Оцінка міцності кладки та її однорідності у будівельних конструкціях імпульсними методами

Один з таких об'єктів - комплекс будівель "Старий Арсенал" по вул. Січневого повстання, 28-30 (час будівництва - 1783-1801 р.р.). Дані дослідження були складовою частиною робіт НДІБК з обстеження конструкцій у зв'язку з розпочатою реконструкцією стародавньої фортифікаційної споруди під музей із відтворенням його початкового вигляду. Надійна і безпечна експлуатація музейного комплексу має бути забезпечена на підставі інструментальних досліджень і перевірних розрахунків конструкцій із значним фізичним зносом, що одержали ушкодження і зазнали руйнування за довгі роки експлуатації.

За розробленою методикою УЗМ, була визначена міцність матеріалів кладки в конструкціях. Установлена неоднорідність цегли в різних місцях кладки, спричинена як різною міцністю, так і різними умовами, у якій перебувала кладка, потребувала її поділу за марками. За запропонованим критерієм була оцінена однорідність цегли за міцністю як для окремих видів конструкцій (стіни, стовпи, склепіння і т. ін.), так і для окремих ділянок кладки (внутрішні і зовнішні шари кладки в стінах і склепіннях). Установлений діапазон міцності розчину перебуває в межах однієї марки, тому для підвищення достовірності оцінки міцності кладки для одних тих самих груп конструкцій і ділянок визначалась його середня міцність на стиск. Фактична міцність цегли в конструкціях відповідає маркам 100...150. Середні значення міцності розчину перебувають у межах 0,74...0,99 МПа. Збіжність результатів, отриманих за двома методами: фізико-механічним і ультразвуковим, є задовільною. За результатами вибіркових випробувань у пресі міцність цегли відповідала маркам 100...150, а міцність розчину перебувала в діапазоні 0,57...0,93 МПа.

В умовах двостороннього доступу до конструкцій (стовпів) МХУ за допомогою комплексу ТКС-1 здійснена оцінка однорідності кладки за перерізом конструкцій. Стовпи складної форми розміщені у внутрішній частині будівлі. За час експлуатації стовпи піддавалися різним видам впливам, у тому числі вогневим і динамічним.

За запропонованим критерієм оцінки однорідності (7), швидкості поздовжніх хвиль в обстежених стовпах порівнювалися зі швидкістю в умовно "бездефектному" стовпі. У результаті були визначені збережені робочі перерізи конструкцій. Установлено, що в кладці окремих стовпів відбулося поверхневе руйнування цегли на глибину до 12 см. На більшій глибині дефектність кладки зумовлена внутрішніми тріщинами. Наступні детальні обстеження дефектних ділянок стовпів підтвердили правильність вибраних критеріїв та об'єктивність оцінки стану кладки. Отримані результати використані під час оцінки реального залишкового ресурсу конструкцій і враховані при прийнятті проектних рішень щодо забезпечення необхідної надійності.

Однорідність кладки при односторонньому доступі визначалася в рамках досліджень з оцінки технічного стану стінових конструкцій житлових будинків № 114, 116А, 120А, 120Б по вул. Жилянській у м. Києві, побудованих на початку ХX ст. Першою частиною досліджень було установлення фактичної міцності цегли і розчину в кладці зовнішніх стін, за результатами яких і з урахуванням візуального огляду були визначені ділянки стін з умовно "бездефектною" кладкою. На цих ділянках були визначені середні значення частот F_H, що відповідають товщинам і середні квадратичні відхилення S_F. Для підвищення точності вимірювань частотних піків оброблялась початкова частина одиночних імпульсів. За запропонованим критерієм (9) кладка за товщиною стін на обстежених ділянках була визнана однорідною. Для перевірки слушності вибраного критерію в стіні будинку № 116А, у якій розміщені ніші, вимірювання частот виконувались на ділянках із різною товщиною стіни. Характерний миттєвий амплітудний спектр ударного імпульсу на ділянці стіни з різною товщиною свідчить, що у разі зміни товщини в амплітудному спектрі з'являються додаткові частотні піки. Частотний пік 1,76 кГц відповідає меншій товщині стіни (55 см), а піки 0,78 і 1,17 кГц - більшій товщині (84 см). Збільшення частоти для меншої товщини значно перевищує її можливі зміни, пов'язані з допустимою неоднорідністю (F_H + S_F =1162 Гц), що підтверджує чутливість УЛМ до зміни однорідності і товщини. З урахуванням того, що за результатами вимірювань УЗМ інформативні параметри в цеглі і розчині на зовнішній і внутрішній поверхнях мають близькі значення, можна зробити висновок, що зміна частоти (її середнє квадратичне відхилення) характеризує ступінь однорідності кладки за перерізом стіни однієї товщини.

