WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

На правах рукописи

ПЕРУНОВ АЛЕКСАНДР СЕРГЕЕВИЧ

ВЫБОР ЭФФЕКТИВНОГО НЕРАЗРУШАЮЩЕГО МЕТОДА

ИСПЫТАНИЙ И КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРИ

РЕСТАВРАЦИИ КИРПИЧНЫХ ИСТОРИЧЕСКИХ ЗДАНИЙ

Специальность:

05.23.01 - Строительные конструкции, здания и сооружения

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва – 2011

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В практике современного строительства работы, связанные с реконструкцией и реставрацией зданий, приобретают важнейшее значение для сохранения внешнего и исторического облика многих древних городов России, таких, как Москва, С.-Петербург, Ростов Великий и многие другие. При этом подавляющее большинство реставрируемых и реконструируемых зданий являются памятниками архитектуры, которые имеют историко-культурную ценность и первоначально выполнялись из кирпичной кладки, состоящей в основном из красного полнотелого глиняного кирпича и известкового раствора. Современная агрессивная экология, а также другие негативные разрушающие факторы значимо ухудшают физико-механические свойства материалов кирпичной кладки в конструкциях исторических зданий. Периодическая смена функционального назначения памятника, как правило, сопровождающаяся изменением его конструктивной схемы и действующих нагрузок, также часто негативно сказываются на работоспособности отдельных его кирпичных конструкций или здания в целом. Эти и многие другие факты говорят о том, что многие здания и сооружения историкоархитектурного наследия в настоящее время очень остро нуждаются в защите и своевременной реставрации.

Используемые в настоящее время методики восстановления поврежденных и изношенных кирпичных конструкций памятников архитектуры разрабатывались достаточно давно и не учитывают ряд структурных особенностей материалов кладки исторических зданий. Эти методики основываются на изучении прочностных свойств и состава кирпича и раствора, при этом наличие существующих дефектов материалов оценивается преимущественно визуально.





При выполнении ремонтно-восстановительных работ по замене поврежденных участков кирпичных конструкций памятников архитектуры часто используются разнородные материалы, отличающиеся своими свойствами от первоначальных, что в дальнейшем может привести к дискретной работе кирпичной конструкции и дальнейшему разрушению ее составных частей.

Вопрос определения объемов замены повреждений в каменных конструкциях исторических зданий также является весьма значимым. Часто строительные организации в погоне за объемами строительно-монтажных работ безосновательно стремятся выполнить завышенные замены в конструкциях памятников, не придавая значения функциональной пригодности тех или иных их частей. Заменяемые на новые конструкции исторических зданий часто вполне могут продолжать свое функционирование многие годы при соответствующем за ними уходе и защите. Таким образом, существует опасность утраты здания как исторически значимого и ценного объекта, так как остается все меньше первоначальных его элементов. Все это часто вызывает споры между исполнителями строительно-монтажных работ, реставраторами и контролирующими историко-культурными организациями. Вопрос о целесообразности выполнения замены старых конструкций на новые и определение объемов восстановления имеет также экономический аспект, так как поможет избежать существенных и не обоснованных финансовых затрат.

Существующие исследования 1950-1970-х годов, посвященные проблемами дефектоскопии и изучения свойств материалов кирпичной кладки, не позволяли решать задачи, решаемые с помощью современных неразрушающих методов и приборов контроля, основных физико-механических характеристик строительных материалов. Современные приборы ультразвукового контроля качества строительных конструкционных материалов, в том числе кирпича и раствора кладки, с высокой точностью позволяют выявлять наличие дефектов структуры, оценивать такие важные параметры материалов кирпичной кладки как прочность, плотность, модуль упругости и др., в любых местах конструкций без их разрушения и причинения какого-либо вреда, влияющего на их дальнейшее функционирование.

В полной мере изложенное выше может быть отнесено и к зданиям, построенным в 50-60-х годах XX века при проведении их капитального ремонта и реконструкции.

При анализе результатов испытаний кирпичных конструкций как старинных, так и предсовременных зданий и сооружений важнейшее значение приобретают компьютерные технологии.

