Методы повышения надежности элементов в строительстве

Надежность жилого дома, его работоспособность обеспечиваются своевременным ремонтом. Свойство объекта, заключающееся в доступности и удобстве в проведении мероприятий по предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов и повреждений, а также устранению их путем ремонта и обслуживания, называется ремонтопригодностью. К показателям ремонтопригодности относятся: вероятность восстановления в заданное время, среднее время восстановления, удельная трудоемкость обслуживания и ремонтов, средняя и относительная стоимость ремонтов.

Содержание

1. Основные понятия 3
2. Факторы, влияющие на надежность 4
3. Классификация отказов 5
4. Повышение надежности 7
Список используемой литературы 11

Работа состоит из 1 файл

Федеральное агентство по образованию РФ

Волгоградский Государственный Архитектурно- Строительный Университет

Реферат на тему:

«Методы повышения надежности инженерных систем, оборудования и элементов конструкций зданий»

О доработке юбки поршня для повышения надежности

1. Основные понятия 3
2. Факторы, влияющие на надежность 4
3. Классификация отказов 5
4. Повышение надежности 7
Список используемой литературы 11

Основные понятия

Надежность — свойство изделия выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени или требуемой наработки. Надежность в зависимости от значения изделия и условий его эксплуатации включает безотказность, долговечность, сохраняемость и ремонтопригодность изделия в целом и его составных частей. Надежность обеспечивает техническую возможность использования изделия по назначению в нужное время и с требуемой эффективностью.

Применительно к ограждающим и несущим конструкциям зданий надежность — это свойство, обеспечивающее нормативный температурно- влажностный и комфортный режим помещений, сохраняющее при этом эксплуатационные показатели (тепло-, влаго-, воздухо-, звукозащиту) в заданных нормативных пределах, а для архитектурно-конструктивного элемента здания еще и прочность, и декоративные функции в течение заданного срока эксплуатации. При этом предполагается обеспечение для здания в целом (точнее, для всех его помещений) безотказности и долговечности.

Безотказность — свойство объекта непрерывно сохранять работоспособность в течение определенного времени. К этому показателю относят вероятность безотказной работы, среднюю наработку до первого отказа, наработку на отказ, интенсивность отказов, параметр потока отказов, гарантийную наработку.

Долговечность — свойство объекта сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонтов, т. е. с возможными перерывами в работе. Показателями долговечности являются средний срок службы, срок службы до первого капитального ремонта, межремонтный срок службы.

Общие принципы расчета элементов конструкций

Таким образом, безотказность и долговечность — это свойства объекта сохранять работоспособность, при этом безотказность предусматривает непрерывную работоспособность в течение определенного времени, а долговечность — с возможными перерывами на ремонт.

Применительно к жилым домам сохраняемость рассматривается:

а) сохраняемость изделий (конструкций) как свойство непрерывно сохранять исправное и работоспособное состояние в течение (и после) хранения и транспортировки, способность изделий противостоять отрицательному влиянию неудовлетворительного хранения и транспортировки, старению материалов изделий до их монтажа;

б) сохраняемость объектов в целом до ввода в эксплуатацию и во время ремонтов (консервации).

Надежность жилого дома, его работоспособность обеспечиваются своевременным ремонтом. Свойство объекта, заключающееся в доступности и удобстве в проведении мероприятий по предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов и повреждений, а также устранению их путем ремонта и обслуживания, называется ремонтопригодностью. К показателям ремонтопригодности относятся: вероятность восстановления в заданное время, среднее время восстановления, удельная трудоемкость обслуживания и ремонтов, средняя и относительная стоимость ремонтов.

2. Факторы, влияющие на надежность

Факторы, влияющие на надежность зданий, можно условно разделить на две группы: внутреннего характера и внешнего воздействия. К первой группе относятся: физико-химические процессы, протекающие в материале конструкций; нагрузки и процессы, возникающие при эксплуатации; конструктивные факторы; качество изготовления конструкций. Ко второй группе причин относятся: климатические факторы (температура, влажность, солнечная радиация, попеременное замораживание и оттаивание и др.); факторы агрессивности окружающей среды (наличие в атмосфере агрессивных компонентов, биологические факторы, ветры, пыль и т.д.), а также качество эксплуатации. Последний фактор имеет в ряде случаев более важное значение, так как по интенсивности износа конструкций может превышать все остальные.

В качестве примера можно привести наличие протечек и неисправностей в системе водоснабжения и канализации, когда систематические утечки жидкой фазы увлажняют перекрытия, создавая благоприятные условия для возникновения и роста грибковых образований, коррозии арматуры и закладных деталей, нарушения целостности основания фундаментов. Результатом этого процесса при длительном воздействии может быть полная потеря устойчивости здания. Таким образом, следует отметить многообразие факторов, влияющих на надежность здания. При этом выделить группу решающих факторов весьма сложно.

В общем виде физическая модель надежности зданий может быть представлена в виде блок-схемы.

3. Классификация отказов

Понятие безотказности жилого здания в целом как сложной технической системы шире, чем для его элементов и простых систем, способных находиться лишь в двух состояниях — работоспособном или неработоспособном. Отказы отдельных ограждающих конструкций и технических устройств (кровли, межпанельны> швов, полов и др.) обычно являются частичными отказами. Не приводя к прекращению функционирования объекта в целом, они снижают качество (уровень) функционирования и выходной эффект объекта. Такая адаптация жилого здания к комплексу внешних условий возникает благодаря наличию определенной избыточности — некоторому запасу технических характеристик, сверх минимально необходимых для выполнения заданных функций.

Согласно действующим нормам событие, заключающееся в нарушении работоспособности, называется отказом; таким образом, под отказом понимают прекращение выполнения конструкциями заданных функций, а эти функции определяются с соответствующими допусками. При назначении нормативной надежности несущих и ограждающих конструкций под отказом понимают техническое состояние элемента, предшествующее исчерпанию несущей способности или полной потери ограждающих функций.

