродуктов на конструкцию.
Отработанные минеральные, окисленные растительные и животные масла не только агрессивны к бетону, но и вызывают коррозию арматуры и закладных деталей. Дизельное топливо и масляные эмульсии менее агрессивны. Бензины, керосины и растворители практически не влияют на прочность бетона.
Твердые агрессивные среды: минерализованные грунты, содержащие соли Cl, Mg2+, SO42–, Са, Na, K, и минеральные удобрения. Агрессивность твердых веществ определяется их растворимостью в воде и гигроскопичностью.
В основном строительные металлические конструкции подвергаются атмосферной коррозии (на открытом воздухе, внутри промышленных зданий и под навесами). Различают три вида коррозии: равномерную сплошную, неравномерную сплошную и местную.
Равномерная сплошная коррозия характерна для сплавов металлов, не имеющих защитных окисных пленок или имеющих рыхлые пленки.
Неравномерная сплошная коррозия имеет место в многофазных сплавах металлов и наличии дефектов на поверхности.
Местная коррозия наблюдается при местном нарушении защитных покрытий, может распространяться в глубину металла, вызывая его вспучивание, или повреждает один из материалов, составляющих сплав.
Скорость коррозии зависит от вида агрессивных воздействий и условий среды. Повышение температуры ускоряет процесс коррозии. При нагреве до температуры 200…250 °С на поверхности стальных элементов образуется тонкая пленка окислов, пассивирующая поверхностный слой стали, при температуре 500…600°С происходит коробление и растрескивание поверхностной защитной пленки, а при отрицательной температуре (ниже минус 30…минус 40 °С) коррозия стали практически прекращается.
В зависимости от механизма разрушения металла различают химическую и электрохимическую коррозию.
Химическая коррозия происходит под воздействием газов или жидкостей (не электролитов) органического происхождения. В результате их взаимодействия на поверхности металла образуется пленка в виде окислов.
Электрохимическая коррозия наблюдается во влажном воздухе и водных растворах, проводящих ток. Атомы металла в результате переходят в раствор электролита в виде ионов, а эквивалентное число электронов остается в металле.
На коррозионную стойкость стальных элементов влияет также и конструктивная форма сечения: круглое сечение – самое устойчивое, затем квадратное, коробчатое, одиночный уголок.
Продукт коррозии – ржавчина имеет значительно больший объем, чем исходный металл. В различного рода щелях опасно скопление продуктов коррозии, приводящих к расслоению элементов.
Древесина как строительный материал отличается повышенной сопротивляемостью к химическим воздействиям и имеет преимущество перед металлом. Однако все породы древесины весьма подвержены разрушительному действию огня, грибов, насекомых и грызунов.
Древоразрушающий гриб питается органическими веществами древесины и развивается при определенных условиях среды (температуре 5…25 °С, влажности 50…70 % и отсутствии вентиляции). Грибы быстро размножаются посредством спор и переносятся на здоровую древесину.
Под воздействием грибов в древесине образуются поперечные и продольные трещины, она становится рыхлой и трухлявой. К наиболее распространенным видам грибов, поражающих древесину, относятся настоящий домовой гриб, белый домовой гриб, гриб домовой пленчатый, трутовик.
Они поселяются в сухой древесине, их появление возможно спустя многие годы от момента окончания сушки. Мицелий этих грибов может пробивать себе дорогу даже через каменные стены и грунт. Древесина под действием грибов превращается в ватообразную коричневую рыхлую ткань с серыми (у настоящего домового гриба) и белыми жгутами (у белого домового гриба) и в виде пленки (у гриба домового пленчатого).
Насекомые (короеды, дровосеки), поражающие растущую и свежесрубленную древесину, не поражают и не размножаются в древесине строительных конструкций. Для строительных конструкций опасность представляют насекомые, питающиеся сухой древесиной: жучкиточильщики, долгоносики домовые, древесинники, термиты и др. В древесине они протачивают круглые или овальные отверстия и разрушают ее.
1. Роль реконструкции в промышленном и гражданском строительстве.
2. Назовите основные причины аварий строительных конструкций и мероприятия по их предотвращению.
3. Назовите факторы, влияющие на коррозию материалов строительных конструкций.
4. Классифицируйте агрессивные среды по состоянию и степени воздействия на материалы строительных конструкций.
5. Расскажите о характере взаимодействия цементного камня с агрессивными газами I группы, II группы, III группы.
6. Опишите «механизм» разрушения бетона при коррозии I вида, II вида, III вида.
7. Каково агрессивное воздействие нефтепродуктов (минеральное масло, мазут, дизельное топливо, бензин и др.) на железобетонные конструкции?
8. Назовите виды коррозии стальных конструкций.
9. Расскажите о воздействиях, разрушающих древесину строительных конструкций.
Тема 2. ОЦЕНКА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ,
ОБСЛЕДОВАНИЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Влияние внешней среды, неблагоприятных физико-геологических процессов, высокотемпературного нагрева при пожаре, нарушение нормальных условий эксплуатации, увеличение нагрузок по сравнению с проектными, а также недоработки на стадии проектирования и строительства приводят к изменению технического состояния конструкций зданий и сооружений.
