Основы обследования технического состояния зданий и сооружений. Учебное пособие

61

появляется опасность обрушения отколовшихся элементов каменной кладки. Это следует считать её аварийным состоянием.

Опасным является появление трещин в кладке под концами балок, прогонов, перемычек больших пролетов или под опорными подушками. При этом возникает возможность обрушения элемента, опирающегося на кладку. Это аварийное состояние элемента.

При недостаточном опирании плит перекрытий на стены может произойти скол кладки под концом плиты, а также продергивание арматуры плиты на опоре. При отсутствии видимых признаков разрушения кладки под концом плиты и наклонных трещин в плите состояние плиты следует считать предаварийным. В случае увеличения нагрузки на плиту она может обрушиться.

2.5.6. Связь различных дефектов и повреждений с техническим состоянием каменных конструкций

Связь основных встречающихся дефектов и повреждений с

техническим состоянием каменных конструкций представлена в табл.

2.4.

Таблица 2.4

Основные дефекты и повреждения каменных конструкций и их

влияние на техническое состояние

№ п/п

Вид дефектов и повреждений

Влияние дефектов и повреждений на категорию технического состояния

Возможные причины появления

1

2 3 4

1

Искривление горизонтальных и вертикальных линий стен

Ограниченно-работоспособное

техническое состояние при снижении несущей способности при обосновании расчетами отсутствия опасности разрушения или потери несущей способности или устойчивости конструкции

Неравномерные осадки грунтов основания

2

Выпучивание (деформации стен)

Ограниченно-работоспособное

техническое состояние при снижении несущей способности при обосновании расчетами отсутствия опасности разрушения или потери несущей способности или устойчивости конструкции

Боковое давление грунта, различных материалов, размещенных навалом у стены, действие горизонтальных реакций распорных конструкций; увеличение (против расчетных) эксцентриситетов вертикальных нагрузок; большая гибкость стены по высоте вследствие разрыва или отсутствия промежуточных связей; смещение на опорах балок, прогонов, плит перекрытий или покрытий к краю стены; передача недопустимых

62

Продолжение табл. 2.4

1

2 3 4

силовых воздействий на кладку, не набравшую достаточную прочность; одностороннее оттаивание кладки, выполненной методом замораживания; температурные деформации

3

Отклонение стен или отдельных участков от вертикали

Ограниченно-работоспособное

техническое состояние при снижении несущей способности при обосновании расчетами отсутствия опасности разрушения или потери несущей способности или устойчивости конструкции

Неравномерные осадки грунтов основания; недостаточность поперечных связей или их разрыв

4

Отколы углов, пробоины, выбоины, борозды и др.

Ограниченно-работоспособное

техническое состояние при снижении несущей способности при обосновании расчетами отсутствия опасности разрушения или потери несущей способности или устойчивости конструкции

Дефекты строительства, механические воздействия

5

Увлажнение кладки

Ограниченно-работоспособное

техническое состояние при снижении несущей способности при обосновании расчетами отсутствия опасности разрушения или потери несущей способности или устойчивости конструкции

Скапливание влаги от атмосферных осадков, конденсация влаги, попадание брызг

6

Трещины в кладке, имеющие характер параболических кривых, ветви которых расходятся к низу по обе стороны от средней части здания

Ограниченно-работоспособное

техническое состояние при снижении несущей способности при обосновании расчетами отсутствия опасности разрушения или потери несущей способности или устойчивости конструкции

Просадка грунта в средней части здания

7

Трещины, раскрытие которых увеличивается к верху; трещины наклонные или имеющие характер параболических кривых, расходящихся к низу относительно краев здания

Ограниченно-работоспособное техническое состояние при снижении несущей способности при обосновании расчетами отсутствия опасности разрушения или потери несущей способности или устойчивости конструкции

Просадка крайних частей или наличие твердого включения под средней частью здания

8

Трещина, близкая к вертикальной, раскрытие которой увеличивается к верху

Ограниченно-работоспособное

техническое состояние при снижении несущей способности при обосновании расчетами отсутствия опасности разрушения или потери несущей способности или устойчивости конструкции