Отказы можно классифицировать:

1) в зависимости от причин возникновения: внутренние, вызванные недостатком конструкций; из-за внешних причин (пере-■ рузки, изменение схем работы и нагрузки и т.п.); 2) в зависимости от скорости их проявления: последовательные постепенные; внезапные; 3) в зависимости от диапазона отказов: частичные, связанные с отклонением характеристик от допускаемых пределов и не вызывающие полной утраты работоспособности; полные; 4) по сочетанию предыдущих концепций: каталептические — внезапные и полные; с постепенным ухудшением параметров и характеристик; 5) в зависимости от последствий: незначительные, не приводящие к ухудшению эксплуатационных характеристик, шачительные, критические, приводящие к полному прекращанию выполнения функций и появлению большого риска; 6) в зависимости от срока эксплуатации: преждевременные (часто до монтажа); случайные; износовые.

Последовательные постепенные отказы являются функцией времени, обусловленные главным образом старением материалов, накоплением внутренних напряжений и т. д. Внезапные отказы вызываются такими изменениями параметров элемента, при которых его следует считать неработоспособным. Такие отказы появляются при перераспределении и суммировании в узлах нагрузок, действия дополнительных внешних нагрузок, их неучтенных сочетаний. При расчете систем с учетом этих двух видов отказов ориентируются на следующие положения: 1) постепенные отказы можно исключить, если учесть все возможные изменения характеристик и параметров во времени; 2) внезапные отказы случайны, их нельзя полностью исключить или предсказать; 3) постепенные и внезапные отказы взаимосвязаны и не являются независимыми. Из последнего вытекает принцип возможного резервирования, широко применяемый в точном приборостроении.

4. Повышение надежности

Надежность зданий и сооружений непрерывно формируется на всех этапах их существования. На стадии проектирования определяются нагрузки и воздействия, осуществляется выбор материалов и разрабатывается конструктивное решение, учитывающее основные факторы условий эксплуатации объекта.

Тем самым формируется первоначальный уровень долговечности и безотказности здания и его элементов. Принятые в конструктивном решении соединения отдельных элементов формируют ремонтопригодность конструкций и инженерного оборудования. Кроме того, при проектировании закладывается определенный запас в основные параметры объекта (прочность, деформативность и т.п.), который называется начальным резервированием (рис. 1).

При возведении зданий и сооружений качество монтажных работ, соответствие применяемых материалов проекту и правильное выполнение технологических процессов вносят определенную корректировку в свойства безотказности и долговечности элементов объекта. Выполнение ремонтных работ, замена изношенных элементов в определенной мере восстанавливает уровень безотказности конструкций и оборудования. Использование при ремонтах новых технологий и материалов, предупреждающих износ, повышает долговечность конструкций и оборудования, и наоборот, нарушение правил эксплуатации, несвоевременное проведение предупредительных ремонтов приводят к уменьшению расчетного уровня долговечности.

Применение при плановых ремонтах новых конструктивных решений может повысить уровень ремонтопригодности объекта. Оперативное устранение возникающих в процессе эксплуатации дефектов не позволяет им перерасти в отказ, и тем самым обеспечивается требуемый уровень надежности зданий и сооружений.

При проектировании (см. рис. 1, кривая 2) можно за счет удорожания объекта достичь высокого уровня начальной безотказности (ввести начальное резервирование) таким образом, чтобы с учетом снижения во времени безотказность достигла минимально допустимого уровня к концу расчетного срока эксплуатации. Можно предположить объект и без начального резервирования, что экономичнее первого варианта, и предусмотреть такую последовательность капитальных ремонтов (кривая 1), которая бы обеспечивала уровень безотказности не ниже требуемого на всем этапе эксплуатации. Такой подход потребует больших по сравнению с первым вариантом эксплуатационных затрат.

Таким образом, обеспечение требуемого уровня надежности зданий и сооружений в процессе их существования может выполняться техническими и организационными методами и должен обосновываться комплексными оценками: социальными, техническими, экономическими, экологическими и др.

При любых, даже самых совершенных технических решениях, вероятность отказа конструкций и оборудования всегда остается. Предотвратить отказы или сделать их последствия минимальными, призваны организационные методы обеспечения надежности. Организационным обеспечением надежности зданий и сооружений занимаются эксплуатационные службы, выполняющие две основные задачи:

• выявление первых признаков возникновения отказа конструкций или оборудования и предотвращение его дальнейшего развития;

• снижение предупредительными мероприятиями (плановые ремонты, техническое обслуживание и т.п.) вероятности возникновения отказов.

Вероятность безотказной работы является функцией времени. Чем дольше объект находится в эксплуатации, тем больше вероятность того, что произойдет отказ в его работе. Заблаговременное проведение планово-предупредительных замен конструкций или их элементов до момента возникновения отказа повышает вероятность безотказной работы, но влечет за собой увеличение эксплуатационных затрат. Найти приемлемое соотношение между требуемым уровнем надежности объекта и материальными затратами, связанными с ее обеспечением, можно посредством разработкиоптимальной стратегии выполнения ремонтов.

Критериями оптимальной стратегии выполнения ремонтов служат частота возникновения отказов и экономический показатель. Суммарные материальные затраты, связанные с возникновением и существованием отказа, с мероприятиями по его предупреждению и ликвидации, отнесенные к единице времени, называются интенсивностью эксплуатационных затрат.

Читайте также:  Права участника долевого строительства по 214 фз

Источник: www.freepapers.ru

СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ КОНСТРУКЦИЙ

ПРИМЕНЕНИЕ ТЕОРИИ НАДЕЖНОСТИ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

Старение и износ конструкций и инженерного оборудования приводят к изменению их функциональных параметров. В отдельных конструкциях и элементах инженерного оборудования могут насчитываться десятки параметров, определяющих их техническое состояние.