В новом состоянии конструкции могут не удовлетворять предъявляемым требованиям по прочности, жесткости или трещиностойкости и долговечности.
Фактическое техническое состояние строительных конструкций эксплуатируемых зданий и сооружений устанавливают в результате их обследования, натурного испытания и поверочных расчетов.
2.1. Обследование железобетонных конструкций Обследование конструкций – первый этап в установлении их действительного технического состояния.
В состав обследования железобетонных конструкций входят следующие работы: изучение имеющейся проектной документации (технический паспорт здания, рабочие чертежи существующих конструкций, материалы завода-изготовителя, исполнительная документация, материалы по эксплуатации и др.), общее (предварительное) и детальное (инструментальное) обследование.
При наличии проектной документации определяют: продолжительность эксплуатации; размеры и конструктивную схему здания; геометрические размеры и типы конструкций; номер и серию чертежей, по которым они разработаны; проектную расчетную схему конструкций; проектный класс (марку) бетона и армирование конструкций (вид, класс, способ анкеровки и расположение рабочей арматуры); конструктивные особенности узлов сопряжения элементов; вид и величину нагрузок; особенности технологического процесса и характеристики агрессивной среды; проектные инженерно-геологические и гидрогеологические условия площадки; в случае реконструкции – новые нагрузки, режимы эксплуатации и характеристики ожидаемой агрессивной среды.
В результате изучения технической, производственной и эксплуатационной документации, опроса работников службы эксплуатации зданий и сооружений, работающих в здании людей, собираются данные об имевших место за период эксплуатации аварийных состояниях конструкций и деформациях оснований, вызвавших их причинах; зонах конструкций с нарушением нормальных условий эксплуатации; выполненных ранее усилениях конструкций.
2.1.1. Общее (предварительное) обследование В процессе предварительного обследования в первую очередь устанавливают:
конструкции, находящиеся в предаварийном состоянии;
конструкции, имеющие существенные дефекты и повреждения;
конструкции с нарушением нормальных условий эксплуатации.
При необходимости ориентировочно определяют прочность поверхностных слоев бетона на участках, где согласно схеме работы конструкции прочность бетона имеет наибольшее значение, методами пластической деформации (с помощью эталонных молотков Н.П. Кашкарова, И.А. Физделя), упругого отскока, экспертными методами. Во всех случаях удары должны наноситься по растворному участку бетона. При этом прочность бетона уточняется по результатам осмотра сколов бетона. Если скол произошел по контакту крупного заполнителя и растворной части, прочность бетона следует уменьшить на 5…10 МПа. На данном этапе также выборочно определяют глубину нейтрализации бетона.
В результате предварительного обследования намечают участки для детального обследования.
К признакам, характеризующим предаварийное состояние железобетонных конструкций, относятся:
уменьшение прочности бетона сжатой зоны более чем на 40 % (рис. 2.1, а);
отслоение защитного слоя и продольные трещины вдоль рабочей арматуры в зоне ее анкеровки с явными признаками коррозии арматуры (рис. 2.1, б);
разрывы отдельных стержней и уменьшение в результате коррозии поперечного сечения рабочей продольной арматуры в растянутой зоне на 50 % и более (рис. 2.1, в);
пропитка нефтепродуктами в зоне анкеровки рабочей арматуры, снижающая ее сцепление с бетоном (рис. 2.1, г);
разрывы отдельных стержней рабочей поперечной арматуры; в зоне среза наклонные трещины, пересекающие растянутую и сжатую зоны (рис. 2.1, д);
в пролете конструкции нормальные трещины с разветвленными концами (рис. 2.1, е);
трещины раскрытием свыше 0,5 мм и признаки разрушения сжатой зоны элементов (рис. 2.1, ж);
деформации закладных деталей с расстройством стыков, уменьшенная против требований норм площадь опирания сборных конструкций (рис. 2.1, з);
выпучивание сжатой арматуры с признаками разрушения бетона сжатой зоны (рис. 2.1, и);
значительные (более 1/50 пролета) прогибы изгибаемых элементов при наличии трещин в растянутой зоне с раскрытием более 0,5 мм (рис. 2.1, к).
При выявлении в процессе предварительного обследования конструкций, находящихся в предаварийном состоянии, необходимо выполнить первоочередные мероприятия по обеспечению безопасности (предотвратить доступ людей в зону возможного обрушения, разгрузить аварийно-опасные конструкции, установить временные страховочные крепления и т.п.).
При предварительном обследовании фиксируют дефекты и повреждения, снижающие прочность, жесткость и долговечность железобетонных конструкций:
степень и площадь повреждений защитных покрытий;
изменение цвета бетона, высолы и масляные пятна на поверхности;
снижение прочности бетона сжатой зоны на 30 % и более;
наличие раковин и отколов в бетоне, оголение арматуры;
нарушение сцепления арматуры с бетоном (по глухому стуку при простукивании, а при наличии отслоения – звук дребезжащий);
отход анкеров от пластин закладных деталей из-за коррозии стали в сварных швах и смещение закладных деталей;
заметные на глаз прогибы конструкций;
непроектное выполнение узлов сопряжения; смещение конструкций в узлах и стыках и т.п.
