Методы инструментального измерения геометрических параметров конструкций: размеров, смещений, осадок. Прогибов, углов поворота

К геометрическим параметрам обследуемой натурной конструкции относится:

длина элементов и расчетные размеры поперечных сечений с учетом ослаблений;

размеры, характеризующие положение несущих элементов, относительные смещения конструктивных элементов пространственной схемы сооружения;

перемещения различных точек элемента (осадки, прогибы, углы поворота и т.д.).

Инструментальный контроль геометрических параметров проводится выборочно и планируется по результатам осмотра. Крайне редко назначается сплошной контроль геометрических параметров конструкций сооружений. При выборочном инструментальном обследовании измерения геометрических размеров сечений и длин проводится для нескольких элементов в характерных наиболее напряженных участках и в зонах агрессивных выделений.

Для конструкций промышленных зданий с однотипными несущими элементами обследуются: каждая десятая стропильная ферма и колонна, но не менее трех в температурном блоке; связи между двумя стропильными фермами; один диск связей по колоннам в каждом ряду и в температурном блоке. Для стальных конструкций при больших коррозионных повреждениях следует проводить инструментальные измерения для всех элементов.

Для установления размеров используются рулетка, металлическая линейка, штангенциркуль, ультразвуковые толщинометры. Геометрические характеристики сечения определяются по трем измерениям каждого из линейных размеров. Проверяются три сечения по длине элемента.

Смещения несущих элементов измеряются с помощью отвеса, линейки, нивелира и теодолита. При проведении измерений снаружи сооружений рекомендуется использование фотограмметрии. При обследовании определяются: вертикальность несущих колонн и стеновых панелей, осадка колонн и панелей, перпендикулярность углов, смещений осей подкрановых рельсов и подкрановых балок, эксцентриситеты, вызванные монтажными смещениями. При определении величины эксцентриситета вертикальной нагрузке в многоэтажных сооружениях необходимо учитывать, что реальный физический эксцентриситет для наиболее загруженного вертикального элемента первого (подвального) этажа будет меньше средних относительных смещений соседних по высоте элементов (для зданий средней этажности - приблизительно в три раза).

При контроле состояния стыков панелей толщина швов измеряется обычной металлической линейкой, а качество заполнение раствором с помощью специального щупа. Определение глубины опирание панелей перекрытий осуществляется по измерению двух крайних точках по каждой стороне. Для этого производится вскрытие раствора, а измерения производят с помощью специальной Г-образной линейки.

Недопустимые прогибы железобетонных плит могут быть вызваны вертикальной перегрузкой перекрытия, дефектами-трещинами, недостаточной жесткостью конструкций и отсутствием совместной работ плит перекрытия, смещением рабочей арматуры относительно проектного положения, заниженной прочности бетона в сжатой зоне, технологической кривизной поверхности. К опасным повреждениям относится выпучивание стеновой панели, в особенности, если на ее поверхности имеются горизонтальные трещины.

При определений выпучивания вертикальных элементов измерений проводят теодолитом с оптической насадкой, позволяющей уменьшить минимально допустимое расстояние до объекта, что имеет значение при проведение работ внутри здания. Для определении перемещения выпучивания и отклонений от вертикали отсчеты берут по рейки со светящейся шкалой, устанавливаемой в трех точках по высоте для каждой из свободных граней стойки и в нескольких сечений для стен.

Прогибы плит перекрытий и панелей определяют после измерений действительных пролетов. Для этого поводятся нивелирование потолка. Так же как и при использовании теодолита, в измерениях нивелиром применяют оптическую насадку и рейку со светящейся шкалой, устанавливаемой перпендикулярно потолку в несколько его точках. Число рассматриваемых точек зависит от ширины и пролета плиты. Для балок и плит малой ширины (1-1,5 м) рассматривается одно сечение.

Отмеченные в ходе детального осмотра дефекты должны получить количественную оценку по данным инструментального контроля. Информация о повреждениях необходима для определения расчетных сечений с учетом ослаблений на момент обследования, а также для оценки долговечности конструкций.

Наиболее опасными для конструкций повреждениями материала являются трещины и коррозионные ослабления. В ходе детального осмотра выявляются лишь видимые трещины. В элементах конструкции и их соединениях существуют также и скрытые дефекты. Возвращаясь к инструментальным методам при описании обследования, следует подчеркнуть особую значимость метода тепловидения, как подготовительного этапа исследования при проведении дефектоскопии (поиска скрытых дефектов). Метод позволяет регистрировать на видимой части сооружения температуру. С использованием тепловидения в задачах обследования становиться возможной дистанционная визуализация в инфракрасной области спектра дефектов мест по потерям тепла.