Для перевірки правильності визначення частотних піків за формулою (8) розраховано товщину стін на умовно "бездефектних" ділянках. Порівняння розрахункових значень і фактичних значень товщини стін будинків 116А (відповідно 78 і 84 см) і 120Б (відповідно 92 і 91 см) підтвердило, що з урахуванням похибки виміряні частотні піки в амплітудних спектрах відповідають резонансам за товщиною стін. Отримані дані підтвердили чутливість УЛМ при оцінці однорідності кладки в разі одностороннього доступу й об'єктивність запропонованого критерію.

Основні результати роботи і висновки

керамічний ультразвуковий кладка удар

1. Розроблено і реалізовано нові методики визначення міцності матеріалів кладки з керамічних виробів ультразвуковим імпульсним методом. Їх основою є уперше отримані експериментальні та чисельні дані про кореляційні зв'язки міцнісних характеристик різних видів керамічних виробів і розчинів з часом поширення ультразвуку при поверхневому прозвучуванні. Методики використані в понад 80 практичних роботах при інструментальних обстеженнях об'єктів, що реконструюються.

2. Обґрунтовано необхідність і розроблено новий підхід комплексного використання акустичних імпульсних методів у двох частотних діапазонах: ультразвуковому з оцінкою фактичної міцності кладки та звуковому з оцінкою однорідності кладки в конструкціях. Визначені найбільш ефективні методи їх практичної реалізації: ультразвуковий - для визначення міцності кладки, метод хвилі удару та ударний луна-метод - для оцінки однорідності кладки відповідно при дво - та односторонньому доступі до конструкцій.

3. Досліджено можливості використання дисперсійних кривих як критерію однорідності кладки в конструкціях при односторонньому доступі і встановлена їх недостатня ефективність. Запропоновано й обґрунтовано умови використання ударного луна-методу.

4. Отримано дані оптимальних параметрів ударних пристроїв для реалізації методу хвилі удару та ударного луна-методу. У процесі експериментальної верифікації досягнуто як якісний, так і кількісний (з середньою різницею 12%) збіг з розрахунковими даними. Метод хвилі удару та ударний луна-метод адаптовані до кам'яних конструкцій.

5. Обґрунтовано вибір і виконано перевірку ефективності критеріїв оцінки міцності матеріалів керамічної кладки і її однорідності в будівельних конструкціях для комплексного використання трьох методів: ультразвукового, хвилі удару та ударного луна-методу.

6. Створений і пройшов державну метрологічну атестацію в Укрметртестстандарті мобільний програмно-технічний комплекс ТКС-1, який з застосованим комп'ютером типу ноутбук реалізує на базі сучасних інформаційних технологій метод хвилі удару та ударний луна-метод. Він дає змогу виконувати вимірювання для оцінки однорідності кладки у великогабаритних кам'яних конструкціях як при двосторонньому, так і при односторонньому доступі.

7. Здійснено перевірку в натурних умовах комплексного використання методів, технічних засобів і запропонованих критеріїв оцінки міцності і однорідності кладки, що підтвердило їх достовірність та практичну ефективність при вирішенні проблеми отримання інформації для оцінки ресурсу кам'яних конструкцій із керамічних виробів.

8. Результати досліджень з використання ультразвукового методу, методу хвилі удару та ударного луна-методу можуть бути основою для розробки відповідних стандартів технічного діагностування кам'яних конструкцій.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Глуховский В.П. Оценка остаточного ресурса кирпичных конструкций вследствие динамических воздействий // Будівельні конструкції: Міжвідомчий н.-т. збірник. - К.: НДІБК, 2006. - Вип. 64. - С. 524-529.