Разлом здания вследствие наличия жесткой опоры в грунте под трещиной

9

Трещина, близкая к вертикальной, с одинаковым раскрытием по высоте со смещением по вертикали части здания с одной стороны от трещины относительно другой

Ограниченно-работоспособное

техническое состояние при снижении несущей способности при обосновании расчетами отсутствия опасности разрушения или потери несущей способности или устойчивости конструкции

Просадка части здания

63

Окончание табл. 2.4

1

2 3 4

10

Вертикальные трещины с раскрытием 0,1-0,5 мм, пересекающие два ряда кладки и более, при количестве трещин две и более на 1 м вертикально нагруженной стены

Ограниченно-работоспособное

техническое состояние при снижении несущей способности при обосновании расчетами отсутствия опасности разрушения или потери несущей способности или устойчивости конструкции

Перегрузка кладки, пониженная прочность материалов, примененных в конструкции

11

Горизонтальные и косые трещины по швам кладки рядовых, клинчатых или арочных перемычек, вертикальные трещины в середине пролета, возможно, с выпадением отдельных камней

Ограниченно-работоспособное

техническое состояние при снижении несущей способности при обосновании расчетами отсутствия опасности разрушения или потери несущей способности или устойчивости конструкции

Перегрузка кладки, пониженная прочность материалов, недостаточное армирование

12

Горизонтальные трещины по швам кладки стен, подверженных горизонтальным нагрузкам

Ограниченно-работоспособное

техническое состояние при снижении несущей способности при обосновании расчетами отсутствия опасности разрушения или потери несущей способности или устойчивости конструкции

Перегрузка кладки, пониженная прочность материалов, недостаточное армирование

13

Трещины, возможно со скалыванием и раздроблением материалов кладки под опорами и опорными подушками балок, ферм, перемычек, козырьков, веерообразно расходящихся от места приложения нагрузки

Ограниченно-работоспособное

техническое состояние при снижении несущей способности при обосновании расчетами отсутствия опасности разрушения или потери несущей способности или устойчивости конструкции

Перегрузки кладки, а также недостаточная глубина опорной части или недостаточная несущая способность опорной подушки

14

Вертикальные и наклонные трещины в верхней части здания в местах сопряжения разнонагруженных продольных и поперечных стен

Ограниченно-работоспособное

техническое состояние при снижении несущей способности при обосновании расчетами отсутствия опасности разрушения или потери несущей способности или устойчивости конструкции

Различная деформативность разнонагруженных стен вследствие разных напряжений в кладке и ползучести кладки при длительном действии нагрузки

15

Шелушение поверхностей, выветривание наружных слоев, повышенная пористость, пониженная плотность, рыхлая структура, выкрашивание, выпадение отдельных частиц материала

Ограниченно-работоспособное

техническое состояние при снижении несущей способности при обосновании расчетами отсутствия опасности разрушения или потери несущей способности или устойчивости конструкции

Воздействие химически агрессивных эксплуатационных сред; высокотемпературный нагрев технологическими источниками или огневое воздействие при пожаре; увлажнение, попеременное замораживаниеоттаивание в увлажненном состоянии при недостаточной морозостойкости, попеременное увлажнение-высыхание; биохимические воздействия микроорганизмов, грибов, мхов и т. п.

64

2.5.7. Дефекты и повреждения металлических конструкций

Дефекты металлических конструкций можно классифицировать по стадиям создания конструкции: дефекты проектирования, дефекты металлопроката, дефекты изготовления, дефекты транспортировки и монтажа.

Дефекты, предопределяемые на стадии проектирования металлических конструкций, могут быть следствием ошибок и просчётов, неадекватной расчётной схемы, неправильного выбора марок сталей и электродов, недостаточного обеспечения местной и общей устойчивости конструкций, неудачного конструирования узлов соединения конструкций, неправильного выбора защиты от коррозии, а также несовершенства нормативных документов периода проектирования.

