Приложение Б. Проведение инструментальных измерений при периодическом мониторинге

Приложение Б
(рекомендуемое)

Проведение инструментальных измерений при периодическом мониторинге

В приложении приведены рекомендации по проведению инструментальных измерений применительно к видам работ, выполняемых при мониторинге (см. раздел 7). При этом не исключены другие методы и технологии проведения инструментальных измерений, обеспечивающих решение задач мониторинга.

Б.1 При осмотре выполняют инструментальные измерения обнаруженных дефектов: площади протечек, нарушение защитного слоя, сетки трещин, длины и ширины раскрытия трещин. Для измерений используют стальные линейки, штангенциркули, мерные шаблоны, щупы и другие средства измерения. Для наблюдения за развитием трещины, кроме того, устанавливают "маячки". Эти виды работ выполняются при обследовании (диагностике) сооружений и не являются специальными.

Б.2 Измерение толщин деталей и элементов металлоконструкций в местах, где измерения линейкой, штангенциркулем, шаблоном не могут быть выполнены, осуществляют приборами УЗК (ультразвукового контроля). При этом выполняют зачистку поверхности металла (с двух сторон) от краски и продуктов коррозии, калибровку прибора на соответствующую марку (тип) металла, корректировку режима калибровки в местах, где доступно непосредственное измерение толщины, например, штангенциркулем, шаблоном. Измерения прибором выполняют не менее 3 раз, а при отклонении от средней величины более чем на 15% повторяют измерения.

Б.3 Прочностные характеристики бетона (марку бетона) определяют, как правило, неразрушающими методами (СНиП 2.03.01-84*), например, с использованием молотка "Шмидта". При этом на защитной поверхности бетона (15x15 см) замеры выполняют в 3 серии по 10 "ударов" молотком.

В необходимых случаях прочность бетона определяют в лаборатории при испытании на прессе образцов, взятых из бетона конструкций (ГОСТ 28570-90, ГОСТ 22690-88). Отбор кернов осуществляют буровой установкой с использованием кольцевых коронок. В лабораторных условиях из кернов готовят образцы стандартных размеров для испытания.

Б.4 Толщину защитного слоя бетона определяют измерителями толщины защитного слоя с предварительной зачисткой поверхности (снятие цементного "молока").

Б.5 Глубину карбонизации бетона определяют по внутренней поверхности отверстий диаметром 10-12 мм, пробуренных в бетоне на глубину защитного слоя. Измерения выполняют в местах, внешне неблагополучных (например, увлажненные, со следами выщелачивания и т.п.)

Б.6 Содержание хлоридов в бетоне определяют по образцам (пробам), взятым при бурении скважин диаметром мм. При этом отбор проб осуществляют в местах, внешне неблагополучных, на глубину защитного слоя бетона.

Работы выполняют в соответствии с действующими методиками (Методика определения содержания хлоридов в железобетонных конструкциях мостовых сооружений).

Б.7 Физико-механические характеристики металла определяют по образцам, отобранным с соответствующих исследуемых конструкций.

При этом используют стандартные методики определения марки металла, предела прочности и текучести, относительного изменения, ударной вязкости, свариваемости (ГОСТ 22536.0-87, ГОСТ 18895-97, ГОСТ 1497-84, ГОСТ 1759.0, ГОСТ 6996-66*, ГОСТ 12004-81*, ГОСТ 14098-91, ОСТ 7564-97).

Для неразрушающего контроля твердости металла используют твердомеры.

Б.8 Наблюдения за взаимным положением сопрягаемых элементов осуществляют с использованием обычных средств измерения (линеек, штангенциркуля, шаблонов). Особый интерес представляют элементы мостового сооружения, работающие как механизмы: деформационные швы и опорные части. Например, в опорных частях фиксируют их положение относительно подферменников опор и балок пролетных строений, смещение опорных частей, наклон валков, выпирание резины и т.п. Для измерения перемещений в швах заделывают марки в сопрягаемые элементы балок в зоне опорных частей и конструкций деформационных швов.

Б.9 Наблюдения за изменением геометрического очертания балок пролетных строений и опор выполняют геодезическими инструментами по маркам, установленным в характерных местах конструкции. В отличие от геодезических работ, выполняемых при обследовании сооружений, марки устанавливают в местах, где они не могут быть нарушены при ведении работ по содержанию сооружений. Марки могут быть заделаны в бетон, приклеены к материалу или нанесены краской. Например, для контроля вертикальных перемещений марки для нивелирования в балках открытого профиля устанавливают на нижнем поясе, для коробчатых сечений - на верхней плите внутри коробки.

Для контроля смещений элементов в горизонтальной плоскости (теодолитной съемкой) марки могут быть установлены в узлах панелей ферм и на средних участках соответствующих раскосов и поясов, в местах верхнего и нижнего поясов балок и на участках сплошной стенки.

Для выявления смещений опор в горизонтальной плоскости марки устанавливают в верхней и нижней частях тела опоры (стойки) по возможности на обеих противоположных гранях.

Б.10 Наблюдения за угловыми перемещениями проводят по установленным в конструкции электронным угломерам (датчикам). Снятие отсчетов осуществляют с помощью периодически подключаемого измерительного блока. Датчики устанавливают в характерных местах, где угловые перемещения наибольшие (в подопорных участках балок, в верхней части опор). Датчики (угломеры) устанавливают на шпильки, заделанные в бетоне или металле (например, клеем), прибор фиксируют на шпильке клеем с регулировкой его положения (нейтрального) измерительным блоком. Базовый отсчет выполняют после отверждения клея.

