Деформация сооружений

Деформация сооружений – это изменение формы или размеров сооружений, или их элементов под действием внешних сил, при нагревании или охлаждении, изменении влажности и других воздействиях, вызывающих изменение относительного положения рассматриваемых точек, сечений или объемов сооружений.

Деформации твердых тел, составляющих сооружение, и их структурные особенности изучает физика твердого тела, а движения и напряжения в деформируемых твердых телах — теории упругости, пластичности и ползучести. Деформация твердого тела, элемента или сооружения может явиться следствием фазовых превращений, связанных с изменением объема, теплового расширения, намагничивания (магнитострикционный эффект), появления электрического заряда (пьезоэлектрический эффект) или же результатом действия внешних сил. Все реальные твердые тела при деформации в большей или меньшей мере обладают пластическими свойствами. При некоторых условиях пластическими свойствами тел можно пренебречь, как это и делается в теории упругости. Твердое тело с достаточной точностью можно считать упругим, т.е. не обнаруживающим заметных пластических деформаций, пока нагрузка не превысит некоторого предела. Упругие деформации связаны с силами межатомного взаимодействия в конструкционных материалах, деформации пластичности и ползучести — с образованием искажений кристаллических структур и дефектов. Природа пластической деформации может быть различной в зависимости от температуры, величины и продолжительности действия нагрузки. При неизменной приложенной к телу нагрузке деформация сооружений изменяется со временем; это явление называется ползучестью. С возрастанием температуры и времени скорость ползучести, как правило, увеличивается. Частным случаем ползучести является релаксация — процесс самопроизвольного уменьшения нагрузки и напряжения с течением времени при неизменной деформации. В теории упругости и пластичности тела рассматриваются как «сплошные». Сплошность, т.е. способность заполнять весь объем, занимаемый материалом тела без всяких пустот, является одним из основных свойств, приписываемых реальным телам. Понятие сплошности относится также к элементарным объемам, на которые можно мысленно разбить тело. Изменение расстояния между центрами каждых двух смежных бесконечно малых объемов у тела, не испытывающего разрывов, должно быть малым по сравнению с исходной величиной этого расстояния. Образование микроне-сплошностей и микродефектов увеличивает деформации вплоть до макроразрушения наиболее натруженного элемента и сооружения в целом.

Виды деформации сооружений

В сооружениях и их элементах различают упругую деформацию (исчезающую после устранения воздействия, вызвавшего деформацию сооружений) и пластическую (остаточную) деформацию (остающуюся после удаления нагрузки). Для упругих деформаций справедлив линейный, а для пластических — степенной или экспоненциальный законы, связывающие усилия (напряжения) и перемещения (деформации). При длительном нагружении к упругим и пластическим деформациям сооружений добавляются деформации ползучести, нарастающие во времени. Простейшие виды деформации элементов сооружений: растяжение, сжатие, сдвиг, кручение, изгиб. В конечном счете любую деформацию сооружений можно свести к двум наиболее простым: растяжению (или сжатию) и сдвигу. Характерными деформациями сооружений являются просадки, прогибы, закручивания, получаемые как интегральные перемещения от указанных простейших деформаций. Деформация сооружений определяется, если известен вектор перемещения каждой его точки.

Измерение деформации сооружений

Измерение деформации сооружений производится в процессах испытания или эксплуатации сооружений с целью определения их сопротивления безопасным и опасным действующим нагрузкам. Испытанию может подвергаться сооружение в натуре или его модель. Упругие деформации сооружений весьма малы, и измерение их требует высокой точности. Наиболее распространены методы измерения с помощью тензометров, тензорезисторов, голографии. В современной практике широко применяются поляризационно-оптический, волоконно-оптический и рентгеновский методы. Для суждения о местных пластических деформациях используют накатку на поверхности изделия сетки, покрытие поверхности легко растрескивающимся лаком и т.д.

Для предупреждения и предотвращения опасных, недопустимых и разрушающих деформаций сооружений используются методы сопротивления материалов, теорий упругости, пластичности и ползучести, теории строительной механики и динамики сооружений. Предельные величины деформации сооружений устанавливаются на базе критериев прочности, жесткости, долговечности, усталости с использованием соответствующих запасов. Эти запасы имеют разную величину в зависимости от типа аварии или катастрофы (проектная — запроектная — гипотетическая).