Ошибки и просчёты связаны с ошибочными или безграмотными действиями при определении нагрузок, статическом расчете, подборе сечений, расчете и компоновке соединений, назначении расчетных схем, выборе схем связей и т.п.

Учет особенностей работы конструкции при выборе расчетной схемы является весьма ответственной задачей, требующей глубоких профессиональных знаний. Как правило, более точной расчетной схеме соответствуют более сложные расчеты, упрощение выполнения которых может явиться одной из причин появления ошибок.

Не менее важное значение имеет также и последующее конструирование, реализующее в чертежах все требования и особенности принятой расчетной схемы.

Выбор марок сталей и электродов должен осуществляться в зависимости от назначения сооружения, вида конструкции, климатических и динамических воздействий. Неправильный выбор марок сталей может привести к разрушению конструкций вследствие охрупчивания материала при отрицательных температурах, а также при многоцикловых динамических воздействиях. По этой причине неоднократно происходили аварии с обрушением конструкций резервуаров, мостов и транспортерных галерей.

Часто причиной аварий является необеспечение местной и общей устойчивости конструкций сооружения.

Так, при строительстве зданий не устанавливаются связи по колоннам, обеспечивающие устойчивость каркаса на время монтажа; допускаются разрывы в распорках, устанавливаемых по нижним поясам ферм покрытий; не устанавливаются горизонтальные и вертикальные связи по фермам покрытия и фонарям.

65

При применении стального профнастила не осуществляется его крепление к пролётным конструкциям и листов между собой.

При проектировании колонн имело место, когда их расчет выполнялся только в одной плоскости. Расчёт общей устойчивости стальных балок перекрытий при отсутствии креплений сжатого пояса часто не производится, в результате чего возможна потеря устойчивости балок с поворотом их из плоскости.

При применении сборных железобетонных плит покрытия по стальным балкам или фермам их приварка должна осуществляться в трёх точках со сварными швами высотой 6 мм и длиной не менее 60 мм с последующим замоноличиванием швов между плитами бетоном.

Местная потеря устойчивости может произойти от неправильного конструирования узлов сопряжения конструкций.

Кроме отмеченных дефектов проектов конструкций при натурных обследованиях выявляются следующие их виды: передача больших сосредоточенных сил на тонкие полки стальных профилей; отсутствие в балках и опорных столиках опорных рёбер; отсутствие в фермах центровки отдельных узлов; наличие в динамически перегруженных конструкциях (подкрановые балки, конвейерные галереи) концентраторов напряжений в виде квадратных отверстий; наличие резких переходов сечений; назначение толщины сварных швов без учёта конструктивных требований норм; отсутствие на чертежах указаний по длине и толщине сварных швов, виду болтов (нормальной или повышенной точности); не учет в расчётах внеузловой нагрузки на пояса ферм.

Встречаются случаи, когда стыки стержней поясов в фермах осуществляются только через фасонку без накладок на стыкуемых элементах поясов. При этом фасонки получают значительное перенапряжение, что может привести к их разрушению.

Повреждения металлических конструкций и их элементов от случайных нагрузок (при ремонтах или заменах технологического оборудования) проявляются в виде погибов, подвижек, нарушения соединений и т.п. К ним же следует отнести и повреждения от механических воздействий.

Повреждения от температурных воздействий проявляются при высоких температурах в виде разрушений лакокрасочных покрытий, коробления элементов, исчерпания несущей способности, а при низких температурах - в виде хрупких трещин. Кроме непосредственных воздействий на свойства металла изменение температуры нередко вызывает дополнительные напряжения в статически неопределимых системах.

Повреждения от химических воздействий заключаются в разрушении защитных покрытий и коррозии металла (уменьшении его

66

расчетной толщины). Особенно опасно изменение микроструктуры металла с потерей пластичности, например, при насыщении водородом.

