ГСХ21

Министерство образования и науки РФ Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Самарский государственный архитектурно-строительный университет

М.В. Яковлева, Е.А. Фролов, А.Е. Фролов

Строительные конструкции. Подготовка, усиление, защита от коррозии

Учебное пособие

Самара

2010

Введение

Построенные здания или сооружения должны быть прочными, долговечными, комфортабельными и эстетичными, а также сравнительно дешевыми и простыми в изготовлении.

Материалы, используемые в несущих конструкциях при строительстве зданий и сооружений, существенно различаются по своим физико-механическим характеристикам. К ним относятся бетон и железобетон, естественные и искусственные камни, металлический прокатный профиль, дерево и пиломатериалы, саманные брикеты. Каждому материалу в условиях нормальной эксплуатации объекта предопределен конкретный срок службы.

Выбор материала зависит от многих причин: от предполагаемого срока службы сооружения, капитальности и требований пожаробезопасности, конструктивных особенностей.

Строительные конструкции зданий и сооружений от их возрождения до предельного разрушения проходят несколько этапов: проектирования, изготовления, транспортировки, монтажа, приработки, нормальной эксплуатации, старения и стадии разр ушения. На каждом из этих этапов могут быть допущены просчеты, отклонения от нормативных характеристик, либо, в силу определенных причин, в строительных конструкциях на отдельных стадиях их работы могут возникатьразличныеповреждения.Всеэтовызываетпреждевременное старение конструкций, из-за чего в зданиях и сооружениях порой могут создаваться аварийные ситуации, приводящие к разрушениям. При неблагоприятных условиях возможны нештатные ситуации, приводящие к взрывам, пожарам, затоплениям. Существенный ущерб состоянию конструкций приносят природные катаклизмы, например, такие, как ураганы, землетрясения, наводнения. Все это способствует укорочению срока службы как отдельных конструкций, так зданий и сооружений в целом.

Особенно сильно проявляется преждевременное старение конструкций на предприятиях нефтехимии и нефтепереработки. Этому способствует наличие агрессивных агентов, действие которых усиливается при смешивании их с водой в виде водных растворов.

3

Такие предприятия отличаются большим потреблением воды. Во время профилактического ремонта происходит ее утечка при промывке аппаратов, а также при нарушении работы запорной арматуры. Периодическое замачивание несущих конструкций приводит их к преждевременному износу.

Для обеспечения долговременной безаварийной работы строительных конструкций ведется мониторинг их состояния, который включает в себя наблюдение за ними, их визуальный осмотр с составлением схем повреждений и дефектных ведомостей, инструментальное обследование с оценкой состояния материалов конструкций, что позволяет своевременно принять меры по предотвращению аварий и преждевременному старению эксплуатируемого объекта.

Современный уровень измерительной техники и развития методов диагностики зданий и сооружений позволяет в настоящее время дать достаточно полную и объективную оценку состояния зданий на различных стадиях их эксплуатации, оценить работоспособность элементов конструкций в процессе их эксплуатации для предотвращения процесса разрушения, выявить дефектные и аварийные конструкции.

С учетом фактического состояния материалов, выполняется расчет, позволяющий выявить потерю несущей способности конструкции по сравнению с проектом. Далее делается выбор наиболее оптимальных вариантов усиления или, при необходимости, обосновывается их замена. Своевременное восстановление конструкций может сэкономить средства, отводимые на капремонт, и продлить сроки нормальной эксплуатации как отдельных конструкций, так зданий и сооружений в целом.

В настоящем учебном пособии рассмотрены вопросы, касающиеся характера повреждений конструкций из разных материалов, особенности усиления конструкций разного назначения, вопросы подготовки и непосредственного усиления конструкций. Особое вниманиеуделенопроблемамобеспечениябезопасностипроведенияработ по усилению, для чего конструкции перед усилением разгружаются, устанавливаются страховочные опоры, подмости и страховочные сетки, делаются ограждения опасных участков.

Цель написания данной работы - ознакомить специалистов по направлению «Строительство» с отдельными вариантами усиления, особенностями их работы, порядком проведения усиления и подготовкой конструкций к усилению, а также провести сравнительный анализ вариантов усиления и отметить среди них наиболее оптимальные.

4

Работа состоит из 6 глав: в первой дается понятие о жизнеспособности сооружения и его фактическом состоянии; во второй рассмотреныповрежденияконструкцийипричины, вызывающиеих;втретьей приведены сведения о коррозии и причинах ее возникновения применительно к различным материалам; в четвертой рассмотрены состояния конструкций с фотофрагментами, при которых требуется усиление;впятойглавеприводятсяспособыусилениястроительных конструкций различного назначения из разных материалов с некоторыми примерами из практики обследования и усиления; в шестой главе даны общие понятия о защите от коррозии, приводятся современные рецепты наиболее перспективных составов, используемых в практике восстановительных работ. Даны рекомендации по безопасному ведению восстановительных работ строительных конструкций и их защите.

