Натурные испытания строительных конструкций

Натурные испытания конструкций выполняются в процессе строительства, после завершения возведения и при эксплуатации объекта. Исследования проводятся методами статической или динамической нагрузки. Статические тесты подразумевают нагружение неподвижными нагрузками, которые в дальнейшем увеличиваются. Динамические испытания выполняют при нагрузках, которые резко меняют значение во времени или положение на исследуемом сооружении.

Цели и задачи натурных испытаний

Проведение испытаний выполняется с целью:

Определить, как влияют динамические нагрузки на устойчивость конструкций к трещинам, прочность и жесткость сооружений.
Оценить возможность монтажа механизмов, которые осуществляют динамическое воздействие на конструкцию. Полученные данные помогут определить, не возникнет ли резонанса и вибраций, которые негативно повлияют на условия труда и ход технологических процессов.
Разработки мер, позволяющих снизить колебания.
Проверить расчетные свойства и качественные характеристики эксплуатируемых сооружений, которые изготавливаются серийно. В расчет берутся частота и интенсивность затухания собственных колебаний.

Также испытания выполняют, чтобы проверить несущую способность.

Особенности организации натурных испытаний

Исследования проводят аккредитованные строительные лаборатории. Руководит процессом подготовленный эксперт. В техзадании на проведение испытания излагают задачи и цели, указывают, какие конструкции и в каком количестве испытываются, чему нужно уделить особое внимание.

При подготовке проводится ряд работ:

Изучение технической документации.
Освидетельствование конструкции перед тестом.
Составление проекта, программы испытаний.
Подготовка измерительных приборов и оборудования.

На опытные конструкции составляют техническую документацию. В ней указывают материалы, используемые при изготовлении изделия, данные по соблюдению технологии производства, информацию о соответствии проекту.

Программа натурных испытаний конструкций

Программа испытаний – это методический документ, где изложены задачи и способы исследований, план и порядок испытаний, перечень измерительного оборудования. В программу включены:

Обмерные чертежи. Указывают геометрические размеры, жесткость, наличие дефектов, выявленных при освидетельствовании.
Количество уровней нагружения и разгрузки, величину прироста показателей, измеряемых при испытании.
Параметры узлов, сечений, точек, где будут проводиться измерения.
Определение требуемой точности, перечень оборудования с необходимым диапазоном измерений и погрешностью.

В программу обязательно включают мероприятия по технике безопасности и документацию, которая регулирует соблюдение ТБ. Это инструкция, где четко распределены обязанности и взаимодействие сотрудников бригады, план стенда испытаний, где указаны места размещения опасных зон, пульта управления, агрегатов. Также указываются места размещения страхующего оборудования, которое исключает риски обрушения конструкции.

Программа составляется, чтобы получить точные результаты испытания и сравнить их с данными проекта. Также с ее помощью обобщают результаты исследований, которые проводились в разный период времени.

Статические методы контроля

Статические методы контроля применяют, чтобы определить жесткость железобетонных конструкций и их устойчивость к появлению трещин. Жесткость оценивают по величине прогибов, трещиностойкость – по ширине раскрытия трещин и усилию их образования. Оценить прочность статические методы позволяют только косвенно, т.к. обычно сооружение не доводят до разрушения. Максимальная величина нагрузки, которая прикладывается при испытании, приравнивается к эксплуатационной.

Главный метод статического испытания – пробное нагружение. Контроль выполняют при плюсовой температуре окружающей среды. До исследования конструкцию освидетельствуют, то есть:

определяют фактические параметры прочности бетона неразрушающим методом контроля;
проверяют геометрию, отклонение габаритов от тех, которые указаны в проекте;
фиксируют повреждения, трещины, сколы, указывают места, где расположены дефекты;
измеряют ширину раскрытия, шаг трещин;
устанавливают маяки из гипса на дефекты.

В ходе испытаний фиксируется развитие и ширина раскрытия трещин, замеряются прогибы, параметры смещения арматуры относительно бетона в торцевых частях конструкции. Результаты контроля обязательно фиксируют в ведомостях, где также отображают схему развития трещин.

Чтобы оценить жесткость изделий по результатам испытаний, требуется знать разные значения прогибов конструкции: фактическое, проектное, контрольное, предельно допустимое. Эти показатели определяют в процессе тестирования в соответствии с указаниями норм, как прогибы от контрольной нагрузки при контроле жесткости, по расчету от эксплуатационной нагрузки и по требованиям проекта.

Устойчивость конструкции к трещинам определяют по значениям нагружения, которые вызывают возникновение первых трещин, а также по ширине раскрытия трещин при контрольном нагружении.

Если к объекту предъявляют требования первой категории трещиностойкости, его оценивают посредством сопоставления результатов полученного усилия трещинообразования и вычисленным контрольным значением данного показателя. Если к изделиям предъявляют требования 2 и 3 категории трещиностойкости, их оценивают методом сопоставления замеренных показателей ширины раскрытия дефектов и их контрольных значений.