Важным вопросом при обследовании металлических конструкций является выявление и оценка их коррозионного повреждения. Наиболее часто стальные конструкции повреждаются коррозией вследствие недостаточной защиты от нее. Особенно сильная коррозия отмечается в производствах с агрессивной средой, в конструкциях, расположенных вблизи пола и земли.

Коррозионное разрушение может быть общим или местным. В результате общего равномерного коррозионного разрушения всей поверхности металла уменьшается площадь поперечного сечения элемента и снижается его несущая способность. При местной коррозии общий объем разрушенного металла значительно меньше, чем при общей, но коррозия может быть более опасной, так как приводит к появлению концентратора напряжений. Чем больше отношение глубины коррозии к ее ширине, тем острее концентратор и выше опасность хрупкого разрушения.

Обычно количественно оценивают коррозию по скорости проникновения вглубь металла (мм/год). Скорость коррозии зависит от ряда факторов:

- характеристик среды: влажности, агрессивности, температуры;

- характеристики металла;

- конструктивных факторов.

Влажность воздуха в значительной степени определяет скорость коррозии. Чем выше влажность, тем интенсивнее протекают коррозионные процессы. При относительной влажности воздуха 50% и менее коррозия практически отсутствует.

В зависимости от скорости коррозии незащищенных стальных конструкций различают три группы агрессивных сред: слабая, характерная для жилых зон городов с интенсивностью износа от коррозии до 0,1 мм в год, средняя, характерная для промышленных зон и открытых конструкций - от 0,1 до 0,5 мм в год и сильная, характерная для промышленных зон с агрессивной средой и вблизи морских берегов с коррозией более 0,5 мм в год.

Существенно увеличивают скорость коррозии агрессивные примеси в атмосфере: SO2, SO3, H2S и др. В условиях атмосферы промышленного города скорость коррозии в два и более раз выше, чем в условиях незагрязненной атмосферными примесями атмосферы.

Температура от 0 до +40 °C практически не влияет на скорость коррозии. Резко ускоряет коррозионный процесс комбинированное воздействие повышенной температуры (>+40 °C) и высокой влажности. При

67

отрицательных температурах коррозионные процессы резко замедляются и при температурах ниже -20 °C скорость коррозии близка к нулю.

Коррозионная стойкость алюминиевых сплавов выше, чем сталей, что объясняется образованием на поверхности металла окисной пленки, выполняющей роль естественного защитного покрытия алюминиевого сплава. Коррозионная стойкость сталей в значительной степени зависит от их химического состава. Снижает коррозионную стойкость сера и марганец, повышает - медь, хром, алюминий, никель и др. Поэтому коррозионная стойкость низколегированных сталей, как правило, выше чем обычной малоуглеродистой стали Ст3.

Наряду с наличием дефектов и повреждений в элементах металлических конструкций возможно большое разнообразие дефектов и повреждений в их соединениях.

В сварных, заклепочных и болтовых соединениях элементов конструкций встречаются дефекты, возникшие в процессе изготовления и монтажа конструкций. Появление этих дефектов связано с различного вида нарушениями технологии изготовления, низким качеством монтажных процессов и отсутствием надлежащего контроля качества работ.

В сварных соединениях наиболее характерными дефектами являются: неполномерность швов, наплывы, подрезы основного металла, непровары в корне и по сечению шва, шлаковые включения, поры. Основная причина возникновения этих дефектов связана с нарушением режимов сварки и неудовлетворительной подготовкой (очисткой, разделкой) кромок свариваемых элементов.

К массовым повреждениям соединений могут быть отнесены: срез (или отрыв) заклепок и болтов, ослабление заклепок и болтов, хрупкие и усталостные трещины в сварных швах. Перечисленные повреждения развиваются как при имеющихся дефектах, так и в бездефектных соединениях в результате несоответствия расчетных предпосылок действительным условиям работы конструкций и их узлов и могут вызываться: ошибками проектирования, связанными с неправильным определением нагрузок и внутренних усилий; отличием фактического напряженного состояния в узлах конструкций от расчетного вследствие принятия неадекватных расчетных схем и действующих нагрузок; пониженными прочностными характеристиками основного и наплавленного металла (заклепок, болтов); изменением размеров сварных швов, числа заклепок и болтов при изготовлении и монтаже по сравнению с проектом; недопустимой перегрузкой при эксплуатации.

