книги / Обследование и реконструкция железобетонных и каменных конструкций эксплуатируемых зданий и сооружений

венного показателя прочности, на коэффициент совпадения Кс,

который определяется по формуле

пользовано только для тех участков, для которых прочность бетона отличается от средней прочности не более чем на 30%.

В зависимости от задач испытаний прочность бетона может оцениваться для отдельной конструкции или группы конструкций. В одну группу включаются конструкции, прочность бетона кото­ рых может быть отнесена к одному классу (марке). Группировка конструкций производится по имеющимся данным изготовления или данным ориентировочных испытаний.

При определении прочности бетона количество участков и места их расположения назначаются следующим образом:

при оценке прочности зоны конструкции или отдельной конст­ рукции—не менее трех участков, располагаемых в расчетных сечени­ ях или в зонах с пониженной прочностью (выявленных при ориен­ тировочной оценке прочности бетона);

при оценке средней прочности группы конструкций—не менее де­ вяти участков, расположенных в расчетных сечениях конструкций; при оценке средней прочности и коэффициента вариации—проч­ ность бетона группы конструкций не менее тридцати участков, ес­ ли в качестве единичного значения принимается прочность бетона

участка или девять участков (по три участка на конструкцию), ес ли в качестве единичного значения принимается средняя прочность бетона конструкции или ее зоны.

Ориентировочные схемы размещения участков для определе­ ния прочности бетона некоторых конструкций приведены на рис. 3.2. Размеры участков принимаются в соответствии с требова­ ниями соответствующих стандартов. При выборе участков испыта­ ний должны учитываться требования этих стандартов о минималь­ ной толщине конструкции в месте проведения испытаний, 6 мини­ мальном расстоянии от места проведения испытаний до края кон­ струкции, о расположении арматуры на участке испытаний [4, 5].

При назначении размещения участков выборки кернов, а так­ же участков испытаний методом отрыва со скалыванием и мето­ дом; скола углов следует учитывать ослабление сечения конструк­ ций после испытания. Не рекомендуется в этом случае назначать места расположения участков в зоне анкеровки арматуры.

Подробные сведения по определению прочности бетона каждым из указанных выше неразрушающих методов приведены в [3, 4, 5, 20, 22, 26, 38, 47, 48].

71

2. Определение прочности арматуры

Неразрушающие методы определения прочности арматуры не разработаны. Поэтому прочность арматуры определяется по ее про­ филю или по результатам испытаний образцов, вырезанных из об­ следуемой конструкции.

Профиль арматуры устанавливается с помощью радиографи­ ческого метода или вскрытием. Расчетное сопротивление арматуры в этом случае для выполнения поверочных расчетов принимается: для гладкой арматуры 155 МПа; для арматуры периодического профиля при профиле «винтом» 245 МПа, а при профиле «елоч­ кой» 295 МПа.

Вырезка образцов арматуры из обследуемой конструкции для испытаний выполняется с помощью газовых или бензиновых горе­ лок. Из элемента вырезают по два образца от одноименных стерж­

При наличии сварной арматуры желательно, чтобы в длину вы­ резанного стержня попали участки сварки продольной арматуры с поперечной. В месте отбора образцов необходимо восстановить се-' чение арматуры приваркой арматурных стержней, накладок и т. п., которые привариваются до вырезки образца с перепуском в обе стороны от вырезаемого образца при одностороннем шве не менее 1(И. После отбора образцов места их взятия заделываются бетоном с прочностью, соответствующей прочности бетона конструкции.

Испытание образцов производится на растяжение с определени­ ем предела текучести (или условного предела текучести), времен­ ного сопротивления и относительного удлинения при разрыве. До проведения испытания каждого из образцов определяется его фак­ тическая площадь сечения [7].

Нормативное и расчетное сопротивления арматуры по результа­ там испытаний вырезанных образцов устанавливаются в зависи­ мости от их количества. Так, если количество испытанных образ­ цов одного диаметра и профиля менее 5, они определяются по дан­ ным СНиП 2.03.01—84 в зависимости от класса арматуры, который устанавливается по данным испытаний вырезанных стержней п табл. 3.4, 3.5.

При количестве вырезанных стержней 5—8 нормативное сопро­ тивление арматуры может приниматься равным средним значени­ ям предела текучести (или условного предела текучести), деленным на коэффициенты: /(= 1,1 — для классов A-I, А-П, A-III, А-Шв, A-IV н /(= 1 ,2 — для остальных классов. При этом среднее значе­

72

ления предела текучести (условного предела текучести), опреде­ ляемое по формуле

/т

t — коэффициент, учитывающий количество результатов и прини­

маемый по табл. 3.6.

Таблица 3.6

Если же количество вырезанных образцов 9 и более, норматив­ ное значение предела текучести (условного предела текучести) мож­ но определить по формуле

где а т — среднее значение предела текучести (условного предела текучести) (см. выше); S a — см. формулу (3.5); J5 — коэффициент,

учитывающий количество результатов испытаний и принимаемый по табл. 3.7.