Учебное пособие предназначено для специалистов, проходящих переподготовку в системе профессионального образования по восстановлению конструкций; может быть полезным для специалистов и студентов архитектурно-строительных специальностей, чья деятельность связана с обследованием и усилением строительных конструкций, зданий и сооружений, а также с ремонтом и восстановлениемпамятниковстарины,являющихсякультурнымиисторическим наследием страны.

Особое внимание уделено вопросам безопасности ведения работ при реконструкции, соблюдение которых позволит избежать несчастных случаев и травматизма людей.

5

Глава 1 Понятие о жизнеспособности сооружения

и его фактическом состоянии

1. 1. Общие сведения

Все здания или сооружения предназначены для бесперебойной работы с обеспечением функционального назначения на весь период эксплуатации. Любое отклонение от нормальных условий эксплуатации есть нарушение жизнеспособности строительных конструкций зданий исооружений,приводящеекпреждевременномуизносу.Поддерживать работоспособное состояние можно на основании проводимого мониторинга – постоянного наблюдения за изменениями как самих конструкций, так зданий и сооружений в целом, на основе которых следует своевременно приводить их в работоспособное состояние путем планового ремонта или усиления поврежденных конструкций.

Огромную подготовительную работу, предшествующую усилению (восстановлению) строительных конструкций, можно изобразить в виде схемы последовательности работ, представленной на рисунке 1.1, работу по их восстановлению – на рисунке 1.2.

С современной точки зрения, здание или сооружение каркасного или смешанного типов – сложная техническая система, в качестве элементов которой являются различные строительные конструкции. Подземную часть этой системы составляют основания и фундаменты. Несущейчастьюееподземногоблока являютсянесущиестены,стойки каркаса и стропильные конструкции в виде балок или ферм. В качестве элементов перекрытия и покрытия используются плиты, а ограждающими конструкциями являются стены.

Все элементы системы должны быть надежны в эксплуатации и обладать достаточной жизнеспособностью как самих конструкций, так и сооружениявцелом,должныподдерживатьсявнормеконтролируемые параметры, отвечающие проектным или нормативным документам. Одним из неотъемлемых элементов мониторинга состояния строительных конструкций является диагностика.

6

Рисунок 1.1 – Подготовительные работы, предшествующие усилению строительных конструкций

Диагностика строительных конструкций

Под диагностикой подразумевается способность распознавать. Основой диагностики­ является объект, который подлежит распознаванию - исследованию.

При постановке задачи устанавливаются параметры явления, которые следует определять или контролировать.

Объектами диагностики могут быть любые технические системы, если они находятся в двух взаимоисключающих состояниях (исправном и неисправном) и в них имеются элементы, каждый из которых характеризуется также различными состояниями.

Система может быть представлена любым техническим устройством, выполняющим­ заданные функции.

Любая система характеризуется рядом параметров, состоящих из

7

основных и второстепенных. Первые характеризуют выполнение заданных функций системы, вторые - внешний вид, удобство эксплуатации.

Система является исправной (работоспособной), если все параметры - основные и второстепенные находятся в некоторых заданных пределах, определенных проектными или нормативными требованиями.

Утрата работоспособности называется отказом. В определенной степени отказ условен, поскольку работоспособность элемента определяется значениями основных­ параметров.

Научное направление в технике, изучающее признаки неисправного состояния, а также методы, принципы и оборудование, при

Рисунок 1.2 – Последовательность работ по выполнению усиления

8

помощи которых дается заключение о характере неисправностей системы без ее разборки, получило название­ технической диагно-

стики.

Основными понятиями, которыми оперирует диагностика, являются критерий, параметр, метод и способ.

Критерий – признак, мерило оценки, средство, на основании которого производится оценка.

Параметр – величина, характеризующая свойство процесса. Метод – путь исследования, способ или совокупность способов

достижения цели для решения конкретной задачи.

В последнее время в различных отраслях техники стали применять техническую­ диагностику как средство контроля качества промышленных изделий.

Техническая диагностика исследует формы проявления­ отказов в технических системах, методы их обнаружения и принципы конструирования диагностических систем.

Диагностика также является отраслью строительной науки, в частности технической эксплуатации, изучающей и устанавливающей признаки и причины повреждений отдельных конструкций, инженерного оборудования и зданий в целом, а также способы­ и средства их анализа и оценки.