Наблюдение за деформацией сооружений

Источник: Гражданская защита: Энциклопедия в 4 томах. Том I (А–И); под общей редакцией С.К. Шойгу; МЧС России. – М.: Московская типография № 2, 2006.

Источник

Виды деформаций зданий и сооружений

Прогноз величины деформаций оснований на стадии проектирования сооружения позволяет выбрать наиболее правильные конструктивные решения фундаментов и надземных частей зданий и сооружений. Осадки оснований оказывают решающее влияние на прочность и устойчивость подземных конструкций.

При равномерных осадках основания подошва фундамента в любой моент времени опускается на одинаковую величину. Такие осадки не вызывают перераспределения усилий в конструкциях, но затрудняют нормальную эксплуатацию.

При неравномерных осадках основания подошва фундамента опускается на разную величину, вызывая перераспределение усилий и деформаций в надземных частях зданий и сооружений. Такие осадки ухудшают эксплуатацию оборудования, изменяют условия устойчивости сооружений, вызывают перенапряжения в отдельных конструкциях и элементах.

В зависимости от характера развития неравномерных осадок и от жесткости здания или сооружения возникают следующие виды деформаций.

В случае развития прогиба ( рис. 7.1,а ) наиболее опасная зона растяжения находится в нижней части здания или сооружения, выгибе (см. рис. 7.1,6), — наоборот, в верхней части сооружения.

Рис. 7.1. Схема прогиба (а) и выгиба (б) сооружения

Относительный прогиб или выгиб (ƒ/L) здания или сооружения оценивается отношением стрелы прогиба или выгиба к длине прогнувшейся части здания и кривизной изгибаемого участка ( рис. 7.2 ) и определяется по формуле (по пособию к СНиП, 1986; СНиП 2.02.01—83):

7.1.

где S1 и S3 — осадки в краях фундамента; S2 — наибольшая или наименьшая осадка фундамента; L — длина фундамента.

Рис. 7.2. Относительный прогиб или выгиб сооружения

Крен (наклон) — поворот фундамента относительно горизонтальной оси, проявляющийся при несимметричной загрузке основания. Наибольшую опасность данный вид деформации представляет для высоких сооружений — дымовых труб, узких зданий повышенной этажности и др., т.е. характерен для жестких сооружений.

Крен рассматривается как разность абсолютных осадок двух точек фундаментов, отнесенных к расстоянию между ними ( рис. 7.3 ), и определяется по формуле

(7.2)

где S1 и S2 — осадки крайних точек сплошного фундамента или двух фундаментов.

Рис. 7.3. Крен сооружения

Перекос зданий и сооружений характерен при резком проявлении неравномерности осадок на участке небольшой протяженности при сохранении относительной вертикальности несущих конструкций ( рис. 7.4 ).

Кручение возникает при неодинаковом крене здания или сооружения по длине, при этом происходит развитие крена в двух сечениях сооружения в разные стороны ( рис. 7.5 ).
Горизонтальные перемещения фундаментов зданий или сооружений возникают при действии на основания горизонтальных нагрузок ( рис. 7.6 ). Например, устои мостов (рис. 7.6,а), гидротехнические сооружения (рис.7.6,б), они возможны при развитии оползней и при выполнении подземных выработок.

Рис. 7.4. Перекос сооружения

Рис. 7.5. Кручение сооружения

Рис. 7.6. Схема горизонтального перемещения устоя моста (а) и гидротехнического сооружения (б)

Источник

Причины деформаций зданий и сооружений

В тексте нашей статьи раскрываются причины деформаций зданий и конструкций. Описывается, кто занимается изучением деформаций и к кому обратиться для наблюдения и проведения геодезических работ.

Деформация обозначает изменение формы здания или сооружения. В геодезии под деформацией понимают изменение положения отдельных точек и всего сооружения относительно опорной геодезической сети под действием непреодолимой силы.

Все здания, конструкции и сооружения испытывают деформацию под воздействием природы, деятельности человека и конструктивных особенностей. Особенно это касается зданий в условиях плотной городской застройки. Риск деформирования зданий в том, что они могут быть не видны обычному глазу.

Современное строительство использует новые конструкции и материалы, которые приводят к повышенной чувствительности сооружений, к изменениям в грунте, особенно деформациям грунтового основания. У каждого здания есть расчётные величины высоты, положения в пространстве. Чтобы понять, что здание сохраняет заданное положение или изменило его, нужна помощь специалистов. Инженеры-геодезисты выявляют и отслеживают причины деформаций зданий и сооружений. Если деформации слишком сильные, здание может разрушиться.