2. Глуховский В.П. Образцовая установка ОУ-1 для воспроизведения времени распространения ультразвука / Расчет и испытания строительных конструкций: Сб. научн. трудов. - М., 1987. - Деп. ВНИИИС. - Вып. 6, №7806.

3. Глуховский В.П., Слюсаренко Ю.С. Методическое обеспечение определения прочности кирпичной кладки обследуемых зданий // Будівельні конструкції: Міжвідомчий н.-т. збірник.- К.: НДІБК, 2001.- Вип. 54.- С. 201.

4. Глуховский В.П., Калюх Ю.И. Опыт применения ультразвукового метода для определения прочности кирпича // Світ геотехніки, 2007.-№1.- С. 13-16.

5. Глуховский В.П. Исследования наличия трещин и пустот в железобетонных конструкциях при импульсном воздействии // Будівельні конструкції: Міжвідомчий н.-т. збірник.-К.: НДІБК, 2006.- Вип. 65.- С. 291.

6. Глуховский В.П. Контроль качества заполнения трещин в бетоне с помощью ультразвука // Строительство, материаловедение, машиностроение: Сб. научн. трудов. - Днепропетровск: ПГАСА, 2006. - Вып. 37. - С. 102-107.

7. Гогоци Г.А., Неговский А.Н., Зубов В.И., Витюк П.С., Глуховский В.П., Рапопорт Ю.М. Применение ультразвукового спектрального метода при оценке термоповреждаемости керамики. // Огнеупоры, 1984. - №4. - С. 25.

8. Слюсаренко Ю.С., ФаренюкГ.Г., Глуховский В.П. Методические основы оценки эксплуатационных характеристик конструкций зданий и сооружений // Строительство. Материаловедение. Машиностроение: Сб. научн. трудов. - Днепропетровск: ПГАСиА, 2003. - Вып.25. - С. 68-73.

9. Токарев В.А., Серегин Е.И., Глуховский В.П. Акустические характеристики некоторых полимеров, используемых в качестве испытательных образцов // Дефектоскопия, 1982. - №10. - С. 67-70.

10. Способ определения погрешности измерителя скорости распространения ультразвука в материале. А.с. № 938135. СССР, МКИ G01 N29/00 / В.А. Токарев, С.И. Ногин, Н.А. Глухов, В.П. Глуховский - №3219128/18-28; Заявл. 19.12.80; Опубл. 23.06.82, Бюл., №23.

11. Глуховский В.П., Марьенков Н.Г., Безымянный Ю.Г., Набокова Ю.В. Контроль геометрических размеров и жесткости железобетонных конструкций методом ударного возбуждения // Будівельні конструкції: Міжвідомчий н.-т. збірник.- К.: НДІБК, 2001. - Вип. 54.- С. 196-200.

12. Государственная система единства измерений. Методические указания. Приборы ультразвуковые импульсные для испытания неметаллических строительных материалов. Методика поверки. МИ 1089-86 / П.С. Витюк, М.И. Шлякцу, В.П. Глуховский, Р.О. Красновский, А.И. Марков и др. - М.: ВНИИФТРИ, 1987. - 33 с.

13. Немчинов Ю.И., Хавкин А.К,. Приемский, Глуховский В.П., Юров А.Н, Марьенков Н.Г, Щербин В.Н., Ненахов А.Н. Программно-аппаратный комплекс контроля строительных конструкций объекта "Укрытие" // Проблеми Чорнобиля: Наук.-техн. зб. - Чорнобиль: МНТЦ "Укриття" НАН України, 2000. - Вип. 6 - С. 70-73.

14. ДСТУ Б В.2.6-25-2003 Конструкції будинків і споруд. Автоматизовані системи технічного діагностування будівельних конструкцій. Загальні технічні вимоги / Ю.І Немчинов, О.К. Хавкін, В.П. Глуховський, Ю.В. Радиш, В.Д. Приємський, А.Н. Юров. - Держ. комітет України з будівництва та архітектури, 2003. - 22 с.

15. ДСТУ Б А.2.4-14:2005 Система проектної документації для будівництва. Автоматизовані системи технічного діагностування будівельних конструкцій. Технічне завдання / В. Глуховський, П. Кривошеєв, Ю. Немчинов, В. Приємський, Ю. Радиш, О. Хавкін, А. Юров. - Держбуд України, 2005. - 24с.

Размещено на Allbest.ru