Наличие коррозии стальной арматуры определяют визуально путем непосредственного осмотра оголенной арматуры, а также косвенно по появлению продольных трещин в защитном слое бетона или выступов продуктов коррозии стали на поверхности бетона.
Рис. 2.1. Признаки предаварийного состояния железобетонных конструкций При выполнении предварительного обследования устанавливают зоны с нарушением нормальных условий эксплуатации конструкций:
увлажнение, попеременное замораживание-оттаивание в водонасыщенном состоянии;
проливы технологических растворов и нефтепродуктов;
вблизи и над источниками теплоизлучения;
вибрация и ударные нагрузки и т.п.
Внешними признаками нарушения нормальных условий эксплуатации являются: изменение цвета бетона; на поверхности конструкций высолы, мокрые и масляные пятна, ржавчина, шелушение и растрескивание бетона; трещины вдоль арматуры, отслоение защитного слоя, коррозия арматуры и др.
По результатам предварительного обследования с учетом выявленных дефектов и повреждений на момент обследования конструкция относится к одной из пяти категорий состояния:
I – исправное (хорошее) состояние – конструкция удовлетворяет предъявляемым требованиям по прочности (устойчивости), жесткости и трещиностойкости. Долговечность конструкции, по сравнению с проектной, не снижена.
Характерные признаки:
прочность бетона не ниже проектной;
на поверхности бетона отсутствуют дефекты, повреждения, раковины, поры, выбоины, трещины;
отсутствует нейтрализация бетона защитного слоя;
при вскрытии поверхность арматуры чистая;
антикоррозионная защита конструкций и закладных деталей находится в исправном (хорошем) состоянии.
II – неисправное (удовлетворительное) состояние – конструкция удовлетворяет предъявляемым требованиям по прочности (устойчивости), жесткости и трещиностойкости. Имеются признаки снижения долговечности конструкции, по сравнению с проектной.
Характерные признаки:
прочность бетона не ниже проектной;
на поверхности бетона отсутствуют дефекты и повреждения, свидетельствующие о снижении прочности, но имеются отдельные раковины, поры, выбоины, волосные трещины;
глубина нейтрализации бетона защитного слоя не превышает половины его толщины;
при вскрытии поверхность арматуры не имеет признаков коррозии;
антикоррозионная защита конструкций и закладных деталей, в основном, не нарушена;
прогиб и ширина раскрытия трещин не превышает предельно допустимые значения.
III – ограниченно работоспособное (не вполне удовлетворительное) состояние – конструкция удовлетворяет предъявляемым к ней требованиям по прочности (устойчивости), жесткости. Долговечность конструкции существенно снижена.
Характерные признаки:
прочность бетона не ниже проектной;
изменен цвет бетона вследствие пересушивания;
шелушение граней вследствие размораживания в водонасыщенном состоянии;
небольшие сколы, оголение арматуры;
на поверхности бетона мокрые или маслянистые пятна, высолы;
бетон защитного слоя нейтрализован на всю толщину;
на участках с недостаточной толщиной защитного слоя следы коррозии рабочей и распределительной арматуры;
при вскрытии поверхность арматуры имеет коррозию в виде отдельных точек и пятен, язв и пластинок ржавчины нет, уменьшение площади поперечного сечения вследствие коррозии не превышает 5 %;
антикоррозионная защита конструкций и закладных деталей нарушена;
ширина раскрытия трещин превышает допустимые значения;
прогиб не превышает предельно допустимого значения.
IV – неработоспособное (неудовлетворительное) состояние – конструкция не удовлетворяет предъявляемым к ней требованиям по прочности (устойчивости) или жесткости.
Характерные признаки:
имеются повреждения, свидетельствующие о снижении прочности, но на момент обследования не угрожающие безопасности работающих;
прочность бетона в сжатой зоне ниже проектной на 30 % и более;
пропитка бетона конструкций нефтепродуктами в пролете;
продольные трещины вдоль рабочей арматуры в пролете, пластинчатая ржавчина на арматуре и закладных деталях, потеря площади сечения рабочей арматуры вследствие коррозии превышает 5 %;
трещины в сжатой зоне и зоне среза;
нарушение крепления поперечной арматуры к продольной;
прогиб конструкций превышает предельно допустимый более чем на 30 %.
V – предельное (предаварийное) состояние – конструкция не удовлетворяет предъявляемым к ней требованиям по прочности (устойчивости).
Существует опасность обрушения и угроза безопасности работающих.
Характерные признаки предаварийного состояния железобетонных конструкций приведены выше.
Определение категории технического состояния для групп конструкций, участков здания или здания в целом по результатам общего обследования производится по методике [7] в соответствии с табл. 2.1.
дефектов (повреждений) Критические Значительные Малозначительные Примечание. В числителе приведены категории состояния для элементов 1 степени ответственности, а в знаменателе – 2 степени ответственности.
