СПОСОБ МОНИТОРИНГА ТРЕЩИН В СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЯХ Российский патент 2002 года по МПК E04G23/00 G01B5/30 

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при обследовании, наблюдении и длительном испытании строительных конструкций, зданий, подземных сооружений и фундаментов.

Известен способ контроля образования и развития дефектов (трещин) с помощью полос тензорезисторов или лаковых токопроводящих полос и т. д. с замером сопротивления тензорезисторов /1/.

Недостатками этого способа являются необходимость монтажа сложных цепей и аппаратуры, высокие требования к технике наклеивания полос поперек трещины, ограниченный диапазон линейных размеров ширины трещины.

Известен также способ проведения длительных наблюдений за образованием и развитием трещин при помощи гипсовых одноразовых маяков, устанавливаемых поперек трещины в конструкции, или стальных инвентарных маяков с проведением замеров с помощью лупы или компаратора /2/.

К недостаткам этого способа относятся регистрация приращений только одного компонента, как правило, одной полярности (раскрытие трещины), относительно низкая точность измерения приращений изменения расстояния между берегами трещины, невозможность использования способа при большой ширине раскрытия трещины (более 1 см).

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ мониторинга трещин в строительных конструкциях, включающий жесткую установку с помощью монтажного шаблона опор инвентарной измерительной базы в плоскости строительной конструкции на разных берегах трещины, измерение индикатором часового типа расстояния между опорами с определением приращений параметров трещины /3/.

Недостатком этого способа также являются регистрация приращений только одного компонента и относительно низкая точность измерения приращений изменения расстояния между берегами трещины.

На практике в силу различных причин часто возникает необходимость оперативной оценки опасных тенденций в динамике развития дефектов (трещин) произвольной ориентации и размеров в сжатые сроки без дорогого комплексного обследования технического состояния сооружения и на основе численного анализа приращений параметров трещины выдачи экспертной оценки состояния сооружения. Применительно к проблемам технического обследования сооружений мониторинг является процессом слежения за изменением состояния дефекта с момента его регистрации по выбранному признаку (параметру) в течение интервала наблюдения. Различные варианты развернутого определения понятия мониторинга приведены в работе /4/.

Задачами изобретения являются повышение точности измерений, увеличение числа параметров, регистрируемых в процессе мониторинга, возможность оперативного определения опасных тенденций в динамике изменения трещин и возможность производить повторные наблюдения через любой промежуток времени независимо от времени года.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе мониторинга трещин в строительных конструкциях, включающем жесткую установку с помощью монтажного шаблона опор инвентарной измерительной базы на поверхности строительной конструкции на разных берегах трещины, измерение индикатором часового типа расстояния между опорами с определением приращений параметров трещины измерение расстояния между опорами проводят в ортогональных направлениях, для чего устанавливают по крайней мере одну дополнительную измерительную базу, причем каждую измерительную базу выполняют с двумя опорами в виде упорных конусов из прочного материала, измерение производят индикатором часового типа, на концах упорного и выдвижного штоков которого закреплены втулки с коническими гнездами, в вершинах которых выполняют осевые каналы, причем конусность упорного конуса измерительной базы выполняют меньшей, чем конусность гнезда втулки штока индикатора, измерительные базы включают две опоры, выполненные в виде упорных конусов из прочного материала, при этом измерительные базы устанавливают в ортогональных направлениях, а измерение производят индикатором часового типа, на концах упорного и выдвижного штоков которого жестко закреплены дополнительные втулки с коническими гнездами, в вершинах которых выполняют осевые каналы, причем конусность упорного конуса выполняют меньшей, чем конусность гнезда.

Для определения полного вектора перемещения одного берега трещины относительно другого и, следовательно, дополнительного повышения точности измерительные базы устанавливают в трех ортогональных направлениях, при этом одну из них ориентируют вдоль трещины, другую - перпендикулярно к поверхности строительной конструкции, а третью - в перпендикулярном направлении к трещине, причем одни упорные конусы измерительных баз крепят непосредственно на поверхности строительной конструкции, а другие - в выносных кронштейнах.

