Методы и средства проведения инженерного эксперимента
ЛЕКЦИЯ 3. Методы и средства проведения инженерного эксперимента
Методы обследования и испытания сооружений
Реконструкция старого жилого фонда и приведение уровня его комфортности к современным требованиям обусловливают необходимость оценки действительного состояния жилых зданий. Перед инженерами-строителями ставится задача оценки состояния эксплуатируемых строительных конструкций, зданий и сооружений, решения вопроса о возможности их дальнейшей эксплуатации или реконструкции и усиления.
Решение поставленных задач связано с обследованием конструкций и сооружений, результаты которого позволяют подготовить соответствующие рекомендации. На их основе проектировщики разрабатывают необходимые конструктивные решения.
Обследование строительных конструкций состоит из трех основных этапов:
1) первоначальное ознакомление с проектной документацией, рабочими и исполнительными чертежами, актами на скрытые работы;
2) визуальный осмотр объекта, установление соответствия объекта проекту, выявление видимых дефектов (наличие трещин, протечек, отслоений защитного слоя в железобетонных элементах, коррозии металлических элементов, прогибов элементов, а также состояние стыков, сварных, болтовых и заклепочных соединений и т. д.), составление плана обследования сооружения, проведение комплекса исследований неразрушающими методами;
3) анализ состояния сооружения и разработка рекомендаций по устранению выявленных дефектов.
Ознакомление с проектной и исполнительной документацией позволяет дать оценку принятым конструктивным решениям, выявить элементы сооружений, работающие в наиболее тяжелых условиях, установить значения действующих нагрузок.
Рекомендуемые материалы
Визуальная оценка сооружения дает первую исходную информацию о состоянии обследуемой конструкции, позволяет сулить о степени износа элементов конструкций, даст возможность конкретизировать дальнейшее проведение испытания. В первую очередь это связано с применением методов испытаний, которые не приводят к разрушению отдельных элементов и конструкции в целом. Такие испытания могут проводиться как при статическом нагружении конструкции, так и при динамическом воздействии нагрузок. Комплекс этих испытаний включает определение значений геометрических параметров сооружения (пролеты, толщины, высоты), прочностных и структурных свойств материалов, толщины защитного слоя бетона, расположения арматуры, прогибов и деформаций элементов, амплитуд и периодов колебаний конструкций, ускорений отдельных точек и др.
При обследовании сооружений широко применяются методы инженерной геодезии, с помощью которых измеряются осадки зданий и сооружений, их сдвиги, параметры трещин и деформационных швов, прогибы элементов конструкций. Методами инженерной фотограмметрии определяются перемещения точек и деформации элементов конструкций при статических и динамических воздействиях. В последнее время эффективно развиваются методы лазерной интерференции.
Контроль качества изготовления элементов строительных конструкций производится с использованием неразрушающих и разрушающих методов испытаний. Однако подвергать каждое изделие испытаниям до разрушения абсурдно, хотя при этом информация о действительной работе изделия будет обладать 100%-ной обеспеченностью.
Неразрушающий метод не всегда дает достаточно полную характеристику испытуемого объекта, поэтому два метода используются в совокупности. Если провести неразрушающие и разрушающие испытания определенного количества объектов, а затем сопоставить результаты испытаний, то можно установить определенную взаимосвязь между ними.
Итак, испытания конструкций зданий и сооружений являются составным элементом обследования, но по своей методологии, аппаратурному обеспечению и по методам обработки представляют самостоятельное направление экспериментальной механики.
В строительной механике, теории упругости и пластичности, сопротивлении материалов излагаются самые современные методы расчета идеализированных расчетных моделей, но любой из этих методов должен быть построен на объективной информации, полученной из опытов. Однако ни один из них не может быть рекомендован к использованию для практических расчетов без его экспериментальной проверки.
Парадоксальным является то, что в рамках сформированных расчетных схем с использованием ЭВМ можно получать результаты расчета с погрешностью 10-3 и менее (это определяется числом цифр значения величины, выдаваемой на печать, или точностью выдачи информации на графопостроитель), тогда как исходная, вводимая в расчет информация по нагрузкам, прочностным характеристикам и отклонениям параметров действительного сооружения от его расчетной схемы характеризуется погрешностью, реально определяемой в пределах до 10...20%. Это не снижает роли современных методов теории расчета сооружений, а лишь подчеркивает необходимость взаимной увязки точности методов расчета сооружений с точностью исходных предпосылок, определяемых экспериментом, и точностью получаемых результатов, фиксируемых при проведении эксперимента.
В лекции "2. Структура архитектурного пространства" также много полезной информации.
Существенное влияние на формирование методов и средств испытания конструкций оказывает характер изменения внешних нагрузок, действующих на строительные конструкции, здания и сооружения. Здесь различают статические нагрузки, которые постоянны по значению или медленно изменяются во времени, и динамические, быстро меняющиеся во времени.
Есть три основные задачи, которые решаются с помощью методов и средств испытания строительных конструкций, зданий и сооружений.
К первой задаче следует отнести определение теплофизических структурных, прочностных и деформационных свойств конструкционных материалов, а также выделение характера внешнего воздействия, передаваемого на конструкции.
Вторая задача связана с сопоставлением расчетных схем, усилий и перемещений в конструкции, которые определяются расчетным путем, с соответствующими усилиями и перемещениями, возникающими в реальной конструкции или её модели.
Третья задача - идентификация расчетных моделей, которая получила развитие лишь в последние годы. Эта задача связана с синтезом расчетных схем, который основан на анализе результатов проведенных экспериментальных исследований.
На основании анализа экспериментально полученных данных о внешних воздействиях и реакций системы (прогибы, деформации, скорости, ускорения) в рамках заданной расчетной модели выявляются ее параметры и оценивается ее эксплуатационная надежность, прочность, устойчивость, жесткость и трешиностойкость.
