Диагностика технического состояния конструкций

Зачем нужна оценка технического состояния

ПОЛИГОНАЛЬ предлагает услуги по техническому обследованию зданий и сооружений. Надёжность новой конструкции закладывают расчётами и контролем качества. С существующей конструкцией иначе: здесь опираются на данные о её состоянии в эксплуатации, поверочные расчёты и испытания в рабочем положении. Со временем приходится выяснять, можно ли и дальше использовать конструкции по назначению в конкретных условиях и на какой прогнозируемый срок, обусловленный эксплуатацией или реконструкцией. Ответ даёт техническое обследование: оно проверяет надёжность и долговечность конструкций. Сегодня эту процедуру называют «оценкой технического состояния конструкций».

Обследование нужно, потому что конструкции физически и морально изнашиваются, условия эксплуатации меняются, а строительные нормы прямо не учитывают фактор времени.

После обследования состояние классифицируют по тому, выполняют ли конструкции служебные функции, предусмотренные нормативной и проектной документацией:

• исправное: требования норм и стандартов выполнены полностью;
• работоспособное: от требований проекта и норм есть частичные отступления, но предельные состояния первой группы не нарушены, а нарушения требований второй группы не мешают нормальной работе производства;
• ограниченно работоспособное: технологический процесс возможен при условии, что состояние конструкций контролируют, а длительность эксплуатации и параметры процесса ограничены;
• аварийное: нарушены требования первой группы предельных состояний.

Методы оценки технического состояния

Главный вопрос — как интерпретировать результаты работ по выявлению эксплуатационного состояния конструкций. Техническое состояние оценивают двумя основными методами:

• сопоставление дефектов и повреждений конструкции с допустимыми величинами, которые зафиксированы в нормах или проектах;
• расчётная оценка того, как дефекты и повреждения влияют на несущую способность конструкций.

Первый метод относится к технической диагностике, под которой понимают 100 % контроль объекта. В строительстве проверить всё практически невозможно: конструкций много, материал не сплошной (как в машиностроении), а строгих методов проверки работоспособности нет. Поэтому объект оценки делят на материал конструкций, соединения элементов и саму конструкцию с её элементами. Для материала и соединений у технической диагностики есть нужные средства, для конструкций — только частично. Первый метод по сути продолжает второй: виды отклонений известны заранее, их влияние уже рассчитано, а предельно допустимые значения сведены в таблицы. Так, например, принимают конструкции при изготовлении.

Когда основным служит второй метод, процедура оценки состоит из таких частей:

• натурное обследование элементов: каково их действительное состояние и в каких условиях они работают;
• поверочные расчёты по результатам натурных исследований;
• оценка технического состояния: можно ли эксплуатировать конструкции и на каких условиях;
• ремонт и усиление с опорой на остаточную несущую способность.

Натурные исследования — это сбор данных о техническом состоянии. Уточняют характеристики материалов: проектные характеристики вероятностные, а реальные могут отклоняться и меняться со временем из-за усталости и старения. Уточняют нагрузки и воздействия, поскольку реальные могут отличаться от принятых в проекте. Кроме того, техническая диагностика или натурные осмотры выявляют дефекты и повреждения и дают количественные характеристики конструкций.

Визуальный осмотр: где чаще всего встречаются повреждения

Диагностика складывается из исследовательских, расчётных и аналитических процедур, которые дополняют друг друга. Их перечень и полноту в каждом случае уточняет специализированная организация. Программу визуальных и инструментальных обследований составляют так, чтобы минимальным объёмом работ (особенно инструментальных и лабораторных) получить как можно более полную информацию о неисправностях, дефектах и повреждениях.

В производственных зданиях и сооружениях повреждения вероятнее всего на таких участках:

• в целом: зоны складирования тяжёлых грузов, наиболее нагруженные колонны, стены, фундаменты и опоры, места увлажнённых грунтов и возможных вибрационных или ударных нагрузок;
• фундаменты: зоны увлажнённых грунтов (особенно агрессивными жидкостями), вибраций, ударных нагрузок и пригрузок; участки возле тяжёлых пристроек и близко расположенных котлованов; места с неорганизованным водоотливом или водопонижением;
• колонны: стык с фундаментом (наиболее напряжённая зона), консоли, стыки сборных колонн по высоте, участки у пола (попадание агрессивной жидкости, удары транспорта и погрузочно-разгрузочных средств), узлы сопряжения с ригелями перекрытий и покрытий;
• ригели и плиты перекрытий: зоны максимальных изгибающих моментов и поперечных сил, места передачи сосредоточенных усилий, участки под действием вибраций, ударов, агрессивных жидкостей, газов и пыли, а также стыки;
• покрытия: места повышенного увлажнения и повреждений со стороны помещений, накопления технологической пыли, участки с более плотным или увлажнённым утеплителем;
• стены: места повышенного увлажнения с замораживанием и оттаиванием, стыки панельных стен, примыкания к полу и перекрытиям.