В целом актуальность данной темы определяется тем, что в настоящее время для обеспечения сохранности кирпичных конструкций исторически ценных зданий необходимо усовершенствование методики контроля основных физико-механических свойств материалов поврежденной кладки и их дефектоскопии, которая бы позволила с высокой достоверностью оценивать объемы существующих повреждений в кирпичных конструкциях и подбирать заменяющие материалы, обладающие максимальным соответствием для восстанавливаемой конструкции по ее основным параметрам и свойствам.

Целью диссертации является усовершенствование методики диагностики состояния поврежденной кирпичной кладки и разработка методики подбора новых материалов при замене, переборке и вычинке поврежденных участков конструкций памятников истории и архитектуры.





Для достижения этой цели поставлены следующие задачи:

1. Выполнить анализ причин и характер повреждений кирпичных кладок при длительном периоде эксплуатации.

2. Выполнить анализ напряженного состояния кладок с различными жесткостными характеристиками.

3. Выполнить подбор оптимального неразрушающего метода испытаний для анализа состояния и физико-механических свойств материалов кирпичной кладки, а также для определения необходимых объемов вычинки или перекладки фрагментов исторических зданий.

4. Выбрать оптимальный тип датчиков ультразвукового контроля для исследования свойств материалов кирпичной кладки.

5. Разработать рекомендации для рационального восстановления поврежденных участков кирпичной кладки исторических зданий.

Научная новизна диссертационной работы.

• Установлены зависимости между основными физико-механическими свойствами материалов кирпичной кладки конструкций исторически ценных зданий и параметрами ультразвука, полученными с помощью современной ультразвуковой аппаратуры, в том числе с применением точечных датчиковпреобразователей.

• Предложена оптимальная технология анализа физико-механических свойств материалов кирпичной кладки кирпича и раствора исторических зданий непосредственно на объекте, основанная на неразрушающем ультразвуковом импульсном методе (далее УИМ) с применением точечных ультразвуковых преобразователей.

• Разработана методика построения модели для программного нелинейного анализа напряженно-деформированного состояния кирпичных конструкций исторических зданий, позволяющая оценивать эффективность применения различных материалов для их восстановления.

• Разработана методика подбора материалов и определения объемов вычинки и перекладки поврежденных участков конструкций исторически ценных зданий, основанная на совместном применении УИМ неразрушающего контроля и анализе напряженно-деформированного их состояния с помощью метода конечных элементов (далее МКЭ-анализ).

Практическая значимость результатов.

Разработанная методика подбора материалов предлагается для восстановления целостности исторических зданий при выполнении реставрационных работ, а также для оценки напряженно-деформированного состояния конструкций памятников архитектуры с помощью МКЭ предлагается для практической деятельности специализированных организаций, занимающихся проблемами реставрации и реконструкции памятников архитектурного наследия, а также проектно-исследовательским организациям, занимающимся выполнением инженерно-обследовательских изысканий. Разработанная методика может эффективно использоваться для зданий и сооружений, относящихся к памятникам архитектурного наследия, выполненным из красного полнотелого кирпича и имеющим различные конструктивные схемы. Применение данной методики позволяет повысить обоснованность замены поврежденных участков кладки исторических зданий путем вычинки или перекладки. Возможно применение данной методики и для современных кирпичных зданий.

Результаты диссертационной работы в качестве апробации её результатов были доложены на двух научно-технических конференциях института строительства и архитектуры МГСУ в 2005 и 2006 годах и на аспирантских семинарах кафедры «Испытания сооружений» МГСУ.

Научные положения, выносимые на защиту:

• Методика определения физико-механических свойств материалов кирпичных конструкций объектов исторической ценности с помощью современных приборов ультразвукового контроля и использования точечных датчиков-преобразователей (модуля упругости и т.д.).

• Методика выполнения пространственных нелинейных расчетов, основанных на методе конечных элементов, составленная для анализа состояния материалов кирпичной кладки исторически ценных зданий.

• Методика диагностики состояния поврежденной кирпичной кладки и подбора для нее материалов при замене, переборке и вычинке поврежденных участков конструкций исторически ценных зданий.

