Лекція 2. Оцінювання технічного стану конструкції, будівлі, споруди

Загальні дані

Технічний стан будівлі (споруди) — це сукупність якісних і кількісних показників, що характеризують експлуатаційну придатність будівлі та її частин порівняно з їх гранично допустимими значеннями.

Стан окремих конструкцій будівель і споруд визначається ступенем їх пошкодження та зносу. Оцінювання технічного стану конструкцій проводиться з метою встановлення небезпеки їх руйнування, тобто ступеня її критичного стану, а також можливості подальшого використання конструкції (з підсиленням або без нього). Це оцінювання проводиться на основі натурного огляду, інструментальних досліджень, а також перевірних розрахунків або випробувань.

За несучою здатністю та експлуатаційними властивостями конструкції належать до одного із таких станів:

стан конструкцій І — нормальний. Фактичні зусилля в елементах і перерізах не перевищують допустимих за розрахунком. Відсутні дефекти й пошкодження, які перешкоджають нормальній експлуатації або знижують несучу здатність чи довговічність;

стан конструкції II — задовільний. За несучою здатністю й умовами експлуатації конструкції відповідають стану І. Мають місце дефекти та пошкодження, які можуть знизити довговічність конструкції. Необхідні заходи щодо захисту конструкцій;

стан конструкцій ІІІ — непридатний для нормальної експлуатації. Конструкція перевантажена, або мають місце дефекти та пошкодження, які свідчать про зниження її несучої здатності. Але на основі перевірних розрахунків і аналізу пошкоджень можна зробити висновок, що цілісність її на час підсилення буде забезпечена;

стан конструкцій IV — аварійний. Те саме, що і за станом конструкцій III. Але на основі перевірних розрахунків й аналізу дефектів та пошкоджень неможливо гарантувати цілісність конструкцій на період підсилення, особливо якщо можливий "крихкий" характер їх руйнування. Необхідно вивести людей із зони можливого обвалення, виконати негайне розвантаження, вжити інших заходів для безпеки.

Будівлі (споруди) в цілому залежно від стану несучих та огороджуючих конструкцій належать до одного із наступних станів:

стан будівлі (споруди) І — нормальний. У будівлі (споруді) відсутні несучі й огороджуючі конструкції, які відповідають стану конструкцій II (задовільний), III (непридатний до нормальної експлуатації) і IV (аварійний);

стан будівлі (споруди) II — задовільний. У будівлі (споруді) відсутні несучі та огороджуючі конструкції, які відповідають стану конструкцій III (непридатний до нормальної експлуатації) і IV (аварійний);

стан будівлі (споруди) III — непридатний до нормальної експлуатації. У будівлі (споруді) відсутні несучі й огороджуючі конструкції, які відповідають стану конструкцій III (непридатний до нормальної експлуатації) і IV (аварійний);

стан будівлі (споруди) IV — аварійний. У будівлі (споруді) є несучі та огороджуючі конструкції, які відповідають стану конструкцій IV (аварійний).

Під час оцінювання технічного стану залізобетонних конструкцій, головним чином, керуються наявністю таких дефектів і пошкоджень:

- тріщини й підвищені деформації від силових впливів (статичних і динамічних);

- корозійні пошкодження бетону, арматури, з'єднувальних закладних деталей;

- пошкодження від поперемінного заморожування — відтавання у зволоженому стані;

- температурні деформації при невідповідності відстаней між температурно-осадовими швами умовам експлуатації;

- тріщини в елементах каркаса та огороджувальних конструкціях від нерівномірного осідання фундаментів (у тому числі на підроблюваних територіях);

- пошкодження від вогню, механічні й ін.

Основними характеристиками, які підлягають визначенню при обстеженні, є:

- геометричні характеристики конструкцій і вузлів їх з'єднання;

- прогини, крени, осідання конструкцій;

- ширина й довжина розкриття тріщин, їх місцеположення та характер;

- міцність бетону;

- водонепроникність бетону;

- глибина перетвореного шару бетону;

- діаметр, кількість і розташування арматури;

- клас арматури, марка сталі, її міцність та деформативні характеристики;

— ступінь пошкодження арматури і закладних деталей корозією.

