Курс: «Диагностика мостов»

1
А.В. Картопольцев
Курс: «Диагностика мостов»
Дорожно-строительный факультет
специальность СРЭиТПМиТ
Томск
Курс «Диагностика мостов», V курс, СРЭиТПМиТ, специалисты
2
1 Общие понятия, задачи и структура эксплуатации мостов
Эксплуатация мостов – совокупность организационных и технических мероприятий, обеспечивающих сохранность и работу в исправном состоянии в течение всего расчетного срока службы мостов и прилегающей территории.
Задачи эксплуатации мостов:
– обеспечение круглогодичного, непрерывного, безопасного и комфортного
движения транспортных средств с установленными расчетными для дороги скоростями и расчетными осевыми нагрузками, а также движения пешеходов;
– обеспечение технически исправного состояния сооружения и расчетного
срока их службы при минимальных затратах труда и материально-технических
ресурсов;
– систематическое улучшение транспортно-эксплуатационного состояния
сооружения с учетом роста интенсивности движения и массы транспортных
средств на автомобильных дорогах;
– поддержание в надлежащем состоянии внешнего вида сооружений.
1.1 Структура службы эксплуатации мостов
«Заказчик» - орган исполнительной власти, в оперативном управлении которого находятся дороги общего пользования, поручающий по Контракту проведение работ по эксплуатации мостов другому юридическому лицу. Максимальная
продолжительность контракта 5 лет. В аппарате Заказчика организуется мостовое
подразделение, которое контролирует все мосты находящиеся на балансе.
Количественный состав мостового подразделения определяется, как 2500
п.м. длины мостов на одного специалиста-мостовика.
«Подрядчик» - юридическое лицо, непосредственно осуществляющее по
Контракту эксплуатацию мостов и отвечающие за обеспечение требуемого уровня
эксплуатации. Требуемый уровень эксплуатации, т.е. комплекс необходимых работ, устанавливается Заказчиком в договоре с Подрядчиком, в соответствии с выделяемым объемом финансирования.
Курс «Диагностика мостов», V курс, СРЭиТПМиТ, специалисты
3
В роли Подрядчика выступает производственное мостовое подразделение,
которое может быть в составе производственной дорожной службы (ДРСУ) или в
виде специализированных организаций, имеющих допуск СРО на данные работы.
1.2 Состав работ по эксплуатации мостов
В состав работ по эксплуатации мостов включаются:
1) Надзор – это определенная система наблюдений, обеспечивающая предупреждение образования или обеспечивающая своевременное обнаружение имеющихся дефектов и повреждений, снижающих транспортно-эксплуатационные качества сооружения. Результатом надзора является назначение правильного содержания мостов.
1.1) Технический учет – это фиксирование состояния и степени износа мостов путем ведения технической документации.
1.2) Осмотры и диагностика – это определение состояния мостов и изучение
их работы.
2) Содержание мостов – это вид работ по поддержанию безопасности и
удобства движения по мостам в течении всего срока их эксплуатации, а также выполнение работ по предупреждению повреждений элементов мостов.
2.1) Уход – это работы, предотвращающие образование дефектов и повреждений, т.е. сбор и удаление с мостов вредных веществ и посторонних предметов.
2.2) Профилактика – это работы, обеспечивающие устранение дефектов на
ранней стадии развития (износ элементов сооружения не превышает 10%).
Например, гидрофобизация, антисептирование, окрашивание.
2.3) Планово-предупредительный ремонт (ППР) – это работы, обеспечивающие устранение дефектов при износе элементов до 25%. Например, ремонт
отдельных элементов покрытия, тротуаров, ограждений, деформационных швов.
2.4) Ремонт – это работы, обеспечивающие восстановление первоначальных
(проектных) транспортно-эксплуатационных качеств мостов.
Курс «Диагностика мостов», V курс, СРЭиТПМиТ, специалисты
4
2.5) Реконструкция – обеспечивает улучшение первоначальных транспортно-эксплуатационных качеств сооружения и доведение их до современных норм
проектирования.
1.3 Вводная часть в диагностику мостов
Согласно действующей Национальной программы модернизации и развития
автомобильных
дорог
РФ
до
2025
г.
создается
«система
управления
автомобильными дорогами и искусственными сооружениями на них». Для
практической реализации поставленной задачи необходимо, прежде всего,
обладать объективной и регулярно обновляемой информацией. Информация о
сооружениях на автомобильных дорогах поступает в результате проводимой
диагностики.
Генеральным подрядчиком диагностики сооружений на федеральной сети
автомобильных дорогах с 1991 г. является ГП «Росдонии». Информация,
поступающая от исполнителей диагностики в Росдорнии приводится к формату
автоматизированного банка данных по мостам. Формирование базы данных
осуществляется при помощи управляющей программы «Монстр», разработанной
и внедренной МАДИ в 1992 году.
По результатам диагностики получена следующая информация.
Распределение мостов по виду материала пролетных строений
№ п/п
Материал пролетных строений
Количество мостов, %
1
Железобетон
87,59
2
Сталежелезобетон
4,43
3
Сталь
3,17
4
Камень
0,18
5
Дерево
0,72
6
Материал неизвестен
3,91
Курс «Диагностика мостов», V курс, СРЭиТПМиТ, специалисты
5
Распределение мостов по году постройки
№ п/п
Годы постройки
Количество мостов, %
1
1801-1890
0,14
2
1891-1900
0,09
3
1901-1910
0,91
4
1911-1920
0,23
5
1921-1930
0,25
6
1931-1940
1,33
7
1941-1950
1,79
8
1951-1960
9,76
9
1961-1970
19,61
10
1971-1980
19,40
11
1981-1990
20,18
12
1991-2000
17,46
13
2001-2010
5,91
14
Неизвестен
2,94
Распределение мостов по длине
№ п/п
Длина моста
Количество мостов, %
1
Малая
26,61
2
Средняя
61,37
3
Большая
12,02
Распределение мостов по техническому состоянию
№ п/п
Оценка технического соситояния Количество мостов, %
1
Хорошая
14,51
2
Удовлетворительная
61,24
3
Неудовлетворительная
23,68
4
Аварийная
0,56
Курс «Диагностика мостов», V курс, СРЭиТПМиТ, специалисты
6
Распределение мостов по снижению грузоподъемности
№ п/п
Оценка технического состояния
Количество мостов, %
1
От 0 до 10%
84,79
2
От 10% до 20%
2,12
3
Более 20%
13,09
Распределение мостов по сочетаниям проектных нагрузок
№ п/п
Наименование нагрузки
Количество мостов, %
1
Н-8, НГ-30
0,47
2
Н-8, Т-30
0,02
3
Н-10, НГ-60
3,38
4
Н-10, НГ-30
0,09
5
Н-13, НГ-30
0,02
6
Н-13, НГ-60
6,56
7
Н-18, НК-80
15,18
8
Н-30, НК-80
36,46
9
А8, НГ-60
0,11
10
А11, НК-80; А14, Н14
26,22
11
Нагрузка неизвестна
11,49
2. Причины аварий на мостах
1) 29% аварий происходит при строительстве или демонтаже элементов
мостовых конструкций. Меры ликвидации: разработка безопасных технологий по
монтажу или демонтажу мостовых конструкций.
2) 27% аварий связано с ростом скоростей и интенсивности движения
транспортных потоков, что повысило вероятность ударов тяжелого транспорта о
несущие элементы мостов, а также применение более легких конструкций, особенно опор. Меры ликвидации: высокая дисциплина водителей, устройство мощКурс «Диагностика мостов», V курс, СРЭиТПМиТ, специалисты
7
ных колесоотбоев, хорошая обзорность на мосту, обеспечение максимальной ровности проезжей части моста и др.
3) 7% аварий связано с перегрузкой пролетных строений мостов старой постройки из-за увеличения габаритов, веса, скорости и интенсивности движения
транспортных средств. Меры ликвидации: надзор, своевременный ремонт или реконструкция мостов.
4) 4% аварий связаны с пожарами на мостах. Одной из главных причин пожаров является увеличение перевозки горючих материалов транспортными средствами. Меры ликвидации: противопожарные мероприятия.
5) 4% аварий связаны с дефектами оснований и фундаментов, основной образующей причиной которых являются чрезмерные размывы опор приводящие к
опасным общим деформациям в виде крена, сдвига, осадки. Меры ликвидации:
надзор, своевременный ремонт или реконструкция.
6) 4% аварий происходят из-за разрушения сварных швов в сварных конструкциях пролетных строений старой постройки. Меры ликвидации: надзор и
своевременный ремонт или реконструкция.
7) 25% аварий связаны с природными катаклизмами, терактами, войнами.
Гистограмма причин аварий на мостах
25%
29%
4%
4%
4%
7%
27%
Курс «Диагностика мостов», V курс, СРЭиТПМиТ, специалисты
8
2.1 Типы диагностики и обследований мостов
Диагностика мостов – это обследование в объеме, необходимом для заполнения автоматизированного банка данных и составления технического паспорта, с
обоснованием оценки состояния, но без анализа причин возникновения дефектов
и подробных рекомендаций по их устранению.
Обследования мостов проводят с целью обнаружения дефектов, снижающих
транспортно-эксплуатационные показатели сооружения, с обоснованием оценки
технического состояния, анализом причин возникновения дефектов, установлением ремонтопригодности элементов и подробными рекомендациями по устранению дефектов. Обследования проводятся с соблюдением требований нормативных документов, действующих на момент обследования, а так же документов,
оговоренных техническим заданием.
В зависимости от поставленных целей, характера и полноты получаемых
сведений существует девять основных типов диагностики и обследования мостовых сооружений.
№№
1
2
3
Название и описание типов диагностики и обследования
Периодическая диагностика эксплуатируемых мостовых сооружений проводится через установленные промежутки времени (средняя
периодичность – 1 раз в 1 - 5 лет) с целью выявления их состояния,
проверки соответствия сооружений установленным требованиям и
внесения изменений в банк данных. Отчетная документация - технический паспорт моста.
Первичная диагностика новых (вновь построенных) или после реконструкции сооружений перед вводом в эксплуатацию. Проводится с
целью установления соответствия сооружения утвержденному проекту и требованиям СП 46.13330.2012 (СНиП 3.06.04-91) к качеству работ и внесения параметров нового сооружения в банк данных. Отчетная документация – технический паспорт моста.
Диагностика мостовых сооружений после проведения капитального ремонта. Проводится с целью установления соответствия выполненных работ проекту ремонта и требованиям СП 46.13330.2012
(СНиП 3.06.04-91) к качеству работ и корректировки параметров отремонтированного сооружения в банке данных. Отчетная документация – технический паспорт моста.
Курс «Диагностика мостов», V курс, СРЭиТПМиТ, специалисты
9
4
5
6
7
8
Диагностика мостовых сооружений после проведения планово –
предупредительных работ. Производится с целью уточнения технического состояния моста после выполнения работ, внесения этих
уточнений в банк данных и корректировки технического паспорта.
