Określanie właściwości członków obiektów historycznych

Od czasu do czasu mam za zadanie dodawanie lub modyfikowanie starych budynków lub budowli. Musiałbym ustalić strukturę „po zbudowaniu” i na podstawie tej analizy sprawdzić, jak zmieniona / nowa struktura pasuje do istniejących elementów konstrukcyjnych.

Wyzwanie polega na założeniach, które należy podjąć. Z biegiem lat wszystko się zmienia, podobnie jak właściwości materiału i standardowe rozmiary prętów. Na przykład natknąłem się na zbombardowany most, który musiał zostać zrehabilitowany w Angoli. Most został zbudowany przez rząd portugalski jakiś czas przed wojną Angoli. Most został zbudowany z dużych stalowych dwuteowników jako głównych nośników. Nie mogliśmy ustalić rodzaju stali użytej do belek dwuteowych, a właściwości przekroju ustaliliśmy mierząc belki za pomocą taśmy mierniczej.

Jak inżynierowie określają właściwości materiałowe członków starych lub historycznych konstrukcji? Nie znam żadnego dokumentu ani bazy danych, która przechwyciłaby wszystkich producentów stali (lub prętów zbrojeniowych) na świecie wraz z ich listami produktów i właściwościami materiałów w czasie, ani jakie standardy projektowe były w przeszłości stosowane w różnych okresach w różnych regionach świata.

Nigdy nie spotkałem zasobu, który skompilowałby ogólnoświatową bazę danych historycznych danych strukturalnych. Ale poszczególne kraje mają pewne zasoby.

W ograniczonej pracy, którą wykonałem ze strukturami historycznymi (w Wielkiej Brytanii) wykorzystałem następujące zasoby:

Podręcznik Historycznej konstrukcji stalowej zawiera właściwości materiałów i przekrojów dla żeliwa brytyjskiego i europejskiego, kutego i stalowego od połowy XIX wieku. Zawiera także odniesienia do historycznych przepisów budowlanych, a także informacje o ładowaniu i inne informacje projektowe.

i

TR70 Historyczne podejścia do projektowania betonowych budynków i konstrukcji, które zawierają historyczne zbrojenie i właściwości mieszanki betonowej, a także historyczne wytyczne projektowe.

Jednak zwykle wymagane są dodatkowe badania. Biblioteki narodowe często zawierają historyczne kopie przepisów budowlanych i inne wytyczne projektowe. Instytucje takie jak Institution of Structural Engineers i Institution of Civil Engineers w Wielkiej Brytanii często dysponują historycznymi informacjami konstrukcyjnymi.

Wyobrażam sobie, że poza Europą Zachodnią i Ameryką Północną znalezienie podobnych wskazówek byłoby bardzo trudne lub niemożliwe.

Artykuł ten może być pomocny w rozpoczęciu badań historycznych: Chrimes, M. Badania historyczne: przewodnik dla inżynierów budownictwa, inżynierii lądowej, postępowania instytucji inżynierów budownictwa, tom 159, wydanie 1, luty 2006, s. 42–47 .

Niestety moja wiedza na temat prac historycznych rozciąga się tylko na granice Stanów Zjednoczonych.

Jednak w przypadku pracy w USA Amerykański Instytut Konstrukcji Stalowych (AISC) publikuje bazę danych historycznych kształtów pokazującą różne rozmiary używane w ciągu ostatnich 80 lat i niektórych producentów, którzy wykonali elementy stalowe. Jeśli możesz wykonać pomiary wymiarów belki, możliwe jest, abyś zorientował się, jaki powinien być rozmiar. Biorąc pod uwagę, że jeśli kształt nie jest już tworzony, być może będziesz w stanie ustalić, kiedy został wykonany i skorelować go ze wspólnymi specyfikacjami materiałowymi tamtych czasów.

Ostatecznie, jeśli nie masz dostępu do rysunków projektowych lub specyfikacji użytych do budowy mostu i absolutnie musisz znać rodzaj materiału, nie widzę, jak możesz obejść się, pobierając próbkę i poddając ją testom w laboratorium . W przypadku czegoś tak krytycznego dla bezpieczeństwa ludzi jak most, osobiście uważam, że jest to uzasadniony koszt, szczególnie biorąc pod uwagę niektóre awarie mostów, które miały miejsce w ciągu ostatniej dekady.

Jeśli chodzi o beton i stal, istniało niewiele norm dotyczących materiałów i projektowania przed około 1920 r. I może nie być żadnych przed 1905 r., Przynajmniej takie jest moje doświadczenie. Technologia betonu zbrojonego była w dużej mierze zastrzeżona przed około 1910 r. - jako taki pierwszy wielopiętrowy budynek z betonu zbrojonego w Wielkiej Brytanii (według magazynu Weavera od 1897 do 1906) został zbudowany na licencji.