Номенклатура контрольованих характеристик й ознак підлягає уточненню залежно від виду конструкцій, їх стану, причин та завдань обстежень.

Класифікаційні ознаки технічного стану (категорій) основних типів несучих залізобетонних конструкцій наведені в таблиці 1.5.

Оскільки норми проектування часто допускають наявність у залізобетонних конструкціях тріщин із шириною розкриття до 0,3...0,4 мм при дії повного навантаження, то їх поява в таких випадках не викликає побоювань за нормальну експлуатацію конструкцій. Наявність тріщин із шириною розкриття більше ніж 0,4 мм свідчить про перевантаження конструкції, в результаті чого проявились залишкові (пластичні) деформації в арматурі або має місце порушення зчеплення арматури із бетоном. Розкриття тріщин, що вимірюються десятками міліметрів, спостерігається в конструкціях при розриві арматури або повній втраті зчеплення. Ці конструкції слід вважати такими, що знаходяться в аварійному стані (здатними до руйнування). До конструкцій в аварійному стані слід віднести залізобетонні елементи з поздовжніми тріщинами, відколами бетону та лещадками в зоні стиснення.

Визначення фактичної міцності бетону виконується одним з неруйнуючих методів випробувань матеріалів.

Розрахунковий опір арматури елементів, що підлягають реконструкції, визначають шляхом випробувань зразків, вирізаних із цих конструкцій. При відсутності проектних даних, а також неможливості відбору зразків розрахунковий опір арматури дозволяється призначати залежно від її профілю:

— для гладкої арматури R_s = 155 МПа (1600 кгс/см2);

— для арматури періодичного профілю:

-такого, що має виступи з однаковим заходом на обох сторонах профілю („гвинт") R_s = 245 МПа (2500 кгс/см2);

-такого, що має виступи з однієї сторони — правий, а з другої — лівий заходи („ялинка") R_s = 295 МПа (3000 кгс/см²).

Перевірні розрахунки повинні виконуватись для поперечних перерізів конструкцій, що мають дефекти та пошкодження, а також перерізів, міцність бетону в яких (за даними натурних досліджень) менша від середньої на 20% і більше. Врахування дефектів і пошкоджень проводиться шляхом зменшення площі поперечного перетину арматури й бетону, що вводяться в розрахунки, а також урахуванням впливу дефекту або пошкодження на міцність та деформативність бетону, збільшення ексцентриситету поздовжньої сили тощо.

При відсутності в конструкціях дефектів і пошкоджень, що знижують їх несучу здатність, а також за відсутності недопустимих прогинів конструкцій та розкриття в них тріщин перевірні розрахунки дозволяється виконувати, виходячи з проектних геометричних розмірів поперечного перетину конструкцій, класу (марки) бетону за міцністю, класу арматурної сталі, армування й розрахункової схеми конструкції.

Під час оцінювання технічного стану сталевих конструкцій слід мати на увазі, що незначні вм'ятини й викривлення другорядних елементів не знижують їх несучу здатність.

Найбільш характерними і поширеними дефектами та пошкодженнями сталевих конструкцій є:

— наявність гнутих (непрямолінійних) елементів покриття, з'єднань, ригелів стінового огородження;

— наявність розірваних болтів або зварних швів у вузлах з'єднання елементів;

— наявність значних проміжків між фланцями з'єднуваних елементів та опорними поверхнями вузлових елементів;

— непроварювання швів кріплення фланців до поясних і стрижневих елементів покриття із ферм або просторових структур;

— наявність слідів корозії на стрижневих і вузлових елементах;

— наявність тріщин, вирізів, виривання на фасонних елементах у
вузлах з'єднання стрижневих ферм та опорних вузлів;

— наявність зміщення, перекосу або провисання опорних вузлів;

— деформування окремих елементів, місцеві прогини на поличках;

— перекіс фланців або опорних майданчиків по відношенню до
прикріплених елементів;

— розбіжність між фактичною й прийнятою в проекті розрахунковою і (або) конструктивною схемою — наявність непередбачених проектом кріплень та з'єднань;

— пропущені й невстановлені зварні або болтові з'єднання при
кріпленні з'єднань, розпірок та інших елементів;

— наявність вологи в трубчастих елементах ферм, структурних
покриттів;

— зміна розрахункової схеми конструкції шляхом випадкового
або навмисного обпирання конструкції на стіни, непроектні
вузли підвісок, кран-балок і тельферів;

— корозійні пошкодження конструкцій через протікання покрівлі
в малоуклонних покриттях.