Отчетная документация – уточнения в техническом паспорте моста.
Периодическое обследование мостовых сооружений проводится через установленные промежутки времени (средняя периодичность – 1
раз в 10 лет, а для деревянных мостов - 1 раз в 5 лет). Мостовые сооружения, находящиеся в неудовлетворительном состоянии, до начала
восстановительных работ следует обследовать ежегодно. Основными
задачами регулярно осуществляемых периодических обследований
эксплуатируемых мостовых сооружений являются выявление их состояния и проверка соответствия его установленным требованиям.
Данный вид обследования может сопровождаться проведением полных или частичных испытаний. Отчетная документация – отчет о результатах обследования и технический паспорт моста.
Первичное обследование новых (вновь построенных) или после
реконструкции сооружений перед вводом в эксплуатацию. Проводится с целью установления соответствия сооружения утвержденному
проекту и требованиям СП 46.13330.2012 (СНиП 3.06.04-91) к качеству работ. По требованию проектной организации или территориального органа управления сооружение может быть испытано, как это предусмотрено СП 79.13330.2012 (СНиП 3.06.07-86). Отчетная документация – отчет о результатах обследования и технический паспорт моста.
Обследование мостовых сооружений после проведения ремонта,
капитального ремонта. Данный вид обследования применяется, в
основном, для больших и внеклассных мостовых сооружений и может
сопровождаться проведением испытаний. Отчетная документация –
отчет о результатах обследования и дополненный и исправленный
технический паспорт моста.
Предпроектное обследование. Обязательный вид обследования перед
составлением технического задание на проектирование ремонта, капитального ремонта или реконструкции мостового сооружения, проводимый с целью определения ремонтопригодности его элементов и
сбора необходимой информации для разработки проекта, принятия
правильной стратегии модернизации сооружения. Данный вид обследования может сопровождаться проведением полных или частичных
испытаний. При необходимости, по техническому заданию Заказчика,
в процессе предпроектного обследования могут выполняться геологические изыскания, подводные обследования, углубленное исследование конструкционных материалов и другие узкоспециализированные
работы, стоимость которых определяется отдельными расчетами или
договорной ценой отдельных контрактов. Отчетная документация –
отчет о предпроектном обследовании.
Курс «Диагностика мостов», V курс, СРЭиТПМиТ, специалисты
10
9
Специальные внеплановые обследования, неполные обследования.
Необходимость проведения, цели и задачи внеплановых обследований
устанавливаются индивидуально для каждого конкретного сооружения для решения специальных вопросов, например с целью уточнения
расчетной грузоподъемности, обследования аварийных конструкций,
обследования при организации пропуска сверхнормативных нагрузок
по сооружению для определения возможности и условий их проезда и
выявления повреждений после их прохода и т.д. Отчетная документация – заключение, либо отчет о результатах обследования.
Периодические диагностика и обследования являются основой управления состоянием мостов и исходной базой для эффективного использования средств и
материальных ресурсов, направляемых на содержание, ремонт и реконструкцию
мостов.
Диагностика и обследование мостового сооружения может сопровождаться
испытаниями в случаях, когда решение вопросов, связанных с эксплуатацией сооружений, не может быть получено только расчетным путем по данным обследований. Испытания мостовых сооружений могут проводиться:
 при сдаче больших и внеклассных мостовых сооружений или сооружений с нетиповыми конструкциями в эксплуатацию после строительства,
реконструкции по требованию проектной организации или Заказчика;
 перед разработкой проекта капитального ремонта или реконструкции по
предложениям организации, проводившей обследование, либо по требованию проектной организации или Заказчика с целью установления или
уточнения фактической работы конструкций для разработки правильной
расчетной модели;
 после выполнения работ по капитальному ремонту больших и внеклассных мостовых сооружений или сооружений с нетиповыми конструкциями по требованию проектной организации или Заказчика;
 после выполнения усиления или уширения, когда имеется сомнение в
эффективности этих мероприятий;
 в период эксплуатации при обнаружении дефектов, снижающих несуКурс «Диагностика мостов», V курс, СРЭиТПМиТ, специалисты
11
щую способность элементов конструкций, влияние которых на грузоподъемность трудно учесть расчётом;
 в период эксплуатации с целью оценки грузоподъемности при необходимости пропуска тяжелых нагрузок для определения возможности и
обеспечения условий безопасного пропуска;
 в научно-исследовательских целях;
 в других обоснованных целях.
Диагностику и обследования проводят только специализированные организации (например, мостоиспытательные станции или юридические лица, имеющие
допуск СРО на право выполнения таких работ), привлекаются заказчиком на тендерной основе.
Во время диагностики и обследования фактическое техническое состояние
элементов мостов может быть охарактеризовано через следующие основные параметры:
1. Общефункциональные параметры: пропускная способность, интенсивность движения, грузоподъемность, скорость движения автотранспорта.
2. Геометрические параметры: длина, ширина, высота, толщина, диаметр.
3. Физико-механические параметры: прочность, твердость, деформативность, ударная вязкость, морозостойкость.
4. Химические параметры: коррозионостойкость, пластичность, хрупкость.
5. Теплофизический параметр – это коэффициент температурного расширения и сжатия материала.
6. Акустический параметр – это акустическая эмиссия, т.е. скорость прохождения ультразвуковых волн или изменение величины акустических шумов, вызванных ростом трещин в теле материала.
7. Магнитоэлектрический параметр – это электромагнитная эмиссия, т.е.
изменение электромагнитных полей дефектами в материале.
Курс «Диагностика мостов», V курс, СРЭиТПМиТ, специалисты
12
2.2 Список литературы
1. СП 35.13330.2011. Актуализированная редакция СНиП 2.05.03-84*. Мосты и трубы./М: Минрегионразвития РФ, 2011.
2. СП 79.13330.2012. Актуализированная редакция СНиП 3.06.07-86. Мосты
и трубы. Правила обследований и испытаний – М.: Минрегионразвития РФ, 2012.
3. ОДН
218.0.017-2003.
Руководство
по
оценке
транспортно-
эксплуатационного состояния мостовых сооружений. – М. Министерство транспорта РФ, 2003.
4. ОДН 218.0.032-2003. Временное руководство по определению грузоподъемности мостовых сооружений на автомобильных дорогах. – М.: Министерство
транспорта РФ, 2003.
5. ОДМ 218.4.001-2008. Методические рекомендации по организации обследования и испытания мостовых сооружений на автомобильных дорогах. – М.:
ФДА, 2008.
6. ОДМ 218.0.018-2003. Определение износа конструкций и элементов мостовых сооружений на автомобильных дорогах. – М.: ГП Росдорнии, 2003.
7. Временная инструкция по диагностике мостовых сооружений на автомобильных дорогах. – М.: Росавтодор, 2003.
8. ВСН 51-88. Инструкция по уширению автодорожных мостов и путепроводов. – М.: Транспорт, 1990.
9. ВСН 32-81. Инструкция по устройству гидроизоляции конструкций мостов и труб на железных, автомобильных и городских дорогах. – М.: Минтрансстрой СССР, 1981.
10. ОДН 218.1.052-2002. Оценка прочности нежестких дорожных одежд. –
М.: Министерство транспорта РФ, 2003.
11. ОДН 218.0.006-2002. Правила диагностики и оценки состояния автомобильных дорог. – М.: Министерство транспорта РФ, 2003.
12. Методика расчетного прогнозирования срока службы железобетонных
пролетных строений автодорожных мостов. – М.: РОСАВТОДОР, 2002.
Курс «Диагностика мостов», V курс, СРЭиТПМиТ, специалисты
13
13. Руководство по защите металлоконструкций от коррозии и ремонту лакокрасочных покрытий металлических пролетных строений эксплуатируемых автодорожных мостов. – М.: Информавтодор, 2003.
14. Методика определения содержания хлоридов в железобетонных конструкциях мостовых сооружений. – М.: Информавтодор, 2003.
15. Методические рекомендации по содержанию мостовых сооружений на
автомобильных дорогах. – М.: РОСАВТОДОР, 1999.
16. Методическое пособие мастеру по эксплуатации автодорожных мостов.
– М.: Информавтодор, 1994.
17. Рекомендации по содержанию и ремонту металлических пролетных
строений автодорожных мостов. – М.: ГИПРОДОРНИИ, 1983.
18. Рекомендации по применению предварительно напряженной арматуры и
технологии подъемки железобетонных пролетных строений при ремонте и реконструкции мостов. – М.: Информавтодор, 2000.
19. Рекомендации по ремонту и уходу за деформационными швами в малых
и средних мостах. – М.: Минавтодор РСФСР, 1989.
20. Землянский А.А. Обследование и испытание зданий и сооружений. – М.:
АСВ, 2001.
21. Кириллов В.С. Эксплуатация и реконструкция мостов и труб на автомобильных дорогах. – М.: Транспорт, 1971.
22. Долидзе Д.Е. Испытание конструкций и сооружений. – М.: Высшая
школа, 1975.
23. Аронов Р.И. Испытание сооружений.– М.: Высшая школа, 1974.
24. Алексеев А.А. и др. Обследование, испытание зданий и сооружений. –
Томск: ТГАСУ, 2009.
25. СН 200-62. Технические условия проектирования железных, автодорожных и городских мостов и труб. – М.: МПС, 1962.
26. Инструкция по проведению осмотров мостов и труб на автомобильных
дорогах (ВСН 4-81)/Минавтодор РСФСР. - М.: Транспорт, 1981 – 32 с.
Курс «Диагностика мостов», V курс, СРЭиТПМиТ, специалисты
14
3 Набор инструментов и оборудования для проведения диагностики
Фотоаппарат; бинокль; рулетка метровая; рулетка 20 и более метров;
линейка металлическая; набор щупов; молотки деревянный и металлический;
нивелир;
теодолит;
нивелирная
рейка;
отвес;
приборы
для
проведения
статических и динамических испытаний; приборы неразрушающего контроля
свойств матариалов.
Для детального осмотра и испытаний конструкций пролетных строений и
опор необходимо применять специальные смотровые приспособления временного
или постоянного типа. Согласно п.1.11 СНиП 3.06.07-86 за устройство смотровых
приспособлений с выделением необходимых материалов и рабочей силы отвечает
эксплуатирующая организация, в ведении которой находится данный мост.
Смотровые приспособления необходимо содержать в чистоте и регулярно
их осматривать. В зимнее время настил смотровых приспособлений очищают от
снега и льда, посыпают песком.
Приспособления временного типа используют для осмотра мостов, высота
которых от поверхности земли не превышает 5 метров. К ним относят: лесницы;
легкие переносные подмости, а также подмости, оборудованные в кузове
грузового автомобиля.
На мостах, умеющих высоту более 5 метров от поверхности земли, следует
применять постоянные смотровые приспособления. К ним относят: подвесные
люльки; специальные проходы вдоль продольных и поперечных связей;
лестничные сходы по откосам насыпей подходов.