В целом в здании или сооружении количество параметров так велико, что сложно сделать какое-либо заключение об их техническом состоянии. Поэтому на практике стремятся использовать укрупненные показатели, с помощью которых можно было бы судить о техническом состоянии объекта.

Наиболее широко используемым обобщенным показателем технического состояния здания и его элементов является физический износ. Он определяется путем сравнения признаков, выявленных при визуальном или инструментальном обследовании, с характерными признаками, приведенными в специальных таблицах. Однако оценка состояния здания на основании физического износа во многих случаях бывает недостаточной. Во-первых, при такой оценке сложно спрогнозировать дальнейшее изменение состояния здания. Во-вторых, проводимые плановопредупредительные ремонты во многих случаях ликвидируют внешние признаки развития дефектов и неисправностей, особенно в начальной стадии.

Любое здание или сооружение должно отвечать определенным требованиям (техническим, экономическим, экологическим и т.п.). Поэтому о состоянии объекта можно судить по тому, соответствует ли он предъявляемым к нему требованиям или нет, а также насколько реализуется такое соответствие (в процентах, в долях единиц и т.п.). В последнее время такая оценка находит все более широкое применение. В основе ее лежит теория надежности.

Здание или сооружение предназначено для выполнения своих функций в течение длительного времени. Отсюда возникает проблема, состоящая в прогнозе отказов и управления режимом эксплуатации для получения экономического, социального и экологического эффекта на протяжении всего периода эксплуатации объекта.

Заменяя и восстанавливая конструктивные элементы и инженерное оборудование, с одной стороны, можно обеспечить сколь угодно долгий срок их эксплуатации. С другой стороны, чем большее время элементы здания подвергаются воздействию внешних факторов, тем больше вероятность того, что они достигнут предельного состояния и произойдет отказ в их функционировании. Поэтому важно уметь прогнозировать изменение свойств конструкций и инженерного оборудования во времени, по текущему состоянию, условиям эксплуатации и момент наступления предельного состояния. С помощью теории надежности возможно:

  • • разработать рациональную систему контроля за состоянием элементов здания и системы поиска неисправностей. Для достижения заданного уровня надежности параметров объекта определить полноту и глубину контроля, последовательность проверки элементов при отказе какой-либо части объекта, выработать рекомендаций по целесообразности применения контроля;
  • • разработать стратегию восстановления (проведения плановых капитальных ремонтов) конструктивных элементов и инженерного оборудования, учитывающую социальные, экономические факторы;
  • • определить периодичность и объем профилактических мероприятий и регламентированных обслуживаний (в первую очередь это относится к инженерному оборудованию);
  • • обосновать требуемую комплектацию запасными частями, элементами и материалами;
  • • оценить целесообразность различных режимов функционирования объектов и их инженерных систем (допустимости и параметров перерывов функционирования при авариях и выполнении плановых работ и т.д.);
  • • определить техническое состояние конструкции на ЛЮ0ОИ момент времени и сделать прогноз об его изменении в дальнейшей эксплуатации.

При оценке технического состояния эксплуатирующихся конструкций часто возникает необходимость выполнить расчетную проверку их параметров в реальных условиях. Здесь могут быть учтены расчетные ситуации следующих типов:

  • • установившиеся, имеющие продолжительность того же порядка, что и срок службы строительного объекта (например, эксплуатация между двумя последовательными капитальными ремонтами или изменениями технологического процесса);
  • • переходные, имеющие небольшую по сравнению со сроком службы строительного объекта продолжительность (например, возведение здания, капитальный ремонт, реконструкция);
  • • аварийные, имеющие малую вероятность появления и небольшую продолжительность, но являющиеся весьма важными с точки зрения последствий достижения предельных состояний возможных при них (например, ситуация, возникающая в связи со взрывом, аварией оборудования, пожаром, а также непосредственно после отказа какого-нибудь элемента конструкции).

На этапе от разработки и изготовления опытных образцов новых конструкций и материалов до массового их применения теория надежности позволяет планировать испытания, оценивать надежность сложного комплекса по результатам его испытаний, разрабатывать экономические планы контроля надежности.

Источник: studref.com

Повышение долговечности элементов зданий строительными мероприятиями

Сроки службы конструкций зависят от качества применяемых материалов и изделий, общей целесообразности принятого конструктивного решения, надежности защитно-отделочных слоев или других средств, ограничивающих физико-климатические и другие внешние воздействия на конструкцию. В этот перечень факторов, влияющих на долговечность конструкций не включены особенности и качество производства строительно-монтажных работ, поскольку эти причины далеко не всегда могут быть учтены в стадии проектирования конструкций.

Весьма важным качеством применяемых материалов и изделий является неизменность их необходимых структурно-механических свойств во времени. Это качество обеспечивается отнюдь не высокой начальной прочностью материала, а только достаточной его стойкостью против тех внешних воздействий, которые будут восприниматься проектируемой конструкцией. Виды необходимой стойкости должны быть установлены путем тщательного изучения особенностей эксплуатации. Однако все виды стойкости материала против колебаний температур и изменений влагосодержания (влагостойкость, морозостойкость, стойкость против циклических изменений температуры) могут быть обеспечены соблюдением определенных закономерностей, влияющих на образование структуры материала.

Большинство строительных материалов состоит из нескольких составляющих и отличаются неоднородной структурой, отдельные элементы которой могут состоять из компонентов с различными физико-химическими свойствами 1 .

Естественно, что различные физические свойства отдельных компонентов наиболее заметны в композиционных материалах, типичным примером которых являются бетоны.

При колебаниях температуры и ее изменениях в отдельных зонах конструкции из этих различных свойств важно, в частности, термическое расширение вяжущего и заполнителей, определяемое величинами коэффициентов αт.

На границе этих компонентов возникают напряжения, пропорциональные разности коэффициентов термического расширения и градиенту температур. При значительных напряжениях и недостаточном сцеплении вяжущего с поверхностью заполнителя у этих границ легко возникают трещины, приводящие при дальнейшем их развитии к заметному для глаза разрушению материала.

