Испытания фундаментных конструкци

Разрушающие методы испытания конструкций

Испытания фундаментных конструкци.

Если здание или сооружение находится в аварийном состоянии, то очень важно выяснить причины разрушения строительных конструкций. Это в первую очередь касается фундамента, от состояния которого зависит надежность эксплуатации всего дома и строительных конструкций.

С целью выявления имеющихся дефектов проводится техническое обследование, для которого обычно рекомендуется приглашать незаинтересованное лицо, например, представителя независимой строительно-технической экспертизы.

Для того, чтобы исследование дало максимальный результат, следует до его начала полностью собрать все сведения по зданию. Сюда входят всё, что связано с историей строительства и эксплуатацией здания, а также вся техническая документация.

Собранная предварительная информация дает возможность составить общую картину – условия строительства, особенности и условия эксплуатации, характерные нагрузки, конструкции подземной части здания. На основе этого определяется необходимый объем предстоящих исследований, в которые входит обследование местности, отвода поверхностных вод от здания, осмотр строений по соседству.

Начальным этапом исследования фундамента всегда является внешний осмотр, после которого производятся нужные замеры, изучается план фундамента, его форма и глубина. Большое внимание уделяется ранее выполненным усилениям фундамента. Устанавливается характер кладки, ее прочность и качество, вид строительного материала, выявляются пустоты, трещины и другие разрушения.

Обычно при проведении технического исследования фундамента используется не один метод, а несколько, комплекс инструментальных, неразрушающих и разрушающих методов. Современные строительные технологии позволяют использовать при экспертизе состояния фундамента новые методы оценки, и новые возможности сохранения фундамента.

В каждом конкретном случае специалист использует индивидуальный комплекс методов исследования данного фундамента. Благодаря сочетанию всех методов появляется возможность наилучшим образом оценить состояние фундамента.

Традиционным методом обследования фундамента являются шурфы, которые отрываются и с внутренней, и с внешней стороны здания. В том случае, когда прочность фундамента является решающим показателем (например, стоит вопрос о надстройке еще одного этажа), экспертиза фундамента будет включать в себя и разрушающие методы.

Одним из таких методов является бурение шпуров в фундаменте; при этом визуальная оценка состояния фундамента оценивается видеокамерой. Чтобы оценить пустотность фундамента, в полость шпура нагнетается раствор.

Чтобы уточнить результаты натурных и инструментальных испытаний (например, акустических), и определить конкретные технические характеристики материалов фундамента – устойчивость к сжатию и изгибу, например, — обязательно следует применять разрушающий метод, при котором отбираются образцы материалов фундамента. Такие образцы берут только в ленточных фундаментах.

В кирпичных фундаментах для испытания отбирается десять кирпичей из различных участков. Из бутовых фундаментов берется 5 образцов с регламентированными минимальными размерами. Забираются образцы раствора, соединяющего кирпичную кладку, и образцы бетона. Для получения образцов бетона из монолитного фундамента выбуриваются керны с максимальной длиной 12 сми диаметром в 10 см. таких образцов должно быть не менее пяти.

На каждый из отобранных образцов заводится особая сопроводительная ведомость. После того, как лаборатория провела обследования образцов материалов фундамента, полученные данные будут предоставлены заказчику, вместе с соответствующими выводами.

Разрушающие методы обследования фундамента применяются не так часто, однако дают возможность точно определить устойчивость материала к сжатию и изгибу. Благодаря полученным данным можно рассчитать оптимальные способы усиления фундамента и строительных конструкций.

Образцы отбирают путем выпиливания дисковыми пилами (150х150 мм) или высверливания алмазными коронками (диаметром 75,100,мм, длиной до 300 мм). Места отбора проб назначаются после визуального осмотра конструкций с учетом: минимально возможного снижения их несущей способности, в местах свободных от арматуры. Отобранные образцы маркируются по схеме, а места выборки заделываются мелкозернистым бетоном.