Конструкції вважаються аварійними, якщо мають місце такі дефекти та пошкодження:

— суттєва розбіжність між проектною і дійсною розрахунково-
конструктивною схемою здатна призвести до руйнування
конструкції;

— тріщини, розриви в зварних або болтових з'єднаннях у вузлах,
особливо опорних та зв'язуючих елементів;

— значне і сильне корозійне пошкодження несучих конструкцій
та руйнування зв'язуючих елементів;

— значні залишкові деформації несучих елементів каркаса, що
свідчать про втрату стійкості їх;

— пропущені й незакріплені зв'язуючі елементи колон і покриттів;

— горизонтальні або вертикальні зміщення опорних вузлів,
перекоси або осідання;

— значне зношення конструкцій.

Міцність матеріалів визначається за даними проекту та заводських сертифікатів. Уразі відсутності цієї документації, а також при виявленні дефектів, що свідчать про зниження міцності металу, проводяться випробування зразків. Заготовки для зразків слід відбирати в місцях, де не проявились пластичні деформації, а також з урахуванням того, щоб після вилучення частини поперечного перетину була забезпечена міцність та стійкість елемента. Механічні характеристики сталі: межа плинності, тимчасовий опір і відносне подовження після розриву визначаються за ГОСТ 1497-84*. При необхідності визначається також ударна в'язкість, розподіл сірча­них включень, мікроструктура, виконується хімічний аналіз.

Міцність зварних швів можна визначити за маркою сталі, а остання встановлюється експрес-методом за допомогою переносних портативних стилоскопів СЛП 1-М, СЛП-4 або за даними випробувань.

У розрахунках допускається приймати:

— для кутових швів — R_wum= R_un; γ_wm = 1,25; β_f=0,7; β_z= 1,0; β_s, = 0,8;

— для розтягнутих стикових швів конструкцій, виготовлених до 1972 р., R_wy= 0,55R_w0 а виготовлених після 1972 р., R_wy= 0,85R_w0.

Перевірні розрахунки конструкцій слід виконувати за недеформованою схемою без урахування непружних деформацій сталі. Під час виконання розрахунків необхідно враховувати просторову роботу конструкцій, їх взаємодію, а також ослаблення поперечних перетинів через наявність дефектів і деформацій. Перевірні розрахунки слід виконувати відповідно до СНиП 11-23-81* „Стальные конструкции" та „Пособие по проектированию усиления стальньїх конструкций (к СНиП 11-23-81*)" / Укрниипроектстальконструкция.—М.:Стройиздат, 1989.—159 с.

Під час оцінювання технічного стану кам'яних і армокам'яних конструкцій фактичну міцність складових матеріалів визначають, як правило, шляхом випробування відібраних зразків у лабораторних умовах. Зразки відбираються в недонапружених місцях якомога ближче до ослабленого перетину. Оптимальним є відбір зразка безпосередньо із дефектної ділянки, однак при цьому необхідно передбачити тимчасове посилення конструкції.

Перевірні розрахунки виконуються відповідно до вимог СНиП 11-22-81 „Каменные и армокаменные конструкции" з урахуванням фактичної міцності матеріалів. Дефекти конструкцій ураховуються шляхом уведення знижуючих коефіцієнтів до несучої здатності.

Пошкоджені кам'яні й армокам'яні конструкції підлягають тимчасовому негайному підсиленню, якщо їх несуча здатність нижча від діючих фактичних навантажень

F γ_f > Nγ_t

F — фактичне навантаження на конструкцію, що розглядається на момент обстеження; у, γ_f — коефіцієнт надійності за навантаженням (1,7 для неармованої кладки і 1,5 — для армованої); N— несуча здатність конструкції, визначена за фактичними значеннями площі перерізу, гнучкості та міцності матеріалів кладки; γ_t, —коефіцієнт зниження несучої здатності за наявності пошкоджень (таблиці 1.6 і 1.7).