CC BY
5
Техническое обследование зданий. Влияние погрешностей измерений
параметров железобетонной балки
Л.Х. Сафина
Национальный исследовательский Московский государственный строительный
университет (НИУМГСУ)
Аннотация: Статья посвящена оценке влияния ошибок при экспериментальном определении неразрушающими методами исходных данных для перерасчета несущей способности конструкций зданий. При проведении процедуры обследования технического состояния несущих конструкций зданий, долгое время находящихся в эксплуатации, одной из основных задач является определение их настоящей эксплуатационной пригодности и прогноз долговечности. Автор рассматривает возможные ошибки или погрешности натурных измерений физико-механических и геометрических характеристик железобетонной балки (класса бетона и параметров армирования). Сравниваются степени их влияния на изменение несущей способности балки. Делается вывод о наибольшем влиянии на фактическое значение несущего изгибающего момента Mult (до 34,5 процента) от неверного определения диаметра рабочей арматуры. Ошибки при определении класса бетона остаются в пределах 1 процента; от точности определения толщины защитного слоя - в пределах 1,5 процента, и они оказывают существенно меньшее влияние на величину М^.
Ключевые слова: обследование натурных конструкций, неразрушающие методы контроля, расчет конструкций на изгиб, параметры армирования.
С начала 90-х годов прошлого века, когда в России возникли серьезные экономические проблемы и новое строительство затормозилось, на первый план в отрасли вышли работы по капитальному ремонту и реконструкции зданий [1-3]. Началась массовая перепланировка, приспособление для текущих нужд различных строительных объектов. В этот момент особенно востребованными оказались работы по обследованию технического состояния и оценке эксплуатационной пригодности существующих сооружений [4-6].
Проведение исследования технического состояния существующего здания можно уподобить (представить аналогично) процессу проектирования нового здания, рассматривая отдельно его составные части, включая грунты основания. Единственное отличие заключается в том, что все исходные данные обязательно определяются (подтверждается) натурным
экспериментом. С начала проводятся изыскательские работы и уточняются механические и гидрогеологические свойства основания, его несущая способность. Параллельно исследуется состояние конструкций подземной части здания и фундаментов. Исходная информация берется из существующей проектной документации, но должна быть проверена и подтверждена или уточнена физическими испытаниями и натурными измерениями. Для этого пробиваются шурфы, отбираются образцы, широко используются геофизические методы и т.п. [4,5]
Затем переходят к исследованиям надземной части, также, как для подземных конструкций, определяются геометрические параметры -пролеты, высоты, сечения, взаимное расположение всех конструктивных элементов, составляются обмерные чертежи. В случае отсутствия проектных документов на здание, обмерные чертежи строят полностью по натурным измерениям. Определяются физико-механические характеристики материалов, например, в случае железобетонных конструкций - класс бетона, армирование, класс, вид и размер сечений арматуры. Одновременно фиксируются и классифицируются дефекты и повреждения всех элементов здания. Параллельно проводится уточнение фактических нагрузок, действующих на несущие конструкции здания, в частности, для определения постоянных нагрузок на перекрытия проводят их вскрытие.
Для определения физико-механический параметров и дефектоскопии конструкций используются разрушающие и неразрушающие прямые и косвенные методы различной физической природы [6-8].
Таким образом, геометрия - размеры, взаимное расположение элементов и осей, состояния стыков и сопряжений конструкций, позволяет составить расчетную схему; прочностные, упругие и другие характеристики материалов, а также действующие по факту нагрузки, позволяют приступить к перерасчету. В случае обнаружения дефектов и повреждений, в расчете их
необходимо учесть, чтобы ценить степень их влияния на эксплуатационые качества здания [6,7]. Некоторые данные используют в BIM-технологиях [9].