На основании результатов технической экспертизы фундаментов, проведенной разрушающими методами, удается просчитать целесообразность тех или других работ. Чаще всего, в связи с усилением нагрузки на кирпичный или бутовый фундамент, предлагается усилить кладку цементацией, которая создает под фундаментом плотный массив процементированного грунта.

Следует заметить, что цементация грунт под фундаментом не является панацеей для укрепления всех строительных конструкций, зданий и сооружений. В результате обследования фундамента могут быть выявлены более экономные, но не менее эффективные способы усиления фундамента. В каждом отдельном случае рекомендации по выбору таких способов должен предоставить профессионал, после тщательного исследования и изучения всех полученных и собранных данных.

Испытания бетона

Призменную прочность, модуль упругости и коэффициент Пуассона следует определять на образцах-призмах квадратного сечения или цилиндрах круглого сечения с отношением высоты н ширине (диаметру), равным 4. Ширина (диаметр) образцов долж­на приниматься равной 70, 100, 150, 200 или 300 мм в зависимос­ти от назначения и вида конструкций и изделий. За базовый принимают образец размерами 150х150х600 мм.

Размеры образцов в зависимости от наибольшей крупности заполнителя должны удовлетворять требованиям ГОСТ 10180—78.

Отклонение размеров и формы образцов от номинальных, неплоскостность их опорных поверхностей, прилегающих к плитам пресса, а такженеперпендикулярность опорных и боковых поверх­ностей образцов не должны превышать значений, установленных ГОСТ 10180—78.

Отбор проб и изготовление образцов из бетонной смеси либо отбор образцов, изготовленных путем выбуривания или вы­пиливания их из изделий, конструкций и сооружений производят по ГОСТ 10180—78.

Образцы изготовляют сериями. Серия должна состоять из трех образцов.

Правила выдерживания образцов н сроки испытаний сле­дует принимать по ГОСТ 10180—78, если нет других требований, предусмотренных стандартами илитехническими условиями на бетонные н железобетонные конструкции и изделия или рабочими чертежами конструкций. Образцы, высверленные или выбуренные из конструкций или изделий, должны до испытания находиться под влажной тканью за исключением образцов, требующих иных условий твердения, предусмотренных ГОСТ 10180—78.

ОБОРУДОВАНИЕ И ПРИБОРЫ

Для измерения деформаций следует применять тензометры по ГОСТ 18957—73 и другие приборы, обеспечивающие измерение относительных деформаций с точностью не ниже 1·10^–5.

Допускается использовать проводниковые тензорезисторы по ГОСТ 21616—76, наклеиваемые на поверхность бетона.

Тензометры и индикаторы для измерения деформации устанавливают на образце с помощью прижимных приспособлений (рамок, струбцин, опорных вставок) в соответствии с фиксируе­мой базой измерения деформаций по п. 3.5. Прижимные приспособления должны обеспечивать неизмененное положение тензомет­ров и индикаторов относительно образца в процессе измерения деформации.

Прессы и испытательные машины должны удовлетворять требованиям ГОСТ 8905—73. Допускается применение другого испытательного оборудования, отвечающего требованиям ГОСТ 10180—78.

Формы для изготовления образцов следует применять в соответствии с требованиями ГОСТ 22685—77, а оборудование для изготовления образцов, приборы и инструменты для опреде­ления отклонений размеров и формы образцов от номинальных и неплоскостности их опорных поверхностей по ГОСТ 10180—78.

Для определения плотности (объемной массы) бетона образцов следует применять оборудование по ГОСТ 12730.0—78 и ГОСТ 12730.1—78.

Для определения призменной прочности, модуля упругости бетона, подвергающегося в процессе эксплуатации нагреву, насы­щению водой, нефтепродуктамии другими жидкостями, дополни­тельно применяют оборудование по обязательным приложени­ям 1 и 2.

Испытательные машины (прессы) и приборы должны быть аттестованы и проверены в установленном порядке организация­ми Госстандарта иливедомственными метрологическими служба­ми в соответствии с ГОСТ 8.001—80 и МУ 8.7—77.