При натурных испытаниях обязательно соблюдаются требования по технике безопасности. Доступ в зону, где проводятся исследования, запрещен. На объекте могут находиться только лица, проводящие испытания. Также организуются мероприятия, которые исключают риски обрушения конструкций, загружающих материалов и загрузочного оборудования.

Алгоритм проведения статических испытаний

Обследования статическими методами выполняются по следующему алгоритму:

Выбирают объект обследования. Это могут быть как конструкции, которые уже введены в эксплуатацию, так и конструкции, которые только что построены, а также объекты после реконструкции или капитального ремонта, при наличии дефектов в частях или элементах сооружений, а также в других обоснованных случаях.
Проводится ознакомление с технической документацией сооружения, выявляется соответствие характеристик материалов, примененных при возведении объекта, требованиям проекта и нормативных актов. Изучаются материалы исследований, проведенных ранее.
Разрабатывается программа проведения исследования. В ней отражаются основные цели и задачи предпринимаемых работ, приводится содержание и объем исследований, намечаются конструкции, которые будут подвергаться тестированию, указываются нагрузки, определяются виды и состав технической документации.
Разрабатываются меры для соблюдения техники безопасности.
Подбираются благоприятные погодные условия для испытания.
Проводится осмотр сооружения. Особое внимание уделяют выявлению трещин, сколов и других дефектов, следам коррозии, разрушенным откосам и пр. Отмечаются места, где возможно развитие коррозионных процессов и других дефектов вследствие негативного влияния окружающей среды.
Выполняется контрольная проверка габаритов сооружения, чтобы оценить соответствие фактических характеристик параметрам, указанным в проекте, эксплуатационной или исполнительной документации.
Подбираются приборы для обследования сооружения. Оборудование должно выдавать стабильные показания с наименьшими погрешностями. Приборы предварительно проходят проверку на точность. При тестировании конструкции их защищают от климатических, механических воздействий.
В процессе испытания конструкцию постепенно загружают и измеряют общую деформацию и перемещение сооружения, напряжение в сечениях элементов, раскрытие трещин, смещение соединений и пр.
Полученные данные анализируются в целях оценки состояния и работы конструкции. Дефекты оценивают с точки зрения их влияния на несущую способность сооружения, а также срок его эксплуатации и характеристики.
Разрабатываются мероприятия по обеспечению безопасной эксплуатации объекта: проведение ремонтных работ, усиление элементов конструкции и пр.
Результаты обследования заносят в акты, заключения и отчеты.

Динамические испытания конструкций

Натурные испытания динамическими нагрузками проводятся в целях определения:

главных динамических свойств: частоты, ускорения, амплитуды колебаний, динамического коэффициента при работе конструкции на эксплуатационные нагрузки;
влияния динамических нагрузок на трещиностойкость, прочность и жесткость изделия;
возможность монтажа оборудования с динамическими нагрузками;
влияния нагрузок на нормальную эксплуатацию здания, ход технологических процессов;
влияния воздействия вибрации на организм человека.

В ходе исследования применяют 3 типа динамических нагрузок. Первый тип – неподвижная вибрационная нагрузка. Ее создают механизмы, аппараты с неуравновешенной массой, наподобие вентиляторов, вибростендов, вибромашин. Второй тип – ударная нагрузка, которая передается через песчаную подушку при падении грузов с высоты 2-2,5 метров весом, составляющим 0,1% от массы конструкции. В некоторых случаях ударную нагрузку создают за счет резкого удаления груза, который подвешивают с нижней стороны конструкции. Третий тип – это подвижная вибродинамическая нагрузка наподобие транспортных средств, конвейеров и пр.

Для определения показателей колебаний и динамических характеристик составляют виброграммы. Это графики, которые получают за счет использования регистрирующих приборов. Применяют динамические методы испытаний на конструкциях, которые эксплуатируются при статических и динамических нагрузках. При динамическом контроле конструкций, эксплуатируемых при статических нагрузках, косвенно определяют показатели качества – жесткость, трещиностойкость, прочность. Оценивают параметры по градуировочным зависимостям, которые получают путем серии исследований одинаковых конструкций неразрушающими методами. Если сооружение не удовлетворяет условиям прочности, резонирует, принимают специальные меры. Например, изменяют жесткость конструкции либо положение оборудования на изделии. Параметры вибрации оценивают посредством сравнения с предельно допустимыми показателями для нормальной жизнедеятельности людей и работы оборудования. Если показатели превышают допустимые, разрабатываются мероприятия для снижения негативного воздействия колебаний.

Натурные испытания достаточно трудоемки, но с их помощью решаются разные теоретические задачи, которые связаны со строительством и эксплуатацией объектов. Но чтобы испытания были проведены в соответствии с установленными требованиями, с соблюдением алгоритма и общепринятых регламентов, заказывайте их в специализированных строительных лабораториях.