Лазовский_Ч2_УМК_Проектирование реконструкции

5.2. Особенности обследования каменных конструкций

Обследование каменных конструкций, также как и железобетонных,

выполняется в два этапа: предварительное (визуальное) и детальное (инст- рументальное). Кроме этого производят отбор и лабораторное испытание образцов материалов. На стадии предварительного обследования выявляют конструкции, находящиеся в предаварийном состоянии, принимают меры, предотвращающие обрушение. Инструментальное обследование произво- дится однократно, если деформации, вызвавшие повреждения, прекрати- лись, иначе организовывается длительное наблюдение с установкой маяков.

Предаварийное состояние каменных и армокаменных конструк-

ций характеризуется следующими признаками:

−силовые трещины раскрытием более 2 мм, пересекающие более 8 рядов кладки (рис. 5.2, а);

−образование под опорами пролетных конструкций вертикальных и наклонных трещин, пересекающих более 4 рядов (рис. 5.2, б);

− краевое повреждение кладки под опорами на глубину более 15 опирания (рис. 5.2, в);

−повреждение кладки на глубину более 50 % толщины (рис. 5.2, г);

−отклонение от вертикали и выпучивание стен в пределах этажа более 13 их толщины (рис. 5.2, д);

−смещение конструкций перекрытия на опорах более 12 глубины заделки в стене (рис. 5.2, е);

−разрушение анкерных связей крепления стен к колоннам и пере- крытиям (рис. 5.2, ж).

5.3. Определение расчетных характеристик материалов

Каменная кладка является неоднородным материалом. Она состоит из отдельных камней, находящихся под воздействием нагрузки в условиях сложного напряженно-деформированного состояния, которые объединены слоем раствора. Поэтому прочность и деформативность каменной кладки зависит от многих факторов: вида, прочности и деформативности камня, прочности и деформативности раствора, вида напряженного состояния, качества выполненной кладки (заполнения, толщины и необходимой пере- вязки швов, соблюдение горизонтальности рядов) и др. Методика опреде- ления непосредственно прочности каменной кладки эксплуатируемых кон- струкций отсутствует, поэтому прочность определяется косвенно по ха- рактеристикам камня и раствора.

71

ж

Рис. 5.2. Признаки предаварийного состояния каменных конструкций

Расчетное сопротивление каменной кладки для поверочных рас-

четов определяется исходя из марки кирпича М и марки раствора М (при выполнении расчетов по проектным данным) или из условной марки кир- пича M ′ и условной марки раствора M ′ (при выполнении поверочных рас- четов по результатам испытаний) по [12] с учетом коэффициентов условий работы. Для промежуточных значений условных марок кирпича и раство-

72

ра, отличающихся от значений параметрического ряда, расчетное значение каменной кладки определяется линейной интерполяцией.

Условная марка кирпича определяется по результатам испытания – не менее 5 образцов-двоек при сжатии и не менее 5 образцов при изгибе в соответствии с требованиями ГОСТ 8462-85. Допускается определять прочность кирпича при сжатии на образцах-цилиндрах диаметром 50 мм, высверленных из кирпича кладки, или ультразвуковым методом. Значения предела прочности кирпича единичного испытания при сжатии Rсж,i, изги-

бе Rизг,i и среднее R определяются по формулам:

где P – разрушающее усилие, A – площадь поперечного сечения образ- ца-двойки, l – расстояние между опорами при испытании кирпича на из- гиб; b, h – ширина и высота поперечного сечения кирпича, n – количество испытаний.

Условная марка раствора устанавливается по результатам испыта- ния не менее 5 образцов-кубов с ребром 30…40 мм, изготовленных из двух-трех пластинок раствора, отобранных из горизонтальных швов клад- ки и склеенных гипсовым тестом. Условная марка определяется как сред- нее значение, умноженное на коэффициент 0,7.