ПОДГОТОВКА К ИСПЫТАНИЯМ

Перед испытанием образцы следует осмотреть, устранить имеющиеся дефекты, отдельные выступы на гранях спять наждач­ным камнем, измерить линейные размеры, проверить отклонение формы и размеров в соответствии с ГОСТ 10180—78.

Плотность (объемную массу) и влажность бетона в мо­мент испытания (в тех случаях, когда это необходимо) опреде­ляют по ГОСТ 12730.1—78 и ГОСТ 12730.2—78.

Перед испытанием образцы должны не менее 2 ч нахо­диться в помещении лаборатории, кроме образцов, испытываемых при нагреве.

Интервал рабочих температур помещения, где проводятся испытания, — от 10 до 30°С по ГОСТ 18957—73.

На боковых поверхностях образцов следует разметить центральные линии для установки приборов для измерения де­формаций и центрирования образцов по оси испытательной ма­шины (пресса).

По центральным линиям размечают базы измерения продоль­ных и поперечных деформаций образцов.

База измерения деформаций должна в 2,5 раза и более пре­вышать наибольший размер зерен заполнителя и быть не менее 50 мм при использованиитензорезисторов и 100 м — при исполь­зовании других приборов для измерения деформаций.

База измерения продольных деформаций должна быть не бо­лее ²/₃ высоты образца и располагаться на одинаковом расстоя­нии от его торцов.

Приборы для измерения деформаций образцов должны быть установлены по четырем его граням или по трем или четы­рем образующим цилиндра, развернутым под углом 120° или 90°. Приборы для измерения поперечных деформаций должны быть установлены посредине высоты образца нормально базам измере­ния продольных деформаций.

Для крепления индикаторов используют приспособления в ви­де стальных рамок, закрепляемых на образце с помощью четы­рех упорных винтов — по два с противоположных сторон образ­ца — или опорных вставок, приклеиваемых на образце (см. черт. 1).

Рамки следует изготовлять из стальных полос, опорные встав­ки — из стальных квадратов или прутков с отверстиями для креп­ления индикаторов. Масса соединительной вставки для измерения поперечных деформаций образца не должна превышать 10 г в соответствии с требованиями ГОСТ 18957—73. В качестве соеди­нительной вставки для измерения продольных деформаций сле­дует применять соединительные вставки-рамки, обеспечивающие возможностьизмерения деформаций до конца разрушения образ­ца.

Для крепления опорных вставок следует применять быстропо-лимеризующийся клей с малым набуханием.

Перед наклеиванием поверхность образца следует обезжирить органическим растворителем, а затем нагреть опорную вставку до температуры 50—60°С. Опорную вставку в горячем состоянии прижимают к поверхности образца, предварительно нанеся на нее клей.

Рекомендуемая схема установки приспособлений для крепле­ния индикаторов при измерении продольных и поперечных де­формаций образца приведены на чертеже.

Подготовку образцов, насыщенных водой, нефтепродукта­ми и другими жидкостями, проводят по методике, предусмотрен­ной в обязательном приложении 1. Для устранения влагопотерь производят гидроизоляцию образцов в соответствии с ГОСТ 24544—80.

Определение призменной прочности и модуля упругости бетонов, подвергающихся в процессе эксплуатации нагреву, про­изводят с применением оборудования и выполнения дополнитель­ных требований, предусмотренных в обязательном приложении 2 и рекомендуемом приложении 3.

Схема установки приспособлений для крепления индикаторов

при измерении продольных и поперечных деформаций образца

ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ

При определении модуля упругости и коэффициента Пуас­сона шкалу силоизмерителя испытательного пресса (машин) вы­бирают из условия, что ожидаемое значение разрушающей наг­рузки Р_р должно быть от 70 до 80 % от максимальной, допус­каемой выбранной шкалой. При определении призменной прочнос­ти шкалусилоизмерителя выбирают в соответствии с требова­ниями ГОСТ 10180—78.