Класс дефекта группы А (для показателей качества, имеющих нормируемые численные значения) определяется величиной отклонения (, %) фактического значения контролируемого параметра X i в небезопасную сторону от проектного значения X min(max) (проектная, нормативнотехническая документация или ГОСТ 21778-81 «Система обеспечения точности геометрических параметров в строительстве. Основные положения»):
критическому дефекту (повреждению) соответствует > 40 %;
значительному дефекту (повреждению) – 10 % < 40 %;
малозначительному дефекту (повреждению) – 10 %.
В случае если дефект или повреждение не имеет нормируемого численного значения (дефект группы Б), отнесение его к определенному классу производится экспертно на основе анализа его последствий.
По степени распространения дефектов (повреждений) в элементе, группе, на участке или в здании в целом различают:
единичные дефекты (повреждения) – (занимающие до 10 % площади, линейного размера или количества);
многочисленные дефекты (повреждения) – (то же от 10 до 40 %);
массовые дефекты (повреждения) – (то же свыше 40 %).
Различают две степени ответственности за работоспособность отдельных конструкций или ее участков.
К 1 степени ответственности относятся элементы или их участки, локальный отказ которых может привести к полному или ограниченному отказу системы элементов и значительному снижению их эксплуатационных качеств.
Остальные элементы и их участки относятся ко 2 степени ответственности.
Для генеральной совокупности конструкций каждого вида по результатам общего обследования может быть произведена усредненная оценка категории состояния по формуле где Ki – количество конструкций, имеющих i-тую категорию состояния.
Категория технического состояния конструкции в процессе детального обследования и поверочных расчетов уточняется.
К аварийно-опасным относятся здания и сооружения или их участки, отнесенные к V категории состояния или в которых имеются отдельные конструкции, относящиеся к V категории состояния, и их разрушение может быть опасным для жизни и здоровья людей, сохранности оборудования и материальных ценностей, или если не менее 20 % конструкций имеют IV категорию состояния. В соответствии с [7] эксплуатация аварийноопасных зданий и сооружений запрещена.
2.1.2. Детальное (инструментальное) обследование Детальное обследование выполняется с целью уточнения исходных данных, необходимых для выполнения поверочных расчетов и оценки технического состояния конструкции.
Если у конструкции отсутствуют дефекты и повреждения, прогиб и ширина раскрытия трещин не превышают допустимые, размеры сечения и армирование отвечают проектным, прочность бетона и арматуры – не ниже проектных, то детальное обследование такой конструкции может не производиться, а поверочные расчеты допускается выполнять по результатам предварительного обследования и проектным данным.
При детальном обследовании конструкций определяют:
прочность бетона;
вид и прочностные свойства арматуры, степень коррозии арматуры, закладных деталей и сварных швов узловых соединений;
геометрические размеры, армирование и толщину защитного слоя бетона;
дефекты и повреждения;
глубину нейтрализации бетона защитного слоя;
ширину раскрытия трещин в бетоне;
прогиб конструкции;
фактические нагрузки и эксплуатационные воздействия;
фактические расчетные схемы конструкций.
В процессе детального обследования конструкций отбираются образцы бетона и арматуры для проведения физико-механических и физикохимических исследований в лабораторных условиях. Места отбора проб определяют в наименее напряженных зонах, чтобы прочность конструкции была обеспечена с учетом ослабления, или предусматривают усиление в процессе отбора образцов приваркой к арматуре равнопрочных накладок и последующим обетонированием. В результате химического анализа устанавливают марку стали. При этом определяют содержание в стали углерода, марганца, кремния, серы и фосфора.
Прочность бетона может определяться как неразрушающими, так и разрушающими методами: методом пластической деформации и упругого отскока, ультразвуковым методом, методом отрыва со скалыванием, методом скалывания ребра конструкции, методом отрыва, испытанием выбуренных или выпиленных образцов.
Для уменьшения влияния недостатков каждого из методов на конечный результат рекомендуется сочетать методы упругого отскока, пластической деформации с методами местных разрушений (отрыва со скалыванием, скалывания ребра и т.п.), а также приборы различного принципа действия, например механические и акустические.
При определении прочности бетона ультразвуковым методом, методом пластической деформации или упругого отскока требуется обязательная привязка градуировочных зависимостей к испытаниям отобранных образцов или методам местных разрушений для конкретных групп или участков конструкций.
Фактическую прочность в зависимости от состояния бетона для группы однотипных конструкций, одной конструкции или отдельной ее зоны определяют из среднего значения f c, cube, m (ускоренная оценка) или при достаточном количестве испытаний из среднего значения и коэффициента вариации прочности f cGcube (статистическая оценка) конкретных испытаний бетона.
