5.2. Измерения прогибов и деформаций

5.2.1.Деформации и прогибы в конструкциях возникают вследствие перегрузок,неравномерной осадки фундаментов, пучения грунтов оснований, температурныхвоздействий при изменении уровня грунтовых вод и влажностного режима грунтовоснований, потерь устойчивости несущих конструкций и других внешнихвоздействий. Нередко характер развития деформаций конструкций можетсвидетельствовать о причинах их обуславливающих.

Допустимыепределы деформаций и прогибов зависят от материала и вида конструкций ирегламентируются нормами проектирования конструкций зданий.

5.2.2.Отклонения от вертикали и искривления в вертикальной плоскости конструкциймогут быть измерены с помощью отвеса и линейки (рис. 5.1).



Рис. 5.1. Измерение отклонений отвертикали конструкций с помощью отвеса

1 -стена, перегородка или колонна; 2 -перекрытие; 3 - отвес; 4 - сосуд с водой; 5 - измерительная линейка; 6- точка измерения

Смещенияпо горизонтали от опорных точек, а также вертикальные перемещения определяютсяизмерениями с помощью мерной ленты, линейки иди геодезической съемкой (рис. 5.2). С помощью теодолитов могут бытьизмерены также наклоны и выпучивания стен и других вертикально расположенныхконструкций.

5.2.3.Величины прогибов, искривлений конструкций и их элементов измеряются путемнатяжения тонкой проволоки между краями конструкции или ее частями, не имеющимидеформации, и измерения максимального расстояния между проволокой иповерхностью конструкции с помощью линейки.



Рис. 5.2. Измерение горизонтального ивертикального смещения двух точек с помощью теодолита

1,2 -точки; 3 - теодолит, 4 - переносная линейка

Величиныпрогибов могут быть определены также с помощью прогибомеров и гидростатическогоуровня (рис. 5.3, 5.4).

Прииспользовании прогибомеров измеряется величина перемещения элемента,закрепленного на деформирующемся участке конструкции, относительно неподвижногоэлемента. В качестве прогибомера могут быть использованы две планки илисистема, передающая перемещения от недеформируемой конструкции на измерительныйприбор, в качестве которого обычно используется индикатор часового типа(мессура).



Рис. 5.3. Схема измерения прогибовгидростатическим уровнем

1-градуированная трубка; 2-телескопическая стойка; 3- сосуд; 4- резиновый шланг; 5 - краник; 6 - точкаизмерения



Рис. 5.4. Прогибомер П-1

1 -мерный диск; 2 - металлическаятрубка; 3 - стеклянная трубка сошкалой; 4 - окуляр; 5 - резиновая трубка; 6 - зажим; 7 – шток; 3 - пробка

Прималых линейных деформациях растяжения или сжатия измерение прогибов элементовпроизводится при помощи тензометров, а сдвиги и повороты - геодезическойсъемкой.

5.2.4.Деформацию перекрытий определяют прогибомером П-1 (см. рис. 5.4) или нивелиром НВ-1 со специальной насадкой.

Передначалом замеров шток устанавливают в такое положение, чтобы показания в мернойтрубке соответствовали нулю. Затем трубку с диском передвигают по поверхностипотолка; через каждый полный поворот диска снимают отсчеты по мерной трубке.Прогибы замеряют в различных точках потолка.

Такимже образом прогибомером П-1, нивелиром НВ-1 измеряют прогибы несущих элементовлестниц - балок, маршей и плит.

5.2.5.Определение кинетики развития деформаций осуществляется путем многократных ихизмерений через определенные интервалы времени (от одних до 30 суток) взависимости от скорости развития деформации.

5.2.6.Основной причиной появления общих деформаций зданий и сооружений являютсянеравномерные осадки грунтов оснований, что является следствием, как правило,изменения гидрогеологических условий, чрезмерного увлажнения грунтов,надстройки существующего здания без учета несущей способности фундаментов ит.п.

5.2.7.Наблюдения за деформациями зданий и сооружений, находящихся в эксплуатации,проводят в случаях появления трещин, раскрытия швов, перемещения и наклонастроительных конструкций, а также резкого изменения условий эксплуатации.

Цельнаблюдения за деформациями состоит в том, чтобы установить, стабилизировалисьили продолжают развиваться осадки здания и другие изменения в конструкциях.

Если впроцессе наблюдения не были выявлены основные или наиболее вероятные причиныдеформаций, то наблюдения продолжают вести длительное время.

