Bestimmung der Eigenschaften von Mitgliedern historischer Strukturen

Von Zeit zu Zeit werde ich mit Ergänzungen oder Änderungen an alten Gebäuden oder Strukturen beauftragt. Ich müsste die Struktur "wie gebaut" festlegen und anhand dieser Analyse sehen, wie die geänderte / neue Struktur zu den vorhandenen Strukturkomponenten passt.

Die Herausforderung liegt in den Annahmen, zu denen man gezwungen ist. Im Laufe der Jahre ändern sich die Dinge, ebenso wie die Materialeigenschaften und Standardelementgrößen. Ich bin zum Beispiel auf eine bombardierte Brücke gestoßen, die in Angola saniert werden musste. Die Brücke wurde einige Zeit vor dem Angolakrieg von der portugiesischen Regierung gebaut. Die Brücke wurde aus großen Stahl-I-Trägern als Hauptträger gebaut. Wir konnten die für die I-Träger verwendete Stahlsorte und die Schnitteigenschaften, die wir durch Messen der Träger mit einem Maßband ermittelt haben, nicht ermitteln.

Wie bestimmen Ingenieure die Materialeigenschaften von Mitgliedern alter oder historischer Strukturen? Mir ist kein Dokument oder keine Datenbank bekannt, in der alle Stahl- (oder Bewehrungs-) Hersteller der Welt mit ihren jeweiligen Produktlisten und Materialeigenschaften im Laufe der Zeit erfasst sind oder welche Konstruktionsstandards zu verschiedenen Zeiten in verschiedenen Regionen der Welt historisch anwendbar waren.

Ich bin noch nie auf eine Ressource gestoßen, die eine weltweite Datenbank historischer Strukturdaten zusammengestellt hat. Einzelne Länder verfügen jedoch über einige Ressourcen.

In der begrenzten Arbeit, die ich mit historischen Strukturen (in Großbritannien) geleistet habe, habe ich folgende Ressourcen verwendet:

Das Handbuch für historische Stahlkonstruktionen enthält Material- und Querschnittseigenschaften für Gusseisen-, Schmiedeeisen- und Stahlprofile aus Großbritannien und Europa seit Mitte des 19. Jahrhunderts. Es enthält auch Verweise auf historische Bauvorschriften sowie Lade- und andere Entwurfsinformationen.

und

TR70 Historische Ansätze für die Gestaltung von Betongebäuden und -konstruktionen, die historische Bewehrungs- und Betonmischungseigenschaften sowie historische Gestaltungsrichtlinien enthalten.

In der Regel sind jedoch zusätzliche Forschungsarbeiten erforderlich. Nationalbibliotheken führen häufig historische Kopien von Bauvorschriften und anderen Gestaltungsrichtlinien. Institutionen wie die Institution of Structural Engineers und die Institution of Civil Engineers in Großbritannien verfügen häufig über historische Konstruktionsinformationen.

Ich würde mir vorstellen, dass es außerhalb Westeuropas und Nordamerikas sehr schwierig oder unmöglich wäre, ähnliche Leitlinien zu finden.

Dieses Papier kann hilfreich sein, um mit der historischen Forschung zu beginnen: Chrimes, M. Historische Forschung: Ein Leitfaden für Bauingenieure, Bauingenieurwesen, Verfahren der Institution of Civil Engineers, Band 159, Ausgabe 1, Februar 2006, S. 42–47 .

Mein Wissen über historische Arbeiten reicht leider nur bis an die Grenzen der Vereinigten Staaten.

Für Arbeiten in den USA veröffentlicht das American Institute of Steel Construction (AISC) jedoch eine Datenbank mit historischen Formen , in der die verschiedenen Größen der letzten 80 Jahre und einige der Hersteller aufgeführt sind, die Stahlelemente hergestellt haben. Wenn Sie die Abmessungen des Strahls messen können, können Sie möglicherweise zurückrechnen, welche Größe er haben soll. Wenn die Form nicht mehr hergestellt wird, können Sie möglicherweise feststellen, wann sie hergestellt wurde, und dies mit den allgemeinen Materialspezifikationen der Zeit korrelieren.

Wenn Sie letztendlich keinen Zugriff auf die Konstruktionszeichnungen oder Spezifikationen haben, die für den Bau der Brücke verwendet wurden, und Sie unbedingt den Materialtyp kennen müssen, sehe ich nicht, wie Sie eine Probe entnehmen und in einem Labor testen lassen können . Für etwas, das für die menschliche Sicherheit so wichtig ist wie eine Brücke, halte ich es persönlich für vertretbare Kosten, insbesondere angesichts einiger Brückenfehler, die in den letzten zehn Jahren aufgetreten sind .

Wenn es um Beton und Stahl geht, gab es vor etwa 1920 nur wenige Standards für Materialien und Design, und vor 1905 finden Sie möglicherweise keine, zumindest ist dies meine Erfahrung. Die Stahlbetontechnologie war vor etwa 1910 weitgehend Eigentum - als solches wurde das erste mehrstöckige Stahlbetongebäude in Großbritannien (Weaver's Warehouse 1897 bis 1906, glaube ich) in Lizenz gebaut.

