Диагностика состояния строительных конструкций на стадиях возведения, эксплуатации и реконструкции

УДК 620.17
ББК 38.7-02
          С71
Рецензенты:
кандидат технических наук, старший научный сотрудник И.Н. Сильверстов, 
главный инженер ЗАО «Прочность»;
кандидат технических наук, доцент Д.Д. Коротеев, 
доцент кафедры технологии и организации строительного производства НИУ МГСУ
Сафина, Лариса Хамметовна.
С71	 	
Диагностика состояния строительных конструкций на стадиях возведения, эксплуатации и реконструкции [Электронный ресурс] : учебно-методическое пособие / 
Л.Х. Сафина, А.В. Корнилова, В.А. Ермаков ; Министерство науки и высшего образования Российской -Федерации, Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет, кафедра испытания сооружений. — Электрон. 
дан. и прогр. (5,7 Мб). — Москва : Издательство МИСИ – МГСУ, 2024. — URL: http://
lib.mgsu.ru/ — Загл. с титул. экрана.ISBN 978-5-7264-3387-5 (сетевое) 
ISBN 978-5-7264-3388-2 (локальное)
В учебно-методическом пособии даны теоретические сведения об основах диагностики 
технического состояния конструкций физически существующего строительного объекта, включая стадию его реконструкции. Задачи практических занятий посвящены оценке качества строительных конструкций и материалов неразрушающими методами контроля, экспериментальной оценке напряженно-деформированного состояния элементов строительных конструкций, 
проверке их расчетных схем, способов усиления. Для каждой темы практических занятий приведены краткие теоретические сведения о применяемых методах, приборах и устройствах, примеры выполнения задач.
Для обучающихся по направлению подготовки 08.03.01 Строительство, профиль «Промышленное и гражданское строительство». 
Учебное электронное издание
	
© ФГБОУ ВО «НИУ МГСУ», 2024

Учебное электронное издание
Сафина Лариса Хамметовна, Корнилова Анна Владимировна,
Ермаков Валентин Алексеевич
ДИАГНОСТИКА СОСТОЯНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ 
НА СТАДИЯХ ВОЗВЕДЕНИЯ, ЭКСПЛУАТАЦИИ И РЕКОНСТРУКЦИИ
Учебно-методическое пособие
Редактор Л.В. Светличная
Корректор Я.А. Травкина
Компьютерная правка и верстка О.Г. Горюновой
Дизайн первого титульного экрана Д.Л. Разумного
Для создания электронного издания использовано:
Microsoft Word 2010, Adobe InDesign CS5.5, ПО Adobe Acrobat
Подписано к использованию 14.04.2024. Объем данных 5,7 Мб.
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования 
«Национальный исследовательский 
Московский государственный строительный университет».
129337, Москва, Ярославское ш., 26.
Издательство МИСИ – МГСУ. 
Тел.: (495) 287-49-14, вн. 14-23, (499) 183-91-90, (499) 183-97-95.
E-mail: ric@mgsu.ru, rio@mgsu.ru

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ............................................................................................................................ 5
1.	 МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ СВОЙСТВ МЕТАЛЛА В КОНСТРУКЦИЯХ 
НА СТАДИЯХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ, ВОЗВЕДЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ.................... 6
2.	 ТЕНЗОРЕЗИСТОРНЫЙ МЕТОД РЕГИСТРАЦИИ СТАТИЧЕСКИХ 
И ДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ НАПРЯЖЕННОДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ КОНСТРУКЦИЙ....................................... 15
3.	 МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ БЕТОНА 
В ЭЛЕМЕНТАХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ, КОНТРОЛЯ 
АРМАТУРЫ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ ЖБК И В ПРОЦЕССЕ 
ЭКСПЛУАТАЦИИ.......................................................................................................... 23
4.	 МЕТОДЫ ДЕФЕКТОСКОПИИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ............... 35
5.	 КОНТРОЛЬ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ СТРОИТЕЛЬНЫХ 
КОНСТРУКЦИЙ............................................................................................................ 45
6.	 ПРИМЕНЕНИЕ ПОПРАВОЧНЫХ КОЭФФИЦИЕНТОВ 
ДЛЯ УТОЧНЕНИЯ ПРОЕКТНЫХ ДАННЫХ В ФАКТИЧЕСКИ 
СМОНТИРОВАННЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЯХ................................. 49
7.	 ДИАГНОСТИКА УЗЛОВ СОЕДИНЕНИЙ СТРОИТЕЛЬНЫХ 
КОНСТРУКЦИЙ............................................................................................................ 52
8.	 ВОССТАНОВЛЕНИЕ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ 
СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ........................................................................... 57
9.	 ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ВЫПОЛНЕНИЯ УСИЛЕНИЙ 
МЕТАЛЛИЧЕСКИХ, ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ И КАМЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ..... 69
Библиографический список ............................................................................................... 75

