Испытание строительных конструкций позволяет зданиям жить дольше

Эксплуатация – это нелегкое испытание, выпадающее на долю каждого здания в мире, в независимости от его возраста, высоты и технологии строительства. Человеческая жизнедеятельность и агрессивные внешние факторы ежедневно и безжалостно воздействуют на каждую его конструкцию. Даже при грамотной безаварийной эксплуатации, это постепенно приводит к естественному состариванию, износу, изменению свойств материалов, а порой к деформации и смещению отдельных элементов. Угроза таких процессов заключается в том, что они почти невидимы глазу, но напрямую влияют на комфорт и безопасность нахождения людей в помещениях. Поэтому для контроля состояния здания и своевременного выявления проблем, необходимо производить периодическое техническое обследование зданий через испытание строительных конструкций. Можно сказать, что это своеобразное проявление заботы, которое позволит любому зданию дольше служить по прямому назначению.

1. Цели, задачи, объекты проведения испытаний строительных конструкций
2. Правила обследования строительных конструкций
3. Виды испытаний строительных конструкций
4. Методы испытаний строительных конструкций
   • Механические методы неразрушающего контроля
   • Испытания динамической нагрузкой
   • Испытания статической нагрузкой
   • Оптимальное сочетание методов
5. Организация проведения испытаний
6. Программа испытаний строительных конструкций

Цели, задачи, объекты проведения испытаний строительных конструкций

Испытание строительных конструкций – это комплекс мероприятий, который позволяет проконтролировать, обследовать, проанализировать текущее состояние элементов здания в ходе эксплуатации, дать оценку выявленных повреждений и необходимости проведения ремонтных работ, а также спрогнозировать безопасность дальнейшего функционирования.

Испытания могут быть периодическими, т.е. их необходимо производить строго один раз в 5-10 лет, в зависимости от типа здания, согласно нормативам ГОСТ. Ко второму типу относят так называемые предупреждающие испытания перед ремонтом, реконструкцией, перестройками, перепланировками или консервированием объекта. Бывает, что испытания приходится проводить в принудительном порядке, по распоряжению регулирующих органов. Существуют также добровольные обследования конструкций здания, которые рачительные владельцы заказывают в случаях, когда эксплуатирующая организация указывает на возможные проблемы.

Испытание строительных конструкций решает следующие задачи:

1. Контроль качества материалов и произведенных работ в гарантийный и постгарантийный периоды.
2. Выявление текущих технических проблем конструкций, в том числе дефектов и деформаций.
3. Определение реальной несущей способности конструкций и перекрытий, а также точек наивысшего напряжения.
4. Оценка влияния выявленных проблем на безопасность здания при эксплуатации и необходимости проведения предупреждающих ремонтных работ.
5. Установление расчетной схемы или скрытых резервов прочности.
6. Изучение работы новой конструкции.

Объектами испытания могут быть:

• недавно построенные здания и сооружения, а также изготовленные конструкции (проверяется их соответствие проекту и нормативным требованиям по несущей способности, жесткости, трещиностойкости и возможности сдачи в эксплуатацию);
• эксплуатируемые здания и сооружения (выявляется фактическая несущая способность, жесткость и трещиностойкость для заключения о нормальной работоспособности или необходимости ремонта и/или усиления);
• экспериментальные строительные конструкции (при проведении научных исследований);
• опытные строительные конструкции (при внедрении в массовое производство);
• заводские образцы материалов для изготовления строительных конструкций (проверяется качество и соблюдение технологии производства).

Правила обследования строительных конструкций

При проведении строительно-монтажных работ, с целью повышения качества их выполнения, а значит безопасности и долговечности всех конструкций возводимых зданий, строители должны руководствоваться Федеральным законом № 384 «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений», а также сводом правил СП 70-13330-2012 «Несущие и ограждающие конструкции».

Правила обследования несущих строительных конструкций зданий и сооружений, после их возведения, прописаны в СП 13-102-2003. В них четко сформулированы те работы, которые необходимо произвести независимо от материала конструкции и с учетом материала конструкции, а также даны ссылки на соответствующие ГОСТы, СНИПы и расчетные показатели.

Итак, независимо от материала, при испытании строительных конструкций, необходимы следующие обмерные работы:

• уточнение разбивочных осей сооружения, его размеры по горизонтали и вертикали;
• проверка пролетов и шага несущих конструкций;
• измерение основных геометрических параметров, прогибов и изгибов, отклонений от вертикали, наклонов, выпучиваний и перекосов, а также смещений и сдвигов;
• определение фактических размеров расчетных сечений конструкций и их элементов, а также формы и размеры узлов стыковых сопряжений элементов и их опорных частей и проверка их соответствия проекту;
• проверка вертикальности и соосности опорных конструкций, наличия и местоположения стыков, мест изменения сечений.