5.2.8.Деформации разделяют на местные, когда происходят смещение или повороты в узлахконструкций, растяжение или сжатие элементов, и общие, когда перемещаются идеформируются ряд конструкций или здание в целом.

5.2.9.Для измерений деформаций, осадок, кренов, сдвигов зданий и сооружений и ихконструкций применяют методы инженерной геодезии. Измерения производятсяспециализированными организациями согласно ГОСТ24846-81 и рекомендациям «Руководства по наблюдениям за деформациями зданийи сооружений» [IV-8].

5.3. Методы и средства наблюдения за трещинами

5.3.1.При обследовании строительных конструкций наиболее ответственным этапомявляется изучение трещин, выявление причин их возникновения и динамикиразвития. Они могут быть вызваны самыми разными причинами и иметь различныепоследствия.

Постепени опасности для несущих и ограждающих конструкций трещины можно разделитьна три группы.

1.Трещины неопасные, ухудшающие только качество лицевой поверхности.

2.Опасные трещины, вызывающие значительное ослабление сечений, развитие которыхпродолжается с неослабевающей интенсивностью.

3.Трещины промежуточной группы, которые ухудшают эксплуатационные свойства,снижают надежность и долговечность конструкций, однако еще не способствуютполному их разрушению.

5.3.2. Вметаллических конструкциях появление трещин в большинстве случаев определяетсяявлениями усталостного характера, что часто наблюдается в подкрановых балках идругих конструкциях, подверженных переменным динамическим нагрузкам.

Возникновениетрещин в железобетонных или каменных конструкциях определяется локальнымиперенапряжениями, увлажнением бетона и расклинивающим действием льда в порахматериала, коррозией арматуры и действием многих труднопрогнозируемых факторов.

5.3.3.Следует различать трещины, появление которых вызвано напряжениями,проявившимися в железобетонных конструкциях в процессе изготовления,транспортировки и монтажа, и трещины, обусловленные эксплуатационныминагрузками и воздействием окружающей среды.

Вжелезобетонных конструкциях к трещинам, появившимся в доэксплуатационныйпериод, относятся: усадочные трещины, вызванные быстрым высыханиемповерхностного слоя бетона и сокращением объема, а также трещины от набуханиябетона; трещины, вызванные неравномерным охлаждением бетона; трещины, вызванныебольшим гидратационным нагревом при твердении бетона в массивных конструкциях;трещины технологического происхождения, возникшие в сборных железобетонныхэлементах в процессе изготовления, транспортировки и монтажа.

Трещины,появившиеся в эксплуатационный период, разделяются на следующие виды: трещины,возникшие в результате температурных деформаций из-за нарушений требованийустройства температурных швов или неправильности расчета статическинеопределимой системы на температурные воздействия; трещины, вызванныенеравномерностью осадок грунтов основания; трещины, обусловленные силовымивоздействиями, превышающими способность железобетонных элементов восприниматьрастягивающие напряжения.

5.3.4.При наличии трещин на несущих конструкциях зданий и сооружений необходимоорганизовать систематическое наблюдение за их состоянием и возможным развитиемс тем, чтобы выяснить характер деформаций конструкций и степень их опасностидля дальнейшей эксплуатации.

Наблюдениеза развитием трещин проводится по графику, который в каждом отдельном случаесоставляется в зависимости от конкретных условий.

5.3.5.Трещины выявляются путем осмотра поверхностей конструкций, а также выборочногоснятия с конструкций защитных или отделочных покрытий.

Следуетопределить положение, форму, направление, распространение по длине, ширинураскрытия, глубину, а также установить, продолжается или прекратилось ихразвитие.

5.3.6.На каждой трещине устанавливают маяк, который при развитии трещины разрывается.Маяк устанавливают в месте наибольшего развития трещины.

Принаблюдениях за развитием трещин по длине концы трещин во время каждого осмотрафиксируются поперечными штрихами, нанесенными краской или острым инструментомна поверхности конструкции. Рядом с каждым штрихом проставляют дату осмотра.

Расположениетрещин схематично наносят на чертежи общего вида развертки стен здания, отмечаяномера и дату установки маяков. На каждую трещину составляют график ее развитияи раскрытия.

Трещиныи маяки в соответствии с графиком наблюдения периодически осматриваются, и порезультатам осмотра составляется акт, в котором указываются: дата осмотра,чертеж с расположением трещин и маяков, сведения о состоянии трещин и маяков,сведения об отсутствии или появлении новых трещин и установка на них маяков.