5.4. Поверочные расчеты каменных конструкций

Прочность каменных конструкций эксплуатируемых строительных сооружений определяется поверочными расчетами на основании данных, полученных при обследовании. При этом учитываются дефекты и повреж- дения, снижающие прочность:

–трещины;

–разрушение поверхностных слоев кладки;

–наличие эксцентриситетов, вызванных отклонением от вертикали;

–нарушение конструктивной связи между стенами;

–повреждение опор балок, перемычек, смещение элементов. Вертикальные силовые трещины учитываются введением понижающего

коэффициента Kтр к расчетному сопротивлению каменной кладки R в соот-

ветствии с [39] (табл. 5.1).

73

Разрушение поверхностных слоев кладки учитывается введением в

расчет фактической площади поперечного сечения элемента за вычетом площади сечения разрушенных слоев Aрасч , а при несимметричном разру-

шении поверхностных слоев – дополнительного эксцентриситета из-за смещения центра тяжести расчетного сечения.

Условие прочности имеет вид

где R – расчетное сопротивление каменной кладки.

Коэффициент запаса прочности каменных и армокаменных конст- рукций равен отношению усилия N Rm , соответствующего фактической прочности каменной кладки, рассчитанной по средним значениям, к дейст- вующему усилию N Sm от фактической нагрузки.

–C = 1,5 – для армированной кладки.

При известных марках кирпича и раствора среднее значение предела

прочности кладки R принимается равным

При отклонении от вертикали или выпучивании стен в пределах эта- жа на величину до 13 толщины прочность определяется с учетом факти- ческого эксцентриситета от вышерасположенной нагрузки.

В случае образования вертикальных трещин в местах пересечения стен или разрыва поперечных связей между стенами прочность и устойчи- вость стен определяются с учетом фактической свободной высоты стены между точками сохранившихся связей.

74

При смещении прогонов, плит перекрытий и покрытий на опорах должна выполняться проверка прочности каменных элементов на местное смятие и внецентренное сжатие по фактической величине эксцентриситета и площади опирания прогонов и плит перекрытий.

Вопросы для самоконтроля

1.Приведите примеры дефектов и повреждений, характерных для каменных конструкций эксплуатируемых зданий и сооружений.

2.По каким признакам классифицируются дефекты и повреждения каменных конструкций эксплуатируемых зданий и сооружений?

3.Назовите признаки, характеризующие предаварийное состояние каменных конструкций эксплуатируемых зданий и сооружений.

4.Как определяется расчетное сопротивление каменной кладки для повероч- ных расчетов конструкций эксплуатируемых зданий и сооружений?

5.Как определяется условная марка кирпича по результатам лабораторных ис-

пытаний?

6.Как определяется условная марка раствора по результатам лабораторных ис-

пытаний?

7.Каким образом в поверочных расчетах каменных конструкций эксплуати- руемых зданий и сооружений учитываются дефекты и повреждения каменной кладки?

8.Изложите методику определения предаварийного состояния каменных кон- струкций эксплуатируемых зданий и сооружений.

9.Каким образом в расчете прочности и устойчивости стен учитывается влия- ние вертикальных трещин в местах их пересечения?

10.Как в расчете прочности стен учитывается влияние их выпучивания и откло- нения от вертикали?

Тема 6. ОЦЕНКА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ

6.1. Особенности обследования металлических конструкций

Отличия проектирования, возведения и эксплуатации металлических конструкций налагают определенные особенности на их обследование.

Основные особенности заключаются:

–в доступности сечений металлических элементов, что облегчает их обследование, обмеры и отбор образцов для испытаний;

–в повышенных требованиях к качеству исполнения и соответст- вию проектным решениям, поскольку металлические конструкции имеют минимальные запасы прочности;

–в исключительном значении прямолинейности металлических элементов, наличия соединительных планок, т. к. ввиду тонкостенности, как правило, лимитируются не прочностью, а устойчивостью.

75

Дефекты и повреждения металлических конструкций, в основном, являются следствием отступления от правил производства работ при изго- товлении, транспортировании и монтаже, а также правил технической экс- плуатации или ошибок при проектировании.