Кроме того, в ходе таких исследований, особое внимание уделяют материалам конструкций.

Если это железобетон, тогда потребуется определить наличие, расположение, количество и класс арматуры, признаки ее коррозии, а также закладных деталей и общее состояние защитного слоя. В железобетонных и каменных конструкциях ищут трещины и измеряют величину их раскрытия.

Если конструкция выполнена из металла, тогда специалисты строительной лаборатории проверяют:

• прямолинейность сжатых стержней;
• наличие соединительных планок;
• состояние элементов с резкими изменениями сечений;
• фактическую длину, катет и качество сварных швов, размещение, количество и диаметр заклепок или болтов;
• наличие специальной обработки и пригонки кромок и торцов.

И, наконец, при исследовании деревянных конструкций фиксируются наличие и размеры:

• искривлений и коробления элементов;
• разрывов в поперечных сечениях элементов или трещин по их длине;
• участков биологического поражения, в первую очередь, гниения.

Виды испытаний строительных конструкций

Натуральное (полевое) испытание строительных конструкций специалисты строительной лаборатории выполняют непосредственно на объекте в три этапа: в ходе строительства, после завершения строительства и в процессе эксплуатации. В первую очередь, такие испытания помогают понять и потестировать те условия, в которых объект будет в дальнейшем эксплуатироваться. Специалисты определяют несущую способность, влияние нагрузок, вибраций и колебаний, устойчивость конструкций к трещинам, их прочность и жесткость, возможность монтажа оборудования.

В случаях, когда планируется разработать и внедрить новые конструкции в зданиях и сооружениях, применяют модельный вид испытаний. По сути – это эксперимент, целью которого является исследование строительной конструкции, базирующийся на теории подобия. Такой метод позволяет, с помощью «модельного образца», ответить на вопросы, начиная с проектирования модели и будущих нагрузок, заканчивая оценкой достоверности результатов.

Лабораторные испытания строительных конструкций также проводят на образцах, но на образцах материалов, взятых непосредственно на строящемся или уже эксплуатируемом объекте с целью выявления соответствия качества этих материалов проекту, стандартам и нормативам.

Методы испытаний строительных конструкций

Механические методы неразрушающего контроля

Неразрушающий контроль – это методы исследования материалов строительных конструкций для определения размеров и формы внутренних дефектов без разрушения самой конструкции. Они предполагают наличие высокоточного оборудования и высокой квалификации специалистов строительной лаборатории. К таким механическим методам относят:

1. Акустические исследования

Основой акустических методов исследования строительных конструкций является возбуждение механических ультразвуковых колебаний, которые вводят в исследуемую среду узким пучком с помощью специального прибора-преобразователя. Ультразвук отражается от внутренних поверхностей и полностью затухает в воздушных прослойках. Волны распространяются на поверхность и регистрируются датчиками.

Поэтому данный метод прекрасно выявляет трещины, дефекты, активную коррозию, утечки в железобетоне, бетоне, а также в металлических и деревянных конструкциях. С его помощью можно проверить качество сварки. А скорость распространения ультразвука помогает оценить физические характеристики и общее состояние материала изучаемой конструкции. Метод используется как при натуральных, так и при лабораторных испытаниях.

2. Магнитопорошковые исследования

Исследования с помощью магнитных полей и специальных окрашенных порошков также помогают идентифицировать дефектные места и трещины в околоповерхностных слоях, но только в металлических строительных конструкциях. Магнитное поле притягивает ферромагнитные частицы порошков к краям пор и трещин, где они концентрируются и остаются видимыми для приборов даже после прекращения действия магнитного поля.

3. Исследования проникающими веществами

Эта методика считается надежной и экономически выгодной, но дополнительной при проверке материалов на наличие трещин и дефектов. Она особенно эффективна для оценки поверхностей сварных швов, а также в местах, где невозможно взять образец для лабораторного анализа без критического разрушения конструкции.

С исследования на поверхности наносится специальная проникающая жидкость – пенетрат, которая заполняет пустоты и трещины. После ее высыхания, вторым этапом исследуемая поверхность покрывается проявляющимся порошком, который оставляет видимые следы на всех дефектах.

4. А также:

• самые минимальные трещины и дефекты в металлических поверхностях исследуют методом вихретокового контроля;
• для определения плотности и толщины материалов используют электрические методы;
• коррозии, пустоты и прочие дефекты можно также увидеть с помощью тепловизоров, при условии прямой видимости исследуемой конструкции для инфракрасной камеры.

