Діагностика технічного стану конструкцій

Навіщо потрібна оцінка технічного стану

ПОЛІГОНАЛЬ пропонує послуги з технічного обстеження будівель і споруд. Надійність нової конструкції закладають розрахунками й контролем якості. З існуючою конструкцією інакше: тут спираються на дані про її стан в експлуатації, перевірочні розрахунки та випробування в робочому положенні. З часом доводиться з’ясовувати, чи можна й далі використовувати конструкції за призначенням у конкретних умовах і на який прогнозований строк, зумовлений експлуатацією або реконструкцією. Відповідь дає технічне обстеження: воно перевіряє надійність і довговічність конструкцій. Сьогодні цю процедуру називають «оцінкою технічного стану конструкцій».

Обстеження потрібне, бо конструкції фізично й морально зношуються, умови експлуатації змінюються, а будівельні норми прямо не враховують фактор часу.

Після обстеження стан класифікують за тим, чи виконують конструкції службові функції, передбачені нормативною й проєктною документацією:

• справний: вимоги норм і стандартів виконано повністю;
• працездатний: від вимог проєкту й норм є часткові відступи, але граничні стани першої групи не порушено, а порушення вимог другої групи не заважають нормальній роботі виробництва;
• обмежено працездатний: технологічний процес можливий за умови, що стан конструкцій контролюють, а тривалість експлуатації й параметри процесу обмежені;
• аварійний: порушено вимоги першої групи граничних станів.

Методи оцінки технічного стану

Головне питання — як інтерпретувати результати робіт із виявлення експлуатаційного стану конструкцій. Оцінку технічного стану виконують двома основними методами:

• зіставлення дефектів і ушкоджень конструкції з допустимими величинами, які зафіксовано в нормах або проєктах;
• розрахункова оцінка того, як дефекти й ушкодження впливають на несучу здатність конструкцій.

Перший метод належить до технічної діагностики, під якою розуміють 100 % контроль об’єкта. У будівництві перевірити все практично неможливо: конструкцій багато, матеріал не суцільний (як у машинобудуванні), а суворих методів перевірки працездатності немає. Тому об’єкт оцінки поділяють на матеріал конструкцій, з’єднання елементів і саму конструкцію з її елементами. Для матеріалу й з’єднань технічна діагностика має засоби реалізації, для конструкцій — лише частково. Перший метод по суті продовжує другий: види відхилень відомі заздалегідь, їхній вплив уже розрахований, а гранично допустимі значення зведено в таблиці. Так, наприклад, приймають конструкції під час виготовлення.

Коли основним є другий метод, процедура оцінки складається з таких частин:

• натурне обстеження елементів: який у них дійсний стан і в яких умовах вони працюють;
• перевірочні розрахунки за результатами натурних досліджень;
• оцінка технічного стану: чи можна експлуатувати конструкції і за яких умов;
• ремонт і посилення з опорою на залишкову несучу здатність.

Натурні дослідження — це збір даних про технічний стан. Уточнюють характеристики матеріалів: проєктні характеристики ймовірнісні, а реальні можуть відхилятися й змінюватися з часом через втому та старіння. Уточнюють навантаження і впливи, бо реальні можуть відрізнятися від прийнятих у проєкті. Крім того, технічна діагностика або натурні огляди виявляють дефекти й ушкодження та дають кількісні характеристики конструкцій.

Візуальний огляд: де найчастіше трапляються ушкодження

Діагностика складається з дослідницьких, розрахункових і аналітичних процедур, які доповнюють одна одну. Їх перелік і повноту в кожному випадку уточнює спеціалізована організація. Програму візуальних та інструментальних обстежень складають так, щоб найменшим обсягом робіт (особливо інструментальних і лабораторних) отримати якнайповнішу інформацію про несправності, дефекти й ушкодження.

У виробничих будівлях і спорудах ушкодження найімовірніші на таких ділянках:

• загалом: зони складування важких вантажів, найбільш навантажені колони, стіни, фундаменти й опори, місця зволожених ґрунтів та можливих вібраційних чи ударних навантажень;
• фундаменти: зони зволожених ґрунтів (особливо агресивними рідинами), вібрацій, ударних навантажень і привантажень; ділянки біля важких прибудов і близько розташованих котлованів; місця з неорганізованим водовідливом чи водозниженням;
• колони: стик із фундаментом (найбільш напружена зона), консолі, стики збірних колон за висотою, ділянки біля підлоги (агресивна рідина, удари транспорту та вантажно-розвантажувальних засобів), вузли спряження з ригелями перекриттів і покриттів;
• ригелі й плити перекриттів: зони максимальних згинальних моментів і поперечних сил, місця передавання зосереджених зусиль, ділянки під дією вібрацій, ударів, агресивних рідин, газів і пилу, а також стики;
• покриття: місця підвищеного зволоження й ушкоджень з боку приміщень, накопичення технологічного пилу, ділянки зі щільнішим або зволоженим утеплювачем;
• стіни: місця підвищеного зволоження з замерзанням і відтаванням, стики панельних стін, примикання до підлоги й перекриттів.

