Инструменты и приборы, применяемые для диагностики конструкций

Инструменты и приборы применяют для определения различных свойств и качеств конструкций.
Для определения прочности применяют инструменты и приборы механического действия и ультразвуковые приборы. Молотками и зубилами путем ряда ударов можно приближенно оценить качество и состояние материала каменных и бетонных конструкций. Более точные данные получают с помощью специальных молотков, т. е. приборов механического действия, основанных на оценке следов или результатов удара по поверхности испытываемой конструкции.

Рис. 88. Приборы для диагностики: о—в — прочности материала: а — молоток Физделя; б — то же Кашкарова; в — пистолет ЦНИИСКа; 1 — калиброванный шарик; 2— угловой масштаб; 3 — тарировочная таблица; 4 — сменный стержень для фиксирования следа удара; г — ультразвуковой прибор; 1 — корпус; 2 —щуп; д — расположения и вида арматуры в железобетоне (металлоискатель); 1 — контурное кольцо; 2 —батареи питания; 3— наушники

Наиболее простой, хотя и менее точный инструмент этого вида— молоток Физделя. На ударном торце молотка впрессован шарик определенного размера. Путем локтевого удара, создающего приблизительно одинаковую силу у разных людей, на исследуемой поверхности остается след — лунка. По величине ее диаметра с помощью тарировочной таблицы оценивают прочность материала (рис. 88, а, б).

Несколько более точным инструментом является молоток Кашкарова, при пользовании которым силу удара шариком по исследуемому материалу учитывают по размеру следа на специальном стальном стержне, расположенном за шариком.

Наиболее точными инструментами или приборами механического действия являются пружинные: прибор Академии Коммунального хозяйства РСФСР, Центрального научно-исследовательского института строительных конструкций (рис. 88, в).

Принцип действия этих приборов основан на учете определенной силы удара, вызываемого спуском взведенной пружины. Прибор этого типа представляет собой корпус, в котором помещена спиральная пружина, соединенная со стержнем-ударником. После нажима на спусковой крючок пружина отпускается, и стержень-ударник наносит удар. В приборе ЦНИИСКа силу удара можно установить равной 12,5 или 50 кг/см2 для материалов различной прочности.

Ультразвуковые приборы для испытания прочности многочисленны. С их помощью определяют прочность бетонных и каменных конструкций, однородность по плотности, наличие каналов, пустот и скрытых дефектов в них. Принцип действия таких приборов основан на определении скорости прохождения ультразвуковых колебаний, генерируемых прибором, через различные материалы и различные участки конструкции. Прибор (рис. 88, г) состоит из корпуса и двух щупов, прикладываемых к конструкции с двух сторон (сквозное прослушивание) или с одной стороны (поверхностное).

Определить расположение металлической арматуры в железобетоне, ее сечения и толщину защитного слоя можно электромагнитными приборами (рис. 88, г) нескольких видов. С их помощью измеряют разность частот при воздействии на сплошной бетон или на места нахождения арматуры различных диаметров.

Для определения прогибов горизонтальных элементов зданий — балок, потолков, перемычек — применяют приборы разных принципов устройства. Действие прогибомера основано на принципе сообщающихся сосудов (рис. 89, а). Перед началом работы жидкость в передвигаемой трубке с диском устанавливают с помощью штока у деления 0 шкалы. Отсчеты по шкале на передвигаемой трубке делают через каждый поворот диска, окружность которого имеет длину 200 мм. Передвигают диск по заранее намеченным линиям, которые будут служить основой изображения обследуемой поверхности.
 

Рис. 89. Приборы для измерения прогибов:
а — прогибомер П-1: 1 — мерный диск; 2 — стеклянная трубка со шкалой; 3 — окуляр; 4 — гибкая трубка; 5 — металлическая трубка; 6 — шток; 7 — зажимы; 8 — штатив; б — шарнирный прогибомер; 1 — неподвижная рейка; 2 — подвижная рейка со шкалой; 3 — горизонтальная раздвижная рейка; 4 — уровень

Кроме прибора, основанного на уровнях жидкости, известны и другие, например шарнирный прибор, который представляет собой систему вертикальных и горизонтальных шарнирно связанных реек, снабженных уровнем (рис. 89,6).
Для определения изгибов и деформаций вертикальных поверхностей, их формы и характера отступлений от вертикальности и плоскости применяют нивелир со специальной насадкой, позволяющей вести визирование, начиная с 0,5 м вместо минимальных 3,5 м, когда насадки нет.