Испытания динамической нагрузкой

Этот метод подразумевает использование специальных устройств, которые оказывают ударные или вибрационные воздействия на проверяемый объект с разной силой и направленностью. С помощью таких устройств можно искусственно воспроизвести силу инерции движущихся механизмов, вибрации оборудования, подвижную нагрузку, пульсацию ветра и сейсмическое воздействие.

Нагрузки позволяют отследить деформации, напряжения и перемещения, которые возникают в элементах строительной конструкции в ходе исследования или их отсутствие. По результатам специалисты лаборатории делают заключение о критичности тех или иных деформаций и рекомендации по их предотвращению. Таким образом можно выявить упругость конструкции, фактический прогиб балок, точки напряжения в арматуре, момент трещиноообразования и т.д.

Испытания статической нагрузкой

В отличие от динамических испытаний, статическая нагрузка неударная, но постоянная, с постепенным повышением давления в ходе проведения исследования. Ее цель – измерение деформаций строительных конструкций, к которым она приводит. Специалисты измеряют, как деформируется геометрия конструкция, в зависимости от материала, величины давления и схемы приложения.

После обработки показаний приборов и камеральной фиксации, специалисты делают заключение о состоянии прочности и жесткости конструкции, путем сравнения теоретических и полученных в ходе обследования данных.

Оптимальное сочетание методов

Большинство из перечисленных методик являются весьма дорогостоящими и узкоспециализированными, поэтому применяются достаточно редко. Оптимальное сочетание методов, которое в 95% случаев позволит точно и полноценно определить текущее техническое состояние здания или сооружения без существенных затрат, состоит из:

• визуального обследования с составлением дефектной ведомости;
• ультразвукового обследования конструкций в полевых условиях;
• отбор образцов из обследуемых конструкций в полевых условиях;
• испытание отобранных образцов в лабораторных условиях.

Поэтому специалисты Испытательного центра «Глобал ЭМ» работу по обследованию строительных конструкций на объекте заказчика выстраивают именно по этой схеме.

Организация проведения испытаний

В силу необходимости использования специализированного оборудования и привлечения квалифицированных специалистов, проводить испытания строительных конструкций необходимо с помощью компетентной строительной лаборатории.

Количество испытуемых конструкций согласуются сторонами в техническом задании. Далее, на этапе подготовки, специалисты лаборатории внимательно изучают техническую документацию объекта, производят освидетельствование и забор образцов, составляют программу исследования и готовят необходимое оборудование.

В случае, если испытание строительных конструкций проводится в лабораторных условиях для научных целей, обычно изготавливают или проверяют три экземпляра изделия или опытной конструкции. Если проверке подвергаются изделия, уже запущенные в серийное производство, то из партии в 100 штук для исследования отбирается один экземпляр или два экземпляра, если партия составляет 200 штук.

В ходе полевых испытаний, проверке подвергаются не менее 5% от общего объема конструкции.
Отобранные образцы тщательно описываются для уточнения материалов, соблюдения технологии изготовления и соответствия проекту, стандартам и нормативам.

Вторым важным моментом в ходе организации испытаний является освидетельствование. Специалист проверяет соответствие реальных размеров исследуемых конструкций, места соединений, сечения всех элементов. А также осматривает конструкцию на предмет визуального обнаружения дефектов для сравнения с исходными техническими данными, полученными от заказчика. Для этого он:

• замеряет общую геометрию конструкции с помощью геодезических инструментов;
• производит осмотр поверхности, соединений и стыков на предмет выявления дефектов, не указанных в технической документации;
• а также обозначает места забора проб.

По результатам освидетельствования составляет ведомость дефектов.

Программа испытаний строительных конструкций

Испытание строительных конструкций невозможно без программы. Программа испытаний – главный документ, который содержит обоснование и описание методики испытаний, порядок их проведения и применяемое оборудование с необходимыми параметрами. В этот документ обязательно включают:

1. Обмерные чертежи, полученные от заказчика или составленные в ходе освидетельствования.
2. Перечисление всех мест, точек, соединений и т.д., где будут производиться измерения.
3. Предварительные расчеты конструкции на нагрузки при испытаниях, включая ожидаемые деформации, смещения и т.д. и величину разрушающей нагрузки.
4. Величину приращивания параметров и степеней нагрузки в ходе испытаний.
5. Список мероприятий по технике безопасности с указанием обязанностей всех специалистов, размещением оборудования, опасных зон, страхующих устройств и устройств аварийного сброса нагрузки.