5.3.7.Ширину раскрытия трещин обычно определяют с помощью микроскопа МПБ-2 с ценойделения 0,02 мм, пределом измерения 6,5 мм и микроскопа МИР-2 с пределамиизмерений от 0,015 до 0,6 мм, а также лупы с масштабным делением (лупы Бринеля)(рис. 5.5) или других приборов иинструментов, обеспечивающих точность измерений не ниже 0,1 мм.

Глубинутрещин устанавливают, применяя иглы и проволочные щупы, а также при помощиультразвуковых приборов типа УКБ-1М, бетон-3М, УК-10П и др. Схема определенияглубины трещин ультразвуковыми методами указана на рис. 5.6.

5.3.8.При применении ультразвукового метода глубина трещины устанавливается поизменению времени прохождения импульсов как при сквозном прозвучивании, так иметодом продольного профилирования при условии, что плоскость трещинообразованияперпендикулярна линии прозвучивания. Глубина трещины определяется изсоотношений:

h=; V=,

где h - глубинатрещины (см. рис. 5.5);

V -скорость распространения ультразвука на участке без трещин, мк/с;

t_a, t_e - время прохождения ультразвука на участке без трещины и стрещиной, с;

а - базаизмерения для обоих участков, см.

5.3.9.Важным средством в оценке деформации и развития трещин являются маяки: они позволяютустановить качественную картину деформации и их величину.

5.3.10.Маяк представляет собой пластинку длиной 200-250 мм, шириной 40-50 мм, высотой6-10 м, из гипса или цементно-песчаного раствора, наложенную поперек трещины,или две стеклянные или металлические пластинки, с закрепленным одним концомкаждая по разные стороны трещины, или рычажную систему. Разрыв маяка илисмещение пластинок по отношению друг к другу свидетельствуют о развитиидеформаций.

Рис. 5.5.Приборы для измерения раскрытия трещин

а -отсчетный микроскоп МПБ-2, б -измерение ширины раскрытия трещины лупой: 1- трещина; 2 - деление шкалы лупы; в - щуп

Маякустанавливают на основной материал стены, удалив предварительно с ееповерхности штукатурку. Рекомендуется размещать маяки также в предварительновырубленных штрабах (особенно при их установке на горизонтальную или наклоннуюповерхность). В этом случае штрабы заполняются гипсовым или цементно-песчанымраствором.

5.3.11.Осмотр маяков производится через неделю после их установления, а затем один разв месяц. При интенсивном трещинообразовании обязателен ежедневный контроль.

5.3.12.Ширина раскрытия трещин в процессе наблюдения измеряется при помощи щелемеровили трещиномеров. Конструкция щелемера или трещиномера может быть различной взависимости от ширины трещины или шва между элементами, вида и условийэксплуатации конструкций.



Рис. 5.6.Определение глубины трещин в конструкции

1 -излучатель; 2 - приемник

На рис.5.7-5.12 приведены конструктивные схемы различных типовмаяков и щелемеров.

Наиболеепростое решение имеет пластинчатый маяк (см. рис. 5.7). Он состоит из двух металлических, стеклянныхили плексигласовых пластинок, имеющих риски и укрепленных на растворе так,чтобы при раскрытии трещины пластинки скользили одна по другой. Края пластинокдолжны быть параллельны друг другу. После прикрепления пластинок к конструкцииотмечают на них номер и дату установки маяка. По замерам расстояния междурисками определяют величину раскрытия трещины.

5.3.13.Щелемер конструкции ЛенГИДЕПА (см. рис. 5.8)состоит из двух латунных пластин, одна из которых расположена в специальновыточенном пазу второй пластины. На обеих пластинах имеются шкалы смиллиметровыми делениями, причем на П-образной пластине сделана прорезь длячтения делений шкалы на внутренней (второй) пластине.

Пластиныкрепятся к изогнутым штырям, свободные концы которых заделываются в бетон.Описанный щелемер позволяет определить величину развития трещин по тремнаправлениям.

5.3.14.Маяк конструкции Ф.А. Белякова в общем виде изображен на рис. 5.9. Он состоит из двух прямоугольных гипсовых илиалебастровых плиток размером 100´60 мм и толщиной 15-20 мм. В каждой из плиток навертикальной и горизонтальной гранях закреплены пять металлических шпилек сострым концом, выступающим на 1-2 мм. Для наблюдения за развитием трещины дветакие плитки крепят на гипсовом или алебастровом растворе по обе сторонытрещины, чтобы шпильки были расположены на прямых, параллельных друг другу:чтобы шпильки 1, 2, 3, 4 (см. рис. 5.9) на вертикальной плоскостирасположились на одной прямой, а четыре других - 5,6,7,8 на другой прямой. Приращение трещины измеряют по изменениюположения шпилек. Для этого к шпилькам периодически прикладывают чистый листбумаги, наклеенный на фанеру, и после легкого надавливания измеряют расстояниямежду проколами по поперечному масштабу. Маяки конструкции Ф. А. Беляковапозволяют определить взаимное смещение сторон трещин в трех направлениях.