Для соосной установки опор измерительной базы применяют монтажный шаблон разъемной конструкции, имеющий цилиндрические элементы, оканчивающиеся отверстиями с резьбой, при этом цилиндрические элементы размещают один внутри другого с возможностью их жесткой фиксации друг относительно друга с помощью упорного винта, а в отверстия с резьбой ввинчивают упорные конусы, на цилиндрических частях которых также нарезают резьбу, после чего шаблон совместно с опорами притягивают к поверхности конструкции через склеивающий состав хомутом, который закрепляют в эту трещину клиньями, а после твердения склеивающего состава шаблон, хомут и клинья убирают.

Для безлюфтового фиксирования и исключения концентрации напряжений при замерах в вершинах внутренних конусных поверхностей втулок штоков выполняют цилиндрические каналы по оси втулок минимального по технологическим возможностям диаметра, при этом контактирующие конусные металлические поверхности упрочняют способом термообработки и выполняют не ниже 7 класса по точности.

Одновременно с установкой измерительных баз на трещинах устанавливают дополнительную тарировочную измерительную базу на неповрежденном участке конструкции.

Для защиты упорных конусов от случайных механических повреждений, коррозии, грязи после съема показаний опорные конусы закрывают защитными колпачками, выполненными из легкого металла с резьбой внутри, которые навинчивают на резьбу цилиндрической части упорных конусов.

На фиг. 1 изображено установленное измерительное устройство 1 с втулками 2 в конических упорах 3, закрепленных на разных берегах трещины 4 во время проведения замера.

На фиг. 2 приведена схема крепления конических упоров измерительной базы в кронштейнах с помощью монтажного шаблона к поверхности строительной конструкции на разных берегах трещины.

На фиг. 3 и 4 приведены схемы монтажного шаблона и установки защитного колпачка.

На фиг. 5 приведено измерение деформаций сдвига в трещине в плоскости строительной конструкции с помощью выносного кронштейна.

На фиг. 6 показано измерение сдвиговых деформаций в трещине в направлении, перпендикулярном плоскости конструкции, с помощью выносного кронштейна.

Способ осуществляют следующим образом.

В зависимости от поставленной задачи выбирают индикатор часового типа 1 измерительного устройства требуемой точности (в основном применяют индикатор с ценой деления 0,01, реже - 0,002). Оценивают характер дефекта строительной конструкции и принимают решение о количестве измеряемых компонентов вектора перемещения одного берега трещины относительно другого. Соответствующим образом в ортогональных направлениях по отношению друг к другу устанавливают требуемое количество измерительных баз. Каждая из измерительных баз содержит две опоры в виде упорных конусов. На концах выдвижного и опорного штоков индикатора жестко закрепляют дополнительные втулки 2 с коническими гнездами 15, имеющими конусность больше конусности упорных конусов 3 измерительной базы (на 3-5 град). При этом в вершинах конусных гнезд, вступающих в контакт с конусами опор, по оси втулок просверлены цилиндрические каналы 5 минимального диаметра, например 1 мм, для контакта упорного конуса 3 не в точке, а по линии окружности. Это исключит точечное опирание острия конуса в плоскую поверхность, что даст возможность избежать высокой концентрации контактных напряжений и смятия вершины упорного конуса, и, как следствие, возможных дополнительных погрешностей. Гнезда втулок измерительного приспособления 15 и упорные конусы выполнены из прочного материала, преимущественно из стали, поддающейся термообработке, например, из стали 45, и подвергаются шлифовке не ниже 7 класса по точности.

Изготавливают из алюминия несколько составных монтажных шаблонов 8, каждый из которых состоит из двух элементов, один из которых по цилиндрическому каналу входит в другой. Фиксация одного элемента относительно другого в требуемом положении выполняется упорным винтом 9. Концы элементов монтажного шаблона имеют отверстия с резьбой 10 для навинчивания упорных конусов, снабженных на цилиндрической части основания конуса соответствующей резьбой 11. Элементы монтажного шаблона закрепляются между собой в базовом положении, при котором расстояние между вершинами упорных конусов соответствует средним показаниям выбранного индикатора часового типа в рабочем положении для того, чтобы иметь возможность регистрировать как положительные, так и отрицательные приращения изменения расстояния между берегами трещины. Таким образом, диапазон базы шаблона соответствует диапазону базы индикатора часового типа.