Виды деформации и причины их появления

Повреждения возникают из-за воздействия постоянных и переменных нагрузок.

Среди деформаций выделяют следующие: осадка, крен, оседание, прогибы, выгибы, кручения, перекосы, горизонтальные смещения. Ниже подробно рассматривается каждый из них.

Деформации бывают остаточными и исчезающими после устранения воздействий. Для установления характера проводят геометрическую характеристику до нагрузки, под её воздействием и после её снятия.

В числе причин деформации зданий специалисты называют следующие факторы.

Эксперты по геодезии отмечают, что повреждения, деформации объектов становятся результатом воздействия целого комплекса факторов, одни из которых преобладают, а другие слабо выражены. Основная задача геодезического контроля – установить причины и изучить обстоятельства, вызвавшие их развитие.

Этапы мониторинга и наблюдения за деформацией зданий и сооружений

Когда есть подозрение на дефект здания или необходимо провести геодезический мониторинг объекта, обращаются к специалистам по геодезии. Далее комплекс работ проводится поэтапно. Подробности каждого этапа приведены в таблице.

Этапы

Содержание

Собирают и изучают техническую документацию, сведения по строительству и эксплуатации объекта.

Составляют рабочую программу, где отмечают цель и задачи измерений, намечают расположение геодезических знаков, составляют график работ и выбирают метод измерений.

Включает осмотр и обследование территории и надземных конструкций сооружения, здания. Особое внимание специалисты уделяют близлежащим постройкам и устройствам для отвода поверхностных вод.

Проектируют, изготавливают и устанавливают геодезические знаки, проводят измерения по графику в соответствии с выбранной методикой.

Осматривают внешнее состояние здания, конструкций, делают замеры с помощью оборудования и собирают образцы для установления прочности, плотности, водопроницаемости и другие необходимые физико-механические характеристики.

Обследуют фундаменты и грунты в основании объекта. Закладывают шурфы в аварийной зоне и за её пределами, а потом сравнивают результаты. Во время реконструкции проводят обследование всех колонн и стен. Делают поверку полевых журналов, оценивают точность проведённых полевых работ. Составляют ведомости по каждому циклу. Составляют отчёты по результатам и оформляют их графически.

Геодезический контроль за деформациями заключается в том, чтобы периодически проверять положение точек сооружений, обозначенных марками, относительно неподвижных знаков по вертикали и горизонтали. Замеры и вычисления проводятся дистанционно бесконтактным способом. Так, с помощью тахеометра устанавливаются пространственные координаты критичных точек, а результаты выполняются автоматически и высвечиваются на экране дисплея. Осадки определяются с помощью высокоточного нивелира.

Периодичность наблюдения за деформациями

Деформации отслеживают с того момента, когда здание только начинают строить и ведут наблюдения до того момента, когда деформации стабилизируются до 1-2 мм в год.

Приняты следующие сроки измерения деформаций

После каждого цикла наблюдений составляют график изменения осадок по срокам, таблицу осадок и ведут ведомость отметок нивелирных марок.

Когда скорость деформации увеличивается, появляются крены, трещины, возрастает скорость осадок, то наблюдения проводят чаще.

Наблюдения включают измерения, описания размера деформаций и установления причин их возникновения.

Наблюдают за деформациями оснований, грунтов, чтобы проверить корректность проектных расчётов, выявить закономерности и оперативно принять меры для устранения последствий и предотвратить опасные ситуации.

Во время эксплуатации здания за деформацией наблюдают по календарному плану, делают систематические замеры и фиксируют их в документах. Специалисты ведут мониторинг состояния и температуры подземных вод, грунтов, метеорологических данных, изменение строительной нагрузки и нагрузки от оборудования.

Таким образом, наблюдение за деформациями проводят с нулевого этапа строительства и во время эксплуатации. Обязательно отслеживают вертикальные и горизонтальные смещения объекта перед началом капитального ремонта, перед вводом в эксплуатацию и при назначении судебной строительной экспертизы.

Все типы геодезических знаков и места их размещения

Есть деформация или нет – может установить геодезист после измерений и обследований. Для этого проводят контрольные измерения.

Определяют устойчивые грунты за пределами зоны строительных работ и в максимальной близости от объекта наблюдения.