Получение достоверных исходных данных для расчета (называемого перерасчетом) несущих конструкций существующего в длительной эксплуатации здания - отдельная большая и сложная задача (проблема) [10,11]. Автор предполагает рассмотреть различные возможные ошибки или погрешности натурных измерений и их последствия (оценив степени их влияния на точность расчета).
В настоящей статье рассматривается степень влияния на оценку несущей способности ошибок при определении параметров железобетонного изгибаемого элемента: завышение/занижение класса бетона балки; неточности определения диаметра и толщины защитного слоя рабочей арматуры балки. Исследование проводилось в соответствии с СП 63.13330.2018 (Бетонные и железобетонные конструкции) по формулам (1) и (2) для железобетонной балки с рабочей арматурой без преднапряжения. Сечение балки - прямоугольное шириной Ь=250 мм, высотой h=600 мм.
При определении прочности железобетонной балки расчет на изгиб от действия поперечной нагрузки проводился по нормальным сечениям, вычислялись наибольшие изгибающие моменты, которые может выдержать балка с армированием растянутой зоны тремя стержнями арматуры класса А400 (Rs=350 МПа) и диаметрами 014 мм, 016мм, 020 мм, 022 мм или 025 мм. Рассматриваются классы бетона балки B10, В12,5, В15, В20, В25, В30 и В35 со значениями Rb= 6 МПа, 7,5 МПа, 8,5МПа, 11,5 МПа, 14,5 МПа, 17 МПа и 19,5 МПа соответственно.
Mult = Rb ■ b ■ х ■ (h0 — 0,5л-)
(1)
■Rs-As
X~ Rb-b
(2)
В таблице 1 приведены значения наибольших изгибающих моментов Ыии для рассматриваемых классов бетона и вариантов армирования, а также величины расхождения (в процентах) Ыиц при ошибке определения:
• диаметра арматуры (попарно диаметры:
14 мм и 16 мм, 16 мм и 20 мм, 20 мм и 22 мм, 22 мм и 25 мм;
• толщины защитного слоя, изменяющего значения И0.
Таблица №1
Сравнение значений наибольших изгибающих моментов Ыиц
Ьс, см Несущая способность балки по изгибающему моменту Мц1Ь МПа Иъ, МПа й 14/16, % й 16/20, % й 20/22, % й 22/25, %
й 14 й 16 й 20 й 22 й 25
56,2 82,2 103,8 149,1 171,2 201,1 6 20,8 30,4 12,9 14,9
56,0 81,8 103,3 148,4 170,4 200,1 6 20,8 30,4 12,9 14,9
55,5 81,0 102,3 146,7 168,4 197,5 6 20,8 30,3 12,8 14,8
56,2 83,9 106,7 156,3 181,8 218,9 7,5 21,4 31,7 14,0 16,9
56,0 83,6 106,3 155,6 181,0 217,8 7,5 21,4 31,7 14,0 16,9
55,5 82,8 105,3 154,0 179,0 215,3 7,5 21,4 31,7 14,0 16,8
56,2 84,7 108,1 159,7 186,8 227,2 8,5 21,6 32,3 14,5 17,8
56,0 84,4 107,7 159,1 186,0 226,2 8,5 21,6 32,3 14,5 17,8
55,5 83,6 106,7 157,4 184,0 223,6 8,5 21,6 32,2 14,4 17,7
56,2 86,3 110,9 166,4 196,6 243,5 11,5 22,1 33,4 15,3 19,3
56,0 86,0 110,4 165,7 195,8 242,5 11,5 22,1 33,4 15,3 19,3
55,5 85,2 109,4 164,1 193,8 239,9 11,5 22,1 33,3 15,3 19,2
56,2 87,3 112,5 170,3 202,3 253,1 14,5 22,4 34,0 15,8 20,1
56,0 86,9 112,0 169,6 201,5 252,0 14,5 22,4 34,0 15,8 20,1
55,5 86,1 111,0 168,0 199,5 249,5 14,5 22,4 33,9 15,8 20,0
56,2 87,8 113,4 172,5 205,5 258,5 17 22,6 34,3 16,1 20,5
56,0 87,5 112,9 171,8 204,7 257,4 17 22,6 34,3 16,1 20,5
55,5 86,7 111,9 170,2 202,7 254,9 17 22,5 34,3 16,0 20,5
56,2 88,2 114,0 174,1 207,9 262,5 19,5 22,7 34,5 16,2 20,8
56,0 87,9 113,6 173,5 207,1 261,4 19,5 22,7 34,5 16,2 20,8
55,5 87,1 112,6 171,8 205,1 258,9 19,5 22,7 34,5 16,2 20,8
Сравнение значений наибольших изгибающих моментов Ыиц представлено на рис.1 и рис.2.
