Конструкции приборов для наблюдения за трещинами и швами, принципы их размещения
Статьи 24-07-2022, 08:30 705 Распечатать
Трещины на элементах различных строительных сооружений могут возникать вследствие ряда причин, например, неравномерных осадок, напряжений от внешних нагрузок, а также температурно-усадочных явлений. За трещинами на зданиях и строениях наблюдают с целью анализа причин их возникновения, оценки прочности сооружения и выявления состояния арматуры, когда она, обнажаясь в трещине, подвергается более интенсивной коррозии.
Один из простейших способов наблюдения за трещинами — это нанесение краской или острым инструментом границ трещины. По истечении определенного времени снова отмечают концы трещин. Таким образом устанавливают развитие трещин во времени. Достаточно широкие трещины (>1 мм) можно измерить не только по длине, но и по глубине. Для этого используют щуп или краску, которую заливают в трещину. После высыхания краски бетон с одной стороны аккуратно скалывают. По величине проникновения краски определяют глубину трещины. Такой способ неприменим, если поблизости от поверхности бетона расположена арматура. В этом случае замеры проводят линейкой с миллиметровыми делениями или штангенциркулем.
Для оценки состояния трещины, замкнувшейся на грани элемента сооружения, широко используют маяки из гипса, алебастра, цементного раствора. Иногда маяки устраивают из органического стекла или металла, однако они более трудоемкие по сравнению с вышеприведенными, поэтому их применяют ограниченно. Место для установки маяка тщательно очищают от пыли и грязи, продувают сжатым воздухом и промывают водой. На маяке или поблизости от него обязательно наносят порядковый номер и дату его установки. Простейшая оценка состояния трещины заключается в следующем: если по истечении определенного времени в месте ее расположения на маяке не образуется трещина, значит, она не развивается; появление трещины на маяке свидетельствует о развитии анализируемой трещины.
ГИПСОВЫЙ МАЯК изготавливают из густого раствора, наносимого шпателем шириной 5... 10 см, толщиной 1...3 см и длиной 10...20 см (рис.1а).
МАЯКИ ИЗ ОРГАНИЧЕСКОГО СТЕКЛА или обычного стекла (рис.1б, 1в) состоят из двух пластинок толщиной 3.. 10 мм, заделываемых одним концом в раствор и накладываемых друг на друга внахлестку с перекрытием в 2...3 см. Перед установкой на каждую пластинку наносят риски, которые должны совпадать во время установки маяка. О состоянии трещины судят по рас стоянию между рисками.
Рис. 3.6. Маяки для наблюдения за трещинами:а- гипсовый; б и в — из органического и обычного стекла; г — алебастровый; д — металлический; е, ж — конструкции И.М. Литвинова; з — конструкции Ф А. Белякова, 1 — трещина; 2- маяк
В сырых местах МАЯКИ делают ИЗ ЦЕМЕНТНОГО РАСТВОРА или НЕРАЗМОКАЕМОГО МАТЕРИАЛА (металл, текстолит, пластмасса и др.). В ряде случаев применяют маяки из алебастра (рис.1г)
МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАЯКИ изготавливают из прутка диаметром 3…4 мм длиной 20...30 см, устанавливаемого поперек трещины. При увеличении раскрытия трещины цементная облицовка, устроенная для крепления прутка, разрушается. Раскрытие трещины определяется по смещению прутка. Иногда применяют металлические пластинки простейшей формы с нанесенными на них рисками (рис. 1д). Их накладывают одну на другую или соединяют встык.
ТИП МАЯКА И СПОСОБ ЕГО УСТАНОВКИ выбирают в зависимости от местоположения трещины, имеющегося материала и ответственности сооружения.
Существуют и более сложные конструкции маяков, являющиеся промежуточными между простыми маяками и шелемерами. Например, МАЯКИ КОНСТРУКЦИИ И. М. ЛИТВИНОВА (рис. 1е, 1ж) дают возможность получить качественные и количественные показатели развития трещин. Расстояние между измерительными крючками маяка, замеренное штангенциркулем, позволяет судить о величине раскрытия трещины. При этом точность измерения составляет не более 0,02 мм. Для трещин, возникающих в углах элементов сооружений, применяют конструкцию, приведенную на рисунке 1ж.