При визуальном осмотре ищут такие характерные дефекты и повреждения:

• недостатки проекта: расчётная схема не соответствует действительным условиям, есть отступления от норм проектирования;
• дефекты изготовления конструкций на заводах-изготовителях;
• дефекты монтажа конструкций и возведения здания;
• механические повреждения из-за нарушения условий эксплуатации;
• повреждения от статических, динамических и температурных воздействий, которых проект не предусматривал;
• повреждения от агрессивных внешних воздействий производственной и окружающей среды.

Диагностические процедуры и поверочные расчёты

Для полной диагностики вместе с натурными обследованиями и лабораторными определениями стоит планировать такие процедуры:

• анализ изменений основных проектных и расчётных предпосылок, возникших за время эксплуатации;
• анализ дефектов и повреждений и того, как изменились характеристики материалов, грунтов и оснований;
• корректировка расчётных моделей элементов, конструкций и оснований под выявленные дефекты и изменения;
• поверочные расчёты по скорректированным моделям;
• оценка технического состояния элементов, конструкций и оснований по разработанным критериям;
• оценка технического состояния здания в целом по состоянию его элементов, конструкций и оснований.

Чтобы увидеть, что изменилось, сопоставляют проектные (нормируемые) и фактические показатели: функциональное назначение, уровень ответственности по последствиям отказа, нормативные и расчётные значения нагрузок и воздействий (собственный вес, атмосферные, технологические, сейсмические), особенности расчётных ситуаций, степень агрессивности природной и производственной среды, инженерно-геологические и гидрогеологические условия. Нормативные нагрузки от собственного веса определяют по обмерам и контрольному определению плотности материалов (погрешность не более ±5 %). Технологические берут из паспортных данных оборудования, атмосферные — из данных ближайших метеостанций.

В поверочных расчётах берут ситуации, которые реально могут возникнуть за остаточный срок службы. Для каждой из них уточняют расчётные схемы, виды нагрузок, коэффициенты условий работы и надёжности и перечень предельных состояний. Расчёт ведут по действующим нормам проектирования. Нормы, по которым здание проектировали, но которые уже отменены, можно применять только с письменного согласия организации, разработавшей новые нормы.

Физико-механические характеристики несущих и ограждающих конструкций определяют стандартными неразрушающими методами (ультразвуковыми, пластических деформаций и др.) или отбирают образцы для лабораторных испытаний. Образцы берут только из второстепенных и ненапряжённых частей элементов, а места отбора надёжно ремонтируют или усиливают. Количество определений назначают в зависимости от состояния конструкций; обеспеченность нормативных значений прочности должна быть не менее 0,95. Степень износа сечений находят непосредственными измерениями площади поперечных сечений там, где конструкция наиболее дефектна или повреждена и где она наиболее напряжена; слои материала, поражённые коррозией, не учитывают.

Категории технического состояния

В зависимости от несущей способности и эксплуатационных свойств конструкция относится к одному из четырёх состояний:

• I (нормальное): фактические усилия в элементах и сечениях не превышают допустимых по расчёту, а дефектов и повреждений, которые мешают эксплуатации или снижают несущую способность или долговечность, нет;
• II (удовлетворительное): по несущей способности и условиям эксплуатации соответствует состоянию I, но дефекты и повреждения могут снизить долговечность, поэтому нужны меры по защите конструкции;
• III (непригодное к нормальной эксплуатации): конструкция перегружена или имеет дефекты и повреждения, свидетельствующие о снижении несущей способности; поверочные расчёты и анализ повреждений показывают, что целостность на время усиления сохранить можно;
• IV (аварийное): признаки те же, что у состояния III, но сохранить целостность конструкции на период усиления нельзя, особенно если возможно хрупкое разрушение. Нужно вывести людей из зоны возможного обрушения, немедленно разгрузить конструкцию и принять другие меры безопасности.

Состояние здания в целом определяют по состоянию его несущих и ограждающих конструкций: I — нет конструкций в состояниях II, III, IV; II — нет конструкций в состояниях III и IV; III — нет конструкций в состоянии IV; IV — есть хотя бы одна аварийная конструкция. При наличии обоснования можно оценивать и отдельные части здания, выделенные по функциональным или конструктивным признакам.