Упорные конусы могут быть закреплены на поверхности строительной конструкции непосредственно или с помощью выносных кронштейнов.

Элементы крепления 6 упорных конусов к берегам трещины 4 в виде выносных кронштейнов изготавливают из сложного профиля повышенной изгибной жесткости (см. фиг. 6) и металлического уголка, в одну из полок которого запрессовывается конус после предварительной рассверловки в ней отверстия диаметром, меньшим тыльной цилиндрической части 7 упорного конуса. Выносные кронштейны переносят перемещения другого берега над трещиной в направлении соответствующих осей измерительных баз.

Приготавливается порция клеящей смеси 12 большой вязкости, высокой адгезионной способности и быстрых сроков схватывания. Клеящая смесь наносится на свободную поверхность элементов крепления опор (непосредственно упорных конусов или кронштейнов) и на соответствующие участки поверхности строительной конструкции. Соответствующие контактные поверхности при этом подлежат очистке от грязи и обезжириваются. По оси установки измерительной базы в дефект устанавливают проволочный хомут. Прижатие опор с монтажным шаблоном осуществляют проволочным хомутом, концы которого заводят в трещину и закрепляют в дефекте забивкой одного или нескольких деревянных клиньев 14. Указанный метод обеспечивает надежное жесткое крепление на произвольно ориентированных поверхностях. После твердения клеящей массы монтажный шаблон освобождается от хомута с удалением деревянного клина и хомута из трещины. Освобождается упорный винт 9 монтажного шаблона 8, элементы монтажного шаблона отвинчиваются от упорных конусов 3 и монтажный шаблон удаляется. Измерительная база готова к проведению измерений.

Для исключения возможной ошибки в определении i-го отсчета, вызванной случайными непредвиденными нарушениями плотного жесткого контакта между упорами конусов измерительной базы и коническими гнездами индикатора, одновременно с их установкой на трещинах (дефектах) устанавливают дополнительную тарировочную измерительную базу на неповрежденном участке конструкции.

При проведении измерений измерительное приспособление устанавливают по оси измерительной базы в следующей последовательности. В первую очередь на один из выступов (упорных конусов) надевают втулку неподвижного штока индикатора, далее экспериментатор утапливает полностью подвижной шток индикатора, устанавливает индикатор по оси измерения и, отпуская выдвижной шток, надевает втулку этого штока на свободный конический выступ второй опоры измерительной базы. Под действием пружины индикатора за счет направляющего конуса втулки выдвижного штока с центрирующим каналом происходит самоцентровка конусной втулки индикатора и упорного конуса измерительной базы. При этом втулка своим каналом плотно входит в контакт по окружности с конусом.

Затем производится отсчет показаний индикатора, который записывается в журнал наблюдений. После выполнения отсчета выдвижной шток индикатора утапливается, и индикатор снимают с измерительной базы. На освобожденные цилиндрические части опор измерительной базы навинчивают на резьбу алюминиевые защитные колпачки 16, заполненные вязким смазочным материалом, которые закрывают остроконечные вершины упорных конусов 3, предохраняя их как от случайных механических повреждений, пыли, грязи, так и для того, чтобы исключить возможные случайные травмы, до выполнения следующего цикла измерений.

Эффективность применения предлагаемого способа определяется следующими показателями. Во-первых, измерительное устройство, опоры, монтажный шаблон и даже хомуты и клинья являются инвентарными, ресурс использования которых может составить несколько сотен установок и последующих измерений. Во-вторых, способ может быть использован для проведения измерений как внутри помещений, так и снаружи, как при положительных, так и отрицательных температурах наружного воздуха и конструкции, т. е. в любое время года.

Высокая точность определения приращений дает возможность оперативно выполнить экспертизу тенденций динамики дефектов (трещин) в сжатые сроки, определяемые одними или несколькими сутками наблюдений, что важно в случае особо ответственных конструкций и сооружений.

Разработанный способ мониторинга имеет и другой временной крайний предел наблюдений, заключающийся в том, что интервалы между измерениями могут составлять месяцы и годы, что позволяет проводить наблюдения за состоянием конструкции в течение очень длительного времени, что является значимым обстоятельством при оценке такого важного параметра, как ресурс работы обследуемого сооружения.