Имеются и другие конструкции маяков. Так, Ф.А. Беляков предложил устанавливать по обеим сторонам трещины две прямоугольные гипсовые, алебастровые или из цементного раствора плитки размером 10x6x2 см (рис. 3.6,з). B каждую из плиток до затвердения раствора помещают по пять игл, возвышающихся на 1...2 мм над поверхностью. Плитки размещают таким образом, чтобы верхний ряд игл находился на одной прямой, а нижний на другой, параллельной первой для обеих плиток. Прикладывая периодически лист бумаги, прикрепленный к фанере, получают проколы на нем. По расстояниям между точками судят о состоянии трещины. За установленным маяком наблюдают в течение первых двух-трех недель ежедневно, а затем — по мере стабилизации через 7... 10 сут.
На ответственных сооружениях (I…III класса капитальности) или элементах чаще всего наблюдения ведут с помощью закладных или накладных ЩЕЛЕМЕРОВ, которые условно подразделяют на
одноосные,
лоскостные и
пространственные.
Одноосные щелемеры (рис. 2) представляют собой два металлических элемента, закрепленных по обе стороны трещины с фиксированными головками (колками), служащими для измерения расстояния между ними с помощью штангенциркуля или микрометра.
Рис 2. Одноосные щелемеры: а- штыревой закладной для временных наблюдений; б — закладной для длительных наблюдений; в — конструкции Ленгидэпа; г — часового типа с точностью до 0,01 мм; д- накладной из уголков; е –для наблюдения за расхождением широких (50…60 см); 1-шов (трещина); 2 — фиксированная головка; 3- анкер; 4 — индикатор частного типа; 5 —кронштейны; 6 - опорная плоскость с зажимным винтом; ж —накладной щелемер, 1 - металлическая плита 2 - стержни; 3 — штангенциркуль, 4 — шарики; 5 — гайка; 6 — анкер; 7 — анкерная скоба; 8 — шов. Размеры даны в мм.
Плоскостные щелемеры имеют пластины, перекрывающие друг друга, с насечками шкал и опорных рисок, в двух направлениях.
Различные конструкции пространственных щелемеров показаны на рисунке 3. Они подразделяются на стержневые (рис. 3а) и марочные (рис. 36).
Стержневые щелемеры представляют собой два стальных стержня или пластины, изогнутых таким образом, чтобы между ними можно было проводить измерения в двух плоскостях. Для определения раскрытия трещин в двух плоскостях может быть применен также щелемер конструкции Ленгидэпа (рис. 3в) при наличии на нем опорных рисок. Достаточно широко распространен марочным щелемер В. П. Бомбчинского (рис. 36). Он представляет систему трех чугунных марок, устанавливаемых по вершинам равностороннего треугольника со сторонами 200...600 мм. На базисной стороне треугольника, ориентированной параллельно шву, располагаются две марки, а на другой — одна. Марки щелемера можно также использовать как высотные. Наличие в марках цилиндрических отверстий позволяет измерять расстояние между ними с помощью штангельщелемера (рис. 3в)
Рис. 3. Щелемеры для измерения раскрытия швов (трещин) в плоскости (а) пространстве (б) и штангенщелемер (в)
1-опорная игла; 2 и 3- круглый и цилиндрический уровни. 4 — линейка со шкалой; 5-барабан иглы; 6- движок; 7- микрометрическая игла. Размеры даны в мм.
В местах, недоступных для открытого наблюдения, не ближе 1,5…2 м от наружной поверхности устанавливают дистанционные закладные щелемеры, обычно струнного типа, а также тедетеизометры (см 4).
Щелемеры устанавливают с помощью шаблона, который затем снимают, и по истечении 7-10 суток берут нулевой отсчет. В начальный период образования трещины наблюдения проводят ежедневно. По мере ее стабилизации или в первый год эксплуатации наблюдения проводят 1 раз в 7 -10 сут. После трех лет эксплуатации наблюдения осуществляют 1 раз в месяц. При записи показания щелемеров необходимо измерять также температуру воздуха или воды, если щелемер находится ниже ее уровня. В журнале наблюдений отмечают: номер щелемера, дату наблюдений, начальный отсчет, последующие отсчеты, по которым определяется отклонение от начального отсчета.