Смотровые приспособления должны обеспечивать свободный доступ ко
всем элементам моста и безопасность проведения работ на них.
Для осмотра мостов могут применяться автомобили, оборудованные
гидравлическими или телескопическими подъемниками.
Не следует проводить диагностику при следующих условиях:
1) В ненасную погоду: сильный порывистый ветер.
2) Во время дождя или снегопада.
Курс «Диагностика мостов», V курс, СРЭиТПМиТ, специалисты
15
3) При температуре наружного воздуха при обследовании ниже минус 30
ºС, а при испытании ниже минус 20 ºС.
4) При наличии на конструкциях снежного покрова, инея, наледи.
5) Во время ледостава или ледохода.
4 Обозначение элементов мостов при диагностике
При диагностике мостов следует применять систему обозначений элементов
как в исполнительной документации (проект, рабочие чертежи). При отсутствии
исполнительной документации элементы мостов обозначаются следующим
образом, рис. 4.1:
Опоры – цифрами с единицы по направлению возрастания километража
дороги.
Пролеты – цифрами с единицы по ходу километража, т.е. пролет между
опорами n и n+1 имеет номер n.
Консоли пролетных строений – обозначают буквой «К» и номером опоры
«n», находящейся под консолью в виде К/n.
Подвесные пролетные строения – обозначают буквой «П» и номером «n»
соответствующего пролета в виде П/n.
1
Пролет 1
Пролет 2
Оп. 1
Оп. 4
Оп. 2
1
Оп. 3
2
Пролет 1 (42+63+42)
Оп. 1
Оп. 4
Оп. 2
К/1
К/2
Пролет 1
Оп.1
2
Пролет 3
Оп. 3
П/2
К/3
Пролет 2
Оп.2
К/4
Пролет 3
Оп.3
Рис. 4.1.
Курс «Диагностика мостов», V курс, СРЭиТПМиТ, специалисты
Оп.4
16
Главные балки пролетных строений – цифрами с единицы слева на право
смотря в поперечник по направлению дороги, рис. 4.2.
№1
№2
№3
№4
№5
№6
№7
Рис. 4.2.
Диафрагмы, ребра жесткости, связи – обозначаются с единицы по длине
пролета по направлению возрастания номера опоры.
В разрезных системах для каждого пролета нумерация принимается
отдельно, для неразрезных – непрерывная на всю длину, рис. 4.3.
Пролет 1
1
Пролет 3
Пролет 2
2
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 121 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 121 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Оп. 1
Оп. 4
Оп. 2
Оп. 3
Пролет 1
1
2
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34
Оп. 1
Оп. 4
Оп. 2
Оп. 3
Рис. 4.3.
Тротуары, ограждения безопасности и перила – обозначаются цифрами № 1
и № 2 слевой стороны или словами “левый”, “правый”, рис. 4.4.
№1(левый)
№1
№2
№2(правый)
№3
№4
№5
№6
№7
Рис. 4.4.
Конуса и подходы к мосту – обозначаются цифрами № 1 (начало моста) и №
2 (конец моста), рис. 4.5.
Курс «Диагностика мостов», V курс, СРЭиТПМиТ, специалисты
17
Рис. 4.5.
Берега реки обозначаются словами «левый» и «правый», если смотреть по
течению реки.
Регуляционные сооружения – обозначаются словами «верховая» и
«низовая» в соответствии с течением реки и дополнительно обозначаются
«левобережная» и «правобережная», рис. 4.6.
Рис.4.6.
5. Обязательный перечень измерений во время обследований
Для проезжей части:
1) Съемка продольного и поперечных профилей проезжей части и тротуаров
на мосту и проезжей части на подходах (на расстоянии до 50 м от начала и конца
моста) – применяются нивелир и рейка.
Курс «Диагностика мостов», V курс, СРЭиТПМиТ, специалисты
18
2) Определяются толщины слоев дорожной одежды на мосту (обязательно
определяется толщина асфальтобетонного покрытия, а толщины остальных слоев
дорожной одежды определяются по необходимости).
Определение полной толщины покрытия без вырубания кернов, если толщину остальных слоев взять из типового проекта, производится в следующем порядке с использованием нивелира.
Первое положение рейки – снизу под измеряемым элементом, рейка устанавливается пяткой вверх и прижимается к элементу. Второе положение рейки –
на конусе. Первое положение нивелира – на конусе (I), с этой позиции берутся отсчеты по рейке в первом «а» и втором положениях нивелира «b». Второе положение нивелира – на обочине подхода (II). При перестановке нивелира рейка остается во втором положении до взятия по ней отсчета «с». Третье положение рейки –
сверху над измеряемым элементом «d».
Разница между уровнями установок нивелира равна разности отсчетов по
рейке во втором положении и равна сумме отсчетов по рейке в первом и третьем
положениях и измеряемой толщины (рис. 5.1, а). Отсюда определяется искомая
толщина «h». Если задача не решается с одной промежуточной установкой рейки,
можно сделать две и более промежуточные установки рейки (рис. 5.1, б).
а)
б)
с
III
b
a
h
d
h
II
I
1) с-b=d+h+a
2) h=c-b-a-d
II
b
d
с
a
1) (b-c)+(d-e)=a+h+f
2) h=(b-c)+(d-e)-(a+f)
e
I
f
3) h=hпл+hвыр+hгид+hзащ+hа/б
4) hа/б=h-hпл-hвыр-hгид-hзащ
Рис.5.1.
Для железобетонных конструкций:
1) Определяется толщина защитного слоя бетона до хомутов и рабочей арматуры (с помощью приборов дефектоскопии или выбуриванием кернов).
Курс «Диагностика мостов», V курс, СРЭиТПМиТ, специалисты
19
2) Определяется глубина карбонизации бетона (полевой метод). Глубина
карбонизации определяется путем нанесения на свежесколотую поверхность бетона 1-% спиртового раствора фенолфталеина. При взаимодействии раствора с
непрокарбонизированным бетоном окраска поверхности приобретает малиновый
цвет. И наоборот, если цвет поверхности бетона остался прежним, то бетон карбонизирован.
3) Определяется количество хлорид-ионов в бетоне (лабораторный метод).
Содержание хлоридов в бетоне – характеристика, свидетельствующая об агрессивности бетона по отношению к стальной арматуре. Для исследований отбирают
пробы бетона из различных участков мостового сооружения. Каждую отобранную
пробу бетона дробят и удаляют зерна крупного заполнителя. Определенную оставшуюся часть пробы, содержащую только цементно-песчаный раствор, помещают в пробирку, добавляют дистиллированную воду и через некоторое время
растворы азотнокислого серебра и хромата калия.
При желтовато-зеленой окраске пробы концентрация хлорид-ионов в бетоне
составляет более 0,45% от массы цемента, т.е. протекает интенсивный процесс
коррозии арматуры в бетоне.
При красно-коричневой окраске пробы концентрация хлорид-ионов в бетоне
составляет менее 0,45% от массы цемента, т.е. арматура в бетоне не коррозирует.
4) Определяется прочность бетона – приборами дефектоскопии.
Для стальных конструкций:
1) Определяется глубина коррозии металла – приборами дефектоскопии.
2) Определяется величина погнутости стенок (хлопуны), см. рис.5.2, а.
3) Определяется величина коробления поясов главных балок, см. рис. 5.2, б.
Курс «Диагностика мостов», V курс, СРЭиТПМиТ, специалисты
20
а)
б)
L
f
f
L
Для сжатых элементов: f/L ≤ 1/500;
Для растянутых элементов: f/L ≤ 1/300;
Для вертикальных стенок: f/L ≤ 1/250.
Рис. 5.2. Допуски по изменению геометрии металлических элементов
4) Определяется количество (процент) бракованных болтов (заклепок) в каждом узле главных несущих элементов.
Кроме перечисленных обязательных измерений рекомендуется производить
в качестве контрольных следующие измерения:
Для железобетонных конструкций:
1) Определяется прочность бетона методом отрыва или скола.
Для арматуры в железобетонных конструкциях:
1) Определение глубины коррозии в местах обнажения арматуры и в вероятных местах ее коррозии – приборами дефектоскопии.
По требованию заказчика проводятся дополнительные измерения:
1) Оценивается состояние грунтов.
2) Определяется глубина заложения фундаментов опор.
3) Оценивается состояние подземных частей сооружения.
Курс «Диагностика мостов», V курс, СРЭиТПМиТ, специалисты
21
4) Определяются размеры фактических размывов.
5) Определяется ударная вязкость и хладостойкость металла.
6) Определяется напряжение в преднапряженной арматуре.
7) Определяется величина напряжения в бетоне от постоянной нагрузки.
8) Определяются другие параметры, оговоренные в контракте между заказчиком и исполнителем.
6 Обозначение дефектов при обследовании
Общие требования к обозначению дефектов. Все дефекты необходимо
фиксировать на конструкции мелом или краской в момент обнаружения.
Минимальное обозначение трещины – линией вдоль трещины; границы трещины
– поперечными штрихами по ее концам; наибольшее раскрытие трещины –
цифрой на конструкции. Минимальное обозначение раковин, сколов, зон слабого
бетона, выпучивание элементов, его деформирование и смятие – линией по
периметру дефекта.
Детальное обозначение дефектов
Условное обозначение дефекта
Характеристика дефекта
Разрушение бетона на глубину менее
толщины защитного слоя (шелушение,
отслаивание, раковины).
а и в – примерные размеры дефекта, см
(мм).
Проломы в полках плит, выколы бетона
и отколы углов и ребер на глубину
более защитного слоя.
d – примерный диаметр пролома, см
(мм).
Курс «Диагностика мостов», V курс, СРЭиТПМиТ, специалисты
22
Условное обозначение дефекта
Характеристика дефекта
Подтеки,
конденсат,
местное
увлажнение, фильтрация воды, высолы
на поверхности, сталактиты, масляные
пятна.
b – примерная протяженность подтеков,
см (мм); В., С., М. – природа пятна
(влага, соль, масло и т.п.)
Пятна ржавчины на поверхности.
а и в – примерные размеры пятна, см
(мм).
Трещины между полками и ребрами
плит. Продольные трещины в полках и
ребрах
плит,
балках,
колоннах,
элементах фермы и т.д..
l – протяженность, мм; δ – примерная
ширина раскрытия, мм; х – участки, на
которых
трещины
могут
привести
конструкцию в аварийное состояние,
мм.
Недостаточность площади опирания и
смещение.
L – недостаток длины опирания, мм;
F – недостаток площади опирания, мм2;
α – угол смещения, град.
Курс «Диагностика мостов», V курс, СРЭиТПМиТ, специалисты
23
Условное обозначение дефекта
Характеристика дефекта
Коррозия
стали
закладной
детали
(средняя глубина, мм и % площади
поражения).
Трещины волосяные.
l – длина, мм;
δ – ширина раскрытия, мм.