• Результаты экспериментальных исследований основных физикомеханических свойств материалов кирпичных конструкций объектов исторической ценности, выполненные с помощью современных приборов ультразвукового контроля с применением точечных датчиков-преобразователей.

• Рекомендации по практическому проведению неразрушающих испытаний кирпичных конструкций зданий исторической и культурной ценности с помощью приборов, основанных на ультразвуковом импульсном методе.

Достоверность научных положений, рассмотренных в данной работе, анализировалась при проведении лабораторных неразрушающих и разрушающих испытаний при определении физико-механических свойств материалов, извлеченных из исторических зданий. Наблюдения в течение шести лет за деформированным состоянием шести памятников архитектуры города Москвы, и результаты нелинейного расчета стены одного из них приведены в данной работе и подтверждают достоверность принятого подхода.

Апробация работы. Основные результаты исследований были доложены на нескольких научно-технических конференциях, проводимых в ФГБОУ ВПО «МГСУ» и на аспирантских семинарах кафедры «Испытания сооружений».

Внедрение результатов работы. Результаты исследования применялись в лаборатории «Обследование и реконструкция зданий и сооружений» кафедры «Испытания сооружений» ФГБОУ ВПО «МГСУ» при выполнении инженерно-технических обследований и разработке рекомендаций по реставрации кирпичных конструкций памятников архитектурного наследия г. Москвы, таких, как здание МГУ на Моховой ул., д.11 (XVIII век), Московская средняя специальная музыкальная школа им. Гнесиных (МССМШ), здания торговых рядов на ул. Никольская, д.1 (XIX век).

Список публикаций.

По теме диссертации опубликовано 4 работы в научно-технических сборниках, включая 1 статью в журнале, входящем в перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Объем работы составляет 220 страниц, 105 рисунков, 20 таблиц и 4 приложения. Список литературы содержит 148 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы.

Сформулированы цели и задачи работы. Показан научный и практический вклад автора в решение поставленных задач. Подтверждена достоверность полученных научных положений, выводов и рекомендаций. Перечислены основные положения, выносимые на защиту. Отмечены вопросы апробации работы, а также внедрения ее результатов. Представлена характеристика объема и структура работы.

Первая глава диссертации состоит из четырех подразделов, позволивших сформулировать цель и определить основные задачи работы.

В начале главы произведен анализ причин повреждений кладок различными воздействиями. Установлено, что разрушение и деформирование конструкций происходит, как правило, при совокупном воздействии различных факторов. Эти факторы, действуя в определенной последовательности, затрагивают по мере приближения к непосредственному моменту разрушения многие промежуточные связи. Один и тот же фактор может являться началом нескольких связанных или независимо действующих разрушающих процессов, которые максимально проявляются на различных временных отрезках.

Неверное определение причин разрушения элементов кладки может привести и к ошибочному подбору материалов для ее замены (вычинке, перекладке и т.п.). Установлено, что кирпич и раствор, произведенные в современных условиях и предназначенные для замены поврежденных участков кладки старых зданий должны максимально соответствовать по физико-механическим свойствам сохранившимся материалам старой кладки.

Обзор и анализ методов исследования кирпича и кладки в целом показал, что в настоящее время разработано большое количество методик для неразрушающего анализа основных физико-механических свойств каменных материалов.

Для решения поставленных в данной работе задач, предлагается модифицировать ультразвуковой импульсный метод. Этот выбор сделан потому, что данный метод получил широкое распространение при исследовании свойств многих строительных материалов и достаточно изучен. Наличие большого количества компактных безопасных ультразвуковых приборов, простота их использования и относительно недорогая цена, также говорят в пользу данного метода исследований.

Обзор методов усиления и восстановления работоспособности каменных конструкций памятников архитектуры, показал, что вычинка или перекладка являются одними из наиболее часто применяемых видов восстановления целостности поврежденных участков кладки. Однако отсутствие жестких требований и устаревшие методики по подбору материалов для данного вида восстановления часто приводит к отрицательному результату реставрации или реконструкции и большим экономическим потерям.