В связи с этим при выборе вяжущего и заполнителей для бетонов важно знать величины ат для этих компонентов и подбирать их так, чтобы их коэффициенты термического расширения отличались друг от друга наименьшим образом.

В табл. VII.1 указаны ориентировочные величины ат для некоторых характерных материалов.

Учитывая значения для стойкости бетона величины разности коэффициентов термического расширения вяжущего и крупного заполнителя, можно ожидать, что, например, шлакобетон на цементном вяжущем с заполнителем из топливных шлаков окажется недостаточно стойким и склонным к образованию трещин при колебаниях температуры. Опыт эксплуатации конструкций из шлакобетона этого вида, а также данные по исследованиям воздухопроницаемости подобных материалов подтверждают возникновение в них микротрещин. Шлакобетоны с заполнителем из металлургических шлаков отличаются гораздо более высокой стойкостью, что объясняется возникновением нерастворимых соединений на границе вяжущее — крупный заполнитель и более высоким сцеплением.

Мелкозернистые бетоны на карбонатном песке, применяемые для фактурных слоев крупных панелей и блоков, оказываются гораздо более стойкими по сравнению с мелкозернистыми бетонами па кварцевом песке; одной из причин этого является общность химического состава компонентов вяжущего и мелкого заполнителя (СаО), а также примерно одинаковые коэффициенты их термического расширения (αт≈9,0·10 —6 ).

Повышение физико-химической активности поверхности заполнителя ведет к увеличению сцепления и существенному улучшению структурных свойств композиционного материала. В этом отношении предварительное дробление заполнителей, т. е. обнажение новых поверхностей с высокой физико-химической активностью, является целесообразным технологическим приемом, обеспечивающим повышение любых видов стойкости производимых материалов (высокая стойкость бетона с дробленым гравием и щебнем, ячеистых бетонов с наполнителем из дробленого песка и т. д.). Увеличение сцепления на поверхности заполнителя является одним из наиболее доступных в технологическом отношении приемов, обеспечивающих формирование более совершенной макроструктуры с повышенным запасом внутренней энергии в объеме материала.

Наиболее явно выраженное разрушающее действие колебаний температур отмечается для ограждающих конструкций производственных зданий с наличием интенсивных выделений лучистого тепла, где температура поверхности железобетонных конструкций может достигать свыше 100°, в результате чего отмечается значительное ослабление сцепления бетона с арматурой и постепенное нарушение сцепления цементного камня с поверхностью заполнителей.

Поверхность стен любых зданий и, в частности, наружная часть крупных панелей также могут подвергаться существенным температурным колебаниям, особенно при нагреве их солнечной радиацией. В летнее время в южных районах средние значения колебаний температуры поверхности составляют величину порядка 30° (например, от +15 до +45°); однако наиболее опасны колебания температур в зимнее время в районах с интенсивной солнечной радиацией (южная Сибирь, Приморский край и т. д.), происходящие на поверхности стен, обращенных на юг и юго-запад, примерно, с такой же или еще большей разностью температур в течение суток (например, от —18 до +18°), но связанные с ежесуточными наиболее разрушительными для наружной части стен переходами через нуль.

Число переходов через нуль зависит от ориентации панельных стен и условий наружного климата; оно наиболее велико для стен, обращенных на юг, и для территорий с интенсивной солнечной радиацией в зимнее время года (Южная Сибирь, Приморский Край и т. д.).

Для Приморского Края, где зимой преобладают ясные, солнечные дни с холодными ветрами и низкой температурой наружного воздуха, число переходов через нуль достигает на поверхности панелей, обращенных на юг, 80 циклов [85], уменьшаясь на глубине 7 см. (граница слоя резких колебаний) примерно до 75, тогда как соответствующие значения для европейской части СССР (г. Куйбышев) приближенно составляют 12 и 8 [86].

Морозостойкость материала наружной части панелей на территориях Дальневосточного края должна быть существенно выше, чем в районах европейской части СССР.

Термические напряжения наружной поверхности панелей на восточных территориях СССР также очень высоки [85] и часто превосходят допустимые напряжения на растяжение для применяемых бетонов (рис. VII.6).

В тех случаях, когда изменения температур сопровождаются резкими колебаниями влагосодержания материала, структура его должна обладать некоторыми дополнительными свойствами. Если бы структура материала состояла из крупных закрытых однородных пор, соединенных тонкими капиллярами, разрушение при воздействиях влаги и вообще водных растворов, протекало бы много медленнее, а материал обладал бы высокой физико-химической стойкостью.

Замедление разрушения при резких изменениях влагосодержания характерно также для материалов с относительно изолированными (замкнутыми) порами, заполненными воздухом и трудно доступными для влаги при обычных условиях, но обеспечивающими ее перераспределение при более высоких давлениях, возникающих, например, при замерзании.

Количество замкнутых пор является мерой обеспечения стойкости материала против внешних разрушающих физико-химических воздействий, связанных с присутствием влаги. Свободная энергия на поверхности замкнутых пор более высока, чем в открытых, доступных для внешних воздействий. С развитием разрушения число замкнутых пор уменьшается, а удельная поверхность неизолированных пор и полостей внутри материала возрастает.

Одновременно уменьшается концентрация поверхностной энергии в объеме материала.

Читайте также:  Для чего нужен пенопласт при строительстве дома

Безобжиговые материалы с неблагоприятно организованной пористостью (крупными открытыми порами) и малой механической прочностью могут в первый же период после изготовления подвергаться саморазрушению при пребывании в воздушной среде с относительно высокой температурой (порядка 25—40° и выше) 2 .

Аналогичные требования к структуре материала в отношении преимущественно закрытой пористости и хорошего сцепления вяжущего с заполнителем относятся к элементам конструкций, подвергающихся попеременному действию влаги и мороза.