Раздробление бетона.
а и в – размеры, см (мм).
Раздробление бетона с выпучиванием
арматуры.
а и в – размеры, см (мм).
Отсутствие защитного слоя бетона.
5, 11 – количество оголенных стержней;
1600 – длина участка; (35) – средняя
глубина повреждения бетона, см (мм).
Курс «Диагностика мостов», V курс, СРЭиТПМиТ, специалисты
24
Условное обозначение дефекта
Характеристика дефекта
Дефектный
шов
элементами
между
сварными
(вертикальный
или
горизонтальный).
1400 (900) – длина шва, мм; П – поры;
Р – раковины; ПК – непровар корня
шва; К – коррозия.
Трещины, имеющие наклон под углом
продольной оси элемента с указанием
предполагаемого
характера
происхождения.
К – коррозионные; F – силовые; Т –
технологические; l – протяженность,
мм; δ – ширина раскрытия, мм; α – угол
наклона, град.
Оголение арматурных стержней или
сеток.
l – протяженность, см (мм); b – ширина
участка, см (мм).
Выпучивание
отдельных
оголенных
арматурных стержней.
l – протяженность, см (мм).
Коррозия арматуры.
l – длина участка коррозии, см (мм);
20% – процент уменьшения исходного
сечения;
(с.р.)
–
вид
(сплошная, равномерная).
Курс «Диагностика мостов», V курс, СРЭиТПМиТ, специалисты
коррозии
25
Условное обозначение дефекта
Характеристика дефекта
Участки
повреждения
защитного
покрытия.
ЛП – лакокрасочное покрытие; И –
изоляция (в том числе гидроизоляция);
Ф – футеровка (фторполимер); ПЗ –
покрытие на закладных деталях; а и в –
примерные размеры повреждений, см
(мм); 30% – процент повреждения по
поверхности закладной детали.
Нарушение
анкеровки
закладных
приварки
закладных
деталей.
Отсутствие
деталей.
Для наблюдения за изменением во времени наиболее опасных дефектов
в бетоне или металле пользуются контрольными маяками, которыми перекрывают
трещину в месте наибольшего ее раскрытия, см. рис. 6.1.
Курс «Диагностика мостов», V курс, СРЭиТПМиТ, специалисты
26
Трещина
40-60 мм
Толщина 10 мм для гипса
5-6 мм для раствора
2-3 мм для стекла
200-300 мм
Рис. 6.1.
Маяки бывают гипсовые, растворные или стеклянные. Время и место
установки маяка фиксируется в книге моста. Появление разрыва маяка в месте
трещины свидетельствует об ее развитии (росте), т. е. увеличении ширины
раскрытия трещины.
7 Состав работ по обследованию мостов
Порядок обследования элементов мостов целесообразно начинать с
проезжей части, а затем обследовать пролетные строения, опорные части, ригели
(оголовки, насадки) опор, тело (стойки, сваи) опор, фундаменты, сопряжение
моста с насыпью и подмостовое пространство.
Такая последовательность объясняется тем, что, как правило, воздействие
как временной вертикальной нагрузки, так и атмосферные воздействия, а
следовательно, и причины как силовых, так и коорозионных повреждений идут
сверху вниз.
1) Обследование покрытия проезжей части
При оценке фактического состояния покрытия проезжей части определяется
толщина, качество материала, физический износ. Также устанавливается наличие
помех для водоотвода, а также места повреждений анкеровки стоек, ограждений
безопасности и перил. Важно также оценить ровность проезда и глубину выбоин
Курс «Диагностика мостов», V курс, СРЭиТПМиТ, специалисты
27
и неровностей (трещины, колейность, наплывы материала и т.п.). Поскольку этот
фактор влияет на все 3 основные характеристики сооружения.
Снижается грузоподъемность пролетного строения из-за увеличения
динамического воздействия временных нагрузок:


М Н  1      f  КПУТ   РY  КПУ  q   .
Снижается долговечность пролетного строения из-за застоя воды на покрытии, а также разрушающее воздействие на гидроизоляцию.
Снижается безопасность движения из-за повышения вероятности потери
управления автомобилем.
Конструктивные слои мостового полотна должны отвечать п.5.64–п.5.66, СП
35.13330.2011. Покрытие на проезжей части из двух слоев асфальтобетона общей
толщиной не менее 90 мм при укладке его на защитный бетонный слой и 110 мм
при укладке непосредственно на гидроизоляцию, а также из армированного цементобетона толщиной не менее 120 мм, класса по прочности на сжатие не ниже
В30. Защитный слой из армированного бетона толщиной не менее 40 мм, прочностью на сжатие не ниже В25. При устройстве цементобетонного покрытия допускается совмещать функции покрытия и защитного слоя.
Выравнивающий слой из мелкозернистого бетона класса по прочности на сжатие
не ниже В25 толщиной не менее 30 мм.
2) Обследование водоотвода
Водоотвод следует оценивать в первую очередь по его эффективности
путем определения фактических значений продольных и поперечных уклонов к
водоотводным трубкам или краям моста, а также оценивается состояние
водоотводных лотков. Особое внимание следует обращать на состояние
водоотвода от деформационных швов, тротуаров и от устоев моста.
Водоотвод должен отвечать требованиям п.5.76, СП 35.13330.2011 (5‰ –
продольное, 20‰ – поперечное).
3) Обследование ограждений безопасности
Состояние ограждений безопасности оценивается по их высоте, надежности
закрепления
элементов
колесоотбоев
(сдвиги
бордюров,
Курс «Диагностика мостов», V курс, СРЭиТПМиТ, специалисты
деформации
28
полужесткого ограждения, повреждения анкеровки стоек), а также наличие помех
для водоотвода.
Ограждения безопасности должны отвечать требованиям п.5.62, СП
35.13330.2011 (высота 0,75 м – I–III т.к. дороги; 0,60 м – IV–V т.к. дороги).
4) Обследование тротуаров и перил
Оценка состояния тротуаров и перил определяется их способностью
обеспечивать безопасное движение пешеходов. Следует, выявить опасные
проломы тротуаров, выломы решетки перил, места нарушения закрепления стоек,
а также определить недоступные для прохода участки тротуаров. Дополнительно,
следует оценить износ покрытия на тротуарах, степень повреждения боковых
наружных граней тротуарных блоков.
Тротуары и перила должны отвечать требованиям п.5.62, СП 35.13330.2011
(высота 1,1 м).
5) Обследование гидроизоляции
При оценке гидроизоляции анализируется степень защиты сооружения от
внешних водных потоков. Состояние гидроизоляции оценивается по результатам
внешнего
осмотра
неудовлетворительного
плиты
проезжей
состояния
части
гидроизоляции
снизу.
Признаком
являются
следы
выщелачивания цеметного камня из бетона, темные пятна на поверхности бетона
при сквозных протечках воды, потеки или ржавчина на металле. Необходимо
количественно (или в процентах) оценивать длину участков выщелачивания и
протечек воды по продольным швам в балочных железобетонных пролетных
строениях, так как состояние швов влияет на грузоподъемность пролетных
строений моста. Особое внимание уделяется на состояние швов, ближайшие к
ограждению безопасности и тротуарам, так как более интенсивная фильтрация
воды осуществляется вдоль ограждения безопасности.
Потребительские свойства гидроизоляции должны отвечать требованиям
ВСН 32-81.
6) Деформационные швы
Состояние деформационных швов оценивается по двум главным критериям:
Курс «Диагностика мостов», V курс, СРЭиТПМиТ, специалисты
29
а) Обеспечение плавного проезда, т.е. наличие неровностей, разрушений,
отрыв элементов деформационного шва, бугры или провалы покрытия в зонах
деформационных швов.
б) Герметичность конструкции деформационного шва, т.е. наличие
протечек воды через деформационный шов и зоны замокания в опорных сечениях
пролетных строений и верхней части опор (подферменников и ригелей).
Если деформационные швы пропускают воду по всей длине и создают
некомфортный проезд, следует признать их состояние неудовлетворительным и
рекомендовать их ремонт или замену.
Конструкция деформационного шва должна соответствовать величине
температурного зазора между соседними пролетами или пролетным строением и
устоем.
7) Несущие конструкции
Оценка
состояния
несущих
конструкций
производится
на
основе
выявленных повреждений и изменений, по которым можно оценить свойства
материалов и степень повреждения сечений элементов несущих конструкций.
Состояние сооружения оценивается по следующим параметрам:
а) Определяются нарушения сплошности элементов сооружения из-за
коррозии металла, трещин, сколов бетона, разрывов стыков, разрывов элементов
и т.д.
б) Изменение физического состояния материала сооружения из-за коррозии
бетона, и арматуры, карбонизации и наличия хлоридов в бетоне.
в) Выход из строя элементов, снижение их несущей способности или
наличие
повреждений,
которые
изменяют
проектную
расчетную
схему
сооружения (например, нерасчетная работа опорных частей, диафрагм, плиты
проезжей части и др.).
Все выявленные повреждения целесообразно разделить на четыре группы
по их происхождению:
1. Силовые (от постоянной и временной нагрузки).
2. Технологические (усадочные, температурные и др.).
Курс «Диагностика мостов», V курс, СРЭиТПМиТ, специалисты
30
3. Коррозионные (атмосферные, химические и др. происхождения).
4. Механические.
Все выявленные повреждения и изменения должны быть зафиксированы и
обязательно оценены по их влиянию на прочность и долговечность сооружения, а
также необходимо дать прогноз их развития и степень их опасности в настоящее
время и в будущем.
8 Статические испытания мостов
Цель статических испытаний – это загружение сооружения неподвижными
нагрузками и измерение возникающих при этом деформаций и напряжений.
Согласно, СП 79.13330.2012 актуализированная редакция СНиП 3.06.07-86
«Мосты и трубы. Правила обследований и испытаний» статические испытания
мостов проводят в следующие сроки:
1) При приемке в эксплуатацию мостов по решению приемочной комиссии
с обоснованием причин необходимости проведения испытаний.
2) При приемке в эксплуатацию мостов с опытными и впервые применяемыми конструкциями.
3) В процессе эксплуатации – плановые испытания 1 раз в 5 или 10 лет.
4) После проведения крупного ремонта или реконструкции.
5) При организации пропуска СНН и после ее прохода.
6) В случае выявления дефектов, снижающих грузоподъемность моста более чем на 10% – оценка: неудовлетворительное состояние.
Перед испытанием мост необходимо обследовать: визуальный осмотр, контрольно-инструментальные измерения и оценка свойств строительных материалов.
В процессе испытания следует замерять:
1) Общие перемещения сооружения и его частей (вертикальные (прогибы) и
горизонтальные).
Курс «Диагностика мостов», V курс, СРЭиТПМиТ, специалисты
31
2) Относительные деформации в сечениях элементов (растяжение и сжатие
с переходом к напряжениям).
3) Местные деформации в элементах (раскрытие трещин и швов).