Таблица 3.7

3. Определение прочности каменной кладки

Каменная кладка, как известно, не является однородным мате­ риалом. Она состоит из отдельных камней, находящихся под наг­ рузкой в условиях сложного напряженного состояния, которые объ­ единены слоем раствора. Вследствие этого прочность каменной кладки зависит от ряда факторов: прочности камней, прочности раствора, вида напряженного состояния каменной конструкции и др.

Надежной и доступной методики определения прочности камен­ ной кладки непосредственно в конструкции к настоящему времени не создано. Имеются предложения по прямому определению проч-

74

пости каменной кладки с использованием импульсного акустичес­ кого метода [21], но его применение связано с трудоемкостью изме­ рения скорости распространения волн и плотности материала в каждом нз слоев кладки, особенно в растворе.

Поэтому прочность каменной кладки наиболее рационально оп­ ределять косвенно, по установленным маркам раствора и камня. При этом прочность камней н раствора может быть определена разрушающими и неразрушающими способами. Определение проч­ ности компонентов каменной кладки разрушающим способом пре­ дусматривает извлечение образцов из конструкции, последующее испытание их на силовом оборудовании, обработку результатов ис­ пытаний н установление нормативной или расчетной прочности кладки по аналитическим зависимостям между прочностью кладки и прочностью камней и раствора.

Для испытаний из различных участков каменной конструкции отбирают 10 кирпичей, в стенах и столбах из других камней отби­ рают 5 образцов с минимальным размером 5x10x20 см. Допускает­ ся определять прочность камня при сжатии на образцах-цилиндрах в количестве не менее 5 штук, диаметром и высотой 5— 10 см, выс­ верливаемых из камней кладки с помощью электродрели со специ­ альной коронкой. Предел прочности при сжатии кирпича определя­ ют на образцах, состоящих из двух кирпичей или из двух его поло­ винок, а предел прочности при смятии камней определяют на целом камне. Допускается определять предел прочности при сжатии на половинках кирпича, полученных после испытания его на изгиб. Предел прочности при изгибе керамического и силикатного кирпи­ ча определяют на целом кирпиче.

где Р — наибольшая нагрузка, установленная при испытании на

прессе, МН; /1 — площадь поперечного сечения образца, вычисляе­ мая как среднее арифметическое значений площадей верхней и ниж­ ней его поверхности, м2.

Предел прочности при сжатии по результатам испытания уста­ новленного количества камней вычисляют как среднее арифмети­ ческое значение результатов испытаний отдельных образцов.

Предел прочности при изгибе, RmT. £ (МПа) каждого образца

кирпича определяется согласно схеме испытания [24] по формуле

тде Р — наибольшая нагрузка, установленная при испытании об­ разца, МН; / — расстояние между осями опор, м; b — ширина об­ разца, м; h — высота сечения образца по середине пролета, м.

Предел прочности при изгибе по результатам испытания уста­ новленного количества образцов кирпича вычисляют как среднее

75

арифметическое значение результатов испытаний отдельных об' разцов.

Марка глиняного обыкновенного, пустотелого и силикатного кирпича по пределу прочности на сжатие определяется с учетом его прочности при изгибе по результатам испытаний пяти образ цов-двоек при сжатии и пяти образцов при изгибе.

' Результаты испытаний кирпича на изгиб при определении марки кирпича по прочности на сжатие учитываются, если прочность кир­ пича при изгибе меньше предусмотренной ГОСТ 530—80, 379—79 18, 9].

Марка бетонных, силикатных и керамических камней определя­ ется только по результатам испытания образцов камней по пределу прочности на сжатие (ГОСТ 40001—84, 6133— 84) [10, 11].

Подробные сведения по методике определения прочности при сжатии отобранных образцов кирпича всех видов, керамических и бетонных камней, камней из горных пород и блоков из природного камня приведены в ГОСТ 8462—85 [12], там же приводятся методы определения прочности при изгибе керамического и силикатного кирпича.

•В настоящее время ведется разработка новой редакции этого ГОСТа, в котором, по аналогии с бетоном, будут введены понятия классов камней и раствора, а также будет представлена методика определения нормативных и расчетных прочностных характеристик камней, раствора и кладки в целом на основе статистическо-верояг- ностного подхода.

Число образцов раствора, отобранных из горизонтальных швов

4 x 4 x 4 см. Предварительно склеиваемые поверхности выравниваются также гипсовым раствором. Марка раствора кладки определя­ ется как средний результат пяти испытаний, умноженный на коэф­ фициент 0,8 [13].

Предел прочности кладки при сжатии (временное сопротивле­ ние) при известной средней прочности камня и раствора при сжа­ тии определяется по формуле, предложенной проф. Л. И. Онищиком

зависящий от прочности и вида камня, определяется по формуле

m, n — коэффициенты, зависящие от вида кладки; R\ и # 2 — соот­ ветственно прочности камня и раствора при сжатии МПа; а и b —

Эхмпирические коэффициенты.

Значения коэффициентов т, п, а, b приведены в табл. 8.8.