ВВЕДЕНИЕ
Учебно-методическое пособие составлено в соответствии с программой дисциплины «Диагностика состояния строительных конструкций на стадиях возведения, эксплуатации и реконструкции».
Целью учебно-методического является разбор инженерных задач, которые встречаются при диагностике технического состояния конструкций физически существующего 
строительного объекта, включая стадию его реконструкции.
Для решения подобных задач требуется:
– учитывать перспективы развития и возможное изменение функционального назначения здания, возможность повторных (в будущем) реконструкций и модернизаций;
– принимать проектные решения, обеспечивающие экономное расходование материалов, энергоресурсов, снижение стоимости, трудоемкости и сокращение сроков выполнения работ при необходимости усиления конструкций.
Основные технические решения, принимаемые при разработке проектов реконструкции и усиления, следует обосновывать путем сравнения конкурентоспособных вариантов.
В задачах рассматриваются вопросы оценки качества строительных конструкций 
и материалов неразрушающими методами контроля, экспериментальной оценки напряженно-деформированного состояния элементов строительных конструкций, проверки их 
расчетных схем, способов усиления и т.п.

1. МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ СВОЙСТВ МЕТАЛЛА В КОНСТРУКЦИЯХ 
НА СТАДИЯХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ, ВОЗВЕДЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ
Практическое занятие посвящено механическим методам неразрушающего контроля и определению прочности стали.
Теоретические сведения
Твердость — свойство материала не испытывать пластической деформации вследствие местного контактного воздействия. Измерение твердости — неразрушающий механический метод, позволяющий с некоторой долей вероятности провести пересчет полученных экспериментально значений в другие механические характеристики стали, 
необходимые для определения несущей способности металлоконструкции. Все основные 
методы определения твердости основаны на внедрении в поверхность металлоконструкции или в поверхность образца, вырезанного из металлоконструкции, контрольного тела — 
индентора под воздействием приложенной нагрузки P (квазистатической или ударной). 
После снятия нагрузки и удаления индентора измеряют величину отпечатка. Методы измерения твердости разделяют на лабораторные (в условиях специализированных лабораторий) и натурные (на объекте). Лабораторные методы определения твердости классифицируют по способам измерения величины отпечатка:
– методы, в которых о величине твердости судят по площади поверхности отпечатка (методы измерения твердости по Бринеллю и Виккерсу);
– методы, в которых о величине твердости судят по глубине отпечатка. Среди них 
самый распространенный — метод измерения твердости по Роквеллу.
Для натурных методов наряду с методами, оставляющими отпечаток на поверхности 
металлоконструкции, применяют методы, основанные на упругом отскоке ударника, динамические и ультразвуковые.
Определение твердости по Бринеллю
Метод предложен шведским инженером Юханом Августом Бринеллем в 1900 г. и стал 
первым широко используемым стандартизированным методом определения твердости. 
Изначально метод применялся исключительно как камеральный. В России его применение регламентируется действующим ГОСТом 9012-59 «Металлы. Метод измерения твердости по Бринеллю» [1]. Стандарт полностью соответствует ИСО 410-82, ИСО 6506-81. 
Метод заключается во вдавливании индентора — шарика (стального или из твердого сплава) диаметром D 10,0; 5,0; 2,5; 2,0; 1,0 мм в стальную поверхность под воздействием нагрузки P, приложенной перпендикулярно поверхности, в течение определенного времени и в измерении диаметра отпечатка d после снятия нагрузки (рис. 1.1). Для шарика 
диаметром 10 мм прикладываемая сила P соответствует 3000 кгс или 29 430 Н. Твердость 
по Бринеллю определяется как отношение нагрузки к площади поверхности сферического отпечатка:
	
(
)
(
)
2
2
2
2
2
,[кгс/мм2]
0,102 2
,[МПа]
P
HB
D D
D
d
P
HB
D D
D
d

=

π
−
−

⋅

=

π
−
−

.	
(1.1)

Рис. 1.1. Принципиальная схема измерения твердости по Бринеллю: 
P — нагрузка; D — диаметр индентора; d — диаметр отпечатка; h — глубина отпечатка
Внешний вид испытательной машины представлен на рис. 1.2.
Рис. 1.2. Измерение твердости по Бринеллю: 
а — общий вид машины для испытаний; б — схема нагружения образца; в — измерение диаметра 
отпечатка; 1 — образец; 2 — индентор; 3 — отпечаток; 4 — измерительная шкала; P — нагрузка; 
D — диаметр индентора; d — диаметр отпечатка
Приняты следующие обозначения: HB — твердость по Бринеллю при применении 
стального шарика, HBW — твердость по Бринеллю при применении шарика из твердого 
(вольфрамового) сплава. При твердости металлов менее 450 единиц применяют стальные 
шарики или шарики из твердого сплава; при твердости металлов более 450 единиц — только шарики из твердого сплава. Согласно ГОСТу, твердость по Бринеллю при использовании стального шарика D = 10 мм под нагрузкой 3000 кгс с продолжительностью выдержки под нагрузкой от 10 до 15 с обозначается цифрами, характеризующими величину 
твердости, и буквами НВ, например: 185 НВ (185 кгс/мм2). При других условиях испытания после букв НВ указывается условие испытания в следующем порядке: диаметр шарика, нагрузка и продолжительность выдержки под нагрузкой, например: 185 НВ 5/750/20 — 
твердость по Бринеллю, определенная с применением стального шарика D = 5 мм, при 
нагрузке 750 кгс и продолжительности выдержки под нагрузкой 20 с.
Метод имеет ряд ограничений: твердость поверхности должна быть не более 650 единиц, так как при высокой твердости испытуемой поверхности индентор может деформироваться; нельзя определять твердость очень мягких материалов (НВ < 8), так как диаметр 
отпечатка будет близок к диаметру шарика D и перестанет служить критерием твердости. 