Степень морозостойкости строительных материалов не связана какой-либо определенной зависимостью ни с величиной общей прочности материала при сжатии, ни с его объемным весом; прочный и тяжелый материал может оказаться недостаточно морозостойким и, наоборот, материал с ограниченной механической прочностью при сжатии и легким весом может выдержать большое число замораживаний и оттаиваний без существенных разрушений.

Действие влаги и мороза на материалы приводит к развитию весьма больших местных напряжений в наиболее слабых участках материала, что и является основной причиной образования и развития трещин.

Материалы, в которых зародыши и зоны вероятного образования трещин возникают в процессе их изготовления, являются совершенно нестойкими в процессе эксплуатации.

Так, например, слоистая и свилеватая структура является одной из основных причин недостаточной морозостойкости глиняного обожженного кирпича, выпускаемого отдельными заводами.

условиях влажного климата и неустойчивой зимы свилеватый кирпич с высокой механической прочностью при сжатии (до 150 кГ/см 2 ) быстро разрушается в наружных частях стен жилых зданий. Лабораторные исследования этого кирпича на замораживание в водонасыщенном состоянии показывают, что он разрушается после двух-трех замораживаний. В то же время морозостойкость плотного, хорошо обожженного кирпича пластичного формования из однородных глин, не содержащих посторонних растворимых примесей, измеряется более чем 35 циклами замораживания.

Тщательная укладка и уплотнение бетона с малым водоцементным отношением, представляющего преимущества в отношении возможного повышения стойкости, но обладающего малой пластичностью, требует интенсивных вибрационных воздействий; в тех случаях, когда это представляет некоторые трудности, большое значение приобретает применение поверхностно-активных добавок, повышающих пластичность бетонов с малым водоцементным отношением и облегчающих их укладку. Одновременно применение таких добавок способствует повышению морозостойкости бетонных изделий.

Введение поверхностно-активных веществ, например, сульфитно-спиртовой барды или абиетиновой смолы, ведет к более совершенному обволакиванию заполнителей цементным тестом и вытеснению с их поверхности воздушной пленки, а следовательно, повышению сцепления. Образование структуры цементного камня имеет свои особенности в зависимости от вида и свойств вводимых добавок. При введении активных гидрофобных добавок типа абиетиновой смолы вытесненные с поверхности заполнителей мельчайшие пузырьки воздуха образуют в цементном тесте замкнутые и равномерно распределенные по объему материала поры, мало доступные для проникновения в них влаги. Подобная структура бетона обеспечивает малую проницаемость и повышает долговечность конструктивных элементов, находящихся в воздушной среде, но периодически подвергающихся увлажнению и замерзанию (например, бетонных ступеней наружных лестниц, бордюрных камней тротуаров и парапетов и т. д.).

Электронно-микроскопическими исследованиями установлено, что при затворении бетона с поверхностно-активными добавками кристаллы трехкальциевого алюмината и других основных минералов, входящих в состав цемента, утрачивают обычную форму пластинчатых шестиугольников, создающих слоистую структуру, и приобретают вытянутую форму палочкообразных кристаллов, растущих преимущественно в длину. Эти вытянутые кристаллы образуют в процессе роста скелетную сетчатую структуру цементного камня, значительно повышающую его прочность на растяжение, а следовательно и стойкость.

Помимо применения стойких материалов, общая целесообразность конструктивного решения проектируемого ограждения должна заключаться в обеспечении наиболее однородного распределения температур, отсутствии недопустимого увлажнения отдельных зон или элементов, опасных в отношении преждевременного разрушения, а также соответствия требованиям нормальной эксплуатации и удобного проведения ремонтов.

Конструкции, в которых сочетается применение относительно мало теплопроводных материалов с полностью или частично пересекающими их в направлении параллельном потоку тепла стальными или железобетонными теплопроводными элементами, не удовлетворяют требованиям достаточной долговечности в условиях сурового или влажного климата.

Зоны пониженных, а иногда и отрицательных температур, возникающие вблизи теплопроводных включений, какими являются стальные крепления, железобетонные ребра панелей и другие элементы, обеспечивающие жесткость и начальную прочность конструкции, становятся очагами постепенного разрушения, поскольку вместе с периодическими понижениями температуры возникают увлажнения, замерзания влаги, образование трещин и процессы коррозии.

Конструкции с однородным температурным полем, характеризуемым монотонным, равномерным распределением изотерм и ограниченной величиной температурного градиента, отличаются большей надежностью в отношении длительных сроков службы и неизменности необходимых эксплуатационных качеств.

В слоистых конструкциях с применением эффективных теплоизоляционных материалов утепляющие слои ни в коем случае не должны пересекаться теплопроводными включениями; несущие конструктивные элементы из более тяжелых и плотных материалов, когда это не противоречит теплофизической целесообразности, следует располагать у теплой поверхности конструкции, так же как и стальные элементы конструкции и сварки.

Для конструкций капитальных зданий должны быть предусмотрены гораздо более длительные сроки службы, чем, например, для конструктивных решений наземного, воздушного и водного транспорта, подвергающихся более быстрой моральной амортизации, плотность и стойкость теплоизоляционных материалов, применяемых в строительстве капитальных зданий, должны быть выше, чем в вагоно-, самолето- и пароходостроении. В частности, применение для этих строительных объектов пенопластов с объемным весом менее 100 кг/м 3 вряд ли можно считать целесообразным.

При проектировании ограждающих конструкций следует по возможности обеспечивать равную надежность и долговечность отдельных элементов конструкции. Для многих конструкций характерны места, зоны, детали, обладающие наименьшим сопротивлением разрушению или подвергающиеся более интенсивным внешним воздействиям. Таковы пристенные, прикарнизные и водоотводящие устройства кровель, наиболее увлажняемые атмосферной влагой части стен, парапетов и наружных входов, стальные крепления и уплотняющие заполнения в сопряжениях крупных панелей и т. д. Состояние этих зон и конструктивных деталей может решающим образом влиять на общее снижение эксплуатационных качеств, конструкции, а потому должно привлекать особое внимание в смысле обеспечения их наибольшей защиты от внешних воздействий и повышения надежности при проектировании.