М Инженерный вестник Дона, №6 (2022) ivdon.ru/ru/magazine/arcliive/n6y2022/7764
Изменение величины наибольшего изгибающегого моомента зоо , воспринимаемого нормальным сечением балки
6 6 6 7,5 7,5 7,5 8,5 8,5 8,5 11,5 11,5 11,5 14,5 14,5 14,5 17 17 17 19,5 19,5 19,5
Класс бетона
■ Диаметр арматуры 14 мм ■ Диаметр арматуры 16 мм ■ Диаметр арматуры 20 мм Диаметр арматуры 22 мм ■ Диаметр арматуры 25 мм
Рис. 1. - Сравнение значений наибольших изгибающих моментов Ыиц для разных классов бетона и диаметров арматурных стержней
280 2 КО Миц при диаметрах арматуры 20 мм, 22 мм и 25 мм
_У-----
220
__/--Х
180
160 140
120 6
6 6 7,5 7,5 7,5 8,5 8,5 8,5 11,511,511,514,514,514,5 17 17 17 19,519,519,5 Класс бетона Диаметр арматуры 20 мм Диаметр арматуры22мм Диаметр арматуры 25 мм
Рис. 2. - Характер изменения значений наибольших изгибающих моментов Ыиц в зависимости от изменений толщины защитного слоя и И0 Анализирую результаты исследования, приведенные на рис.1, рис.2 и в таблице 1, можно видеть, что наибольшее влияние на величину Ыиц оказывают ошибки при определении диаметра арматуры. Например, если вместо фактического диаметра 016 мм был получен 020 мм, то
фактический расчетный несущий изгибающий момент оказывается ниже полученного на 30,4...34,5% в зависимости от точности определения толщины защитного слоя и класса бетона в конструкции.
Выводы.
1. Наибольшее влияние на несущую способность балки (по максимальному изгибающему моменту Mu1t) оказывают ошибки при измерении диаметра арматуры неразрушающими методами.
2. Для исследованных вариантов армирования и классов бетона балки (от В10 до В35) в результате ошибки при измерении диаметра арматуры, фактический несущий момент Mu1t оказывается завышенным. Превышение достигает 34,5%.
3. Ошибки при определении класса бетона оказывают меньшее влияние на расчетный Mu1t (в пределах 1%). Точность измерения толщины защитного слоя влияет на расчетный Миц в пределах
4. С возрастанием класса бетона балки усиливается влияние ошибок и погрешностей измерения диаметров арматурных стержней.
1. Бедов А.И., Знаменский В.В., Габитов А.И. Оценка технического состояния, восстановление и усиление оснований и строительных конструкций эксплуатируемых зданий и сооружений. - М. АСВ. 2014. 704 с.
2. Афанасьев А.А., Матвеев Е.П. Реконструкция жилых зданий. Часть 1. Технологии восстановления эксплуатационной надежности жилых зданий. -М. 2008. URL: files.stroyinf.ru/Data1/53/53641/index.htm.
3. Ransom W.H. Building Failures, Diagnosis and Avoidance. 2d Ed. Spon. New York. 1987. 184 p.
1,5%.