Das Handbuch für Bauingenieure in Großbritannien kann ein guter Leitfaden für die Vorgänge in den frühen Tagen sein (Großbritannien und Commonwealth), und die Bibliothek der Institution of Civil Engineers verfügt über ältere Exemplare davon. Zum Beispiel wurde das Wasser-Zement-Verhältnis zum ersten Mal in der Version des Handbuchs von 1923 in Großbritannien gefunden (bekannt als Abrams-Verhältnis und wurde als Volumen von Zement zu Volumen von Wasser ausgedrückt und nicht als heutiges Verhältnis von w / cm / m ).

Das Design des Weaver's Warehouse zeigte, dass die Verwendung von Verstärkung zu diesem Zeitpunkt dazu führte, dass Lasten eher durch einen "Wölbungseffekt" als durch den gegenwärtigen "Duktilitäts" -Designansatz unterstützt wurden. Dies bedeutet, dass ältere Strukturen einem höheren Risiko für Sprödbrucharten ausgesetzt sein können. Ich vermute, dass dies darauf zurückzuführen ist, dass vor den 1930er Jahren nur wenig über die Einbettungslänge usw. bekannt war und Stahl an den Enden häufig „fixiert“ wurde. Der proprietäre Bauprozess dieses Projekts erforderte, dass die Platten / Träger beim Bau der Struktur einer Lastprüfung unterzogen wurden.

Aus dem Gedächtnis wurden die ersten Codes für Stahl und Zement (z. B. BS 12) in Großbritannien in den frühen 1900er Jahren veröffentlicht, etwa 1906 oder so, ich habe nicht die genauen Daten. Zemente waren damals viel gröber gemahlen und chemisch sehr unterschiedlich. Beispielsweise wurde vor etwa 1920 wenig C3A und Gips zugesetzt, da es zu einem späteren Zeitpunkt eingeführt wurde, als die Hersteller feststellten, dass es die Energie und die Produktionskosten senken könnte. Da wenig über das Verbinden von Bewehrungsstahl und die Einbettungslänge bekannt war, war es vor 1920 häufig glatt und nicht verformt.

Auf der anderen Seite des Atlantiks wurde um 1904 das American Concrete Institute gegründet, und um 1910 wurden die ersten Bauvorschriften mit einer Reihe von Standards um 1912 verabschiedet. Die Portland Cement Assocation mit Duff Abrams später als erstem Chefingenieur , wurde um 1917 gegründet. Abrams sollte die ACI-Betonmischungsmethode, das Konzept des Wasser-Zement-Verhältnisses und die Fähigkeit zur Verstärkung des Stahlbindungsvermögens in den USA entwickeln.

Was ich in den USA und in Europa an Strukturen aus dem Jahr 1910 (aber hauptsächlich in den 1920er Jahren) gefunden habe, ist, dass man so gut wie alles finden kann, und Tests werden dringend empfohlen. Es ist nicht ungewöhnlich, Beton zu finden, der typischerweise auf Basis eines losen Volumens entworfen und hergestellt wird (dh durch Schaufel oder Schaufel 1: 2: 4 und ohne Wasser-Zement-Verhältnis). Ein Projekt, das wir uns angesehen haben, ein älteres Brückenfundament und Deck, hatte eine Betonmischungszusammensetzung, die von einem Ende der Brücke zum anderen variierte: Die Aggregate waren an einem Ende ein abgerundeter Flusskies und das andere Ende hatte einen zerkleinerten Granit, und sie verschmolzen miteinander, als sie die Mitte erreichten.

Ein weiteres wichtiges Thema ist das Fundamentdesign und die Konstruktion. Sie können alles finden. Ich habe Strukturen gesehen, die seit 50 Jahren oder länger erfolgreich Lasten tragen, aber mit Holzpfählen, die sich nur zur Hälfte unter der Kappe befanden (dh sich über die Kanten hinaus erstreckten). Es gibt also wieder keinen Ersatz für Untersuchungen und / oder Tests.

Für Beton gibt es eine internationale Norm BS EN 13791, die eine statistische Festigkeitsbewertung für Bauwerke enthält, bei denen keine Vorgeschichte des Bauwerks bekannt ist. Dies kann nützlich sein, um den Beton mit modernen Strukturcodes zu vergleichen. Wenn sich jedoch die Belastungsbedingungen ändern sollen, gibt es keinen Ersatz für die Identifizierung der Abdeckungstiefen und der Stahl- / Querschnittsgeometrie mithilfe zerstörungsfreier Prüfungen. Und natürlich kann die Verstärkung der Stahlkorrosion ein wesentlicher Faktor sein.

Bei Baustahl sind häufig die Schrauben / Schweißnähte sowie die Profile ein kritisches Thema. Die Beurteilung ist hier sehr kunstvoll und erfordert möglicherweise eine Röntgen- / Ultraschall- / Drehmomentprüfung, wenn die Situation dies erfordert. Sehr alte Stahlkonstruktionen werden oft genietet, was zu einer weiteren Komplexität führt. Soweit mir bekannt ist, gibt es keine historischen Leitfäden für Bolzen und Nieten. In früheren Beiträgen wurden einige Referenzen angegeben, die für die Abschnitte von Nutzen sein könnten. Wenn Sie Zweifel an einer Stahlkonstruktion haben, können Sie Coupons aus den Abschnitten erhalten und diese auf Zugfestigkeit und Duktilität prüfen lassen.