Долговечность конструкций τ∑ зависит не только от стойкости применяемых материалов, но и от ограничения распространения разрушающих воздействий, т. е. τ∑=f(Ст; 1/D), где D — коэффициент диффузии агрессивного вещества.

Долговечной будет и хорошо защищенная конструкция из нестойких материалов. При этом виды защиты могут быть самыми разнообразными как естественными, так и искусственными. Примеры этого разнообразия, заимствованные из опыта эксплуатации зданий и сооружений, многочисленны. Из практики эксплуатации химических предприятий, загрязняющих прилегающую к зданиям почву агрессивными веществами, известно, что фундаменты и другие подземные части зданий долго служат в глинистых грунтах, защищающих от фильтрации, и разрушаются в песчаных, хорошо фильтрующих атмосферную влагу, растворяющую агрессивные вещества.

В одном случае защита обеспечивается естественными условиями, в другом требуется осуществить ее глиняной изоляцией, уширенной асфальтовой отмосткой и исключением наружного неорганизованного отвода воды с кровель.

Известно, что возведенные из нестойкого грунтового материала стены Приоратского дворца под Ленинградом служили несколько веков, вплоть до того, как были повреждены в годы Великой Отечественной войны. Длительный срок службы этих стен объяснялся хорошей их защитой наружными и внутренними штукатурными слоями из мелкозернистого известкового бетона. Подобные же примеры защиты фактурными и облицовочными слоями стен из нестойких материалов (грунтовых и неморозостойкого кирпича) дает опыт строительства жилых зданий в тридцатые и сороковые годы в Москве и на Крайнем Севере (Мончегорск).

Благоприятное влажностное состояние конструкции в ряде случаев может быть обеспечено не только изоляцией от внешних влияний, но и активной вентиляцией сухим воздухом. В частности, целесообразна вентиляция пустотных конструкций, снимающая атмосферное увлажнение и обеспечивающая сохранность недостаточно стойких материалов.

Вентилируемые воздушные прослойки являются наиболее эффективной защитой от перемещений влаги в жидкой фазе; конструкции с такими прослойками целесообразны и для защиты от атмосферного увлажнения во влажном климате с устойчивыми периодическими ветрами и при разработке ограждающих конструкций для помещений с большими выделениями влаги.

Целесообразное конструктивное решение в состоянии повысить в несколько раз сроки службы проектируемых ограждающих конструкций зданий.

Примечания

1. Это относится не только к бетонам, являющимся типично неоднородными материалами, образованными из вяжущего и заполнителей. Неоднороден и сам вяжущий раствор, в состав которого входят различные модификации извести и цемента, и кроме того — в качестве наполнителя песок, свойства которого также неодинаковы. Неоднородны и крупные заполнители, состоящие из отдельных минеральных составляющих. В этом смысле неоднородным является почти любой компонент наиболее распространенных композиционных строительных материалов.

2. По П. А. Ребиндеру это связано с изотермическими перемещениями влаги с мест контакта частиц на всю поверхность пор и сведением к минимуму свободной поверхностной энергии внутри материала.

Источник: www.arhplan.ru

Повышение надежности и долговечности зданий и сооружений Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Леденев В. В.

По результатам технического и визуального обследования зданий, сооружений и несущих строительных конструкций определены причины аварий и повреждений, дополнены известные классификации, выявлено влияние дефектов и повреждений на несущую способность строительных конструкций, предложены способы усиления оснований, фундаментов и конструкций. Описаны направления научных исследований, полученные результаты и пути решения важнейших проблем.

Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Леденев В. В.

Improvement of Reliability and Durability of Buildings and Structures

According to the results of technical and visual examination of buildings, structures and bearing loads of construction elements the reasons for accidents and deformations are revealed; the existing classifications are supplemented; the effects of defects and deformations on the bearing capacity of construction elements are found out; the ways of reinforcing the basements and structures are proposed. The directions of scientific research, the obtained results and the ways of solving the urgent problems are described.

Текст научной работы на тему «Повышение надежности и долговечности зданий и сооружений»

ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ И ДОЛГОВЕЧНОСТИ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

Кафедра «Конструкции зданий и сооружений», ГОУ ВПО «ТГТУ» Представлена членом редколлегии профессором В. И. Коноваловым

Ключевые слова и фразы: сооружения; деформации; надежность; напряжения; разрушение; усиление.

Аннотация: По результатам технического и визуального обследования зданий, сооружений и несущих строительных конструкций определены причины аварий и повреждений, дополнены известные классификации, выявлено влияние дефектов и повреждений на несущую способность строительных конструкций, предложены способы усиления оснований, фундаментов и конструкций.

Описаны направления научных исследований, полученные результаты и пути решения важнейших проблем.

Научно-исследовательская работа кафедры «Конструкции зданий и сооружений» (КЗиС) связана с проведением мало- и крупномасштабных лабораторных и полевых опытов, обследованием зданий и строительных конструкций, с оценкой качества строительно-монтажных работ. Основными особенностями исследований являются сложные воздействия (силовые, температурно-влажностные и воздействия коррозионные); преемственность в НИР; большие интервалы изменения влияющих параметров; моделирование и планирование экспериментов; доведение нагрузок до разрушающих величин или до достижения предельных деформаций; подтверждение полученных результатов данными наблюдений за зданиями и сооружениями; получение коэффициентов или функций влияния; исследования реологических свойств материалов.

