Испытания статической нагрузкой конструкций

Строительные конструкции со временем под воздействием различных факторов деформируются. Здания и сооружения утрачивают свои характеристики. Определить их потенциал для дальнейшей эксплуатации может экспертиза несущей способности. Одна из наиболее востребованных и доступных методик оценки – испытания строительных конструкций статической нагрузкой. Проверка может иметь различные задачи: аварийные, приемочные, эксплуатационные или заводские испытательные.

Цели испытания конструкций нагружением

Экспертиза несущей способности строительных конструкций преследует основную цель — определить их реальное техническое состояние, способность воспринимать действующие нагрузки, создать нормальные условия эксплуатации сооружения или здания. Обследование выявляет:

• дефекты строительных конструкций;
• нарушения проекта;
• нарушения действующих в текущий период времени норм и ТУ;
• выявляет работу конструкций на действующие эксплуатационные нагрузки;
• определяет степень физического износа отдельных частей, узлов и объекта в целом;
• устанавливает вероятные причины аварии или нарушения эксплуатации.

Важная задача обследования – определение лучшего варианта усиления конструкций, адаптации объекта под новые нагрузки или условия эксплуатации. Это решение будет рекомендовано для проекта реконструкции.

Экспертиза может быть выборочной или полной. Например, проводят обследование самых ответственных частей строительных конструкций, поврежденных или эксплуатируемых в неблагоприятных условиях, имеющих дефекты потенциально или реально влияющие на безопасность эксплуатации.

Статические и динамические испытания

Испытания строительных конструкций нагружением могут проводиться статической или динамической нагрузкой. Цели первого вида испытания:

• определение несущей способности, которую устанавливает предельная нагрузка, которая вызывает потерю устойчивости и прочности объекта испытания;
• анализ жесткости конструкции, которая устанавливается значениями предельных перемещений относительно возможности нормальной эксплуатации;
• установление трещиностойкости, которая определяется параметрами нагрузки, которая вызывает образование трещин, эти испытания проводятся преимущественно для бетонных и Ж/Б конструкций.

Испытания строительных конструкций динамической нагрузкой проводятся по 2-м направлениям:

• для определения напряженно-деформированного состояния объекта определяют его реакцию на конкретные воздействия;
• для оценки состояния объекта и его схемы работы используют режимы вынужденных и собственных колебаний.

Когда проводятся испытания статической нагрузкой

Испытания статической нагрузкой следует выполнять в таких случаях:

• при приемке объекта в эксплуатацию или на определенных этапах строительства для проверки состояния сооружения или здания на соответствие технических параметров действующим требованиям и нормативам;
• для проверки эксплуатируемых объектов для установления возможности продолжения нормальной эксплуатации в условиях действующих нагрузок;
• для проверки эксплуатируемых объектов на надежность при образовании больших повреждений, способных изменить технические характеристики сооружения, например, в результате пожара;
• для проверки эксплуатируемых объектов на предмет несущей способности строительных конструкций при планируемом повышении нагрузок, например, перед реконструкцией или переменах технологии производства;
• обследование строительных конструкций также может проводиться для определения рыночной оценки, на основании результатов устанавливается физический износ конструкций и степень снижения первоначальной цены здания, рассчитывается стоимость ликвидации дефектов и ремонта.

Если экспертиза проводится вследствие аварии, устанавливаются причины, анализируется рентабельность и возможность восстановления объекта в целом и его отдельных частей.

Выбор рабочей схемы статической нагрузки для испытаний

Схема распределения нагрузок должна обеспечить в исследуемых объектах появление деформаций и напряжений, которые разрешат установить определяемые технические параметры. Но для проведения оценки нужно учитывать имеющиеся загрузочные инструменты и стоимость обследования. Цена максимально существенна – снижение нагрузки оптимизирует испытания при нагрузке и разгрузке по процедуре, времени и стоимости, удобны для контроля и автоматизации экспертизы.

Выбор элементов статической нагрузки для испытаний

При воздействии нагрузки на сооружение все конструктивные элементы или отдельные части, примыкающие к месту загружения, вовлекаются в работу. Большинство гражданских и промышленных объектов состоят из однотипных элементов, при испытании таких сооружений необходимо определенное сочетание нагрузок с учетом места приложения и других аспектов:

• число элементов – минимально, чтобы снизить затраты средств и времени испытаний;
• проверке подлежат все основные несущие элементы объекта, особенно те, на которых выявлены дефекты и подвергающиеся наиболее интенсивным эксплуатационным нагрузкам;
• выбор элементов осуществляется с учетом четкой схемы крепления или опирания.

Выбор разновидности статической нагрузки для испытаний

Нагрузка при статических испытаниях прикладывается равномерно, постепенно, чтобы можно было не учитывать силы инерции. Условия проверки и устройства должны соответствовать таким требованиям:

• разрешать точно определять усилия в объекте;
• быть простыми в транспортировке, установке и снятии;
• обеспечивать стабильность нагрузки во времени и пространстве.

Статические испытания предполагают использования двух видов нагрузок: сосредоточенных и распределенных. Первый можно создавать и в полевых, и в лабораторных условиях. В них используют системы распределительных или натяжных устройств, домкраты, грузы. Распределенную нагрузку создают сыпучими материалами, водой, грузами, воздухом. В зависимости от задач проверки и вида строительных конструкции, величина нагрузки может быть:

• частью нормативной;
• полной временной;
• суммой нормативной временной;
• расчетной временной;
• больше расчетной;
• разрушающей.

Порядок проведения испытаний. Этапы работ

Для проведения исследований строительных конструкций формируется рабочая программа, в которой определяются цели, задачи, методики, типы, порядок и величины нагрузок, схемы и другие необходимые положения. В ней содержится и схема испытаний. Если объект не ремонтировался и не подвергался реконструкции, она тождественна проекту сооружения. Сначала проводятся подготовительные работы:

• отбор конструкций;
• анализ документации;
• освидетельствование;
• установка нагрузочных устройств и приборов.

Далее в течение полусуток конструкция отстаивается, выявляется влияние на нее температуры. По истечении установленного времени выполняются непосредственно статические испытания:

• на конструкцию дается пробная нагрузка – не более 30% от программной;
• затем поэтапно осуществляется разгрузка;
• после полной разгрузки, на конструкцию снова дается нагрузка с постепенным, равномерным увеличением – до программных значений;
• конструкция выдерживается под нагрузкой от 12 часов до 2 суток.

Все выполняемые действия заносятся в журнал, там же фиксируются полученная в результате проверки информация. После завершения испытаний данные анализируются и заносятся в отчет. В нем же указываются необходимые мероприятия по укреплению сооружения или иные рекомендации или требования.

Заключение

На основании проверки составляется Акт испытания статической нагрузкой, который включает в себя базовые сведения о здании или сооружении, выявленные в ходе экспертизы параметры, определение категории технического состояния: техническое нормативное, работоспособное, работоспособное ограниченно или аварийное. Две первые категории не требуют выполнения дополнительных работ, они разрешают эксплуатацию объекта без ограничений. Определение «работоспособное ограничено» требует принятия соответствующих мер для устранения проблем. Присвоение объекту 4 категории сообщает о строгом запрете его дальнейшей эксплуатации.