Установлено, что в настоящее время для выполнения качественного подбора материалов для вычинки или перекладки поврежденных участков кладки необходимо усовершенствовать существующую методику отбора, как кирпича, так и раствора. Усовершенствованная методика должна позволять производить исследования с наименьшим вмешательством в конструкции зданий памятников архитектуры и позволять подбирать оптимальные материалы для восстановления.

В выполненном обзоре литературы по исследованию физикомеханических свойств материалов кирпичной кладки, в том числе с помощью УИМ установлено, что исследованиям подвергался в основном кирпич, как основной материал кладки. Рассмотрены работы Бедова А.И., Сапрыкина В.Ф., В.А. Морщихина, А.И. Августика, В.З. Петрова, Л.Г. Меркулова, Л.А.

Яковлева, Р.В. Джонса, В. Масао, О.И. Пруцин, Б.К. Сенгупта, Н.В. Раца, Лекривана, Т. Жабыньской, П. Кармана, Левинсона-Лессинга, В.И. Маячкина, Р.П. Соловьева, К.С. Карапетяна, Ю.А. Нилендера, Г.Я. Почтовика, И.Э.

Школьника, А.И. Потапова, О.Г. Сергеева, Ю.К. Сергиенко, Н.А. Гаряева, И.М. Учителя, Г.Б. Шмакова, Р.Я. Попильского, Э.К. Келера, К.К. Стрелова, Е.А.Столяровой. Вследствие того, что применялась громоздкая аппаратура старых поколений, большая часть исследований проводилась в лабораторных условиях. Следует отметить, что при ультразвуковых исследованиях применялся один тип датчиков – с плоской контактной поверхностью с использованием контактных смазок, что не редко усложняло процесс выполнения измерений и сужало информационное поле. Возможности аппаратуры и приемы на той стадии развития ультразвуковой техники не позволяли решать задачи с требуемой в настоящее время точностью и достоверностью. Современные приборы ультразвукового контроля основных физико-механических свойств материалов, отличаются компактностью, относительно низкой ценой и большой функциональностью. Часть приборов оснащается не только преобразователями с плоской контактной поверхностью, но и волноводами с точечным контактом. Как показывает практика, этот вид преобразователей, в отличие от стандартных, позволяет снимать более точные показания на малых базах и не требует наличия контактной среды между датчиком и поверхностью испытуемого материала. Но современные ультразвуковые приборы, предназначенные для анализа физико-механических свойств строительных материалов, ориентированы на изучение современных конструкционных материалов: бетона, керамики, облицовочных материалов и т.д. Значительная часть ультразвуковых приборов выпускается с фиксированной базой прозвучивания, что затрудняет изучение материалов кладки исторических зданий, вследствие естественной неоднородности кирпича и раствора, пористости, наличием различных дефектов и как следствие – больших разбросов в полученных данных. Для получения максимально достоверных результатов ультразвуковых испытаний при исследовании физико-механических свойств кирпича и раствора необходимо выбирать подходящий тип датчиков-волноводов и уточнять оптимальные базы прозвучивания. Исследований физикомеханических свойств материалов кирпичной кладки памятников истории и архитектуры с помощью УИМ с применением точечных датчиков до настоящего времени не проводилось.

Анализ литературы по сопоставлению существующих нормативных документов проектирования каменных конструкций в России, США, станах Евросоюза, Канады, Австралии и др. показал, что в определении прочностных параметров кладки между ними существуют значительные различия, которые обоснованы различным составом раствора и кирпича кладки, а также различием в методиках испытаний. Причем, степень и глубина разработки действующих в России норм проектирования для полнотелых кладок, выше, чем в зарубежных странах. Следовательно, в настоящее время прочностные характеристики полнотелой кладки исторических кирпичных зданий наилучшим образом определять по формулам Л.И. Онищика, на которых базируется СНиП II-22-81* “Каменные и армокаменные конструкции”.

Анализ литературы по применению расчетных комплексов для анализа напряженно-деформированного состояния (далее НДС) кирпичной кладки показал, что четких алгоритмов для решения задач реставрации и реконструкции разработано не достаточно. Исследование конструкций исторических зданий из кирпичной кладки с применением современных расчетных комплексов для решения задач реставрации в нелинейной постановке не проводилось.