После того, как трещина обнаружена, должны быть определены ее геометрические параметры. Ширина раскрытия трещины измеряется с помощью лупы. Возможно и дистанционное определение ширины раскрытия магистральных трещин. Геодезический метод, основанного на измерении параллактических углов, обеспечивает оперативность и достаточно высокую точность измерения ширины крупных трещин (±0,1 мм) на больших расстояниях (до 50 м). Существует несколько методик измерения параллактических углов, основанных на использовании различных геодезических приборов и мест закрепления эталона. Наиболее часто используются дальномеры двойного изображения с постоянным базисом и теодолиты с тангенциальным винтом. Длина и глубина распространения трещин, выходящих на поверхность, а также глубина залегания скрытых дефектов определяются неразрушающими методами. При проведении обследований эксплуатируемых сооружений с этой целью используется ультразвуковой импульсный метод

После определения геометрических параметров стабилизировавшихся трещин могут быть сформулированные исходные данные расчета конструктивного элемента по ослабленному трещиной сечению с учетом концентрации напряжений.

Традиционные методы регистрации параметров нестабилизировавшихся трещин предполагают проведение поэтапных инструментальных измерений и контрольных наблюдений, оформляемых документально. На этом этапе наблюдений видимые трещины зарисовываются в журнале обследования, на поверхности конструкции отмечаются вершины трещин, области и значения их максимальных раскрытий, траектория раскрытия трещин. На участках большим количеством трещин для составления карты трещин используется фоторегистрация. На фотографии отмечаются значения контролируемой ширины раскрытия трещин, дается привязка к осям, указывается дата съемки.

При первом детальном осмотре опасной трещины устанавливаются стандартные маяки. Маяки изготавливаются из свежего гипса, в виде поло, и располагаются перпендикулярно трещине в ее устье или местах наибольшего раскрытия таким образом, чтобы трещина пересекала маяк посередине. Длина маяка составляет 10-15 см. При развитии трещины правильно установленный маяк разрывается.

Наряду с традиционными методами наблюдений за процессом развития трещин в настоящее время создаются новые, качественно более совершенные способы оценки характерных стадий процесса трещинообразования в конструкциях. Перспективным в этом плане является применение акустической эмиссии. Если в материале конструкции образуется или развивается трещина, то это значит, что в соответствующей области произошла динамическая разгрузка от напряжений. Образовавшаяся свободные от напряжений края трещин совершили перемещение, определившее раскрытие трещины. Метод акустической эмиссии построен на регистрации механической волны, исходящей от образующегося дефекта.

Метод акустической оценки состояния силовой трещины предназначен для исследования дефектных конструкций, обследуемые на стадии монтажа сооружений. Метод построен на сравнении параметров акустической эмиссии (интенсивности, энергии), зарегистрированных для двух зон- дефектной, у вершины обнаруженной трещины, и бездефектной в той же конструкции при ее догружении в процессе монтажа здания. В сравнении с методикой регистрации развития дефектов по гипсовым маякам метод акустической эмиссии обладает одним преимуществом. Гипсовые маяки, разрушаясь, лишь констатируют факт развития трещин. Метод акустической эмиссии позволяет установить степень опасности трещины до ее прорастания по характерным шумам, принятым из области бетона у вершины трещины.

К наиболее опасным повреждениям конструкций следует отнести коррозионные поражения. Оценка уменьшения размеров поперечных сечений и структурных ослаблений в бетоне проводиться по результатам ультразвуковых измерений и данным микроскопического анализа. Отрицательное воздействие среды обычно сказывается на поверхностном слое бетона. В связи с этим, степень опасности повреждений такого рода зависит от массивности бетонной или железобетонной конструкцию. Толщина поврежденного слоя определяется возрастом и полностью структуры бетона, длительностью и характером воздействия неблагоприятных факторов. Сильные разрушения обнаруживаются в бетоне, испытавшем попеременное замораживание-оттаивание в водонасыщенном состоянии; замораживание в раннем возрасте; воздействие высокой положительной температуры, химически агрессивных сред- солей, кислот, масел.