Публикации »

Испытания строительных конструкций зданий и сооружений

В настоящее время требования, сформулированные в ФЗ-384 «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений», могут быть реализованы путем обеспечения механической безопасности, пожарной безопасности, безопасности при природных процессах и явлениях и т. п. И хотя закон настаивает на самых общих требованиях обеспечения безопасности, тем не менее, в ст. 15 разъясняется необходимость обоснования принимаемых проектных решений. Т. е. очевидно, что нетиповое проектное решение без соответствующего обоснования, например, результатами дополнительных исследований, расчетами, моделированием сценариев возникновения опасных процессов или просто оценкой рисков не может быть реализовано на практике.

Современная строительная наука позволяет обеспечить реализацию требований Федерального закона в части, касающейся исследований и испытаний строительных конструкций, причем на достаточно высоком уровне.

В качестве примера такой реализации рассмотрим исследования по оценке фактической несущей способности монолитных железобетонных перекрытий вновь возведенного административного здания на Васильевском острове. Необходимость проведения испытаний была вызвана оригинальным проектным решением перекрытий, которые были выполнены с напрягаемой и ненапрягаемой арматурой пролетом до15 м.

Очевидно, что основным критерием, обосновывающим безопасность принятого проектного решения, должны были стать результаты прямых испытаний на сосредоточенную нагрузку, а также фактические прочностные характеристики бетона и динамические параметры конструкций, определяемые по ГОСТ Р 53778-2010. Причем если прочность бетона, определяемая методом поверхностной волны [1], сравнивалась с проектной маркой, то собственные частоты колебаний сравнивались со значениями, полученными при модальном анализе расчетной модели здания).

Формы и частоты собственных колебаний перекрытий для расчетной модели и фактически зафиксированные при испытаниях с использованием метода свободных колебаний [2, 3, 5] показали удовлетворительное совпадение значений. Так, для первой формы колебаний расчетное значение частоты составляет 8,34 Гц, а фактически измеренное — 8,48 Гц. Этот результат свидетельствует о требуемом качестве и проектной несущей способности обследуемых конструкций.

Дополнительным подтверждением надежности конструкций стали определенные в ходе испытаний марка бетона и прогибы под статической нагрузкой. Зафиксированные значения этих величин также соответствовали расчетным. Очевидно, что полученные в ходе испытаний результаты являются тем самым дополнительным обоснованием безопасности предложенного проектного решения, которое требует Федеральный закон.

Если говорить о новых материалах, которые могут быть рекомендованы к использованию при реконструкции зданий и сооружений, то их испытания в условиях реальных нагрузок являются одними из необходимых условий внедрения в практику строительства.

В этой связи использование композитных материалов, например, для сейсмоусиления зданий и сооруженийне может быть рекомендовано без дополнительных обоснований. Поэтому проведение прямых испытаний на динамическую нагрузку является обязательным с точки зрения требований Федерального закона.

Такие испытания могут проводиться на стендовых базах специализированных научно-исследовательских организаций [4]. Для испытания новых типов конструкций на сейсмическое воздействие используется, например, Сейсмостенд ВСС-300, который представляет собой металлическую коробчатую конструкцию длиной 30 ми шириной 12 м, на которой на опорно-сферических пневматических амортизаторах расположена подвижная металлическая платформа размерами 18 х7 м.

Режимы стендовых испытательных воздействий формируются за счет применения в конструкции стенда механической системы, снабженной пневматическими (силовыми) и пневмогидравлическими (формирующими требуемый частотный состав воздействия) устройствами. На подвижной платформе, являющейся рабочим испытательным столом стенда, размещается исследуемая конструкция. Движение платформы стенда должно имитировать движение грунта при сейсмическом воздействии землетрясения интенсивностью в 9 баллов по шкале MSK-64, включительно. Критерием соответствия является перекрытие испытательным спектром ускорения движения платформы стенда стандартной кривой коэффициента динамичности спектра землетрясений интенсивностью 9 баллов по шкале МSК-64.

Очевидно, что результаты испытаний, подтверждающие эффективность использования новых материалов, тоже будут дополнительным обоснованием принятого проектного решения по усилению эксплуатируемых строительных конструкций.

Федеральный закон не только требует обоснования проектируемых мероприятий для обеспечения безопасности зданий и сооружений, но и предусматривает «…при проектировании объектов повышенного уровня ответственности учет (путем расчетной оценки) аварийной ситуации, имеющей малую вероятность возникновения и небольшую продолжительность, но являющейся важной с точки зрения последствий достижения предельных состояний, которые могут возникнуть при этой ситуации (в том числе предельных состояний при ситуации, возникающей в связи со взрывом, столкновением, аварией, пожаром, а также непосредственно после отказа одной из несущих строительных конструкций)».

Такая ситуация рассматривается при проектировании оболочек реакторов АЭС и является неотъемлемой частью проектных решений. Для обоснования применения в конструкциях оболочки «бесконтактных» соединений арматурных конструкций (типа петлевых стыков, а также прямых или гнутых перепусков с различными анкерными устройствами) применяются полномасштабные испытания различных конструктивных элементов (плит, простенков, оболочек, узловых соединений) с бессварными и механическими стыками арматуры в различных условиях на специальных гидросиловых стендах.

Типовой стенд представляет собой камеру объемного нагружения с подвижной боковой стенкой, сформированной силовыми элементами, например, гидродомкратами. Испытания проводятся в предусмотренных специальной программой режимах нагружения, а их результаты подтверждают или отклоняют предлагаемые решения. Так, для конструкций с петлевыми стыками арматуры было установлено, что после достижения максимальной нагрузки плиты с петлевым выпуском показали плавное снижение сопротивления изгибу и продолжали работу вплоть до исчерпания возможностей стенда, а плита с муфтовым соединением арматуры разрушилась в результате разрыва растянутой арматуры около муфт. Эти результаты, будучи дополненными сериями испытаний элементов определенного вида и конфигурации, могут быть положены в основу «Рекомендаций…» по применению бесконтактных соединений на объектах повышенного уровня ответственности.

Приведенные примеры наглядно иллюстрируют возможности современных научно-исследовательских организаций Санкт-Петербурга в части реализации требований Федерального закона № 384 по дополнительному обоснованию проектных решений при обеспечении безопасности зданий и сооружений.

 

С. Н. Савин, д. т. н., с. н. с., профессор кафедры СПб ГАСУ

 

Литература

1. Методика оценки и сертификации инженерной безопасности зданий и сооружений. — М.: МЧС России.2003 г.

2. «Правила паспортизации и оценки фактической сейсмостойкости воинских зданий и сооружений». —  ВСП 22-01-95: Под общей редакцией С. Н. Савина.1996 г.

3. Нигметов Г. М. и др. «Мобильные диагностические комплексы для оценки сейсмостойкости зданий и сооружений». // «Сейсмостойкое строительство», № 2,1999 г.

4. Золотков А. С. «Вибрационные испытания фрагментов монолитных зданий до разрушения». // «Инженерно-строительный журнал», №1(27),2012 г.

5. Савин С. Н., Демишин С. В., Ситников И. В. «Мониторинг уникальных объектов с использованием динамических параметров по ГОСТ Р 53778-2010». // «Инженерно-строительный журнал», № 7, 2011 г.

Автор: С. Н. Савин
Дата: 12.02.2013
Журнал Стройпрофиль 104
Рубрика: безопасность. огнезащита




«« назад