Читайте также:  Разрешение на строительство земля

Районирование территории области по инженерно-геологическим свойствам. Сотрудниками кафедры были проанализированы и обобщены материалы изысканий, выполненных за последние 50 лет. Предусматривалось выявление площадок с благоприятными и неблагоприятными условиями строительства. К числу последних отнесены просадочные грунты Ьго типа; засыпанные ручьи; овраги, болота, свалки; неорганизованные насыпи из бытового или строительного мусора; пойменные песчано-глинистые и илистые отложения; оползневые участки; слабые водонасыщенные грунты; территории с грунтами высокой агрессивности, в том числе, насыщенные технологическими растворами; площадки с высоким уровнем грунтовых вод.

Завершение работы над картой позволило бы более обоснованно планировать территории застройки и зоны отдыха, назначать характеристики грунтов, выбирать эффективные конструкции фундаментов.

Поиск ресурсов строительных материалов. Важнейшей задачей для успешного развития строительного комплекса области является обнаружение и ко-

личественная оценка сырьевых ресурсов: песка, глины, известняка, отходов промышленности и др. Исследование пригодности их для изготовления строительных материалов представляет сложную и трудоемкую задачу.

В течение длительного времени на кафедре КЗиС проводятся работы по подбору композитных материалов, их теоретическому и экспериментальному обоснованию. Предложены методы защиты материалов от коррозии, гниения, горения, позволяющие повысить долговечность конструкций. В дальнейшем планируется подбор многофункциональных композиций, предназначенных, кроме того, и для повышения несущей способности некоторых конструкций.

Влияние дефектов материалов, конструкций, строительно-монтажных работ на эксплуатационные качества и долговечность зданий и сооружений. Вопросы прогнозирования остаточного ресурса конструкций и узлов сопряжений чрезвычайно сложны. Нами проанализированы причины повреждений многочисленных конструкций, зданий и сооружений г. Тамбова и области.

Большинство дефектов связано с неравномерными деформациями оснований фундаментов, коррозионными разрушениями, замораживанием-оттаиванием, низким качеством строительно-монтажных работ, несоблюдением действующих норм, нарушением условий эксплуатации, несвоевременным выполнением ремонтно-восстановительных работ.

Анализ причин повреждений и разрушений конструкций, зданий и сооружений дает основание для предотвращения наиболее часто допускаемых ошибок на всех этапах строительного процесса, разработки предложений по повышению их надежности и долговечности.

Были исследованы одноэтажные однопролетные рамы и модели стен с различными начальными дефектами. Определены напряженно-деформированные состояния рам, характер деформирования, трещинообразования и разрушения моделей стен. Установлены функциональные зависимости между влияющими параметрами при переменных граничных условиях, одно- и двухосном сжатии.

Цель проведенных и планируемых исследований — получение функций влияния, позволяющих численно оценить степень снижения сопротивления конструкций деформированию.

Проведены значительные работы по выявлению дефектов изготовления и монтажа стальных конструкций при строительстве объектов спиртзавода в пос. Н. Ляда. Это позволило разработать ряд конструктивных мероприятий по повышению надежности зданий.

Взаимное влияние подземных конструкций. Они отличаются размерами, расположением, формой, расстоянием до свободной поверхности, жесткостью, нагруженностью, граничными условиями, многообразованием грунтов и их характеристик. Общепринятой модели основания, отражающей механические и реологические свойства грунтов, нет.

В связи с этим разработка методики расчета взаимного влияния близко расположенных конструкций представляет чрезвычайно сложную задачу. Возникает необходимость определения многих факторов: контактных напряжений, величины и характера перемещений (осадки, крена, горизонтального смещения, вращения) конструкции в целом и отдельных точек, областей предельного напряженного состояния, очертаний поверхностей скольжения, несущей способности конструкций по грунту и материалу.

Особое внимание следует уделять учету влияния неблагоприятных факторов: неравномерной плотности и влажности грунта, локальным замачиваниям, случайным динамическим воздействиям, агрессивности среды, механическим повреждениям конструкций, наличию дефектов при строительстве и эксплуатации.

Как правило, прочность по материалу конструкций многократно выше, чем по грунту. Сближение их позволит значительно снизить затраты. Грунт, окружающий подземные конструкции, находится в разной стадии напряженно -деформированного состояния. Известно несколько критериев перехода грунта в предельное состояние. Некоторые из них носят условный характер, например, достижение конструкциями определенной доли или скорости деформации, наличие незатухающих перемещений, интенсивный рост трещин и др.

Проведено техническое обследование 15 зданий, в которых дефекты (трещины, подвижки плит и перемычек) возникли после возведения нового здания рядом с существующим.

Разработка и внедрение способов упрочнения оснований. В ряде случаев грунты основания имеют невысокую несущую способность. Фундаменты получаются значительных размеров, и решение становится не эффективным. Возникает необходимость упрочнения основания. В этой ситуации одним из наиболее эффективных методов является армирование грунтов геотекстилем, геоячейками, микросваями, стальными стержнями и сетками.

В лаборатории механики грунтов ТГТУ в течение 15 лет проводятся экспериментальные исследования оснований, армированных перечисленными выше материалами.

Показано, что при оптимальном варианте армирования несущая способность основания возрастает до трех раз. Установлены функциональные зависимости между влияющими параметрами. Определены схемы разрушения армированных оснований. Разработаны рекомендации по расчету оснований, повышению надежности и долговечности зданий и сооружений.

В дальнейшем планируется сблизить несущие способности армирующих элементов по грунту основания и по материалу изделия, исследовать возможность предварительного напряжения арматуры, использовать отходы производства в качестве элементов усиления, разработать способы определения механических характеристик армогрунта, его модель и методику расчета.

Многочисленными опытами показана целесообразность усиления основания ограждающими кольцевыми сетками. За счет ограничения боковых деформаций несущая способность фундамента мелкого заложения возрастает до трех раз. Определены оптимальные варианты инженерного решения.