Объем испытания в соответствии с [36] принимают:
при оценке прочности одной конструкции или отдельной зоны конструкции – не менее 3-х участков в расчетных сечениях или в зоне с пониженной прочностью конструкции;
при оценке средней прочности группы однотипных конструкций – не менее 9-ти участков в расчетных сечениях конструкций;
при оценке средней прочности и коэффициента вариации прочности бетона группы однотипных конструкций – не менее 30-ти участков, если в качестве единичного значения принимается прочность бетона участка, или 9 участков (по 3 участка на конструкцию), если в качестве единичного значения принимается средняя прочность бетона конструкции или ее зоны.
Поскольку градуировочные зависимости вышеназванных методов испытания привязаны к кубиковой прочности бетона, то результатом единичного испытания будет величина f c, cube, i.
Среднее значение прочности бетона вычисляется как среднее арифметическое результатов конкретных испытаний бетона При ускоренной оценке прочности бетона, исходя из средней прочности, должно выполняться условие q = 0,23...0,45 – коэффициент, учитывающий объем испытаний.
где Если условие (2.4) не выполняется, рекомендуется увеличить количество испытаний или исключить из расчета максимальную прочность.
При достаточном для статистической оценки прочности бетона объеме испытаний, кроме среднего значения прочности вычисляется среднеквадратичное отклонение Гарантированная прочность бетона на сжатие определяется по формуле где = 2,54...1,94 – коэффициент, учитывающий число единиц прочности бетона.
Нормативное сопротивление бетона, соответствующее цилиндрической или призменной прочности, вычисляется с учетом переходного коэффициента k p = 0, Тогда условный класс бетона по прочности на сжатие записывается следующим образом:
для тяжелых и мелкозернистых – C fck G ;
При этом условный класс бетона по прочности на сжатие может не совпадать с параметрическим рядом установленных классов бетона, например: C 11,2 14, C 21,2 26,5, LC 28 35 и т.д.
Наличие, количество и расположение арматуры, толщина защитного слоя в железобетонных конструкциях определяются магнитным методом с помощью приборов типа ИЗС, «Ferroscan», радиографическим методом с применением малогабаритных бетатронов ПМБ-6 и МИБ-4 или путем вскрытия.
Глубину нейтрализации бетона защитного слоя устанавливают путем его скалывания в заданном месте, смачивания свежеобразованной поверхности скола 0,1 %-ным спиртовым раствором фенолфталеина или тимолфталеина и измерением толщины бесцветного участка.
Ширину раскрытия трещин на уровне центра тяжести растянутой арматуры определяют не менее чем в трех местах по длине конструкции, включая место максимального раскрытия, с помощью переносных отсчетных микроскопов, измерительных луп.
Если не представляется возможным измерить раскрытие трещин на уровне сечения арматуры, допускается вычислить ее по формуле где wk – ширина раскрытия трещины в месте максимального раскрытия; h – высота сечения элемента; c – толщина защитного слоя бетона.
Геометрические размеры, прогибы конструкции, отклонения от проектного положения определяются с использованием измерительного инструмента (рулетка, шаблон, штангенциркуль, прогибомер, нивелир, теодолит).
Площадь поперечного сечения арматуры конструкции определяют с учетом фактического уменьшения в результате коррозии. Степень коррозии арматуры характеризуется глубиной и площадью поражений (сплошная, пятнами). По характеру коррозия может быть:
питтинговой (скрытой), тонким налетом, Коэффициент ослабления арматуры коррозией вычисляют по формуле где d0 – исходный диаметр арматуры; d – средний, сохранившийся диаметр арматуры с заданной доверительной вероятностью (определяют по результатам замеров на наиболее прокорродированных участках).
Арматуру из высокопрочной проволоки в расчетах не учитывают при наличии язвенной или питтинговой коррозии, а также, если коррозия вызвана хлоридами.
Оценка состояния открытых закладных деталей выполняется визуально: определяют вид стыка и его параметры, фактическую длину и толщину сварного шва, их соответствие проекту.
Нагрузки от технологического оборудования устанавливают по имеющимся документам или взвешиванием с учетом фактической схемы их размещения и опирания на конструкции.
Нагрузка от собственного веса конструкций однородного участка пола, покрытия и т.п. площадью до 3000 м2 устанавливается измерением их поперечного сечения в не менее 5 местах и взвешиванием не менее 5 отобранных проб, после чего вычисляют значение нагрузки на единицу площади. На каждые следующие 1000 м2 площади производят дополнительное вскрытие. Для кровель с насыпным утеплителем дополнительно следует определять толщину утеплителя в ендовах и вблизи конька.
Нормативное значение постоянной нагрузки вычисляют по формуле где t – коэффициент Стьюдента, учитывающий объем испытаний и заданную доверительную вероятность, SG – среднеквадратическое отклонение.
Знак «плюс» в формуле (2.10) принимается при неблагоприятном действии увеличения нагрузки, знак «минус» – при благоприятном.
Нормативное значение временных нагрузок Qk определяется в соответствии [13] с учетом Изменений № 1 от 01.07.2004, касающихся снеговой нагрузки для территории Республики Беларусь.