Важным достоинством способа является оперативное определение основного компонента вектора смещения одного берега дефекта относительно другого, определив который, можно не принимать во внимание другие компоненты вектора смещения, вклад которых незначителен.

Экономическая эффективность и практическая польза, удельный вес которой составляет главную часть эффективности, дает основание считать, что указанный способ, по меньшей мере, на порядок превосходит имеющиеся аналоги.

Литература
1. А. Н. Тетиор, В. Н. Померанец "Обследование и испытание сооружений". - Киев, Выща шк. Головное изд-во, 1988, с. 38 - 40, 118-119.

2. Там же, c. 118-119.

3. БРАЙТ П. И. Геодезические методы измерения деформаций оснований и сооружений, М. : Недра, 1965, с. 280-282.

4. Б. И. Кулачкин и др. "Фундаментальные и прикладные проблемы геотехники", М. , с. 70-72.

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при обследовании, наблюдении и длительном испытании строительных конструкций, зданий, подземных сооружений и фундаментов. Задачей изобретения являются повышение точности измерений, увеличение числа параметров, регистрируемых в процессе мониторинга, возможность оперативного определения опасных тенденций в динамике изменения трещин. Способ включает измерение приращений параметров трещины в ортогональных направлениях. Для этого с помощью монтажного шаблона на поверхности строительной конструкции устанавливают измерительные базы из размещенных в выносных кронштейнах упорных конусов. Упорные конусы обеспечивают точную установку с самоцентровкой в рабочее положение индикатора часового типа, снабженного жестко закрепленными на концах упорного и выдвижного штоков втулками с коническими гнездами, обеспечивающими определение приращений параметров трещин. 5 з. п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ мониторинга трещин в строительных конструкциях, включающий жесткую установку с помощью монтажного шаблона опор инвентарной измерительной базы на поверхности строительной конструкции на разных берегах трещины, измерение индикатором часового типа расстояния между опорами с определением приращений параметров трещины, отличающийся тем, что измерение расстояния между опорами проводят в ортогональных направлениях, для чего устанавливают по крайней мере одну дополнительную измерительную базу, причем каждую измерительную базу выполняют с двумя опорами в виде упорных конусов из прочного материала, измерение производят индикатором часового типа, на концах упорного и выдвижного штоков которого закреплены втулки с коническими гнездами, в вершинах которых выполняют осевые каналы, причем конусность упорного конуса измерительной базы выполняют меньшей, чем конусность гнезда втулки штока индикатора. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что измерительные базы устанавливают в трех ортогональных направлениях, при этом одну из них ориентируют вдоль трещины, другую - перпендикулярно к поверхности строительной конструкции, а третью - в перпендикулярном направлении к трещине, причем одни упорные конусы измерительных баз крепят непосредственно на поверхности строительной конструкции, а другие - в выносных кронштейнах. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что применяют монтажный шаблон разъемной конструкции, имеющий цилиндрические элементы, оканчивающиеся отверстиями с резьбой, при этом цилиндрические элементы размещают один внутри другого с возможностью их жесткой фиксации друг относительно друга с помощью упорного винта, а в отверстия с резьбой ввинчивают упорные конусы, на цилиндрических частях которых также нарезают резьбу, после чего шаблон совместно с опорами притягивают к поверхности конструкции через склеивающий состав хомутом, который закрепляют в эту трещину клиньями, а после твердения склеивающего состава шаблон, хомут и клинья убирают. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в вершинах внутренних конусных поверхностей втулок штоков выполняют цилиндрические каналы по оси втулок минимального по технологическим возможностям диаметра, при этом контактирующие конусные металлические поверхности упрочняют способом термообработки и выполняют не ниже 7 класса по точности. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что одновременно с установкой измерительных баз на трещинах устанавливают дополнительную тарировочную измерительную базу на неповрежденном участке конструкции. 6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после съема показаний опорные конусы закрывают защитными колпачками, выполненными из легкого металла с резьбой внутри, которые навинчивают на резьбу цилиндрической части упорных конусов.