Устанавливается от 3 опорных точек для наблюдения за 1 одним объектом.

Для наблюдения за деформациями применяют несколько видов геодезических знаков.

Вид знака

Функции

Используются в качестве основы. Это неподвижная точка в горизонтальной плоскости, относительно которой устанавливают смещение деформационных знаков. Опорные знаки должны быть устойчивыми, так как устанавливаются на длительные сроки.

Служат, чтобы передавать координаты с опорных геознаков на деформационные.

Устанавливаются на объекте, который исследуется. Знаки располагаются на стыках капитальных стен, на углах зданий и в зонах максимального напряжения конструкции с интервалом 10-15 м. Определяют начальное положение и время установки знаков, а затем отслеживают, как изменяется положение здания вместе с деформационным знаком.

Используются для измерений осадки зданий и сооружений. Закрепляют в стенах или фундаменте исследуемого объекта.

Это специальная конструкция из прозрачного пластика с нанесенными рисками, которая позволяет отслеживать раскрытие трещины и развитие деформации.

Правильная установка геодезических знаков обеспечивает качество, полноту и достоверность деформаций. Выбор зависит от цели наблюдений, вида деформаций, конструкции здания, инженерно-геологических условий.

Установку деформационных знаков регулируют правила и Федеральные законы «О техническом регулировании», «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений».

Сколько стоят геодезические знаки и почему?

По существующим правилам, реперы закрепляются геодезическими пунктами.

Геодезические знаки являются долговременными, поэтому необходимо предусмотреть их сохранность.

Основная разница между знаками – в конструкции и в способе установке.

Например, марки, которые привариваются к трубе, стоят от 1 100 рублей.

Цена марки, закладываемой в бетон, начинается от 4 100 рублей.

Чтобы избежать коррозии, марки для реперов изготавливаются из малоуглеродистой стали.

Есть обычные светоотражающие марки, которые прикрепляются к зданиям.

Определить, какой из знаков требуется в конкретном случае, может только инженер-геодезист после знакомства с объектом и изучения документов.

Кроме марок, в геодезии используются глубинные грунтовые реперы, геодезические пункты принудительного центрирования и сферические марки. Перечисленные знаки изготавливают инженеры-геодезисты на основе технического задания и условиям предстоящих работ и существующих требований.

Геодезические марки можно приобрести в специализированных магазинах, однако лучше доверить это специалистам, которые будут вести работы на вашей территории.

Готовые геодезические знаки сокращают время на поиски возможных способов закрепления реперов на местности и обеспечивают сохранность.

Стальную марку достаточно прикрепить в нужный пункт и обозначить в документах.

Все геодезические знаки изготавливают и устанавливают специалисты по геодезии, которые имеют лицензию на проведение работ.

Более подробно о Геодезических знаках и реперных точках читайте в статье: Реперные точки что это?

Источник

Виды деформаций сооружений

Прогиб и выгиб (а, б) зданий возникает из‑за неравномерной осадки основания. Наиболее опасная растянутая зона строений при прогибе находится у фундамента, при выгибе — у кровли.

Сдвиг (в) зданий возникает при увеличенной просадке основания с одной из сторон. Наиболее опасная зона строения — стена в средней зоне, где возникает большой сдвиг.

Крен ( г) здания возникает при относительно большой его высоте (многоэтажный дом, башня, дымовая труба…), при высокой изгибной жесткости строения. Опасен дальнейший рост крена и последующее разрушение здания.

Перекос ( д) возникает при неравномерных осадках, приходящихся на небольшой участок длинного сооружения.

Горизонтальное смещение (е) возникает в фундаментах, в стенах подвалов или в подпорных стенках, загруженных горизонтальными усилиями.

Формы деформаций сооружений:

А — прогиб; Б — выгиб; В — сдвиг; Г — крен; Д — перекос; Е — горизонтальное смещение

Причины неравномерных осадок:

— неоднородность основания, сложенного из пластов различной толщины или плотности;

— переувлажнение какой‑либо части основания или сложение части основания из насыпного грунта;

— неравномерное давление на основание, вызванное несоответствием площади подошвы с действующей вертикальной нагрузкой (давление на фундамент в средней части здания больше, чем под внешними стенами, т. к. на внутреннюю стену опираются перекрытия с двух сторон);

— неодновременное возведение отдельных частей здания;

— механическая суффозия — перемещение водяными потоками частиц грунта — ведет к увеличению пористости и к уменьшению прочности грунта;

— наличие в толще грунта материалов, подверженных гниению

— уплотнение грунта в процессе эксплуатации сооружения, связанное со значительным увеличением веса

— изменение уровня подземных вод

— разрушение подземных магистралей систем водоснабжения, отопления, канализации и отвода дождевой воды часто приводит к вымыванию большого объема грунта из‑под строений.