Уточнение нагрузок от веса снега и давления ветра следует производить, если есть основания предполагать, что причиной выявленных при обследовании повреждений является увеличение этой нагрузки. В этом случае величину нормативной снеговой и ветровой нагрузки уточняют на основании данных статистической обработки результатов наблюдений ближайших к объекту метеостанций или для снеговой нагрузки, если обследование производится в зимнее время, путем взвешивания снега, собранного с 1 м2 площади покрытия. Если площадь покрытия не превышает 3000 м2 принимается не менее 5 мест. На каждые следующие 1000 м2 площади устанавливают дополнительное место взвешивания. Нормативное значение снеговой нагрузки может вычисляться по формуле (2.10).
Нормативные нагрузки, передаваемые кранами, транспортными средствами, определяют по данным паспортов на соответствующее оборудование, при отсутствии паспортов – путем взвешивания. При этом допускается учитывать фактическое размещение зон обслуживания кранов и транспортных средств.
При обследовании конструкций зданий и сооружений с источниками пылевыделения устанавливаются плотность, толщина и скорость накопления пыли на характерных участках покрытия или перекрытия. Если площадь участка покрытия или перекрытия не превышает 200 кв.метров плотность определяется по результатам взвешивания не менее 5 отобранных проб массой от 100 до 250 г. На каждые следующие 100 м2 площади участка устанавливается дополнительная проба. Толщину слоя пыли замеряют с помощью линейки при том же объеме измерений. Для определения скорости накопления пыли через некоторое время проводится повторный замер толщины ее слоя.
Расчетные значения нагрузок Fd (Gd, Qd ) определяют путем умножения их нормативного значения Fk (Gk, Qk ) на частный коэффициент безопасности F ( G, Q ). Частный коэффициент безопасности нагрузок бетонных и железобетонных конструкций определяется согласно [8], для других видов конструкций (металлических, каменных и армокаменных и др.) – согласно [13].
2.1.3. Натурные испытания Натурные испытания пробной нагрузкой при обследовании производят для конструкций, расчетно-теоретические основы которых разработаны не достаточно, а также в случаях особо ответственных конструкций.
Схему нагружения и величину нагрузки согласовывают с проектной организацией. Величина испытательной нагрузки, как правило, принимается в пределах расчетной. Нагрузку прикладывают этапами не более 20 % с выдержкой на каждом этапе 15 мин.
При испытании определяют прогиб и ширину раскрытия трещин, которые сопоставляют с нормируемыми значениями и значениями, полученными из расчета. В случаях, когда фактическая схема работы конструкции близка к расчетной схеме, принимают критерии, регламентируемые ГОСТ 8829-85 «Конструкции и изделия бетонные и железобетонные сборные. Методы испытаний нагружением и оценка прочности, жесткости и трещиностойкости».
Во время проведения испытаний необходимо принимать меры, обеспечивающие безопасность работ: при испытании под конструкцией не должны находиться люди, место испытаний должно быть огорожено, доступ посторонних лиц запрещен. При необходимости следует установить страховочные приспособления, предотвращающие обрушение испытываемых конструкций.
Выполнение требований жесткости и трещиностойкости при соответствии фактического армирования и прочности бетона конструкции проектным требованиям свидетельствует о том, что удовлетворяются и требования прочности.
Кроме испытаний конструкций в натурную величину может возникнуть необходимость в испытании модели конструкции, стыка арматуры и т.д.
При технической инвентаризации, оценке их остаточной стоимости, а также планировании ремонта и реконструкции оценивают износ (физический и моральный) зданий и сооружений в соответствии с [7] по следующим показателям:
техническое состояние и эксплуатационные характеристики конструкций и инженерных систем;
соответствие объемно-планировочных решений и благоустройства требованиям действующих строительных норм;
соответствие требованиям действующих норм степени инженерного обеспечения.
Физический износ конструкций оценивается по результатам общего или детального обследования по признакам износа, характеризующим степенью снижения (в процентах) показателей эксплуатационных качеств, или выражается отношением стоимости объективно необходимых ремонтных работ, устраняющих их повреждения, к восстановительной стоимости.
Физический износ здания в целом определяется сложением степеней износа отдельных конструкций с учетом удельного веса их стоимости в общей восстановительной стоимости здания (сооружения).
Категория технического состояния здания в целом при технической инвентаризации в зависимости от величины его физического износа ориентировочно может быть определена по табл. 2.2.
Физический износ здания, % Категория технического состояния В соответствии [7] с моральный износ оценивается отношением стоимости экономически целесообразных работ по приведению здания (сооружения) или отдельных его частей к требованиям действующих норм к восстановительной стоимости.
1. Назовите этапы работ по установлению фактического технического состояния строительных конструкций эксплуатируемых зданий и сооружений.
2. Какие работы входят в состав обследования?
3. Как классифицируются строительные конструкции в процессе предварительного обследования?
4. Назовите признаки, характеризующие предаварийное состояние железобетонных конструкций.
5. Приведите примеры дефектов и повреждений, снижающих прочность, жесткость и долговечность железобетонных конструкций.
6. Сколько категорий характеризуют возможное состояние железобетонных конструкций?
7. Изложите методику определения категории технического состояния для групп конструкций, участков здания или здания в целом по результатам общего обследования.