Рельеф вертикальных поверхностей выявляют способом визирования инструмента из одной его стоянки на рейку, прикладываемую горизонтально к заранее намеченным точкам обследуемой поверхности (рис. 90).

Результаты измерения деформаций горизонтальных или вертикальных поверхностей наносят на схемы, на которых для наглядности выявляют, наподобие горизонталей, линиии равных отклонений от горизонтальной или вертикальной плоскостей. Сечение принимают равным 2—5 мм в зависимости от степени отклонения или нарушения положения или местных дефектов обследуемого элемента и его общих размеров.
 

Рис. 90. Измерение деформаций вертикальной поверхности с помощью нивелира с оптической насадкой: а — план; б — поверхность стены; в —разрез; 1 — нивелир; 3— рейка; 3 — места прикладывания рейки; 4 — линии равных отклонений от плоскости

Осмотр конструкций в труднодоступных местах ведут с помощью оптического прибора, состоящего из системы телескопически  и шарнирно соединенных трубок, в которые вмонтированы оптические стекла. Отдельные трубки, составляющие прибор, имеют длину 1,5 м, и из них можно составить общую трубку длиной до 7,5 м. Прибор, действующий по принципу перископа, дает возможность увидеть без вскрытия внутренние поверхности вентиляционных и других каналов в стенах, а также пустоты в стенах и перекрытиях.

Для определения вида необходимых ремонтных мероприятий необходимо выявить характер, размер, а когда нужно, и поведение трещин в конструктивных элементах. По характеру трещин достаточно возможно полнее учесть дефекты, имеющиеся в здании в целом и в отдельных конструкциях. Для оценки трещин и установления характера процесса их образования применяют прибор, представляющий собой упрощенный микроскоп или подзорную трубу длиной 134 и наибольшим диаметром 67 мм. С помощью прибора можно различать трещины с точностью 0,01 мм, что весьма важно для выявления трещин в металлических элементах здания, в балках и крепежных деталях.

Рис. 91. Маяки для наблюдения за состоянием трещин: 1 — трещина; 2— штукатурка и алебастровый раствор; 3 — материал стены; 4— маяк гипсовый; 5 — маяк стеклянный; 6 — металлическая пластинка; 7 — риски через 2—3 мм; 8 — гвоздь

Для наблюдения за изменением трещин или установления происшедшей их стабилизации в бетонных и каменных конструкциях применяют маяки. Маяк представляет собой полоску из гипса, стекла или металла, накрывающую обе стороны трещины (рис. 91). Маяки из гипса и стекла в случае продолжения деформации, вызвавшей появление трещин, лопаются; путем измерения величины расхождения половинок маяка устанавливают характер изменения трещины или ее стабилизацию. Металлический маяк прикрепляют к одной стороне трещины, и он может передвигаться по другому ее краю, по другой стороне ее, где фиксируют первоначальное и последующие положения конца маяка.

Более точные результаты достигаются с помощью специальных приборов на шарнирных соединениях. Подвижной стержень прибора при изменении трещины поворачивает стрелку, которая дает возможность вести отсчет на циферблате.

Для определения тепловлажностного режима здания или отдельных элементов его ограждающих конструкций серьезное значение имеет определение влажности строительных материалов на внутренних и внешних поверхностях ограждения. Для этого используют приборы, основанные на разных принципах: изменении электропроводности в зависимости от влажности, электрического сопротивления. В приборе имеется основной корпус и два щупа, которые прикладывают к разным сторонам поверхности ограждения, что дает более точные результаты.

Для определения температуры поверхности ограждения или нагревательного прибора применяют термощуп (ТМ), дающий возможность быстро и точно узнать температуру поверхности и перепады температур ограждения и окружающего воздуха, измеряемые термометром.

Имеются приборы для измерения воздухопроницаемости стыков или соединений в ограждающей конструкции, а также плотности (герметичности) заделки заполнений проемов и трещин. Принцип действия приборов основан на измерении расхода воздуха, проходящего через стык или трещину, с определением разности давлений в камере прибора и окружающей среде.

С помощью психрометров измеряют относительную влажность воздуха в помещениях, есть приборы для контроля герметичности стыков, освещенности помещений, звукоизоляции ограждений, химического состава воздуха в помещениях.

В некоторых случаях требуется измерять снеговую нагрузку в тех частях кровель, где систематически из года в год скапливаются опасные для покрытий количества снега. С помощью трубчатого прибора, представляющего собой рычажные весы, вырезают образец и рассчитывают массу снежного покрова.