Основные определения, классификация освидетельствований и испытании сооружений
ЛЕКЦИЯ 1. 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.;
Рекомендуемые материалы
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.
Вместе с этой лекцией читают "Культурно-историческая концепция развития психики человека".
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 Rтеор 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.