ФОТОГРАММЕТРИЧЕСКИЙ ЩЕЛЕМЕР
ФОТОЩЕЛЕМЕР 3D - это технологическое решение по выполнению мониторинга трещин и деформационных швов в зданиях и сооружениях, основанное на методах фотограмметрии.
Система адаптирована для применения специалистами по обследованию и эксплуатации зданий и сооружений и не требует специальных знаний по фотограмметрии. Оборудование, необходимое для мониторинга, включает 2 блока специальных фотограмметрических деформационных марок, цифровую фотокамеру и специализированное программное обеспечение.
Каждый блок марок представляет собой пластину с рельефной ступенькой размером 60х40 мм. и содержит несколько десятков марок (размеры пластины и число марок может варьироваться). Взаимное положение марок на пластине определяется на этапе калибровки блока марок с точностью в несколько микрон. Каждый блок марок имеет специальный код, позволяющий программе идентифицировать его на снимках и применить результаты калибровки в процессе дальнейших решений. На всё время мониторинга 2 блока марок надежно закрепляются по обе стороны от трещины или деформационного шва и, по определенной программе, фотографируются цифровой камерой с требуемой частотой в порядке выполнения циклов наблюдений.
Для съемки подойдет любая цифровая фотокамера (от телефона до дорогой зеркальной фотокамеры). При съемке с разных расстояний значимым параметром является фокусное расстояние камеры. Поэтому достаточно эффективным является применение фотокамер с переменным фокусным расстоянием.
Дальнейшая обработка снимков выполняется в специальном программном обеспечении на основе теоретически строгих методов фотограмметрии. Обработка включает автоматическую идентификацию и измерение марок на снимках с субпиксельной точностью. В процессе решения фотограмметрических задач выполняется фотограмметрическая калибровка и учет дисторсии каждого снимка. Из дальнейшего решения программа определяет взаимное положение закрепленных по обе стороны трещины двух блоков марок в трехмерной декартовой системе координат. Причем пространственное решение возможно, как на основе одиночных снимков, так и на основе результатов стереофотограмметрической съемки. Динамика развития трещины в трехмерном пространстве определяется по результатам обработки нескольких циклов наблюдений, выполненных в разное время. Система позволяет обеспечивать точность определений координат и деформаций на уровне 0.005 – 0.020 мм. при расстояниях съемки от 0.1 до 40 м.
---
Один из простейших способов наблюдения за трещинами — это нанесение краской или острым инструментом границ трещины. По истечении определенного времени снова отмечают концы трещин. Таким образом устанавливают развитие трещин во времени. Достаточно широкие трещины (>1 мм) можно измерить не только по длине, но и по глубине. Для этого используют щуп или краску, которую заливают в трещину. После высыхания краски бетон с одной стороны аккуратно скалывают. По величине проникновения краски определяют глубину трещины. Такой способ неприменим, если поблизости от поверхности бетона расположена арматура. В этом случае замеры проводят линейкой с миллиметровыми делениями или штангенциркулем.
Для оценки состояния трещины, замкнувшейся на грани элемента сооружения, широко используют маяки из гипса, алебастра, цементного раствора. Иногда маяки устраивают из органического стекла или металла, однако они более трудоемкие по сравнению с вышеприведенными, поэтому их применяют ограниченно. Место для установки маяка тщательно очищают от пыли и грязи, продувают сжатым воздухом и промывают водой. На маяке или поблизости от него обязательно наносят порядковый номер и дату его установки. Простейшая оценка состояния трещины заключается в следующем: если по истечении определенного времени в месте ее расположения на маяке не образуется трещина, значит, она не развивается; появление трещины на маяке свидетельствует о развитии анализируемой трещины.
ГИПСОВЫЙ МАЯК изготавливают из густого раствора, наносимого шпателем шириной 5... 10 см, толщиной 1...3 см и длиной 10...20 см (рис.1а).
МАЯКИ ИЗ ОРГАНИЧЕСКОГО СТЕКЛА или обычного стекла (рис.1б, 1в) состоят из двух пластинок толщиной 3.. 10 мм, заделываемых одним концом в раствор и накладываемых друг на друга внахлестку с перекрытием в 2...3 см. Перед установкой на каждую пластинку наносят риски, которые должны совпадать во время установки маяка. О состоянии трещины судят по рас стоянию между рисками.