8. Каким образом оценивается физический и моральный износ эксплуатируемых зданий и сооружений?
9. В каких случаях допускается поверочные расчеты производить по результатам предварительного обследования и проектным данным?
10. Какие параметры железобетонных конструкций эксплуатируемых зданий и сооружений определяются при детальном обследовании?
11. Назовите методы для определения прочности бетона железобетонных конструкций эксплуатируемых зданий и сооружений.
12. Изложите методику определения прочности бетона конструкций эксплуатируемых зданий и сооружений при ускоренной оценке; статистической оценке.
13. Назовите методы определения толщины защитного слоя и диаметра арматуры железобетонных конструкций эксплуатируемых зданий и сооружений.
14. Как определяются величины постоянных и временных нагрузок, действующих на конструкции эксплуатируемых зданий и сооружений?
15. В каких случаях оценка технического состояния конструкций производится по результатам натурных испытаний пробной нагрузкой?
Тема 3. УСТАНОВЛЕНИЕ НЕОБХОДИМОСТИ УСИЛЕНИЯ,
ПОВЕРОЧНЫЕ РАСЧЕТЫ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
3.1. Поверочные расчеты железобетонных конструкций Поверочные расчеты обследуемых конструкций производятся при изменении действующих нагрузок, объемно-планировочных решений и условий эксплуатации с целью проверки их прочности и пригодности к нормальной эксплуатации в изменившихся условиях, а в случае обнаружения дефектов и повреждений – с целью установления фактического технического состояния конструкций, отличающегося от проектного.
В первом случае поверочные расчеты допускается выполнять, исходя из проектных данных о геометрических размерах конструкций, классе (марке) бетона, классе арматуры, армировании и расчетной схеме конструкции. Если требования расчетов по проектным материалам не удовлетворяются либо отсутствуют проектные данные, а также в случае обнаружения дефектов и повреждений, – поверочные расчеты производятся по результатам детального обследования конструкций.
При выполнении поверочных расчетов обследуемых конструкций при обосновании могут учитываться разгружающее влияние примыкающих конструкций, распора, совместная работа перекрытия с конструкцией пола и т.д.
Усилия в статически неопределимых железобетонных конструкциях от действующих нагрузок определяют по методикам, учитывающим неупругие деформации бетона и арматуры, или в предположении их линейной упругости с учетом допускаемого перераспределения усилий. В случае превышения допускаемой величины перераспределения усилий необходимо выполнять проверку трещиностойкости сечений.
В результате поверочных расчетов устанавливают вероятную схему разрушения конструкции, исходя из которой производится выбор способа усиления.
Поверочные расчеты обследуемых конструкций следует производить по ныне действующим нормам, независимо от того, что конструкции могли быть запроектированы по ранее действовавшим нормам.
Поверочные расчеты бетонных и железобетонных конструкций производят в соответствии с требованиями [8]. Конструкция считается пригодной к дальнейшей эксплуатации без усиления, если выполняются все требования [8] по первой и второй группам предельных состояний.
Расчет обследуемых конструкций по предельным состояниям второй группы допускается не выполнять, если прогибы и ширина раскрытия трещин меньше предельно допустимых, а новые нагрузки не превышают действующие на момент обследования.
При расчете должны быть проверены сечения конструкций, имеющих дефекты и повреждения, а также снижение прочности бетона на 30 % и более.
3.2. Определение расчетных характеристик материалов Расчетные характеристики бетона для поверочных расчетов вычисляются путем деления на частный коэффициент безопасности нормативных значений, определенных по [8] в зависимости от класса бетона С (LC) (если поверочные расчеты выполняются по проектным данным обследуемых конструкций, запроектированных по ныне действующим нормам с нормируемой характеристикой бетона на сжатие – классом бетона С (LC)) или условного класса бетона C' (LC') (если поверочные расчеты выполняются по проектным материалам обследуемых конструкций, запроектированных по ранее действовавшим нормам с нормируемой характеристикой бетона на сжатие – классом бетона В (СНиП 2.03.01-84*) и маркой бетона М (НиТУ 123-55, СНиП II-В.1-62*, СНиП II-21-75), или по результатам определения фактической прочности бетона при обследовании).
Значение условного класса бетона по прочности на сжатие при выполнении поверочных расчетов по проектным материалам, если в проекте обследуемой конструкции нормируемой характеристикой бетона на сжатие является его класс В, следует принимать равным C fck G, где гарантиfc,cube рованная кубиковая прочность бетона (после черты) совпадает со значением его класса В, а нормативное сопротивление (перед чертой) определяется по формуле (2.7).
Значение условного класса бетона по прочности на сжатие при выполнении поверочных расчетов по проектным материалам, если в проекте обследуемой конструкции нормируемой характеристикой бетона на сжатие является его марка М или по результатам обследования – при ускоренной оценке – фактическая прочность бетона f c, cube, m в группе конструкций, конструкции или отдельной ее зоны, следует принимать равным C fck G, где гарантированная кубиковая прочность бетона (после черты) равна:
80 %-ной кубиковой прочности бетона, соответствующей марке M по прочности на сжатие, или фактической прочности f c, cube, m для тяжелого, мелкозернистого и легкого бетонов;
70 %-ной – для ячеистого бетона. При этом нормативное сопротивление (перед чертой) также определяется по формуле (2.7).
