Учебное пособие 800379

Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Воронежский государственный архитектурно-строительный университет

И.И. Ушаков

ДИАГНОСТИКА СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Научные основы диагностики

Учебное пособие

Рекомендовано в качестве учебного пособия редакционно-издательским советом Воронежского государственного архитектурно-строительного

университета для студентов строительных специальностей

Воронеж 2008

УДК 624.011 07

ББК 38.5я73 У932

Ушаков, И.И.

У932 Диагностика строительных конструкций. Научные основы диагностики : учеб. пособие для студ. строит. спец. / И.И.Ушаков ; Воронеж. гос. арх.-строит. ун-т. – Воронеж, 2008.- 150 с.

ISBN 978-5-89040-199-1

Рассмотрены основные проблемы проведения диагностики состояния строительных конструкций зданий и сооружений. Изложены основные требования к несущим конструкциям зданий и сооружений. Описаны современные представления о прочностных и деформационных характеристиках строительных материалов конструкций, а также закономерности их разрушения от действия нагрузок, коррозионных сред и физических воздействий. Обобщены нормативные требования к проведению экспертизы конструкций зданий. Описаны некоторые характерные дефекты и повреждения отдельных элементов конструкций.

Предназначено для студентов строительных специальностей, а также для магистрантов, аспирантов и специалистов.

Ил. 34. Табл. 22. Библиогр.: 27 назв.

УДК 624.011 07 ББК 38.5я73

Рецензенты: кафедра сопротивления материалов Воронежской лесотехнической академии;

Б.А. Бондарев, д.т.н., проф. кафедры строительных конструкций Липецкого государственного технического университета

2

3

4

ВВЕДЕНИЕ

Диагностика несущих строительных конструкций является одним из важнейших этапов в процессе эксплуатации зданий и сооружений. Фактический срок эксплуатации множества зданий и сооружений оказывается меньше нормативного только из-за того, что своевременно не были выявлены дефекты строительства и повреждения во время эксплуатации, которые привели к потере работоспособности несущих конструкций.

Рост числа аварий в последние годы связан с целым рядом причин. В первую очередь, это повсеместное снижение эксплуатационных затрат на здания и сооружения, ликвидация или резкое сокращение системы плановопредупредительных ремонтов и т.п. В связи с этим снижение долговечности конструкций можно рассматривать как следствие многих процессов, происходящих в экономике и обществе.

Часто инженеры рассматривают разрушение конструкций не столько как случайный единовременный акт, связанный с природным или технологическим воздействием, сколько как проявление одновременного воздействия комплекса причин или как вторичное явление на фоне постепенной деградации материалов в конструкции.

Важнейшей проблемой, связанной с проектированием реконструкции зданий и сооружений, а также рациональной их эксплуатацией, является правильное определение состояния конструкций, их остаточной несущей способности и причин, вызвавших повреждения.

Решение этой проблемы непосредственно связано с оценкой конструктивных свойств материалов с современных позиций кинетической концепции прочности твердых тел и теории накопления структурных повреждений. В учебном пособии на базе научных представлений о физических и механических свойствах материалов с учетом условности многих расчетных предпосылок классифицированы основные причины силовых и несиловых повреждений наиболее распространенных строительных конструкций. На базе теории надежности обоснованы закономерности резервирования прочности и износа строительных конструкций, при этом также учтены требования действующих норма- тивно-инструктивных документов и достижения в области диагностики повреждений несущих строительных конструкций.

В учебном пособии описаны основные научные подходы к решению задач экспертизы несущих строительных конструкций, которая проводятся с целью продления сроков нормальной эксплуатации существующих зданий и сооружений.

5

Глава 1. ПОНЯТИЕ О РАБОТОСПОСОБНОСТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ

КОНСТРУКЦИЙ И ЗАДАЧИ ДИАГНОСТИКИ

1.1.Нормативные требования к строительным конструкциям зданий

исооружений. Предельные состояния конструкций

Здания и сооружения или отдельные конструкции имеют определенное назначение и эксплуатируются в определенных условиях. Для обеспечения эксплуатационных свойств должны быть выполнены некоторые условия, которым должны удовлетворять все принимаемые технические решения и меры по их практической реализации. Нарушение хотя бы одного эксплуатационного требования определяет выход за границу некоторой области и формулируется как переход через предельное состояние. Требования, которым должны удовлетворять здания и сооружения, главным образом касаются:

•обеспечения безопасности людей и окружающей среды;

•обеспечения протекания технологических процессов, для реализации которых строится объект;

•обеспечения определенного уровня гигиены и комфорта;

•создания приемлемых условий для поддержания объекта в требуемом рабочем состоянии.

В частном случае для строительных конструкций удовлетворение требований, связанных с назначением конструкции, определяется степенью капитальности, уровнем ответственности и значимостью объекта для общества.