Характерными дефектами являются:

–отклонения геометрических размеров от проектных;

–непрямолинейность элементов;

–отклонения от проектного положения;

–расцентровка узлов сопряжения;

–отсутствие отдельных элементов;

–некачественное выполнение болтовых и заклепочных соединений, сварных швов.

Качество сварных швов устанавливается визуальным осмотром и ме- тодом засверливания по оси шва сверлом диаметром большим ширины на- ружной поверхности шва. Для определения границ сварного шва поверх- ность засверливания обрабатывают 20 %-ным раствором азотной кислоты

споследующим осмотром через лупу.

Для контроля качества сварных соединений применяется специаль- ное оборудование, которое позволяет просвечивать их рентгеновскими и γ-лучами, порошковая и магнитная дефектоскопия, а также магнитографи- ческий, радиографический, электромагнитный и ультразвуковой методы.

Характерные дефекты сварных швов приведены на рис. 6.1.

Рис. 6.1. Дефекты сварных швов: а – подрезы, б – неполномерные швы, в – чрезмерное усиление валика, г – несплавление по кромке, д – непровары,

е – шлаковые и газовые включения

Характерными повреждениями, влияющими на прочность и устой- чивость, эксплуатационную пригодность и долговечность являются:

–разрушение защитных покрытий с признаками коррозии металла;

–разрывы, трещины в основном металле и сварных швах;

76

–искривления, местные погибы;

–ослабления болтовых и заклепочных соединений;

–вырезы в элементах;

–деформации, вызванные неравномерной осадкой и креном фун- даментов;

–абразивный износ;

–пластинчатая ржавчина на конструкции, сварных швах и деталях соединений, потеря площади сечения вследствие коррозии более 5 %;

–уменьшение длины площадки опирания конструкции по сравне- нию с проектной;

–прогиб конструкций превышает предельно допустимое значение более чем на 30 %.

По результатам обследования и поверочных расчетов металлические конструкции (аналогично железобетонным) относятся к одной из пяти катего- рий состояния. Ниже приведены их характерные признаки.

Iкатегория состояния:

–отсутствуют дефекты и повреждения, свидетельствующие о сни- жении прочности, гибкость элементов не выше предельно допустимой;

–антикоррозионная защита конструкций, сварных швов и деталей соединений не нарушена, при вскрытии поверхность конструкции не имеет признаков коррозии.

IIкатегория состояния:

–антикоррозионная защита конструкций, сварных швов и деталей соединений в отдельных местах нарушена, поверхность конструкции в местах нарушения защитных покрытий имеет признаки коррозии в виде тонкого налета, отдельных точек и пятен;

–язв и пластинок ржавчины нет, нет уменьшения площади попе- речного сечения вследствие коррозии.

IIIкатегория состояния:

–антикоррозионная защита конструкций, сварных швов и деталей соединений в основном нарушена, поверхность конструкции имеет корро- зию в виде сплошной или пятнами, имеются язвы и пластинки ржавчины, уменьшение площади поперечного сечения вследствие коррозии не пре- вышает 5 %;

–прочностные характеристики металла не ниже проектных;

–гибкость элементов не выше предельно допустимой;

–прогиб не превышает предельно допустимых значений.

77

IV категория состояния:

–имеются дефекты и повреждения (см. выше), свидетельствующие

оснижении прочности и устойчивости, но на момент обследования не уг- рожающие безопасности работающих.

V категория состояния:

–конструкция не удовлетворяет предъявляемым к ней требовани- ям по прочности (устойчивости). Существует угроза безопасности рабо- тающих.

6.2. Определение расчетных характеристик материалов

Оценка качества материалов эксплуатируемых металлических кон- струкций может производиться:

–по проектным данным (рабочим чертежам КМ и КМД, сертифи- катам качества металла, электродов и т. п.),

–по результатам испытаний (натурных, лабораторных).