Литература
4. Кунин Ю.С., Котов В.И., Сафина Л.Х. Снижение эксплуатационных качеств здания в результате ошибок проектирования. Часть 1. // Научное обозрение. 2017. №7. С.39-44.
5. Кунин Ю.С., Котов В.И., Сафина Л.Х. Снижение эксплуатационных качеств здания в результате ошибок проектирования. Часть 2. // Научное обозрение. 2017. №7. С.45-49.
6. Головин Н.Г., Бедов А.И., Силантьев А.С., Воронов А.А. Стесненная усадка бетона как фактор развития дефектов в монолитных перекрытиях многоэтажных зданий. // Промышленное и гражданское строительство. -2015. - №1. С.46-50.
7. Штенгель В.Г. О корректном применении НК в обследованиях железобетонных конструкций длительно эксплуатирующихся сооружений // В мире НК. - 2009. - №3. С. 56-62.
8. Кириленко А.М. Диагностика железобетонных конструкций и сооружений. М. Архитектура-С. 2013. 365 с.
9. Asgari Z., Pour Rahimian F. Advanced Virtual Reality Applications and Intelligent Agents for Construction Process Optimisation and Defect Prevention. Procedia Engineering. Volume 196, 2017, Pages 1130-1137.
10. Сафина Л.Х. Особенности контроля прочности сталефибробетона на сжатие в возведённых конструкциях. Инженерный вестник Дона, 2021, №5. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n5y2021/6995.
11. Бандурин М.А. Мониторинг и расчёт остаточного ресурса аварийных мостовых переездов через водопроводящие сооружения. Инженерный вестник Дона, 2012, №4, ч.1. URL:
ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4p 1y2012/1260.
References
1. 1. Bedov A.I., Znamenskij V.V., Gabitov A.I. Ocenka texnicheskogo sostoyaniya, vosstanovlenie i usilenie osnovanij i stroitelnyx konstrukcij ekspluatiruemyx zdanij i sooruzhenij. [Assessment of the technical condition, restoration and strengthening of foundations and building structures of operated buildings and structures]. M. ASV. 2014. 704 p.
2. 2. Afanasev A.A., Matveev E.P. Rekonstrukciya zhilyx zdanij. Chast 1. Texnologii vosstanovleniya ekspluatacionnoj nadezhnosti zhilyx zdanij. [Reconstruction of residential buildings. Part 1. Technologies for restoring the operational reliability of residential buildings.] M. 2008. URL: fLles.stroyinf.ru/Data1/53/53641/index.htm.
3. Ransom W.H. Building Failures, Diagnosis and Avoidance. 2d Ed. Spon. New York. 1987/ 184 p.
4. Kunin Yu.S., Kotov V.I., Safina L.X. Nauchnoe obozrenie. 2017. №7. pp.39-44.
5. Kunin Yu.S., Kotov V.I., Safina L.X. Nauchnoe obozrenie. 2017. №7. pp.45-49.
6. Golovin N.G., Bedov A.I., Silantev A.S., Voronov A.A. Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitelstvo. 2015. №1. pp.46-50.
7. Shtengel V.G. V mire NK. 2009. №3. pp. 56-62.
8. Kirilenko A.M. Diagnostika zhelezobetonnyx konstrukcij i sooruzhenij. [Diagnostics of reinforced concrete constructions and structures]. M. Arxitektura-S. 2013. 365 p.
9. Asgari Z., Pour Rahimian F. Advanced Virtual Reality Applications and Intelligent Agents for Construction Process Optimisation and Defect Prevention. Procedia Engineering. Volume 196, 2017, Pages 1130-1137.
10. Safina L.X. Inzhenernyj vestnik Dona, 2021, №5. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n5y2021/6995.
и
11. Ва^ипп М.А. Inzhenernyj vestnik Бот, 2012, №4, ск1. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4p 1у2012/1260.