Вторая глава диссертации состоит из четырех подразделов, в которых описана методика проведения компьютерных нелинейных расчетов, позволяющих оценить влияние разнородных материалов в различных конструкциях из кирпичной кладки.

Исходя из того, что основным показателем кладки является ее прочность, в данной работе были выполнены аналитические расчеты основных кирпичных конструкций исторических зданий, которые, как правило, испытывают максимальные перегрузки.

Оценка напряженно деформированного состояния кирпичных конструкций с использованием деградационной модели для зависимости «несущая способность – климатические воздействия» в данной работе не проводилась.

В настоящее время использование для этих целей промышленных конечноэлементных программных комплексов (ANSYS, NASTRAN, Abaqus, ЛИРА и др.) осложняется их слабой приспособленностью для эффективных расчетов конструкций со сложным распределением температуры по объему.

Для статического анализа напряженно-деформированного состояния кирпичных конструкций в данной работе выбрана программа «Лира», которая позволяет моделировать конструкции из стержневых, плоскостных и объемных элементов, а также выполнять расчет не только в упругой стадии, но и в нелинейной постановке.

В связи с тем, что конструкции исторических кирпичных зданий отличаются большим разнообразием и выполнялись, как правило, по индивидуальным проектам, в рамках данной работы проанализировать все типы конструкций невозможно. Предлагается проанализировать некоторые из них:

а) кирпичный столб, б) кирпичная стена, в) кирпичный простенок.

Геометрические размеры для расчета кирпичного столба и стены подбирались на основе анализа имеющихся среднестатистических данных. Расчет кирпичного простенка производился по обмерным данным фактически существующего памятника, при обследовании которого автор диссертации принимал непосредственное участие.

Каждая из перечисленных выше конструкций рассчитывалась в нелинейной постановке. Нагрузка для расчета выбиралась исходя из предельной несущей способности конструкции. В расчетах учтены возможные схемы применения материалов для вычинки.

Рис. 1. Пространственная расчетная схема кир- Рис. 2. Деформации и разрушения при достижении пичного столба, с учетом использования менее предельных напряжений, в кирпичном столбе, сможесткого материала для переборки или вычинки делированном с учетом использования менее жепо отношению к основному материалу кладки. сткого материала для переборки или вычинки по Размеры, вид, характер и жесткостные свойства материалов элементов конструкций, используемых в расчетах, приняты на основании анализа результатов многочисленных инженерно-технических обследований старинных кирпичных зданий.

Для расчетов выбраны объемные 3D* элементы типа 236. Размеры объемных элементов выбирались кратными размерам кирпича. Моделирование нелинейных загружений конструкций выполнялось простым шаговым методом с максимальным числом итераций 300 и количеством шагов 10. В качестве закона нелинейного деформирования был принят 11-й экспоненциальный закон, реализованный в программе.

Расчеты для каждого элемента конструкций выполнялись по трем схемам:

1. Расчет элемента конструкции на действие вертикальных нагрузок при использовании материалов кладки с одинаковой жесткостью для всех элементов.

2. Расчет элемента конструкции на действие вертикальных нагрузок при использовании материалов для вычинки с меньшей жесткостью, чем материалы старой (основной) кладки.

3. Расчет элемента конструкции на действие вертикальных нагрузок при использовании материалов для вычинки с большей жесткостью, чем материалы старой кладки.

Анализ выполненных нелинейных статических расчетов показал, что каждая конкретная конструкция, требующая восстановления путем перекладки материалов или вычинки, должна рассматриваться в отдельности. Возможности современных вычислительных комплексов позволяют выполнять широкий анализ применения тех или иных материалов, в частности, для установления объемов перекладки поврежденных участков кладки и позволяют подобрать оптимальное решение, исходя из действительных условий работы конкретной конструкции, действующих нагрузок и ее жесткостных характеристик.

В третьей главе диссертации описывается порядок проведения отбора материалов, процесс их подготовки и результаты испытаний кирпича и раствора кладки исторически ценных зданий с помощью современных ультразвуковых приборов, тензометрии и разрушающих испытаний, позволившие дать ответы на вопросы в рамках, поставленных в данной работе задач.