Рис. 3.6. Маяки для наблюдения за трещинами:а- гипсовый; б и в — из органического и обычного стекла; г — алебастровый; д — металлический; е, ж — конструкции И.М. Литвинова; з — конструкции Ф А. Белякова, 1 — трещина; 2- маяк
В сырых местах МАЯКИ делают ИЗ ЦЕМЕНТНОГО РАСТВОРА или НЕРАЗМОКАЕМОГО МАТЕРИАЛА (металл, текстолит, пластмасса и др.). В ряде случаев применяют маяки из алебастра (рис.1г)
МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАЯКИ изготавливают из прутка диаметром 3…4 мм длиной 20...30 см, устанавливаемого поперек трещины. При увеличении раскрытия трещины цементная облицовка, устроенная для крепления прутка, разрушается. Раскрытие трещины определяется по смещению прутка. Иногда применяют металлические пластинки простейшей формы с нанесенными на них рисками (рис. 1д). Их накладывают одну на другую или соединяют встык.
ТИП МАЯКА И СПОСОБ ЕГО УСТАНОВКИ выбирают в зависимости от местоположения трещины, имеющегося материала и ответственности сооружения.
Существуют и более сложные конструкции маяков, являющиеся промежуточными между простыми маяками и шелемерами. Например, МАЯКИ КОНСТРУКЦИИ И. М. ЛИТВИНОВА (рис. 1е, 1ж) дают возможность получить качественные и количественные показатели развития трещин. Расстояние между измерительными крючками маяка, замеренное штангенциркулем, позволяет судить о величине раскрытия трещины. При этом точность измерения составляет не более 0,02 мм. Для трещин, возникающих в углах элементов сооружений, применяют конструкцию, приведенную на рисунке 1ж.
Имеются и другие конструкции маяков. Так, Ф.А. Беляков предложил устанавливать по обеим сторонам трещины две прямоугольные гипсовые, алебастровые или из цементного раствора плитки размером 10x6x2 см (рис. 3.6,з). B каждую из плиток до затвердения раствора помещают по пять игл, возвышающихся на 1...2 мм над поверхностью. Плитки размещают таким образом, чтобы верхний ряд игл находился на одной прямой, а нижний на другой, параллельной первой для обеих плиток. Прикладывая периодически лист бумаги, прикрепленный к фанере, получают проколы на нем. По расстояниям между точками судят о состоянии трещины. За установленным маяком наблюдают в течение первых двух-трех недель ежедневно, а затем — по мере стабилизации через 7... 10 сут.
На ответственных сооружениях (I…III класса капитальности) или элементах чаще всего наблюдения ведут с помощью закладных или накладных ЩЕЛЕМЕРОВ, которые условно подразделяют на
Одноосные щелемеры (рис. 2) представляют собой два металлических элемента, закрепленных по обе стороны трещины с фиксированными головками (колками), служащими для измерения расстояния между ними с помощью штангенциркуля или микрометра.
Рис 2. Одноосные щелемеры: а- штыревой закладной для временных наблюдений; б — закладной для длительных наблюдений; в — конструкции Ленгидэпа; г — часового типа с точностью до 0,01 мм; д- накладной из уголков; е –для наблюдения за расхождением широких (50…60 см); 1-шов (трещина); 2 — фиксированная головка; 3- анкер; 4 — индикатор частного типа; 5 —кронштейны; 6 - опорная плоскость с зажимным винтом; ж —накладной щелемер, 1 - металлическая плита 2 - стержни; 3 — штангенциркуль, 4 — шарики; 5 — гайка; 6 — анкер; 7 — анкерная скоба; 8 — шов. Размеры даны в мм.
Плоскостные щелемеры имеют пластины, перекрывающие друг друга, с насечками шкал и опорных рисок, в двух направлениях.
Различные конструкции пространственных щелемеров показаны на рисунке 3. Они подразделяются на стержневые (рис. 3а) и марочные (рис. 36).