Під час візуального огляду шукають такі характерні дефекти й ушкодження:

• недоліки проєкту: розрахункова схема не відповідає дійсним умовам, є відхилення від норм проєктування;
• дефекти виготовлення конструкцій на заводах-виробниках;
• дефекти монтажу конструкцій і зведення будівлі;
• механічні ушкодження через порушення умов експлуатації;
• ушкодження від статичних, динамічних і температурних впливів, яких проєкт не передбачав;
• ушкодження від зовнішніх агресивних впливів виробничого й навколишнього середовища.

Діагностичні процедури й перевірочні розрахунки

Для повної діагностики разом із натурними обстеженнями та лабораторними визначеннями варто планувати такі процедури:

• аналіз змін основних проєктних і розрахункових передумов, що з’явилися за час експлуатації;
• аналіз дефектів і ушкоджень та того, як змінилися характеристики матеріалів, ґрунтів і основ;
• коригування розрахункових моделей елементів, конструкцій і основ під виявлені дефекти та зміни;
• перевірочні розрахунки за скоригованими моделями;
• оцінка технічного стану елементів, конструкцій і основ за розробленими критеріями;
• оцінка технічного стану будівлі в цілому за станом її елементів, конструкцій і основ.

Щоб побачити, що змінилося, порівнюють проєктні (нормовані) й фактичні показники: функціональне призначення, рівень відповідальності за наслідками відмови, нормативні та розрахункові значення навантажень і впливів (власна вага, атмосферні, технологічні, сейсмічні), особливості розрахункових ситуацій, ступінь агресивності природного й виробничого середовища, інженерно-геологічні та гідрогеологічні умови. Нормативні навантаження від власної ваги визначають за обмірами й контрольним визначенням щільності матеріалів (похибка не більше ±5 %). Технологічні беруть із паспортних даних обладнання, атмосферні — з даних найближчих метеостанцій.

У перевірочних розрахунках беруть ситуації, які реально можуть виникнути за залишковий термін служби. Для кожної з них уточнюють розрахункові схеми, види навантажень, коефіцієнти умов роботи й надійності та перелік граничних станів. Розрахунок ведуть за чинними нормами проєктування. Норми, за якими будівлю проєктували, але які вже скасовано, можна застосувати лише за письмової згоди організації, що розробила нові норми.

Фізико-механічні характеристики несучих і огороджувальних конструкцій визначають стандартними неруйнівними методами (ультразвуковими, пластичних деформацій та ін.) або відбирають зразки для лабораторних випробувань. Зразки беруть тільки з другорядних і ненапружених частин елементів, а місця відбору надійно ремонтують чи підсилюють. Кількість визначень призначають залежно від стану конструкцій; забезпеченість нормативних значень міцності має бути не менше 0,95. Ступінь зношення перерізів знаходять безпосередніми вимірами площі поперечних перерізів там, де конструкція найбільш дефектна чи ушкоджена і де вона найбільш напружена; шари матеріалу, уражені корозією, не враховують.

Категорії технічного стану

Залежно від несучої здатності та експлуатаційних властивостей конструкція належить до одного з чотирьох станів:

• I — нормальний: фактичні зусилля в елементах і перерізах не перевищують допустимих за розрахунком; дефектів і ушкоджень, які заважають експлуатації або знижують несучу здатність чи довговічність, немає;
• II — задовільний: за несучою здатністю й умовами експлуатації відповідає стану I, але дефекти й ушкодження можуть знизити довговічність, тому потрібні заходи із захисту конструкції;
• III — непридатний до нормальної експлуатації: конструкція перевантажена або має дефекти й ушкодження, що свідчать про зниження несучої здатності; перевірочні розрахунки й аналіз ушкоджень показують, що її цілісність на час посилення зберегти можна;
• IV — аварійний: ознаки ті самі, що й для стану III, але зберегти цілісність конструкції на період посилення не можна, особливо коли можливе крихке руйнування. Потрібно вивести людей із зони можливого обвалення, негайно розвантажити конструкцію й вжити інших заходів безпеки.

Стан будівлі в цілому визначають за станом її несучих і огороджувальних конструкцій: I — немає конструкцій зі станами II, III, IV; II — немає конструкцій зі станами III і IV; III — немає конструкцій зі станом IV; IV — є хоча б одна аварійна конструкція. Якщо є обґрунтування, оцінювати можна й окремі частини будівлі, виділені за функціональними чи конструктивними ознаками.