4) Угловые деформации (взаимное перемещение) элементов. Например,
плиты проезжей части и главной балки пролетного строения.
В качестве испытательной нагрузки применяют трех- и четырехосные грузовые автомобили, загруженные балластом (песком, камнем) полной массой 15–
35 т, реже – гусеничная. Величина испытательной нагрузки не должна превышать
временную нормативную нагрузку с учетом динамического коэффициента принятого в расчете моста или по п.6.22 СП 35.13330.2011, и по возможности составлять не менее 80% от нее.
При испытании старых мостов допустимая величина загружения должна
быть предварительно определена соответствующим расчетом, учитывающим действительное состояние конструкций.
Величины усилий, возникающих в любых элементах сооружения от статической нагрузки должны быть не менее 60% от значений расчетных усилий, согласно проектной документации и требований п. 6.10, СП 79.13330.2012.
К расчетным усилиям относятся:
1) Если сооружение рассчитано по допускаемым напряжениям (по нормам,
действовавшим до 1962 г), то расчетным усилием является 100% усилий от временной нормативной нагрузки, принятой в проекте, с полным динамическим коэффициентом.
2) Если сооружение рассчитано по предельным состояниям (по нормам СН
200-62 и СНиП 2.05.03-84*), то расчетным усилием является 80 % усилие от
временной вертикальной нагрузки, принятой в проекте, при коэффициенте надежности по нагрузке, равном единице, и полном динамическом коэффициенте.
3) Если сооружение имеет элементы с пониженной несущей способностью
или сооружение на которое нет технической документации, то расчетным усилием является усилие от временной вертикальной нагрузки, соответствующей
фактической грузоподъемности.
Курс «Диагностика мостов», V курс, СРЭиТПМиТ, специалисты
32
8.1 Хронология нормативных документов по проектированию мостов
1. Временные технические условия и нормы проектирования Госплана
СССР (нормы 1926г.). Приказ НКПС от 8.11.22г. №3925, приказ МПС от 1913г.,
№96 и приказ МПС от 2.03.11 г., №51.
2. Нормы НКПС для мостов обыкновенных дорог. Утверждены НКПС
22.07.27 г.
3. Технические условия, правила и нормы проектирования, изыскания, постройки, ремонта и содержания автогужевых дорог и мостовых сооружений ЦУДОРТРАНСА НКПС. Утверждены в 1931 г.
4. Технические условия на сооружение автомобильных дорог и мостов.
Утверждены Гушосдором НКВД от 1.02.38 г.
5. Технические условия на проектирование искусственных сооружений на
автомобильных дорогах. Утверждены Гушосдором НКВД 3.03.43 г.
6. Правила и указания по проектированию железобетонных, металлических,
бетонных и каменных искусственных сооружений на автомобильных дорогах,
Гушосдор МВД СССР, 1948 г.
7. Н 106-53. Нормы подвижных вертикальных нагрузок для расчета искусственных сооружений на автомобильных дорогах. Утверждены Госстроем
СССР и введены с 1.04.53г., даны в виде приложения к нормам проектирования автомобильных дорог (НиТУ 128-55).
8. СН 200-62. Технические условия проектирования железнодорожных,
автодорожных и городских мостов и труб, М. 1962г.
9. СНиП 2.05.03-84*. Мосты и трубы, 2000.
10. ГОСТ 52748-2007. Нормативные нагрузки, расчетные схемы нагружения и габариты приближения, 2008.
11. СП 35.13330.2011. Мосты и трубы. Актуализированная редакция
СНиПа 2.05.03-84*, 2011.
На графике (рис.8.1) представлена динамика роста величины временной нагрузки при проектировании мостов.
Курс «Диагностика мостов», V курс, СРЭиТПМиТ, специалисты
33
АК
НГ-60, НК-80
Номативная нагрузка
Н-30
Н-18
НК-80
Н-13
НК-80
НГ-60
Н-10
Конные
фуры,
паровые
катки,
толпа
НК-80,
Н-14
(НК-100)
НГ-60
Н-8
НГ-30
Н-6
Н-4
Н-2,5
Н-1,5
С 1875
1930
38
1940
53
1950
62
1960
85
1970
1980
08
1990
2000
Т, годы
Рис.8.1.
Можно выделить четыре основных периода.
В 1938 г были исключены из норм проектирования нагрузки Н-1,5; Н-2,5;
Н-4 и Н-6.
В 1962 г были исключены нагрузки Н-8; Н-10; Н-13 и Н-18.
В 1985 г была исключена нагрузка Н-30.
В 2008 г были исключены нагрузки А8; НГ-60.
Места установки измерительных приборов следует назначать исходя из необходимости получения в результате испытания наибольших прогибов и напряжений, для этого выбирают наиболее нагруженные элементы и сечения, которые
и подвергают загружению. Нагрузка последовательно устанавливается вдоль и
поперек моста в наиболее невыгодном положении.
При выборе элементов для испытания руководствуются следующими правилами:
1) Количество загружаемых элементов должно быть минимальным, во избежание чрезмерных затрат времени и средств.
2) Испытаниями должны быть охвачены все основные виды несущих элементов исследуемых конструкций.
3) Отбираются элементы с возможно более четкой схемой статического
опирания и закрепления.
Курс «Диагностика мостов», V курс, СРЭиТПМиТ, специалисты
34
4) Правильно назначить схему загружения, что обеспечит достаточные перемещения и деформации, с учетом реальных возможностей по нагрузке и наименьшей стоимости испытания.
Объем статических испытаний зависит от размеров моста, сложности и состояния его конструкции. Подробно испытывают пролетное строение с наибольшим пролетом. В многопролетных мостах с одинаковыми пролетами и конструкциями испытывают подробно только один пролет, а остальные – сокращенно, замеряя только прогибы главных несущих элементов.
Несущая способность – это величина нагрузки, при которой наступает потеря прочности или устойчивости исследуемой конструкции.
Испытания начинаются с составления программы. В программе формируют
задачи испытания, намечают величину испытательной нагрузки, ее расположение
и последовательность загружения. Последовательность загружения предусматривают такой, чтобы нагрузка перемещалась из одного положения в другое, двигаясь только вперед. В программе намечают число и места установки приборов, каждому прибору присваивают свой номер и, за группой приборов прикрепляется
наблюдатель, который расставляет приборы и наблюдает за ними во время испытания. Все данные в ходе испытания записываются в журнале.
Испытания проводить в пасмурную (не дождливую) погоду или в утренние
часы, пока солнце не сильно нагревает конструкцию моста и приборы.
Перед загружением моста записывают нулевые отсчеты по приборам, фиксирующие ненагруженное состояние. После каждого загружения снимают промежуточные показания приборов спустя 15 – 20 минут после установки нагрузки в
расчетное положение с тем, чтобы перемещения и деформации наросли полностью. После проведения всех установок и вывода нагрузки с моста снимают второй нулевой отсчет после чего испытания заканчиваются.
В процессе испытания, особенно старых мостов, необходимо внимательно
следить за приращением деформаций конструкций. При увеличении нагрузки деформации должны расти прямолинейно (по закону Гука), т.е. конструкция рабо-
Курс «Диагностика мостов», V курс, СРЭиТПМиТ, специалисты
35
тает в упругой стадии. При резком, скачкообразном росте деформаций следует
прекратить испытания, что указывает на ненормальную работу моста.
Следует выяснить причины ненормальной работы:
– поломка прибора;
– невыявлен опасный дефект или повреждение;
– неправильно определена величина испытательной нагрузки и т.д.
После испытания мост повторно обследуется.
8.2 Особенности проведения статических испытаний мостов
1)Расположение испытательной нагрузки в продольном направлении.
1.1) Балочно-разрезная система.
Для получения наибольшего прогиба и напряжений в середине пролета и
опорных сечениях загружают весь пролет.
1.2) Балочно-неразрезная система.
Наиболее напряженные сечения – по середине центрального пролета (сечение № 1); на промежуточных опорах (сечение № 2), в крайних пролетах на расстоянии 0,3 – 0,4 его длины от крайних опор (сечение № 3), см. рис.8.2.
3
2
1
2
0,3-0,4xLp
3
3
0,3-0,4xLp
2
1
2
3
Рис.8.2.
Поэтому необходимо загружать по трем схемам:
Курс «Диагностика мостов», V курс, СРЭиТПМиТ, специалисты
36
I – центральный пролет.
II – центральный + крайний (один из них).
III – оба крайних пролетов.
2) Расположение испытательной нагрузки в поперечном направлении.
Нагрузка устанавливается так, чтобы получить наибольшие усилия в крайних несущих элементах. Нагрузка располагается вплотную к ограждению безопасности (0,55 м) и устанавливается по ширине проезжей части в зависимости от
количества полос движения.
2.1) Прогибы замеряются во всех главных несущих элементах в середине и
других характерных сечениях (опорные сечения).
2.2) Дополнительно замеряются горизонтальные перемещения подвижных
опорных частей.
2.3) Напряжения (деформации) измеряются в наиболее напряженных сечениях, т.е. в крайних фибровых волокнах.
2.3.1) В железобетонных мостах. Напряжения замеряют в сжатой зоне только на бетоне. В растянутой зоне замеряют напряжения на бетоне, но рекомендуется на металле арматуры, предварительно удалив защитный слой бетона.
2.3.2) В сталежелезобетонных мостах. Напряжения замеряют в железобетонной плите около металла главных балок, но не на вуте, и на некотором удалении от главных балок для определения степени совместной работы плиты с металлом.
2.3.3) В металлических мостах. Напряжения измеряют в нижнем и верхнем
поясах.
8.3 Анализ результатов статических испытаний
После проведения статических испытаний результаты обрабатываются и
полученные фактические значения анализируемых параметров сравниваются с
теоретическими значениями, вычисленными для каждого положения испытательной нагрузки.
Курс «Диагностика мостов», V курс, СРЭиТПМиТ, специалисты
37
Напряжения находятся по формуле
  Е  ,
где Е – модуль упругости материала, характеризует жесткость материала
при деформации, определяется экспериментально, нормативные значения приводятся в СП 35.13330.2011 с учетом условий эксплуатации;
 – относительная деформация.
Значения относительных деформаций определяются по показаниям приборов (деформометров), а именно:
1 – показание прибора до загружения (первый нулевой отсчет).
 К – показание прибора после загружения (конечный отсчет).
 2 – показание прибора после снятия нагрузки (второй нулевой отсчет).
В – база прибора.
Полная деформация
П 
 К  1
.
В
Остаточная деформация
 ОСТ 
 2  1
.
В
Упругая деформация
 УПР   П   ОСТ 
К  2
.
В
Значения остаточных деформаций должны быть минимальными, т.к. испытания проводятся в упругой стадии.
Значения прогибов в каждом сечении определяется по показаниям приборов
(прогибомеров):
 П   К  1

 ОСТ   2  1 .