При испытании металла определяют следующие характеристики:

–марку стали, способ выплавки и степень раскисления;

–механические свойства: предел текучести, временное сопротивле- ние и относительное удлинение при испытании стали на растяжение, удар- ную вязкость для температур, соответствующих группе конструкций;

–химический состав (для малоуглеродистой стали – содержание углерода, марганца, кремния, серы и фосфора, а для низколегированной стали, кроме того, содержание легирующих добавок).

Образцы для испытаний должны быть вырезаны из мест с наимень- шими напряжениями, где не произошли пластические деформации и не образовался наклеп, вдоль проката (из сортового и фасонного металлопро- ката) или поперек проката (из листового и широкополосного металлопро-

ката) и иметь размеры не менее 50 мм × 20δ (δ – толщина проката). Кроме того, для конструкций 1 и 2 групп, выполненных из кипящей

стали толщиной свыше 12 мм и эксплуатируемых при отрицательной тем- пературе, следует определять:

– распределение сернистых включений (способом отпечатка по Бау- ману). На предварительно подготовленное очищенное и отшлифованное ме- сто на торце сортового или фасонного проката (вдоль проката – для листо- вой стали) накладывают и прижимают обычную фотобумагу, вымоченную в 5 %-ном растворе серной кислоты, после 5…10 мин выдержки полученный отпечаток (бледно-коричневого цвета с темными полосами в местах скопле-

78

ния серы) закрепляют в растворе кислого фиксажа. Отпечатки по Бауману целесообразно снимать прямо с конструкции (без вырезки образцов);

–микроструктуру с уточнением размеров зерен.

Допускается не производить испытания металла для конструкций, напряжения в которых не будут превышать 165 МПа при расчетных тем- пературах выше минус 30° С. При этом конструкция должна находиться в эксплуатации не менее 3-х лет.

Расчетное сопротивление стали для поверочных расчетов по про-

ектным данным конструкций, изготовленных после 1982 г., определяется по [11]. При расчетах по проектным данным для конструкций более ранне- го срока изготовления, а также при расчетах конструкций по результатам испытаний металла расчетное сопротивление стали принимается исходя из нормативного сопротивления и коэффициента надежности по материалу в соответствии с табл. 6.1.

Нормативное значение предела текучести или временного сопро-

тивления определяется:

–по результатам статистической обработки испытаний (при доста- точном их количестве);

–по минимальному значению характеристик, указанных в СТБ (ГОСТ, ТУ) на сталь (если результаты испытаний удовлетворяют этим требованиям);

–по минимальному значению, полученному при испытании (если результаты испытаний не удовлетворяют требованиям СТБ (ГОСТ, ТУ).

Коэффициент надежности по материалу принимается равным для рассчитываемых с использованием расчетного сопротивления Ry стальных

конструкций, изготовленных:

79

Коэффициент надежности по материалу для конструкций, рассчи-

тываемых на прочность с использованием расчетного сопротивления Ru ,

принимается равным γu = 1,3 .

Для элементов, имеющих коррозионный износ с потерей более 25 % площади поперечного сечения или остаточную после коррозии толщину 5 мм и менее, расчетные сопротивления снижают путем умножения на коэффици- ент γd , равный для среды:

–слабоагрессивной – 0,95,

–среднеагрессивной – 0,9,

–сильноагрессивной – 0,85.

Поверочный расчет сварных швов производится из условий:угловые швы:

рочных материалов, вида сварки и положения шва и способов их контроля по проектным данным или исходя из нормативных значений по результа- там статистической обработки испытаний.

При отсутствии проектных данных допускается принимать:

где Ryo – расчетное сопротивление основного металла.

Расчетное сопротивление срезу и растяжению болтов при наличии проектных данных следует принимать по [11] или по результатам испытания на растяжение (при этом расчетное сопротивление срезу принимают рав- нымRbs = 0,8Rbt ). Если отсутствуют проектные данные и невозможно ус-

80