Стержневые щелемеры представляют собой два стальных стержня или пластины, изогнутых таким образом, чтобы между ними можно было проводить измерения в двух плоскостях. Для определения раскрытия трещин в двух плоскостях может быть применен также щелемер конструкции Ленгидэпа (рис. 3в) при наличии на нем опорных рисок. Достаточно широко распространен марочным щелемер В. П. Бомбчинского (рис. 36). Он представляет систему трех чугунных марок, устанавливаемых по вершинам равностороннего треугольника со сторонами 200...600 мм. На базисной стороне треугольника, ориентированной параллельно шву, располагаются две марки, а на другой — одна. Марки щелемера можно также использовать как высотные. Наличие в марках цилиндрических отверстий позволяет измерять расстояние между ними с помощью штангельщелемера (рис. 3в)
Рис. 3. Щелемеры для измерения раскрытия швов (трещин) в плоскости (а) пространстве (б) и штангенщелемер (в)
1-опорная игла; 2 и 3- круглый и цилиндрический уровни. 4 — линейка со шкалой; 5-барабан иглы; 6- движок; 7- микрометрическая игла. Размеры даны в мм.
В местах, недоступных для открытого наблюдения, не ближе 1,5…2 м от наружной поверхности устанавливают дистанционные закладные щелемеры, обычно струнного типа, а также тедетеизометры (см 4).
Щелемеры устанавливают с помощью шаблона, который затем снимают, и по истечении 7-10 суток берут нулевой отсчет. В начальный период образования трещины наблюдения проводят ежедневно. По мере ее стабилизации или в первый год эксплуатации наблюдения проводят 1 раз в 7 -10 сут. После трех лет эксплуатации наблюдения осуществляют 1 раз в месяц. При записи показания щелемеров необходимо измерять также температуру воздуха или воды, если щелемер находится ниже ее уровня. В журнале наблюдений отмечают: номер щелемера, дату наблюдений, начальный отсчет, последующие отсчеты, по которым определяется отклонение от начального отсчета.
ФОТОГРАММЕТРИЧЕСКИЙ ЩЕЛЕМЕР
ФОТОЩЕЛЕМЕР 3D - это технологическое решение по выполнению мониторинга трещин и деформационных швов в зданиях и сооружениях, основанное на методах фотограмметрии.
Система адаптирована для применения специалистами по обследованию и эксплуатации зданий и сооружений и не требует специальных знаний по фотограмметрии. Оборудование, необходимое для мониторинга, включает 2 блока специальных фотограмметрических деформационных марок, цифровую фотокамеру и специализированное программное обеспечение.
Каждый блок марок представляет собой пластину с рельефной ступенькой размером 60х40 мм. и содержит несколько десятков марок (размеры пластины и число марок может варьироваться). Взаимное положение марок на пластине определяется на этапе калибровки блока марок с точностью в несколько микрон. Каждый блок марок имеет специальный код, позволяющий программе идентифицировать его на снимках и применить результаты калибровки в процессе дальнейших решений. На всё время мониторинга 2 блока марок надежно закрепляются по обе стороны от трещины или деформационного шва и, по определенной программе, фотографируются цифровой камерой с требуемой частотой в порядке выполнения циклов наблюдений.
Для съемки подойдет любая цифровая фотокамера (от телефона до дорогой зеркальной фотокамеры). При съемке с разных расстояний значимым параметром является фокусное расстояние камеры. Поэтому достаточно эффективным является применение фотокамер с переменным фокусным расстоянием.
Дальнейшая обработка снимков выполняется в специальном программном обеспечении на основе теоретически строгих методов фотограмметрии. Обработка включает автоматическую идентификацию и измерение марок на снимках с субпиксельной точностью. В процессе решения фотограмметрических задач выполняется фотограмметрическая калибровка и учет дисторсии каждого снимка. Из дальнейшего решения программа определяет взаимное положение закрепленных по обе стороны трещины двух блоков марок в трехмерной декартовой системе координат. Причем пространственное решение возможно, как на основе одиночных снимков, так и на основе результатов стереофотограмметрической съемки. Динамика развития трещины в трехмерном пространстве определяется по результатам обработки нескольких циклов наблюдений, выполненных в разное время. Система позволяет обеспечивать точность определений координат и деформаций на уровне 0.005 – 0.020 мм. при расстояниях съемки от 0.1 до 40 м.
---