Для поверочных расчетов конструкций, запроектированных по ранее действовавшим нормам (НиТУ 123-55, СНиП II-В.1-62*), учитывается повышающий поправочный коэффициент = 1,05, характеризующий различие в марке, определенной по кубам с ребром 150 мм и 200 мм.
Расчетные характеристики бетона условного класса (сопротивление растяжению, начальный модуль упругости и др.) определяют по таблицам [8] с использованием линейной интерполяции.
При выполнении поверочных расчетов учитывают коэффициенты условий работы бетона в соответствии с действующими нормативными документами, а также влияние его дефектов и повреждений в сжатой зоне.
Расчетные характеристики арматуры для поверочных расчетов определяют:
по [8] исходя из класса, установленного по проектным данным;
по результатам испытаний вырезанных образцов (длиной не менее 400 мм);
по результатам химического анализа;
по ее профилю, при отсутствии проектных данных и невозможности отбора образцов для испытания.
При выполнении поверочных расчетов по проектным данным обследуемых конструкций, запроектированных по действующим нормам, или по данным испытаний вырезанных стержней (при количестве стержней одного диаметра менее 5) при соответствии предела текучести, временного сопротивления, относительного удлинения при разрыве браковочному минимуму, а также в некоторых случаях по результатам химического анализа, расчетные характеристики определяют по [8] в зависимости от класса арматуры (для ранее выпускавшейся арматуры А300(A-II) f yd = 280 МПа и напрягаемой арматуры А600(A-IV) f pd = 590 МПа).
При выполнении поверочных расчетов по проектным материалам обследуемых конструкций, запроектированных по ранее действовавшим нормам (НиТУ 123-55, СНиП II-В.1-62*, СНиП II-21-75, СНиП 2.03.01-84*) или по результатам испытаний образцов (5 и более штук) расчетное сопротивление арматуры определяется по формуле где f yk ( f 0.2 k ) – нормативное сопротивление арматуры, определяемое в соответствии с ниже приведенными требованиями; s – коэффициент безопасности по арматуре, принимаемый равным для расчета по предельным состояниям первой группы:
для ненапрягаемой стержневой (S240, S400, S500), а также ранее выпускавшейся ненапрягаемой арматуры А300(A-II) – 1,15;
для ненапрягаемой проволочной (S500) и напрягаемой стержневой (S800, S1200), напрягаемой проволочной арматуры и арматурных канатов (S1400), а также ранее выпускавшейся напрягаемой арматуры А600(A-IV) – 1,25.
При расчете по предельным состояниям второй группы s = 1,0.
Нормативное сопротивление арматуры растяжению при поверочных расчетах по проектным материалам определяется по [8] в зависимости от класса арматуры.
Нормативное сопротивление арматуры при поверочных расчетах по результатам испытаний на растяжение в количестве вырезанных образцов одного диаметра 5 и более принимается равным средним значениям предела текучести (условного предела текучести), полученным при испытании и деленным на коэффициенты:
1,1 – для ненапрягаемой арматуры (S240, S400, S500), а также ранее выпускавшейся напрягаемой арматуры А600(A-IV);
1,2 – для ненапрягаемой проволочной (S500) и напрягаемой арматуры (S800, S1200, S1400).
При достаточном для статистической оценки прочности арматуры объеме испытаний (количество вырезанных образцов 9 и более) нормативное сопротивление арматуры может определяться по формуле (2.6).
Расчетные сопротивления арматуры растяжению при отсутствии проектных данных и невозможности отбора образцов допускается назначать в зависимости от профиля арматуры:
для арматуры периодического профиля, имеющего выступы:
с одинаковым заходом на обеих сторонах профиля («винт») с одной стороны правый заход, а с другой левый («елочка») для арматуры серповидного профиля f yd = 315 МПа.
Расчетные предельные напряжения сжатия s, cu принимаются равными расчетным сопротивлениям арматуры растяжению f yd, но не более значения 500 МПа (при расчете по альтернативной модели).
Расчетные сопротивления поперечной арматуры f ywd снижаются по сравнению с f yd путем умножения на коэффициенты условий работы:
s1 = 0,8 – для учета неравномерности распределения напряжений по длине; s 2 = 0,9 – для учета возможности хрупкого разрушения стержневой арматуры диаметром менее 1 3 диаметра продольных стержней в сварных каркасах.
При местном разрушении бетона сжатой зоны конструкции поверочный расчет производится при фактических геометрических размерах поперечного сечения за вычетом разрушенного участка.
При наличии силовых продольных трещин в месте сопряжения полки и ребра изгибаемых элементов таврового поперечного сечения площадь сечения свесов полки в расчете не учитывается.
Pages: |
|
2 |
3 |
4 |
5 | ... |
6 |
«