 УПР   К   2
Курс «Диагностика мостов», V курс, СРЭиТПМиТ, специалисты
38
При вычислении прогибов в сечении на расстоянии a от опоры № 1 необходимо учитывать прогибы в опорных сечениях (рис.8.3).
Полный прогиб
 1 2П  1П 
у П   П   П 
 а .
LР


Остаточный прогиб
уОСТ   ОСТ
Упругий прогиб
 1
2ОСТ  1ОСТ 
  ОСТ 
 а .
L
Р


уУПР  у П  уОСТ .
Рис.8.3.
При определении фактического КПУ используются значения испытательных измерений полных прогибов всех главных несущих элементов
у Пi
КПУi 
 уПi ,
в случае если ось испытательной нагрузки совпадает с осью наиболее загруженной балки, у которой наибольший прогиб.
Курс «Диагностика мостов», V курс, СРЭиТПМиТ, специалисты
39
Для случая, когда ось испытательной нагрузки не совпадает с осями балок,
то по данной формуле строится линия влияния КПУ, а под колесами нагрузки определяются ординаты, и уже по ним определяется значение КПУ для наиболее загруженной балки, у которой наибольший прогиб.
Результатом сравнения испытательных и теоретических величин исследуемых параметров статической работы мостов является определение конструктивного коэффициента К :
К
уЭКС
 ЭКС
или К 
 ТЕОР ,
уТЕОР
где уЭКС и  ЭКС – величина прогиба и напряжения, полученные в результате статических испытаний;
уТЕОР и  ТЕОР – величины прогиба и напряжения, полученные в результате
теоретического расчета.
Согласно В.3–В.4 СП 79.13330.2012 статическая работа моста считается нормальной, если значения конструктивных коэффициентов составляют 0,7–1,0. Если
значения К больше 1, то это указывает на несоответствие действительной работы
мостовой конструкции относительно принятой расчетной схемы. Необходимо выяснить причины отклонений и разработать рекомендации по их устранению.
Согласно В.5 СП 79.13330.2012 пространственная работа пролетного строения
оценивается с помощью коэффициента адекватности Ка:
,
где fi , wi – соответственно фактические (измеренные) и теоретические (рассчитанные) прогибы i-й балки;
fmax, wmax – соответственно максимальные (по абсолютной величине) фактические и теоретические прогибы балки;
n – число несущих элементов пролетного строения, прогибы которых измерялись при испытании.
Курс «Диагностика мостов», V курс, СРЭиТПМиТ, специалисты
40
Значение коэффициента адекватности около единицы характеризует соответствие фактической и теоретической пространственной работы пролетного строения.
Согласно В. 6 СП 79.13330.2012 дополнительным критерием оценки моста
по результатам статических испытаний является показатель работы конструкции
 , который определяется как соотношение измеренных упругих и остаточных
прогибов несущих элементов:

У ОСТ
УУПР .
Показатель  не должен превышать: для новых мостов – 0,15 (для деревянных мостов – 0,30); для мостов, находящихся в эксплуатации – 0,05 (для деревянных мостов – 0,10).
9 Динамические испытания мостов
В процессе эксплуатации мосты испытывают, помимо статических, и динамические нагружения, возникающие благодаря колебательным процессам, происходящим в элементах конструкций моста, причем наибольшие динамические воздействия испытывают пролетные строения.
Согласно, СП 79.13330.2012 динамические испытания проводятся с целью:
1. Выявления величин динамических воздействий, создаваемых реальными
подвижными нагрузками.
2. Определения основных динамических характеристик сооружения – частот и форм собственных колебаний, динамической жесткости сооружения, характеристик затухания собственных колебаний.
Динамические испытания мостов проводятся одновременно со статическими испытаниями.
Колебания мостовых сооружений вызываются движущейся нагрузкой, порывами ветра, ударами плывущих льдин, навалом судов на опоры мостов, сейсмическими воздействиями и др.
Курс «Диагностика мостов», V курс, СРЭиТПМиТ, специалисты
41
Колебаниями называются движения, обладающие той или иной степенью
повторяемости во времени.
При всем многообразии воздействия на мост, основными колебаниями являются вертикальные и горизонтальные, соответственно элементы моста колеблются в вертикальной и горизонтальной плоскостях.
В автодорожных мостах обычно ограничиваются изучением вертикальных
колебаний, которые напрямую связаны с прогибом пролетного строения моста.
Горизонтальные колебания опасны для мостов с относительно малой шириной и
высокими узкими опорами вследствие чего обладающие недостаточной горизонтальной жесткостью.
С точки зрения связи между колебаниями и вызывающими их динамическими воздействиями различают:
Собственные (свободные) колебания – колебания, которые совершает мостовая конструкция после того, как она была выведена из состояния равновесия и
предоставлена сама себе без приложения каких-либо новых внешних воздействий.
В чистом виде собственные колебания характерны, когда пролетное строение работает, в режиме свободной вибрации, т.е. после схода временной нагрузки с его
поверхности, а также после воздействия на него ударом. Значения амплитуды и
частоты собственных колебаний характеризует индивидуальные особенности
конструкции мостового сооружения.
Вынужденные колебания – колебания, возникающие при движении по пролетному строению временной нагрузки.
Для автодорожных мостов характерны сложные (политональные) колебания, которые являются результатом одновременного возникновения нескольких
простых колебаний, различных по периоду и амплитуде, в виде сложения вынужденных колебаний с собственными колебаниями моста.
Динамическая работа мостовой конструкции с точки зрения динамических
деформаций характеризуется тремя стадиями:
1. Возрастающие колебания с постепенно нарастающей амплитудой;
2. Колебания с постоянной амплитудой;
Курс «Диагностика мостов», V курс, СРЭиТПМиТ, специалисты
42
3. Затухающие колебания с постепенно убывающей амплитудой.
Графически колебательный процесс отображается в виде прогибовиброграмм, как зависимость амплитуды колебания от времени. Прогибовиброграммы
записываются во время проведения динамических испытаний мостов.
Динамические испытания мостов, в зависимости от типа и характера применяемой при испытании динамической нагрузки, могут быть разделены на следующие основные виды:
1. Ударные нагрузки.
2. Вибрационные нагрузки.
3. Испытания движущейся временной нагрузкой.
1. Изучение динамического эффекта ударной нагрузки является исследование моста при действии на него удара, осуществляемого путем сбрасывания на
него груза массой 0,1% от массы испытываемой мостовой конструкции с высоты
2,0 –2,5 м на песчаную подушку толщиной 20 см. Изучение эффекта, вызванного
ударом, и последующих свободных колебаний моста дает возможность просто и
надежно установить важные динамические характеристики, какими являются период собственных колебаний и законы затухания этих колебаний.
2. При вибрационном испытании моста используют специальную вибрационную машину, которая передает испытываемому сооружению периодическое
или ритмическое силовое воздействие. Вибрационные испытания позволяют оценивать выносливость конструкции и искусственно приблизиться к резонансу. Резонанс – это явление, когда при совпадении частот собственных и вынужденных
колебаний происходит многократное увеличение их амплитуды.
3. Самым распространенным видом динамической нагрузки при проведении
динамических испытаний является временная нагрузка в виде автомобильного
транспорта, что соответствует реальному режиму эксплуатации мостов. Временная нагрузка должна быть тяжелой и реально обращаемой для данного моста. В
ходе испытаний временная нагрузка движется как одиночным порядком, так и колонной с разными скоростями, характерными для движущегося транспортного
потока в режиме эксплуатации данного моста. Число заездов не менее 10. Для
Курс «Диагностика мостов», V курс, СРЭиТПМиТ, специалисты
43
усиления динамического воздействия на мост на пути подвижной нагрузки создается порожек в виде доски толщиной 5-7 см для имитации неровности проезжей
части.
Для правильной оценки значений частот собственных и вынужденных колебаний необходимо обрабатывать участки прогибовиброграмм при определенном расположении временной нагрузки на пролетном строении с помощью метода спектра частот.
Спектр частот – это совокупность частот простых колебаний, полученные
при разложении сложного колебания методом дискретного преобразования Фурье. Спектр частот представляется в виде графика: по оси Y – амплитуда, по оси
Х – частота (Гц).
По методу спектра частот виброграмма анализируется на трех участках.
I участок – автомобиль движется по первой половине пролета – преобладают вынужденные колебания.
II участок – автомобиль движется по второй половине пролета – смешанный
процесс, пролетное строение колеблется на собственной и вынужденных частотах.
III участок – автомобиль сошел с исследуемого пролета, режим свободных
колебаний.
Также определяются характеристики затухания свободных колебаний:
А0
Амплитуда, отн.ед.
100
50
Аi
0
-50
-100
3,4
3,5
3,6
3,7
Время, с
1. Коэффициент затухания:  
 t 
1
ln  0 
ti  t0  ti  
Курс «Диагностика мостов», V курс, СРЭиТПМиТ, специалисты
44
2. Логарифмический декремент затухания:   
ti  t 0
n
Динамический коэффициент отражает превышение динамического прогиба
над статическим, который на прогибовиброграмме является средней линией.
0,05
Ус
-0,05
Уд
Амплитуда, мм
0,00
-0,10
-0,15
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
Время, с
Динамический коэффициент: 1   
д
с
Значения параметров динамической работы мостов по результатам испытаний сравниваются с нормативными и допустимыми значениями.
1) Согласно п.5.48, СП 35.13330.2011 в пролетных строениях значения периодов собственных колебаний не должны быть в интервале 0,45 – 0,6 с (частота
1,7 – 2,2 Гц).
Вынужденные колебания моста в основном сосредоточены в двух областях
и соответствуют собственным колебаниям элементов автомобилей:
1. Для надрессоренной части (кузов) 0,3 – 0,5 с (2 – 3 Гц).
2. Для подрессоренной части (подвеска) 0,1 – 0,16 с (6,25 – 10 Гц).
Значения собственных частот гусеничных нагрузок:
1. Для надрессоренной части период 0,3 – 0,33 с (частота 3 – 3,33 Гц).
2. Для подрессоренной части колебания отсутствуют.
Организованная колонна людей вызывает колебания с периодом 0,4 – 0,7 с
(частота 1,43 – 2,5 Гц). Неорганизованная толпа людей вызывает колебания с периодом 1,5 с (частота 0,66 Гц).
Нормальной динамической работе моста соответствует допустимый интервал расхождения между значениями частот собственных и вынужденных колеба-
Курс «Диагностика мостов», V курс, СРЭиТПМиТ, специалисты
45
ний более чем на 20%. Если интервал меньше 20% то состояние оценивается как
предрезонансное при большой вероятности резонанса.
2) Допустимые интервалы значений характеристик затухания собственных
колебаний:
1. Для железобетонных мостов:  = 0,3 – 12 1/с;  = 0,08 – 0,45.
2. Для сталежелезобетонных мостов:  = 0,1 – 0,3 1/с;  = 0,02 – 0,07.
3. Для деревянных мостов:  = 0,8 – 3,0 1/с;  = 0,2 – 0,6.