Конструкции должны удовлетворять требованиям к условиям эксплуатации, а именно соответствовать климатическим параметрам района строительства, атмосферным нагрузкам, сейсмическим и другим воздействиям, характеристикам грунтов, степени пожарной опасности и т.п. Таким образом, мы имеем систему, состоящую из объекта, нагрузок и среды. Необходимо различать уровни воздействия, которые следует оценивать как экстремальные, но все же допустимые, и запредельные. В первом случае нужно учитывать возможность проявления рассматриваемых воздействий в процессе эксплуатации объекта и предусматривать необходимую для их восприятия прочность конструкции. Во втором случае эти воздействия не учитываются напрямую, а ничтожно малая вероятность их реализации учитывается косвенно, путем разработки превентивных мер по локализации последствий аварии или выработки поведения персонала в нештатных ситуациях.

Из требований к условиям эксплуатации непосредственно вытекают требования к строительным конструкциям в части оценки напряженнодеформированного состояния или в другой форме, допускающей расчетный анализ (например, расчет скорости коррозионного износа или использование понятий кинетики разрушения).

6

1.1.1. Надежность, долговечность, капитальность

Под сроком службы здания понимают продолжительность его безотказного функционирования. При назначении нормативных сроков службы зданий учитывают основное их назначение и условия безопасности. У нас в стране принята классификация зданий по капитальности. Срок службы конструкций зданий и сооружений определяется при проектировании и строительстве в соответствии с группой капитальности. Применение проектных решений, не обеспечивающих требуемую капитальность, недопустимо, а применение конструкций здания с необоснованно высоким сроком службы экономически нецелесообразно.

Требуемые сроки службы зданий и сооружений устанавливаются нормативными документами в соответствии с функциональным назначением и другими факторами.

Два или несколько объектов одного назначения могут иметь разные характеристики долговечности в том случае, если они построены из разных материалов, отличаются конструктивными решениями, возведены с разным качеством строительных и монтажных работ, а также подвергаются разным воздействиям окружающей среды или эксплуатируются в условиях с различными периодичностью и качеством профилактических мероприятий.

Несущие и ограждающие конструкции зданий и сооружений могут быть выполнены из элементов с примерно одинаковыми или существенно различающимися характеристиками долговечности. Так, в зданиях с кирпичными стенами и деревянными перекрытиями имеет место несоответствие сроков службы конструктивных элементов, потому что деревянные конструкции теряют несущую способность значительно раньше каменных. Эксплуатационные качества такого здания могут быть восстановлены путём ремонта или замены деревянных частей новыми. Тогда первый этап долговечности здания оценивается сроком его службы с момента возведения до капитального ремонта, следующие (промежуточные) этапы определяются сроком службы между двумя капитальными ремонтами, а последний этап – сроком службы со времени последнего капитального ремонта до полного износа всех конструктивных элементов. Если здание состоит из конструктивных элементов с примерно одинаковыми характеристиками долговечности, то необходимость капитального ремонта отпадает. К таким зданиям могут быть отнесены, например, жилые дома из газобетона, стены и перекрытия которых выполнены из одного материала. В этом случае ожидается приблизительно одинаковый постепенный износ всех конструктивных элементов. При этом целесообразно обеспечить примерно такой же уровень долговечности узлов их сопряжений. Таким зданиям требуется лишь регулярный профилактический ремонт, продлевающий срок их службы с момента возведения до полного износа. Долговечность конструкций, в конечном счете, обеспечивается долговечностью её элементов и узлов сопряжений. Нормативные сроки службы зданий и сооружений представлены в табл. 1.1.

7

Таблица 1.1

Нормативные сроки службы зданий

8

Окончание табл. 1.1

Важной экономической задачей проектирования является создание «равнодолговечной» конструкции, отличающейся примерно одинаковым сроком службы всех её частей. Экспериментальная проверка конструкций на долговечность может выполняться по следующей схеме:

•определение величины износа элементов и узлов через некоторые интервалы времени (например, через 10 лет) до предполагаемого полного износа (конечного срока службы);

•определение характеристик начальной безотказности элементов и узлов

сучётом их износа в заданный период времени эксплуатации;

•оценка надёжности конструкции в заданный период времени с учётом характеристик начальной безотказности, ослабления износом элементов и узлов.

Приведенные выше рекомендации, конечно, не охватывают всех требований, предъявляемых к сроку службы конструкций (табл. 1.2). Их следует рассматривать как методику количественной оценки долговечности, основанную на учёте изменения прочности элементов и узлов строительных конструкций в результате постепенного износа за время эксплуатации. Использование этой методики будет способствовать совершенствованию проектных решений и повышению уровня надёжности несущих и ограждающих конструкций зданий и сооружений.

Таблица 1.2 Ориентировочные нормативные сроки службы элементов жилых зданий

и конструкций

9