Podręcznik inżyniera budownictwa w Wielkiej Brytanii może być dobrym przewodnikiem po tym, co działo się na początku (Wielka Brytania i Wspólnota Narodów), a biblioteka Instytucji Inżynierów Budownictwa ma starsze kopie tego. Na przykład stosunek wody do cementu został po raz pierwszy znaleziony w brytyjskiej wersji Podręcznika z 1923 r. (Znany jako stosunek Abramsa i został wyrażony jako objętość cementu do objętości wody zamiast dzisiejszego stosunku w / cm / m ).

Projekt Magazynu Tkacza wskazywał, że zastosowanie zbrojenia w tym czasie spowodowało, że obciążenia były wspierane przez efekt „wygięcia” zamiast obecnego podejścia do projektowania „plastyczności”. Oznacza to, że starsze konstrukcje mogą być bardziej narażone na kruche uszkodzenia. Podejrzewam, że dzieje się tak, ponieważ przed 1930 rokiem wiedza na temat długości zakotwienia była niewielka, a stal często „naprawiano” na końcach. Własny proces budowy tego projektu wymagał przetestowania obciążeń płyt / belek podczas budowy konstrukcji.

Z pamięci pierwsze kody stali i cementu (np. BS 12) w Wielkiej Brytanii zostały wydane na początku 1900 roku, około około 1906 roku, nie mam dokładnych dat. Cementy były w tamtych czasach znacznie grubsze i chemicznie bardzo różne. Dodawano niewiele C3A i gipsu, na przykład przed około 1920 r., Ponieważ wprowadzono go później, kiedy producenci stwierdzili, że może zmniejszyć energię i koszty produkcji. Ponadto, ponieważ niewiele wiadomo na temat łączenia stali zbrojeniowej i długości zakotwienia, przed 1920 r. Była ona często gładka, nie odkształcona.

Po drugiej stronie Atlantyku amerykański Instytut Betonu został założony około 1904 roku, a pierwsze przepisy budowlane zostały przyjęte około 1910 roku, a szereg norm obowiązywał około 1912 roku. Portland Cement Assocation, a Duff Abrams później jako pierwszy główny inżynier , została założona około 1917 r. Abrams miał opracować metodę projektowania mieszanki betonowej ACI, koncepcję stosunku wody do cementu i zdolność wiązania stali zbrojeniowej w USA.

To, co znalazłem w Stanach Zjednoczonych i Europie na konstrukcjach z około 1910 roku (ale głównie w latach dwudziestych), to to, że można znaleźć prawie wszystko, a testowanie jest zdecydowanie zalecane. Nie jest niczym niezwykłym znalezienie betonu typowo projektowanego i produkowanego na bazie sypkiej objętości (tj. Za pomocą czerpaka lub łopaty 1: 2: 4 i bez stosunku wody do cementu). Jeden projekt, na który patrzyliśmy, starszy fundament i pokład mostu, miał skład mieszanki betonowej, który zmieniał się od jednego końca mostu do drugiego: kruszywa były z jednej strony zaokrąglonym żwirem rzecznym, a drugi koniec miał zgnieciony granit, a one zmieszali się, gdy dotarli do centrum.

Kolejnym istotnym zagadnieniem jest projekt i konstrukcja fundamentu. Możesz znaleźć wszystko. Widziałem konstrukcje przenoszące ładunek z powodzeniem przez 50 lat lub dłużej, ale ze stosami drewna, które znajdowały się tylko w połowie pod górną krawędzią (tj. Wystają poza krawędzie). Zatem znowu nie ma substytutu dla dochodzenia i / lub testowania.

W przypadku betonu istnieje międzynarodowa norma BS EN 13791, która obejmuje statystyczną ocenę wytrzymałości konstrukcji, w których nie jest znana historia konstrukcji. Może to być przydatne do porównania betonu z nowoczesnymi kodami konstrukcyjnymi. Ale jeśli ma nastąpić zmiana stanu obciążenia, nie ma substytutu dla identyfikacji głębokości pokrywy i geometrii stali / przekroju za pomocą badań nieniszczących. Istotnym czynnikiem może być oczywiście wzmocnienie korozji stali.

W przypadku stali konstrukcyjnej kluczowym problemem są często śruby / spoiny oraz przekroje. Ocena jest tutaj bardzo sztuką i może wymagać badania radiograficznego / ultradźwiękowego / momentu obrotowego, jeśli wymaga tego sytuacja. Bardzo stare konstrukcje stalowe są często nitowane, co wprowadza dodatkową złożoność. O ile mi wiadomo, nie ma żadnych historycznych przewodników na temat śrub i nitów. Poprzednie posty zawierały odniesienia, które mogą być przydatne w sekcjach. W razie wątpliwości dotyczących konstrukcji stalowej można uzyskać kupony z sekcji i przetestować je pod kątem wytrzymałości na rozciąganie i plastyczności.