Используют следующие методы усиления фундаментов:

1.Укрепление тела фундамента путем инъекций,

2. Устройство обойм без уширения или с уширением подошвы фундамента;

3. Подведение конструктивных элементов под существующие фундаменты

4. Подведение новых фундаментов

5. Переустройство столбчатых фундаментов в ленточные и ленточных в плитные;

Источник

Какие деформации могут произойти с сооружением

Деформации сооружений и причины, влияющие на их возникновение

Оробинский В.С., Винникова Т.П., Косыгин Е.В.

Деформация сооружений происходит как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях, в основном зависит от смещения земляных масс в их основании. Вертикальные деформации, вызванные перемещением сооружения или его частей вверх или вниз, подразделяются на осадки, просадки, набухания и усадки, оседания, подъемы или выпирания. Горизонтальные деформации вызывают горизонтальные смещения или сдвиги сооружения. Наклон сооружения называется креном.

К основным природным факторам, вызывающим деформации, можно отнести:

— способность горных пород к просадкам, оползням;

— пучение при замерзании водонасыщенных и оттаивание мерзлых льдонасыщенных пород;

— изменение гидротермических условий (сезонные и многолетние колебания температуры), влажность пород и уровень грунтовых вод.

К основным антропогенным факторам относятся:

— влияние нагрузки от сооружения;

— изменение несущих свойств горных пород;

— ошибки, допущенные при проектировании и строительстве;

— влияние хозяйственной деятельности человека (геологические разработки, мелиорация земель, строительство новых инженерных сооружений и т.д.).

При равномерных осадках прочность и устойчивость сооружений не снижается, но они существенно влияют на связи с коммуникациями и другими сооружениями. Действие неравномерных осадок на сооружение всегда создает дополнительные напряжения в их конструкциях и может быть опасным. Вследствие неравномерных деформаций на сооружение могут произойти крены, прогибы, выгибы, перекосы, кручения разрывы в конструктивных элементах сооружений. Необходимо изучать и наблюдать за этими процессами. Наиболее независимым и объективным методом определения вышеизложенных процессов является геодезический, который позволяет определить планово-высотное положение точки, а следовательно, и всего сооружения.

Основной задачей создаваемых геодезических сетей является установление контроля за деформациями, с помощью которого могут быть решены следующие задачи:

— оперативная: по величине перемещений контрольных точек устанавливается фактическое взаимное перемещение элементов сооружений и основания, по которым можно делать вывод о возможной опасной (аварийной) ситуации на момент контроля;

— стратегическая: по величине разновременных перемещений контрольных точек устанавливается тенденция деформации сооружения и может быть выполнен прогноз развития ситуации.

Наблюдение за вертикальными деформациями можно выполнять геометрическим и тригонометрическим нивелированием, микронивелированием, гидростатическим нивелированием, фотограмметрическим способом или их комбинациями.

Измерение горизонтальных деформаций выполняется следующими методами: створных наблюдений, отдельных направлений (засечек), триангуляцией, трилатерацией, полигонометрией, фотограмметрией.

При наблюдении за креном сооружений применяется один из следующих методов или их комбинация: визирования, координирования, измерения углов или направлений, фотограмметрии, нивелирования, механические способы с применением кренометров и отвесов.

Мероприятия, предшествующие наблюдениям за деформациями исследуемых объектов, заключаются в изучении имеющихся геологических данных, топографических материалов, ранее выполненных на­блюдений на объекте, выборе методики и схемы наблюдения, выборе приборов, закладке деформационных марок и грунтовых реперов, которые должны находиться вне зоны действия деформации и на коренных породах, определении цикличности наблюдений и способов обработки полученных результатов.

Опыт показывает, что даже приближенный прогноз неравномерных осадок крупных сооружений приводит к большому экономическому эффекту и к повышению надежности конструкции зданий.

При использовании материалов сайта ссылка на источник обязательна.

Источник