Б.11 Измерение температуры элементов сооружения выполняют приборами контактного измерения (пирометрами, электротермометрами) или датчиками, заделываемыми в материал конструкции (термопарами, датчиками "Боттон" и т.п.). Датчики устанавливают в сечениях конструкции, позволяющих выявить среднюю температуру балок пролетных строений, элементов поперечного сечения пролетных строений, материала непосредственно в местах, где измеряют деформации материала и т.п.

Датчики заделывают в скважинах бетона или плотно фиксируют на поверхности материала термопастой или механическими зажимами. При использовании зажимов в материале заделывают анкерные дюбели. Измерения температуры термопарами выполняют периодически подключением измерительного прибора. Датчик "Botton" сохраняет информацию о температуре и влажности. Для считывания данных датчик демонтируют и устанавливают в считывающее устройство.

Б.12 Измерения длительных деформаций материала конструкции выполняют с использованием оптоволоконных датчиков, электрических датчиков сопротивления, деформометров и др.

Оптоволоконные датчики закрепляют по концам базы измерения вдоль защитной поверхности материала (без выступов и наплывов). Для крепления датчиков в материале конструкции заделывают анкеры.

Электрические датчики сопротивления приклеивают по всей предварительно зачищенной поверхности материала.

Для деформометров в материале конструкции заделывают или наклеивают специальные марки, устанавливаемые по шаблону для обеспечения точной установки деформометров, имеющих фиксированную базу измерения.

Б.13 Жесткостные характеристики конструкции определяют от устанавливаемой нагрузки, проводимой периодически при длительных наблюдениях. Применение механических тензометров, индикаторов, прогибомеров не отличается от их использования при испытаниях мостовых сооружений.

Б.14 Динамические характеристики конструкции определяют по методике "Методические рекомендации по вибродиагностике автодорожных мостов".

Б.15 Для определения напряжений в бетоне методом "разгрузки" используют следующие приборы и оборудование:

- измеритель деформаций;

- молоток "Шмидта" - измеритель прочности бетона;

- измеритель толщины защитного слоя бетона и определитель местоположения арматуры в бетоне;

- "пистолет" горячего воздуха - для сушки бетона при наклейке датчиков;

- шлифовальная машинка - для зачистки поверхности бетона;

- стабилизатор напряжения;

- подмости;

- оборудование для резки бетона с алмазным диском;

- тензодатчики;

- специальные клеи для наклейки тензодатчиков;

- электростанция мощностью 2,2 кВт.

Разметку локальных мест наклейки датчиков проводят на поверхности бетона, исключая места расположения арматуры, определяемые измерителем толщины защитного слоя на площади примерно 50x30 см.

Поверхность бетона зачищают от наплывов и цементного молока.

На зачищенной бетонной поверхности блока в местах, где отсутствовали трещины и раковины, шлифовальным камнем готовят не менее 6 площадок бетона на площади примерно 10x4 см под наклейку тензодатчиков.

Готовые площадки повторно проверяют на наличие раковин и трещин, открывающихся по мере зачистки бетона, и из них выбирают окончательно рабочие площадки под наклейку датчиков. При выявлении сплошных дефектных участков все операции по подготовке поверхности повторяют на новом месте.

В каждой точке измерения накладывают не менее 3 тензодатчиков в направлении действия нормальных напряжений и 3 датчиков в перпендикулярном направлении.

Наклейка датчиков проводится при помощи клея, время схватывания и выдержки клея не менее 60 мин.

Перед разгрузкой части удаленной бетонной конструкции с наклеенными тензодатчиками (далее - "фрагмент" бетона) осуществляют замер показаний. После стабилизации показаний измерителя деформаций по периметру ("вокруг") датчиков делают прорези алмазным диском и удаляют "фрагмент" бетона с наклеенным на него датчиком. Тем самым "фрагмент" освобождается от усилий, воспринимаемых им в конструкции, и возникающие деформации соответствуют этим усилиям.

Снятие отсчетов (показаний) с тензодатчиков выполняют после устройства прорезей и после удаления "фрагмента" бетона из конструкции (полной разгрузки) и принятия им в обоих случаях температуры окружающего воздуха.

Для измерения деформаций бетона используют прибор с чувствительностью измерения деформаций в относительных единицах не ниже и дрейфом "нуля" отн. ед. Длина базы принята не менее 50 мм как максимально возможная по технологическому оснащению и реализации определения упругих деформаций (напряжений) методом разгрузки. Таким образом, точность измерения напряжений бетона соответствует точности измерения деформаций, составляющей в отн. ед.

Напряжения в бетоне определяют по формулам (1), (2) и (3) для плоского напряженного состояния.

Для определения напряжений принимают модуль упругости, соответствующий проектной марке бетона балки по СНиП 2.05.03-84* или по марке бетона, определенной при натурных измерениях.

Для линейного напряженного состояния бетона напряжения определяют по формуле

, (1)

для плоского напряженного состояния - по формулам:

, (2)

, (3)

где m - коэффициент Пуассона (для бетона );

Е - модуль упругости;

и - замеренные величины относительных деформаций в направлении и (деформации растяжения вводят со знаком плюс, сжатия - со знаком минус);

и - главные напряжения по двум взаимно перпендикулярным направлениям.