3) Нормативные значения динамического коэффициента (п. 6.22, СП
35.13330.2011) принимаются равными, для поточной нагрузки:
1. Для сталежелезобетонных мостов 1    1,4 ;
2. Для железобетонных мостов 1    1,3 .
10 Измерительные приборы для испытания мостов
10.1 Приборы для измерения перемещений
Простейший способ измерения вертикальных перемещений (прогибов) –
нивелирование до и после загружения конструкции по заранее намеченным точкам. Для нивелирования применяют обычные нивелиры с точностью измерения
до 1 мм.
Прогибомер (Максимова, ЛИСИ) с проволочной связью, точность прибора
0,01 и 0,001 см. Прибор закрепляют под испытываемой конструкцией, закрепляя
его, например, за свайку, забитую в грунт, или на испытываемой конструкции, а
свободный конец проволоки закрепляют за неподвижный груз, опущенный на
грунт.
Варианты установки прогибомера
1 – прогибомер; 2 – проволока; 3 – грузик; 4 – свайка; 5 – груз
Курс «Диагностика мостов», V курс, СРЭиТПМиТ, специалисты
46
Недостатки прогибомеров с проволочной связью – невозможность
установки его в пролетах моста с интенсивным судоходством, а также влияние на
показания прибора температурных удлинений проволоки и ее вибраций,
вызываемых ветром, течением воды, ударами плывущих по реке предметов и т.д.
Для измерения линейных перемещений небольшой величины пользуются
мессурами (индикаторами часового типа), точность измерения 0,01 или 0,001 мм,
максимальное измеряемое перемещение равно 20 мм.
10.2 Приборы для измерения деформаций
Механические приборы для измерения деформаций
Напряжения определяются следующим методом – на некоторой длине
измеряют линейную деформацию и по ней, зная модуль упругости материала, по
закону Гука вычисляют напряжения:
    Е . Напряжения распределены по
длине сооружения неравномерно, поэтому деформации замеряют на небольших
участках и в разных направлениях.
Для измерения деформаций используется деформометр в виде мессуры,
которая имеет большую базу.
Существуют рычажные тензометры типа Гугенбергера, цена деления шкалы
соответствует деформации в 1/1000 мм:
 

E,
ml
 – отсчет по шкале;
m – масштаб увеличения тензометра (указывается в
паспорте);
l – база тензометра;
Е – модуль упругости материала испытываемого
элемента.
Курс «Диагностика мостов», V курс, СРЭиТПМиТ, специалисты
47
Электрические приборы для измерения деформации
Датчики
сопротивления
(резисторы),
предназначены
для
измерения
деформаций (напряжений), основаны на измерении омического сопротивления
проводника при его линейных деформациях. Датчики могут быть проволочные и
фольговые. Измерительная аппаратура подключается по мостовой схеме с
использованием моста Уитстона.
В индуктивный тензометрах используется зависимость сопротивления
индукционной катушки, включаемой в цепь переменного тока, от магнитного
поля.
Струнный тензометр основан на зависимости между частотой собственных
колебаний струны и напряжением, с которым она натянута. Если струну в
натянутом состоянии закрепить на поверхности испытываемой конструкции, то
при деформациях, возникающих в ней под действием внешних сил, натяжение
струны, а следовательно, и частота собственных колебаний будут меняться. Зная
частоту колебаний, вычисляется напряжение в струне, а по ним и напряжение в
конструкции.
f 
1 
,
2l 
где f – собственная частота колебаний струны;
l – длина струны;
 – растягивающее напряжение в струне;
 – плотность материала струны.
10.3. Приборы для измерения динамических характеристик
Для динамических испытаний применяют прогибографы, вибрографы и
тензографы. Прогибографы записывают прогибы конструкции при проходе по
ней подвижной нагрузки. Так как конструкция вибрирует, то записанная
диаграмма, называемая прогибовиброграммой, представляет собой плавную
Курс «Диагностика мостов», V курс, СРЭиТПМиТ, специалисты
48
кривую прогибов с наложенными на нее вибрационными колебаниями.
Вибрографы записывают только колебания конструкции относительно ее
положения в статическом равновесии. Тензографы записывают напряжения
(деформации) в той или иной точке конструкции. При подвижной нагрузке
тензограммы так же, как и прогибограммы, имеют криволинейные очертания с
волнообразной кривой, соответствующей динамическим напряжениям.
Приборы автоматически записывают колебания во времени. Для этого они
имеют устройство для записи на бумаге или фотопленке кривых колебаний и
устройства для отсчета времени.
Из механических приборов в отечественной практике испытания мостов
наибольшее применение имеет универсальный прибор Гейгера, который
записывает колебания с частотой от 3 до 330 Гц. Виброграф ручной ВР-1
позволяет записывать частоты колебаний от 5 до 100 Гц и амплитуды – от 0,05 до
6 мм. Из-за относительно большой инерционной погрешности механизма
пользоваться механическими вибрографами для испытания пролетных строений с
частотой колебаний менее 3 – 5 Гц не рекомендуется.
Электрические приборы могут записывать все виды диаграмм к ним
относятся
индукционные,
акустические
и
соответствующими
пьезоэлектрические,
резистивные
емкостные,
преобразователи.
электрическими
методами
индуктивные,
Данные
измеряют
приборы
неэлектрические
величины путем преобразования их в электрические величины, которые
фиксируются соответствующей измерительной аппаратурой. Электрические
приборы отличаются повышенной чувствительностью и точностью в области
низких
частот
по
сравнению
с
механическими
приборами,
а
непосредственная установка их на поверхности испытываемой конструкции.
Курс «Диагностика мостов», V курс, СРЭиТПМиТ, специалисты
также
49
11 Методы контроля свойств строительных материалов
На срок службы мостов большое влияние оказывает качество строительного
материала, из которого изготовлены элементы моста: ж/б, металл и древесина.
В процессе эксплуатации мостов происходит постоянное накопление дефектов и повреждений элементами мостов вследствие их физического износа.
Физический износ – это “старение строительного материала”, т.е. снижение
во времени первоначальных значений свойств материалов: физико-механических,
химических, теплофизических, акустических, магнитоэлектрических и других в
результате влияния следующих факторов:
а) природных – атмосферные, климатические, грунтовые, сейсмические,
биологические;
б) технологических загрязнений – водные, парогазовые, масляные, кислотные, щелочные;
в) механических – перегрузки, удары, вибрации;
г) ошибки на стадии изысканий, проектирования, изготовления, строительства и эксплуатации.
Величина физического износа в первую очередь определяет прочность элементов и конструкции моста в целом.
Для контроля свойств строительных материалов разработаны разрушающие
и неразрушающие методы контроля.
Цель разрушающих методов – это исследование свойств материала путем
достижения им предельного состояния, т.е. разрушения. Применяются на контрольных образцах в лабораторных условиях путем их разрушения на прессах,
которые отвечают требованиям ГОСТ 10180-90.
Цель неразрушающих методов – это исследование свойств материала не
достигая им предельного состояния. Методы дефектоскопии применяются везде
(в лабораториях, на полигонах и заводах, а также на стройплощадках) и позволя-
Курс «Диагностика мостов», V курс, СРЭиТПМиТ, специалисты
50
ют оперативно контролировать физический износ мостов в течение всего периода
эксплуатации.
Существующие методы дефектоскопии по функциональным возможностям
могут быть разделены на следующие группы:
1) Методы оценивающие состояние материала на наличие в его структуре
различных дефектов и повреждений, которые нарушают его целостность. Особое
внимание уделяется выявлению – трещин.
2) Методы, оценивающие прочностные свойства материала.
3) Методы выявляющие отклонения или отступления параметров элементов
мостов от нормативных требований.
1) Методы оценивающие состояние материала
В процессе накопления физического износа сооружением, в строительных
материалах: железобетоне, металле и древесине происходит снижение трещиностойкости. Снижение трещиностойкости приводит к образованию многочисленных и опасных повреждений в виде трещин: температурных, силовых, усадочных,
усушечных и др.
Постоянное развитие трещин в длину, ширину и глубину материала приводит к непредвиденному разрушению отдельных элементов и сооружения в целом.
Борьба с трещинами с помощью методов дефектоскопии условно разделена
на три этапа:
1 этап. Обнаружение трещин в элементах сооружения.
2 этап. Оценка скорости развития трещин, а также определение наиболее
вероятной трассы прорастания.
3 этап. Оценка прочности сооружения с учетом выявленных трещин и установление причин их развития. По результатам дефектоскопии осуществляется перерасчет сооружения и испытание.
Процесс развития трещин можно разбить на три стадии.
Стадия 1 – это зарождение и медленное развитие трещин.
Курс «Диагностика мостов», V курс, СРЭиТПМиТ, специалисты
51
Образование трещин зависит от большого числа факторов: от состава материала, режима и степени кристаллизации, температуры изготовления, способов
получения и режимов затвердевания, а также наличие всевозможных инородных
включений, пустот, раковин в теле материала.
Трещины могут зародиться и в местах концентрации напряжений: отверстиях, сварных швах, выступах, врубках.
Зарождение трещин возможно на всех этапах “жизни” сооружения: изготовление, обработка, хранение, транспортировка, монтаж, эксплуатация.
Стадия 2 – стадия ускоренного развития трещин.
Рост трещин приводит к возрастанию действующих напряжений в конструкции, что в свою очередь вызывает ускорение процессов разрушения.
На скорость развития трещин влияет структура материала, наличие примесей и добавок (пластификаторы), свойства материала: хрупкость, пластичность,
трещиностойкость.
Стадия 3 – стадия “катастрофического” или “спонтанного” разрушения.
При критических размерах трещины дальнейшее её увеличение приводит к
высвобождению энергии большей, нежели затрачиваемой на рост трещины. Рост
трещины ускоряется и начинает развиваться со скоростями, близкими к скорости
звука в материале (3 – 5 км/с). Происходит практически мгновенное, окончательное разрушение конструкции.
Поэтому методы дефектоскопии 1 группы должны обнаруживать трещины
на начальных стадиях развития (1 и 2 стадия), когда еще возможно остановить
или затормозить разрушение, либо принять меры по уменьшению отрицательных
последствий разрушения.
Из-за своей многочисленности трещины разделены на две категории: опасные и неопасные.
Опасные трещины – это трещины, которые растут.
Неопасные трещины – это трещины, которые находятся в состоянии покоя.
Поэтому методы дефектоскопии 1 группы должны обнаруживать только
опасные трещины, которые контролируются в первую очередь.
Курс «Диагностика мостов», V курс, СРЭиТПМиТ, специалисты
52
Разработанные методы дефектоскопии, которые применяются на практике,
подразделяются на прямые и косвенные. При этом следует учитывать, что трещины по местоположению бывают: внешние – располагаются на поверхности элемента, внутренние – находятся внутри элемента и сквозные – проходят через всю
толщу материала и имеют два выхода на поверхность элемента.
