Основные определения, классификация освидетельствований и испытании сооружений
ЛЕКЦИЯ 2. 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.
Рекомендуемые материалы
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.
Информация в лекции "МУСОРГСКИЙ Модест Петрович" поможет Вам.
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.