Показателями состояния здания или сооружения являются следующие основные параметры: общая и местная прочность конструкций; пространственная жесткость здания, общая и местные деформации; влагонасыщение элементов конструкций; теплотехнические характеристики ограждающих конструкций; тепловой режим; коррозия металлических конструкций, воздухо- и влагопроницаемость строительных конструкций и сопряжений; режимы работы санитарно-технических, электротехнических и других систем инженерного оборудования; загазованность и степень освещенности помещений и др.

Диагностикасостояниястроительныхконструкцийвключаетвсебя:

-методику визуального определения износа зданий по внешним признакам;

-методику инструментальной оценки состояния конструкций и зданий с помощью­ диагностических приборов;

-методику инженерного анализа диагностических данных с целью составления­ заключения о техническом состоянии зданий и разработку мероприятий по их содержанию­ и ремонту, т.е. методику инженерного анализа частных данных о различных параметрах и их совокупности для установления степени и опасности повреждения зданий или сооружения.

9

Конечнойцельюдиагностикиявляетсяобоснованноезаключение о техническом­ состоянии отдельных конструкций или всего здания и его эксплуатационной­ пригодности, а также о том, где и в чем имеются отклонения от нормы.

Диагностика в практическом представлении состоит из 3 -х разделов. Первые два включают в себя комплекс документов, мето­ дик, параметров и приборов, позволяющих специалисту, знающему устройство зданий­ и особенности их технической и технологической эксплуатации, объективно оценивать состояние конструкций и зданий, сопоставлять замеренные параметры с нормативными их значениями.

Если первые два раздела диагностики разработаны достаточно полно для практического использования, то при дальнейшей разработке третьего раздела необходимо обратить внимание­ на уточнение критериев оценки технического состояния и эксплуатационной пригодности зданий, на установление нормативных значений некоторых параметров и допустимых пределов отклонений фактических значений, влияющих на срок службы зданий и сооружений.

Менее разработан третий, итоговый раздел диагностики, описывающий методику­ сбора, хранения данных диагностики, периодической их корректировки и составления­ заключения о состоянии зданий по совокупным признакам их износа; исследование математических моделей неисправностей и отказов для выявления их влияния на общее техническое состояние. В целом третий раздел является составной частью разработки методов формализации программ оценки технического состояния объекта как системы.

Объектами технической диагностики служат простые системы, если они могут находиться в двух взаимоисключающих состояниях: работоспособном и неработоспособном.

Вотличиеоттакихсистем,строительныемогутиметьмногообразие возможных отказов с наличием нескольких состояний с частичными отказами. Это осложняет развитие диагностики как отрасли строительной науки.

Встроительных системах отказы классифицируются либо как частичные, с устранением которых возможна дальнейшая эксплуатация, либо как отказ ответственного элемента, приводящий к полному отказу.

Отказы (неисправности) можно классифицировать по несколь-

ким концепциям:

по причинам возникновения:

-внутренние - из-за недостатков конструкций;

-внешние причины воздействия;

10

по скоростипроявления:

-последовательные;

-постепенные;

-внезапные;

подиапазонуотказов:

-частичные;

-полные;

позначимости:

-незначительные (не ухудшающие качеств);

-значительные;

-критические (приводящие к прекращению выполнения функ-

ций);

посрокуэксплуатации:

-преждевременные;

-случайные;

-износовые.

Для внедрения диагностики в строительную практику оценки технического состояния необходимо иметь:

-методику диагностики повреждений по установленным параметрам;

-критериипараметров,ихнормативныезначенияидопустимыеотклонения;

-технику и приборы, указанные для проведения освидетельствования состояния конструкций;

-методику установления категорий состояния по совокупности физических и моральных признаков;

-обученный персонал, умеющий проводить обследования, анализировать данные, составлять заключения.

Данные материалы диагностики каждого объекта должны систематизироватьсяпоразработаннойметодикеихранитьсявархивахдлясоздания банка данных и последующей системы диагностики.

Ремонтно-строительнаядиагностика(термин,появившийсявкон-

це прошлого века) - это также раздел технической диагностики­ , изучающийдефектызданийподдействиемкомплексапричин,вызванныхих эксплуатацией.

Ремонтно-строительнаядиагностикавключаетвсебяпонятияораз- личныхпризнаках деформаций зданий, методику их выявления и определения объемно-планировочных дефектов зданий, методику логических рассуждений для формирования­ диагноза и, наконец, выдачу рекомендаций по дальнейшему использованию здания.

В практике оценки технического состояния зданий используются следующиеосновныепонятияитермины:

11