1) К прямым методам относятся:
Методы, которые обнаруживают внешние или сквозные трещины:
1.1) Визуальный метод – человеческий глаз.
1.2) Оптический метод – микроскоп МПБ-2 (см. слайд), лупа, бинокль.
1.3) Метод нанесения лаков.
На поверхность элемента наносят лаковое покрытие. После загружения в
лаковом покрытии образуются трещины, которые совпадают с имеющимися
трещинами в самом элементе или обозначают места образования трещин в будущем, так как отображают наиболее напряженные сечения.
1.4) Порошковый метод (см. рис.11.1).
На поверхность металла рассыпают мелкоразмолотый ферромагнитный
порошок – железный сурик, окалина. Над местами расположения дефектов порошок собирается в виде хорошо заметных скоплений.
Силовые линии
магнитного поля
Местный магнитный
поток рассеяния
Воздух в трещине создает большое сопротивление,
из-за чего преломляются силовые линии и они
выходят на поверхность
Рис.
11.1
Рис.1.
1.5) Метод нанесения окрашенных жидкостей или керосина.
Керосин обладает малой вязкостью и незначительным поверхностным натяжением. На одну поверхность разливают керосин, а противоположную стоКурс «Диагностика мостов», V курс, СРЭиТПМиТ, специалисты
53
рону заранее обмазывают водным раствором мела. На подсохшем светлом фоне
могут появиться ржавые пятна или полосы, которые возникают при просачивании керосина.
1.6) Метод обдувания сжатым воздухом.
Одну сторону обдувают сжатым воздухом, а противоположную сторону
обмазывают мыльным раствором. При наличии сквозных трещин образуются
мыльные пузыри.
1.7) Метод, который позволяет обнаружить внутренние трещины – это радиационный метод (рентгеновский).
Недостатками вышеперечисленных методов (за исключением радиационного) является невозможность обнаружения внутренних трещин. Радиационным методом не всегда возможно обнаружить трещины большой длины с малым раскрытием (шириной).
Главный недостаток всех прямых методов – невозможно определить скорость развития трещины.
2) К косвенным методам дефектоскопии относятся:
2.1) Ультразвуковой метод (эхо-метод). В данном методе через толщу материала пропускают ультразвуковые колебания с частотой от 20 кГц и выше. Волны
проходя через воздушные прослойки в виде трещин почти полностью затухают,
что позволяет выявить их присутствие, а также отражаются или преломляются
при переходе из одной среды в другую. Волны посылаются узким лучом с малым
углом расхождения направленного действия, что позволяет точно определить местоположение трещины.
Методика определения глубины трещин (см. рис.11.2)
Излучающий “А” и приемный “В” датчики располагаются симметрично относительно краев трещины на расстоянии “а”. Колебания, возбуждаемые в точке
“А”, попадут в точку “В” по пути:
АСВ  4h 2  а 2
,
где “ h ” – глубина трещины.
Курс «Диагностика мостов», V курс, СРЭиТПМиТ, специалисты
54
При скорости  на это потребуется время
th 
4h 2  a 2

,
и время определяется во время дефектоскопии.
Глубина трещины находим из соотношения
2

a
h
t h2    ,
2
 
где  – определяется на неповрежденном участке материала.
Недостаток метода – невозможно определить скорость развития трещины.
a
B
A
h
C
Рис. 11.2.
Рис. 2.
Ультразвуковые приборы для бетона:
модель «ультразвуковой тестер Ук1401», замеряет глубину трещины до 5 см
(см. слайд);
фирма «Интерприбор» модель «ультразвуковой измеритель прочности материалов и глубины трещины Пульсар-1.1» (см. слайд);
фирма «АКС» модель «дефектоскоп ультразвуковой низкочастотный
А1220».
Ультразвуковые приборы для металла:
фирма «АКС» модель «дефектоскоп ультразвуковой А1212 МАСТЕР и
А1214 ЭКСПЕРТ» (см. слайд).
Курс «Диагностика мостов», V курс, СРЭиТПМиТ, специалисты
55
2.2) Вихретоковый метод в металле (электронный аналог порошкового метода). Силовые линии магнитного поля в металле проходя через трещины преломляются и выходят на поверхность, что и фиксируется прибором «вихретоковый дефектоскоп ВДЛ-5М» фирмы «CRT», замеряемая глубина трещины до 0,25
мм (см. слайд).
Недостаток метода – невозможно определить скорость развития трещины.
2.3) Метод акустической эмиссии. Данный метод заключается в регистрации изменений параметров акустических шумов (волн), образующихся в процессе
роста трещин.
Данным методом определяются только опасные трещины. По величине акустических шумов оценивается скорость развития трещин, а, следовательно, можно прогнозировать ресурс времени до разрушения.
Недостаток метода акустической эмиссии связан с большими погрешностями из-за посторонних акустических шумов, создаваемых элементами сооружения
в процессе своей работы (удары элементов друг о друга, ветер, движение транспорта).
2.4) Метод электромагнитной эмиссии в бетоне. Данный метод заключается
в регистрации изменений параметров электромагнитного поля, которое образуется по краям развивающихся трещин. Поэтому фиксируются только опасные трещины. По величине параметра электромагнитного поля оценивается скорость
роста трещины и прогнозируется ресурс времени до разрушения.
Прибор «Прочность» разработан на основе данного метода (см. слайд).
Данный метод обладает самой большой проникающей способностью, следовательно, можно обнаруживать трещины на больших расстояниях от прибора.
Курс «Диагностика мостов», V курс, СРЭиТПМиТ, специалисты
56
2) Методы, оценивающие прочностные свойства материала
Данные методы широко применяются при оценке прочности всех строительных материалов.
Самый простой ударный метод – молоток. Если удар глухой, то материал не
прочный с нарушениями его структуры, если удар звонкий, то материал прочный.
К наиболее точным и широко распространенным относятся методы, сущность которых заключается в следующем: замеряется поверхностная твердость
материала, а затем осуществляется переход к прочностным значениям через эмпирические формулы или соответствующие графики, таблицы.
В зависимости от замеряемой величины методы разделены на две группы:
– замеряется величина вдавливания в поверхность материала стального шарика или алмаза.
– замеряется величина упругого отскока падающего шарика от поверхности
материала.
При оценке прочности металла применяется механический прибор Польди
ударного действия и фиксируется величина вдавливания шарика (см. рис. 11.3).
Рис. 11.3.
Электронные приборы для определения прочности металла не известны.
При оценке прочности бетона применяют механические приборы, по которым фиксируется величина вдавливания шарика:
– Молоток К.П. Кашкарова (см. рис. 11.4); Молоток ЛИСИ.
Курс «Диагностика мостов», V курс, СРЭиТПМиТ, специалисты
57
Рис. 11.4.
При оценке прочности бетона применяются однопараметрические склерометры, которые фиксируют величину отскока ударного бойка, к ним относятся:
фирма «Контрос» модель ОМШ-1;
фирма «СКБ Стройприбор» модель ИПС-МГ4.03 (см. слайд);
фирма «Proceq» модель SCHMIDT Concrete Test Hammer и DIGI-SCHMIDT
Concrete Tester (см. слайд).
При оценке прочности бетона применяется двухпараметрический склерометр фирмы «Интерприбор» модель ОНИКС-2.5, который фиксирует как величину отскока ударного бойка, так и величину вдавливания ударного шарика (см.
слайд).
Также для оценки прочности бетона применяются: ультразвуковой прибор
Пульсар-1.1, измеритель прочности бетона методом отрыва со скалыванием ребра
и методом отрыва стальных дисков «ПОС-30/50-МГ4» и «ОНИКС-О.С», а также
прибор «Прочность» на основе метода электромагнитной эмиссии бетона.
При оценке прочности древесины применяют:
Метод ударных отпечатков (см. рис. 11.5). О прочности древесины судят по
диаметру отпечатка (вмятины), появившегося на гладко оструганной поверхности
исследуемого элемента при падении стального шарика диаметром 25 мм с высоты
50 см. Для перехода от диаметра отпечатка к прочности древесины применяют
специальные графики с поправочными коэффициентами учитывающие влажность.
Курс «Диагностика мостов», V курс, СРЭиТПМиТ, специалисты
58
Рис. 11.5.
3) Методы, выявляющие отклонения или отступления параметров
элементов мостов от нормативных требований
Для определения толщины защитного слоя, размеров и расположения арматуры используют ультразвуковым методом с помощью прибора фирма «Интерприбор» модель ПОИСК-2.5 и фирма «СКБ Стройприбор» модель ИПА-МГ4 (см.
слайд).
Для замера диаметра арматуры в железобетоне применяется ультразвуковой
прибор фирмы «Proceq» модель CANIN Corrosion Analysing Instrument (см. слайд).
Для определения влажности материалов применяют влагомеры фирмы «Интерприбор» модель ВИМС-1.У (универсальный) и ВИМС-1.Д (для древесины), а
также фирмы «СКБ Стройприбор» модель МГ4У (универсальный) и МГ4Д (для
древесины) (см. слайд).
Для замера температуры в материалах применяют цифровые термометры
фирмы «Интерприбор» модель ТЕМП-3.х и фирмы «СКБ Стройприбор» модель
ТЦЗ-МГ4.х (см. слайд).
В настоящее время приборы для проведения дефектоскопии оснащаются
вычислительными устройствами, что дает возможность перейти к автоматизации
процесса и накапливать большой объем информации о состоянии мостов в течение продолжительного промежутка времени.
Курс «Диагностика мостов», V курс, СРЭиТПМиТ, специалисты
59
Приборы для выполнения контрольно-инструментальных измерений
Для съемки продольных и поперечных профилей применяются нивелиры:
оптические – фирма «УОМЗ» модель 4Н2КЛ, 3Н3КЛ, 3Н5Л;
фирма «SETL» модель DSZ3, AT-20D, AT-24D;
фирма «SOKKIA» модель В1, В1С, С300-330, С410, PL1.
цифровые – фирма «SOKKIA» модель SDL30M;
фирма «Trimble» модель DiNi12 / 12T / 22. У цифровых нивелиров высокоточные специальные рейки.
лазерные – серии «Лимка»;
фирма «SOKKIA» модель МР 400 и др.;
фирма «Trimble» модель QL40.
Для замера геометрических параметров применяются ручные лазерные безотражательные дальномеры:
фирма «Leica» модель Disto classic 5a – точность измерения ±1,5 мм до 200
м.
А также для замеров расстояний применяются профессиональные рулетки
фирмы «FISCO» от 3 до 100 м, изготовленные из нержавеющей стали, и рулетки,
имеющие полиамидной (пластиковое) покрытие, защищающее ленту от стирания
и от воздействия агрессивных сред. Рулетки фирмы «FISCO» – единственные импортные рулетки, включенные в единый Государственный реестр средств измерений.
Курс «Диагностика мостов», V курс, СРЭиТПМиТ, специалисты