Необходимо иметь в виду, что в конструкциях, эксплуатация которых проходит при пониженных температурах, наличие концентраторов напряжений (дефектов) приводит к появлению хрупких

68

трещин в сварных швах, причем трещины могут появляться при незначительном уровне рабочих напряжений.

К типичным повреждениям, вызванным химическим (электрохимическим) воздействием относятся отрыв головок заклепок, разрыв болтов и разрушение сварных швов в результате действия распирающих усилий между соединенными элементами, если в зазорах развивается щелевая коррозия.

2.5.8. Признаки аварийного состояния металлических конструкций

При обнаружении таких дефектов стальных конструкций, как общий и местный изгиб стального элемента, местное ослабление сечения, коррозия стали, для определения состояния стального элемента нужно выполнить расчеты прочности с учетом выявленных дефектов.

Однако в ряде случаев и без выполнения поверочных расчетов можно сделать вывод о наличии аварийного состояния стальных конструкций. Наличие трещин в сварных швах, в околошовной зоне, поперечных трещин в растянутых элементах, а также трещин, идущих от заклепочных отверстий, является бесспорным признаком аварийного состояния конструкций.

Часто причиной аварий стальных конструкций является потеря местной устойчивости в узлах сопряжения.

2.5.9. Связь различных дефектов и повреждений с техническим состоянием металлических конструкций

Связь основных дефектов и повреждений с техническим состоянием

металлических конструкций представлена в табл. 2.5.

Таблица 2.5

Основные дефекты и повреждения металлических конструкций, и

их влияние на техническое состояние

№ п/п

Вид дефектов и повреждений

Влияние дефектов и повреждений на категорию технического состояния

Возможные причины появления

1

2 3 4

1

Деформации конструкций, выявленные в процессе обмеров или инженерно-геодезической съемки

Аварийное техническое состояние обосновывается результатами расчетов с учетом выявленных деформаций

Неравномерные осадки и крены фундаментов, температурные воздействия, нарушение правил эксплуатации

2

Отклонения от геометрических размеров (размеров сечений, длин элементов, генеральных размеров конструкций), принятых в проекте

Аварийное техническое состояние обосновывается результатами расчетов с учетом выявленных отклонений

Ошибки при изготовлении и монтаже

69

Продолжение табл. 2.5

1

2 3 4

3

Отклонения конструкций от проектного пространственного положения

Аварийное техническое состояние обосновывается результатами расчетов с учетом выявленных отклонений

Нарушения точности при изготовлении и монтаже, нарушения правил эксплуатации

4

Расцентровка и неточная подгонка элементов в узлах сопряжений

Аварийное техническое состояние обосновывается результатами расчетов с учетом выявленных отклонений

Ошибки проектирования, нарушения точности при изготовлении и монтаже

5

Уменьшение поперечного сечения элементов за счет вырезов, смятий, коррозии и т. д.

Аварийное техническое состояние обосновывается результатами расчетов с учетом выявленных уменьшений поперечного сечения

Нарушения правил эксплуатации

6

Изменения статической схемы работы конструкций за счет включения дополнительных не предусмотренных проектом элементов, заклинивания опорных частей, выключения из работы части элементов вследствие разрушения соединений или самих элементов

Аварийное техническое состояние обосновывается результатами расчетов с учетом действительной схемы работы конструкции

Ошибки проектирования, нарушения точности при изготовлении и монтаже, нарушение правил эксплуатации

7

Зазоры между контактными поверхностями или визуально определяемые срывы контактных поверхностей во фрикционных болтовых соединениях элементов группы конструкций 1 в соответствии с СП16

Аварийное техническое состояние определяется по результатам расчетов и оценки влияния дефектов на работу конструкции