Перед испытанием образец с приборами устанавливают центрально по разметке плиты пресса и проверяют совмещение начального отсчета с делением шкалы прибора.

Начальное усилие обжатия образца, которое в последую­щем принимают за условный нуль, должно быть не более 2 % от ожидаемой разрушающей нагрузки.

Значение ожидаемой разрушающей нагрузки при испытании образцов устанавливают по данным о прочности бетона, принятой в технической документации, или по прочности на сжатие изго­товленных из одного замеса образцов-кубов, определенной в соот­ветствии с ГОСТ 10180—78. Ее значение при одинаковых сече­ниях кубов и призм следует принимать от 80 до 90 % от средней разрушающей нагрузки образцов-кубов.

При центрировании образцов необходимо, чтобы в начале испытания от условного нуля до нагрузки, равной (40 ± 5 %) Рр отклонения деформаций по каждой грани (образующей) не превышали 15 % их среднего арифметического значения.

При несоблюдении этого требования при нагрузке, равной или большей (15 ± 5 %) Р_р, следует разгрузить образец, сместить его относительно центральной оси разметки плиты пресса в сторону больших деформаций и вновь произвести его центрирование.

Образец бракуют после пяти неудачных попыток его центрирования.

При центрировании образцов деформации фиктивных во­локон, совпадающих с центрами отверстий, в которых крепят индикаторы (черт. 1), относят к граням образца и определяют по формулам:

(1)

(2)

где и — деформации фиктивных волокон на противопо­ложных гранях образца;

и — деформации, отнесенные к граням образца;

а — размер стороны образца;

с — расстояние от грани образца до центра отверстий, в ко­торых крепят индикаторы.

При определении призменной прочности, модуля упругости и коэффициента Пуассона бетона нагружение образца до уровня нагрузки, равной (40 ± 5 %) Р_р, следует производить ступенями, равными 10 % ожидаемой разрушающей нагрузки, сохраняя в пределах каждой ступени скорость нагружения (0,6 ± 0,2) МПа/с.

На каждой ступени следует производить выдержку нагрузки от 4 до 5 мин (при нагреве до 15 мин) и записывать отсчеты по приборам в начале и в конце выдержки ступени нагрузки в жур­нал по форме рекомендуемого приложения 4.

При уровне нагрузки, равной (40 ± 5 %) Р_р, снимают прибо­ры с образца, если нет других требований, предусмотренных программой испытания. Послеснятия приборов дальнейшее нагружение образца следует производить непрерывно с постоянной скоростью в соответствии с требованием ГОСТ 10180—78.

Машины (прессы) для испытаний следует эксплуатировать в соответствии с техническими условиями и правилами. Они долж­ны быть снабжены страховочными приспособлениями в виде уп­ругих элементов, воспринимающими нагрузку разрушения образ­ца и гасящими упругую энергию.

Рабочее пространство при проведении испытаний должно быть ограждено металлическими сетками с целью предотвращения разлетания осколков бетона при разрушении образца.

Лица, допущенные к проведению испытаний, должны прой­ти курс обучения, включающий изучение настоящего стандарта, правил эксплуатации испытательных машин (прессов), приборов и аппаратуры, а также инструкции по безопасности труда. Программа обучения должна быть утверждена руководителеморганизации (предприятия).

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

. Призменную прочность R_пр вычисляют для каждого образца по формуле

(3)

где Р_р — разрушающая нагрузка, измеренная по шкале силоизмерителя пресса (машины);

F — среднее значение площади поперечного сечения образ­ца, определяемое по его линейным размерам поГОСТ 10180—78.

Модуль упругости Е_б вычисляют для каждого образца при уровне нагрузки, составляющей 30 % от разрушающей, по формуле

(4)

где s₁ = P₁/F — приращение напряжения от условного нуля до уровня внешней нагрузки, равной 30 % от разрушающей;

Р₁ — соответствующее приращение внешней нагрузки;

e_1y — приращение упруго-мгновенной относительной продольной деформации образца, соответствующее уровню нагрузки P₁ = 0,3Р_p и замеренное в начале каждой ступени ее приложения, которое определяется по п. 5.4.