Рис.5.7. Пластинчатыймаяк из двух окрашенных пластинок

1 -пластинка, окрашенная в белый цвет; 2 -пластинка, окрашенная в красный цвет; 3 -гипсовые плитки; 4 - трещина



Рис. 5.8.Щелемер конструкции ЛенГИДЕПА

1 - скоба; 2 - измерительная шкала; 3 -трещина; 4 - зачеканка



Рис. 5.9. Маяк конструкции Ф.А. Белякова

5.3.15.Щелемер, у которого счетным механизмом служит мессура, схематически показан на рис. 5.10. Данные измерений по мессуреувязываются с температурой воздуха, на которую вводится соответствующаяпоправка; окончательную величину отсчета S, мм, определяют по формуле

S=F-klt,

где F - отсчет по мессуре,мм;

k - коэффициент линейного расширения металла плеча мессуры;

t - температура воздуха в момент отсчета; l - длина плечамессуры, мм.

5.3.16.Щелемер для длительных наблюдений показан на рис. 5.11. Он состоит из двух марок, каждая из которыхпредставляет собой цилиндр из некорродирующего металла с полушаровой головкой,укрепленной на квадратном фланце из листовой стали. Для закрепления фланца вбетоне к нему приваривается анкерная скоба. Пара таких марок устанавливается пообе стороны трещины. Измерение расстояния между марками во время каждогоосмотра производится штангенциркулем дважды: в обхват цилиндров и в обхватполушаровых головок с упором ножек штангенциркуля в торцы цилиндров.Однозначность изменений расстояний по обеим измерениям между циклами укажет наотсутствие ошибок при производстве замеров.



Рис. 5.10.Щелемер с мессурой

1 - мессура; 2 - трещина



Рис. 5.11.Щелемер для длительных наблюдений

1 -марка; 2 - фланец; 3 - анкерная плита

5.3.17.Щелемер для измерения деформаций широких швов схематически показан на рис. 5.12. Он состоит из двух отрезковуголкового железа (100´100´100 мм), прикрепленных к обеим сторонам шва при помощианкерных болтов. К концам уголков прикрепляются две фасонные пластинки изнекорродирующего металла. При деформациях шва пластинки скользят одна подругой. Деформацию шва определяют как разность расстояний между вертикальными плоскостямипластинок в отдельных циклах измерений.



Рис. 5.12. Щелемер для измерения широкихтрещин и швов

5.3.18.Для наблюдений за трещинами и осадками в стенах применяют стрелочно-рычажноеустройство, схематически показанное на рис.5.13. Оно состоит из деревянной или металлической стрелки длиной 0,7-1 м,шарниров и мерной шкалы. Шарниры, закрепляющие стрелку на стене, расположены пообе стороны от трещины. Длина остальной свободной части стрелки в 10 раз большерасстояния между указанными шарнирными креплениями. Таким образом,вертикальному смещению одного шарнира относительно другого соответствует в 10раз большее смешение вверх или вниз конца стрелки над мерной шкалой(металлической или деревянной рейкой). В этих условиях величина осадок по обестороны трещины в 1 мм соответствует смещению конца стрелки на 10 мм. Приустановке прибора на стене свободный конец стрелки помещается над нулевымделением мерной шкалы.

5.3.19.В журнале наблюдений фиксируются: номер и дата установки маяка или щелемера,место и схема их расположения, первоначальная ширина трещины, изменение современем длины и глубины трещины.

Поданным измерений строят график хода раскрытия трещин (рис. 5.14.).

Вслучае деформации маяка рядом с ним устанавливается новый, которомуприсваивается тот же номер, но с индексом. Маяки, на которых появились трещины,не удаляют до окончания наблюдений.

5.3.20.Если в течение 30 суток изменение размеров трещин не будет фиксировано, ихразвитие можно считать законченным, маяки можно снять и трещины заделать.



Рис. 5.13.Стрелочный рычажный прибор для определения интенсивности неравномерной осадкистены

а – положение прибора до осадки стены; б – положение прибора после осадкистены; 1 – трещина; 2 – указательная стрелка; 3 – шарнирное крепление стрелки настене; 4 – мерная шкала



Рис. 5.14.График хода раскрытия трещин