Нарушения точности при изготовлении и монтаже, ошибки проектирования

8

Зазоры между контактными поверхностями или визуально определяемые срывы контактных поверхностей во фрикционных болтовых соединениях элементов групп конструкций 2-4 по СП16

Ограниченноработоспособное

техническое состояние при обосновании расчетами отсутствия опасности разрушения или потери несущей способности или устойчивости конструкции

Нарушения точности при изготовлении и монтаже, ошибки проектирования

9

Зазоры в срезных болтовых соединениях между контактными поверхностями

Ограниченноработоспособное

техническое состояние

Нарушения точности при изготовлении и некачественный монтаж

10

Зазоры в растянутых, сжатоизогнутых и изгибаеморастянутых фланцевых болтовых соединениях (фланцевые соединения II, б, II, в), элементов группы конструкций 1 по СП16)

Аварийное техническое состояние определяется по результатам контроля величины зазоров на соответствие требованиям проекта и с учетом требований нормативных документов

Нарушения точности при изготовлении и некачественный монтаж

70

Окончание табл. 2.5

1

2 3 4

11

Зазоры во фланцевых болтовых соединениях, работающих на сжатие (фланцевые соединения II, а) элементов групп конструкций 1, всех фланцевых соединений элементов конструкций групп 2-4 по СП16

Ограниченноработоспособное

техническое состояние

Нарушения точности при изготовлении и некачественный монтаж

12

Кромки деталей для группы конструкций 1 по СП16 имеющие недопустимые дефекты в соответствии с требованиями ГОСТ 23118-2019 (подраздел 5.2)

Аварийное техническое состояние

Некачественное изготовление конструкций, нарушение правил эксплуатации

13

Кромки деталей для групп конструкций 2-4 по СП16 имеющие недопустимые дефекты в соответствии с ГОСТ 23118-2019 (подраздел 5.2)

Аварийное техническое состояние обосновывается расчетом влияния дефектов и повреждений на работу конструкций

Некачественное изготовление конструкций, нарушение правил эксплуатации

14

Искривления элементов конструкций, превышающие допустимые

Аварийное техническое состояние обосновывается результатами расчетов выявленных искривлений

Отсутствие правки металла перед изготовлением конструкций, появление остаточных сварных напряжений, нарушения правил транспортирования, хранения, монтажа и эксплуатации конструкций

15

Хрупкие или усталостные трещины в основном металле

Аварийное техническое состояние

Ошибки проектирования, ошибки выбора материала при изготовлении, непредусмотренная проектом работа конструкции в условиях вибрационных и динамических нагрузок

16

Недопустимые дефекты в сварных швах (трещины и другие недопустимые дефекты сварных соединений по ГОСТ

23118) в элементах группы конструкций 1 по СП16

Аварийное техническое состояние

Ошибки выбора материалов при изготовлении конструкций, некачественное изготовление конструкций

17

Недопустимые дефекты в сварных соединениях (трещины и другие недопустимые дефекты сварных соединений по ГОСТ 23118) в элементах групп конструкций 2-4 по СП16

Аварийное техническое состояние определяется по результатам расчетов и оценки влияния дефектов на работу конструкции

Ошибки выбора материалов при изготовлении конструкций, влияние остаточных сварных напряжений из-за нарушения режима сварки

18

Выпучивание стенок элементов с замкнутыми сечениями

Ограниченноработоспособное

техническое состояние при отсутствии трещин и разрывов

Скопление влаги в замкнутых полостях, ошибки возведения и эксплуатации, ошибки проектирования

19

Местные погибы элементов конструкций

Ограниченноработоспособное

техническое состояние, если эти погибы не влияют на работу конструкции

Нарушения правил транспортирования, хранения, монтажа и эксплуатации конструкций

20

Разрушение защитных покрытий (в том числе огнезащитных), коррозия металла

Ограниченноработоспособное

техническое состояние

Низкое качество и неправильный выбор защитных материалов, нарушение технологии производителя и правил эксплуатации