Строительство в агрессивной среде. Заложенные в проектах условия эксплуатации конструкций, зданий и сооружений в действительности значительно ухудшаются: повышается влажность и агрессивность среды, в срок не выполняются текущие и капитальные ремонты. В результате интенсивность износа резко возрастает: разрушается металл и бетон у поверхностной зоны конструкций, снижается прочность бетона, отслаивается его защитный слой, обнажается и быстро корродирует арматура, происходит трещинообразование.

Оценка остаточной несущей способности поврежденных коррозией конструкций, разработка способов их усиления и защиты, прогнозирование остаточного срока службы входят в перечень исследовательских программ кафедры.

Вследствие подтопления территорий, загрязнения грунтов и подземных вод маслами и технологическими растворами прочностные характеристики грунтов, бетона и стали фундаментов снижаются. Степень их снижения, а также техническое состояние подземных конструкций представляют предмет дальнейших интенсивных исследований.

Оценка несущей способности конструкций, поврежденных коррозией, и их усиление. Многочисленные обследования зданий предприятий химической промышленности показали, что участки разрушения конструкций часто расположены случайным образом как по длине, так и по поперечному сечению. Случаен и характер изменения прочностных характеристик бетона.

Расчет конструкций с учетом этих факторов чрезвычайно сложен, достоверность его не высока. Часто усиление выполняют стальным профилем из условия восприятия им полной нагрузки. Такие решения не эффективны. Необходимо учитывать и сопротивление поврежденной конструкции. Нами предложен ряд способов восстановления несущей способности изделий с дефектами.

Удалось достичь первоначального сопротивления конструкции. Разработаны защитные композитные покрытия с использованием отходов производства.

Внедрение прогрессивных конструкций и технологий. Перспективными конструкциями фундаментов являются фундаментные плиты, сваи различных конструкций, в том числе: пирамидальные, в вытрамбованных котлованах, рамные, фундаменты-оболочки, призматические и буронабивные сваи, сваи-оболочки.

В лабораторных условиях проведены исследования моделей рамных кольцевых (симметричной и несимметричной формы) фундаментов, обсыпных столбов, фундаментов со скосами и т. д. Определены эффективные конструктивные решения для конкретных сочетаний нагрузок.

В случае действия на фундаменты значительных наклонных нагрузок высокой удельной несущей способностью обладают рамные фундаменты с оптимизированной формой плиты. Предусматривается провести их комплексные испытания в лабораторных и полевых условиях.

Планируется проведение исследований новых химических добавок для приготовления бетонов с заданными свойствами, в том числе, для повышения пластичности, морозостойкости, ускорения твердения.

Исследование ползучести и длительной прочности. В экспериментах определяли статическую и циклическую усталость для различных материалов, изделий, элементов сопряжений. Установлены коэффициенты и функции снижения несущей способности. Отработана методика изучения коррозионной усталости.

Проведены многочисленные эксперименты по определению перемещений моделей фундаментов для вариаций при широких интервалах изменения параметров циклического нагружения: уровня нагрузки, эксцентриситета и угла наклона силы, числа циклов, коэффициентов асимметрии цикла, плотности грунта основания. Получен ряд важных функциональный зависимостей.

Дальнейшие исследования будут направлены на выяснение влияния режима нагружения и, в первую очередь, соотношения длительности статических и циклических воздействий, определения параметров прочности грунта, подверженного повторному нагружению.

Более 15 лет проводятся исследования ползучести песчаного и глинистого грунта при разных силовых воздействиях. Определены кривые ползучести при действии нагрузок до двух лет и более. Исследования будут продолжены. Предусматривается определять степень размельчения грунта под подошвой моделей фундаментов для различных уровней нагружения.

Расчет зданий в пространственной постановке. Проведены многолетние экспериментальные исследования плоских рамных конструкций с учетом совместной работы с фундаментами. Определены функции влияния жесткости узловых сопряжений элементов, податливости грунтового основания на деформации рам и перемещения фундаментов.

Проведено техническое обследование более 100 зданий и сооружений разного назначения со значительными повреждениями. Показано влияние эффекта пространственной работы конструкций.

Планируется проведение дальнейших исследований совместной работы элементов зданий и сооружений с целью разработки практических методов расчета.

Improvement of Reliability and Durability of Buildings and Structures

Department “Construction of Buildings and Structures”, TSTU

Key words and phrases: deformation; destruction; reliability; reinforcement; structures; tension.

Abstract: According to the results of technical and visual examination of buildings, structures and bearing loads of construction elements the reasons for accidents and deformations are revealed; the existing classifications are supplemented; the effects of defects and deformations on the bearing capacity of construction elements are found out; the ways of reinforcing the basements and structures are proposed. The directions of scientific research, the obtained results and the ways of solving the urgent problems are described.

Erhohung der Zuverlassigkeit und der Haltbarkeit der Gebaude und der Bauten

Zusammenfassung: Als Ergebnis der technischen und visualen Uberprufung der Gebaude, der Bauten und der tragenden Baukonstruktionen sind die Grunde der Pannen und der Beschadigungen bestimmt, es sind die bekannten Klassifikationen erganzt, es ist der Einfluss der Defekte und der Beschadigungen auf die tragende Fahigkeit der tragenden Baukonstruktionen enthullt, es sind die Weisen der Verstarkung der Grunde, der Fundamente und der Konstruktionen angeboten.

Es sind die Richtungen der wissenschaftlichen Forschungen, die bekommenen Ergebnisse und die Wege der Losung der wichtigsten Probleme beschrieben.

Augmentation de la securite et de la longevite des batiments et des constructions

Resume: D’apres les resultats de l’inspection technique et visuelle des batiments et des constructions porteuses sont definies les raisons des avaries et des deteriorations, sont completees les classifications existantes, est montre l’influence des defauts et des deteriorations sur la capacite porteuse des constructions porteuses, sont proposes les moyens du renforcement des fondations, des fondements et des constructions.

Sont decrites les orientations des etudes scientifiques, les resultats regus et les voies de la solution des plus importants problemes.

Источник: cyberleninka.ru

Рейтинг
Загрузка ...