Требования к образцам: толщина образца должна не менее чем в 8 раз превышать глубину отпечатка h. 
Определив твердость по Бринеллю (HB), можно определить предел прочности на растяжение (временное сопротивление):
	
σВ = kHB,	
(1.2)
где k — коэффициент, зависящий от материала, называемый коэффициентом Бринелля 
(табл. 1.1).
Таблица 1.1
Значения коэффициента Бринелля для различных материалов
№
k
Материал
1
0,34
Сталь HB 120 … 175
2
0,35
Сталь HB 175 … 450
3
0,55
Медь, латунь и бронза отожженные
4
0,33...0,36
Алюминий и его сплавы
Так как метод Бринелля имеет существенные ограничения, появились и получили 
широкое распространение альтернативные лабораторные методы — метод Виккерса и метод Роквелла. Метод Виккерса регламентируется ГОСТом 2999-75 «Металлы и сплавы. 
Метод измерения твердости по Виккерсу» [2]. Метод заключается во вдавливании в испытуемый материал правильной четырехгранной алмазной пирамиды с углом 136° между противоположными гранями (рис. 1.3, а). Прибор для измерения твердости представлен на 
рис. 1.3, б. Минимальная толщина образца должна быть для стальных изделий больше диагонали отпечатка в 1,2 раза. Твердость по Виккерсу вычисляется путем деления нагрузки Р на площадь поверхности полученного пирамидального отпечатка. Метод Виккерса 
позволяет определять твердость тонких листовых материалов. Твердость по Виккерсу обозначается буквами HV без указания размерности — кгс/мм2 (10 МПа).
Основными параметрами при измерении твердости по Виккерсу являются нагрузка Р до 980,7 Н (100 кгс) и время выдержки 10–15 с. В других случаях после символа HV 
указывают индексы, разделенные наклонной чертой и обозначающие нагрузку и время 
выдержки, через тире — число твердости. 
Рис. 1.3. Измерение твердости по Виккерсу: 
а — принципиальная схема испытаний; б — общий вид прибора; Р — нагрузка;
d — размер диагонали отпечатка

Твердость по Виккерсу (HV) при измерении нагрузки в кгс, а диагоналей отпечатков 
в мм вычисляется по формуле:
	
2
1,854
.
P
HV
d
=
	
(1.3)
Измерение твердости по Виккерсу отличается повышенной точностью. К недостаткам метода следует отнести необходимость получения поверхности с малой шероховатостью и относительно большое время испытания.
В настоящее время самым распространенным лабораторным методом измерения 
твердости является метод Роквелла (ГОСТ 9013-59 (ИСО 6508-86) «Металлы. Метод измерения твердости по Роквеллу» [3]). Метод заключается во вдавливании наконечника 
с алмазным конусом или со стальным шариком (рис. 1.4, а, б, в) в испытуемую поверхность под действием последовательно прилагаемых предварительной Р0 и основной Р1 нагрузок и в измерении остаточной глубины е проникновения этого наконечника после снятия основной нагрузки. 
Рис. 1.4. Измерение твердости по Роквеллу: 
а — общий вид прибора; б — схема измерения по шкалам А и С; в — схема измерения по шкале В; 
R — радиус конуса; D — диаметр шарика; P0 — предварительная нагрузка; 
P1 — дополнительная нагрузка; h0 — глубина проникновения индентора при приложении 
первоначальной нагрузки; h — максимальная глубина проникновения; e — остаточная глубина
При испытании по Роквеллу сначала прикладывается предварительная нагрузка 
P0 = 98 Н (10 кгс) для надежного прижатия наконечника (индентора) к образцу. Затем дополнительно прикладывается дополнительная нагрузка Р1, которая в сумме с предварительной нагрузкой составляют общую нагрузку P = P0 + P1. При отсчете числа твердости 
нагрузка P уменьшается до P0. Твердость по Роквеллу характеризуется разницей между 
максимальной глубиной проникновения в материал наконечника (выраженной в делениях шкалы прибора) и остаточной глубиной его проникновения после снятия основной нагрузки. Чтобы при большей твердости материала получалось большее число твердости по 
Роквеллу, принято выражать его формулами: 
– при измерении по шкалам А и С:
	
100
;
0,002
e
HR =
−
	
(1.4)