В пределах ступени нагружения деформации определяют по линейной интерполяции.

Коэффициент Пуассона бетона вычисляют для каждого об­разца при уровне нагрузки, составляющей 30 % разрушающей по формуле

(5)

где e_2у — приращение упруго-мгновенной относительной попе­речной деформации образца, соответствующее уровню нагрузки Р₁ = 0,3 Р_р и замеренное в начале каждой ступени ее приложе­ния, которое определяется по п. 5.4.

Значения e_1у и e_2у определяют по формулам:

(6)

(7)

где e₁ и e₂ — приращения полных относительных продольных и поперечных деформаций образца, соответствующие уровню наг­рузки Р₁ = 0,3 Р_р и замеренные в конце ступени ее приложения; и — приращения относительных продольных и попе­речных деформаций быстронатекающей ползучести, полученные при выдержках нагрузки на ступенях нагружения до уровня наг­рузки Р₁ = 0,3 Р^р.

Приращения относительных продольных и поперечных дефор­маций вычисляют как среднее арифметическое показаний при­боров по четырем граням призмы или трем—четырем образую­щим цилиндра.

Значения относительных деформаций определяют по фор­мулам:

(8)

(9)

где Dl₁, Dl₂ ¾ абсолютные приращения продольной, и попереч­ной деформаций образца, вызванные соответствующим прира­щением напряжений; l₁, l₂ — фиксированные базы измерения продольной и поперечной деформации образца.

При использовании тензорезисторов и других аналогичных при­боров, шкалы которых проградуированы в относительных едини­цах деформаций, величины e₁и e₂ определяют непосредствен­но по шкалам измерительных приборов.

. При определении средних значений призменной прочности, модуля упругости и коэффициента Пуассона в серии образцов предварительно отбраковывают анормальные (сильно отклоняю­щиеся) результаты испытаний.

Для отбраковки анормальных результатов в серии из трех об­разцов сравнивают значения y_l призменной прочности, модуля упругости или коэффициента Пуассона в серии, показавших наибольшие и наименьшие значения этих величин со средними их значениями в серии , определенными по формуле (10), и про­веряют в соответствии с требованием ГОСТ 10180—78 выполнение условий, приведенных в формулах (6) и (7) указанного стандарта. Если этитребования не выполняются, то поступают в соответствии с требованием ГОСТ 10180—78; если условия выполняются, то средние значения призменной прочности бетона, его модуля упругости или коэффициента Пуассона в серии об­разцов определяют по формуле

(10)

где — среднее значение указанных величин в серии образцов данного размера;

y_i —значение указанных величин по отдельным образцам;

n — число образцов в серии.

В журнале результатов испытаний должны быть предусмотрены графы в соответствии с требованиями ГОСТ 10180—78 за исключением значения масштабного коэффициента, поскольку этот коэффициент при определении призменной прочности, моду­ля упругости и коэффициента Пуассона не требуется.

В журнале результатов испытаний должны быть предусмотрены, кроме того, дополнительные графы:

а) состав бетона, жесткость или подвижность смеси, вид, за­вод-изготовитель и активность вяжущих, вид заполнителей и до­бавок;

б) модуль упругости бетона отдельных образцов, МПа;

в) средний модуль упругости бетона в серии образцов, МПа;

г) значение коэффициента Пуассона отдельных образцов;

д) среднее значение коэффициента Пуассона в серии образцов;

е) база измерения деформаций, мм;

ж) тип тензометра, примененный для измерения линейных деформаций образца (цена его деления);

з) температура нагрева;

и) температура и относительная влажность воздуха помещения, в котором производились испытания.

В графе «Примечания» должны быть указаны дефекты образцов, особый характер их разрушения, отбраковка результатов испытаний, ее причины и т. д. в соответствии с требованиями ГОСТ 10180¾78.

5.8. Применяемые в стандарте основные термины, обозначения и определения приведены в приложении 5.