76

Таблица 3.8

При установлении расчетных сопротивлений для каменных кон­ струкций принята следующая система коэффициентов. Коэффици­ ент изменчивости прочности кирпичной кладки на бсновании ста­ тистических данных принят С=0,15, а условное нормативное соп­ ротивление /?„=/?„ (1—2С) = 0,7/?„, при этом обеспеченность ве­ личины С равна 0,98. Вероятное понижение прочности кладки по

сравнению с уровнем, принятым н нормах, учитывается делением R n на коэффициент 1,2, а другие второстепенные факторы, не учи­

тываемые расчетом, и возможные дефекты (ослабление кладки пус­ тошовкой, гнездами, небольшие отклонения столбов и стен от вер­ тикали и т. п.) — на коэффициент 1,15. Таким образом, дополни­

1=0,5/? „ . Расчетные сопротивления кладки сжатию из всех видов каменных и бетонных изделий приведены в табл. 2—9 [51].

Как отмечено ранее, возможно определение прочности на сжа­ тие раствора и камня с использованием неразрушающего метода. Прочность раствора каменной кладки в конструкциях может быть оценена методом пластического деформирования с помощью скле­ рометра СД-2. В этом случае она определяется в зависимости от соотношения отпечатков на образце и эталоне по тарировочным кривым, построенным по результатам лабораторных испытаний об­ разцов из различных видов раствора (цементного, известкового и сложного) (рис. 3.4).

Ударные способы испытания каменной кладки могут быть ис­ пользованы лишь частично, применительно только к растворам. Поэтому приборы ударного действия не могут быть использованы для определения прочности'хрупких стеновых материалов (кера­ мических блоков, глиняного кирпича и др.), так как при ударе кир­ пич часто разрушается (откалывается) и диаметр отпечатка не мо­ жет быть зафиксирован.

Прочность камней может быть определена неразрушающим спо-

77

R, МПа -

Рис. 3.4. Зависимость отношения отпечатков от прочности

раствора при испытании склерометром СД-2: i — известковый раствор; 2 — цементно-известковый раствор; 3 — цементный раствор

собом с помощью ультразвуковых приборов типа УКБ-IM, «Бе- тон-ЗМ», УК-ЮПМ и др. Правила определения прочности ультра­ звуковым методом (импульсно-акустическим методом) приведены для камней и силикатного кирпича в [13], а для* бетонов — в [26], При использовании импульсного акустического метода для оп­ ределения ' прочности камня используется корреляционная зависи­

мость «прочность камня — акустическое сопротивление» (рк Сю

где рк — плотность камня, Ск — скорость распространения колебанйй в камне).

Уравнения теоретической линии регрессии и графики зависи­ мости между прочностью кирпича различных видов и акустическим сопротивлением приведены в [21].

Установив прочность кирпича, изъятого из кладки, импульсным акустическим способом, а прочность раствора с помощью склеро­ метра, прочность кладки наиболее рационально определить по из­ мененной формуле дроф. Л. И. Онищика

Для кладок на цементно-известковых и известковых растворах при низких марках кирпича в случае, когда ркир 'Скшэ ~ Р г 'Ср,

7S

тивлению кладки R решается по зависимости; представленной вы­

ше или по таблицам СНиП 11-22—81.

3.5. ОЦЕНКА ПРОЧНОСТИ БЕТОНА ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ИСПЫТАНИИ

Возможно несколько подходов к оценке результатов испытаний прочности бетона в зависимости от целей обследования и квалифи­ кации лиц, проводящих обследования.

Если задачей обследований является лишь установление факта, что фактическая прочность бетона не ниже проектной, опытный экс­ перт, используя наиболее оперативный метод (например, молоток Физделя) не устанавливает численное значение прочности бетона на участке, где она превышает проектную, а констатирует лишь то, что фактическая прочность бетона не менее проектной.

Впроцессе такого обследования могут быть выявлены зоны, в которых прочность бетона ниже проектной. В этом случае необхо­ димо определить численное значение прочности в этих зонах с ис­ пользованием одного из указанных выше методов. Количество участков определения прочности бетона в этих зонах зависит от их размеров и.характера напряженного состояния конструкций. Чем больше размер этих зон и чем больше в них усилия, тем тщательнее надо подходить к определению в них прочности бетона.

Впрактике обследования конструкций допустимость и степень снижения прочности бетона в той или другой зоне по сравнению с проектным значением определяется квалифицированным специа­ листом с учетом места расположения зоны в пределах конструкции

иее напряженного состояния, а также особенностей работы конст­ рукции и характера распределения фактических нагрузок.

Напряженное состояние бетона в отдельных зонах может быть оценено сопоставлением эпюр усилий от внешних нагрузок с эпю­ рами материалов.

При этом, однако, всегда надо помнить, что минимальное значе­ ние прочности бетона определяется не только расчетными, но и конструктивными требованиями, а выявление зон с пониженной прочностью бетона без проведения соответствующего анализа не является признаком аварийного состояния конструкции.

Наиболее часто необходимо определить фактическое значение прочности бетона всей обследуемой конструкции. Это необходимо при разного рода конфликтных ситуациях, а главное — при прове­ дении реконструкций, когда меняются нагрузки по сравнению с принятыми первоначально при проектировании и требуется полный перерасчет конструкции.

При определении прочности бетона на отдельных участках она

80