Выбор оптимального типа ультразвуковых датчиков для исследований свойств кирпича и раствора кирпичной кладки показал, что использование преобразователей с экспоненциальными или коническими волноводами (точечных датчиков-концентраторов) является более предпочтительным по сравнению с преобразователями с плоской поверхностью (поршневыми). Основными и главными преимуществами данного типа датчиков в работе с материалами кладки являются:

• возможность проведения измерений без наличия использования акустической контактной смазки, что значительно сокращает время проведения испытаний;

• более точное позиционирование датчиков на испытуемой поверхности, что позволяет правильнее выставлять базу прозвучивания и получать более точные результаты измерений;

• возможность работать на малых базах, что также важно при исследовании свойств материалов кирпичной кладки;

• возможность проведения испытаний на шероховатых поверхностях без предварительной их шлифовки.

Исследование зоны влияния краевого эффекта в полнотелом кирпиче показало, что для точечных датчиков частотой 60кГц, которые использовались при испытаниях в данной работе, необходимо, чтобы трассы прозвучивания располагались на расстоянии не менее 1 см от грани ребра кирпичной конструкции или образца.

Рис. 3. Объемная диаграмма скорости прохождения ультразвука при прозвучивании с тычковой поверхности кирпича.

Неразрушающие ультразвуковые исследования целых кирпичей показали, что все без исключения кирпичи, извлеченные из исторических зданий для испытаний, имеют неоднородность, выражающуюся в наличии более плотной структуры в наружных слоях кирпичей и менее плотной структуры в срединных их зонах.

Рис. 4. Схема разрушения образцов кубиков, Рис. 5. Продольные и поперечные деформации на вырезанных из кирпичей, отобранных в зданиях примере одного из кирпичных образцов-кубиков при Результаты ультразвуковых испытаний подтвердились механическими разрушающими и тензометрическими испытаниями.

Исследование влияния действия нагрузки в кирпиче и растворе кладки исторических зданий на скорость ультразвука позволило получить аналитические зависимости «скорость ультразвука - нагрузка», имеющие следующий вид:

Анализ полученных зависимостей показал, что возможное искажение результатов измерений при проведении испытаний не превышает 5%. Следовательно, ультразвуковые измерения можно проводить непосредственно в кладке функционирующих зданий с минимальной погрешностью. Это относится как к зданиям исторической застройки, так и современным, построенным в XX веке.

Результаты проведенных испытаний позволили получить ряд эмпирических зависимостей «Скорость ультразвука – прочность кирпича и раствора»

для памятников архитектуры г. Москвы, возраст которых в ряде случаев достигает 100 и более лет. С помощью метода наименьших квадратов подобраны зависимости, которые выразились линейной функцией вида где Y – прочность кирпича в МПа;

x – средняя скорость ультразвука, м/с А и В – постоянные коэффициенты.

Полученные в данной работе с помощью сквозного и поверхностного прозвучивания точечными датчиками зависимости «скорость ультразвука – прочность кирпича» имеют весьма тесную корреляцию экспериментальных и теоретических значений. Тесная корреляция теоретических и экспериментальных зависимостей «скорость ультразвука - прочность» наблюдается при сквозном прозвучивании образцов и достигает величин r=0.9-0.92. Наиболее удобный на практике метод поверхностного и диагонального прозвучивания при определении прочности кирпича также показал высокие коэффициенты корреляционных зависимостей, которые в данной работе достигают r=0.73Также в данной работе установлено, что применение ультразвукового импульсного метода при определении прочности раствора в швах кладки оптимально при базах прозвучивания от 6 до 8 см. Это объясняется наличием тесной корреляционной связи (r=0,7-0,82) между прочностными свойствами раствора в швах кладки и скоростью ультразвука (табл.1).

Таблица № 1. Зависимость коэффициента корреляции r от базы прозвучивания L.

Коэффициент корреляции В ходе испытаний, выполненных в данной работе, получена зависимость между статическим и динамическим модулями упругости для кирпичей, отобранных из различных исторических зданий, которая выражается формулой что практически совпадает с формулой для кирпича, производимого на современных заводах. Полученную упругую характеристику кирпича можно использовать в нелинейных расчетах.

Статический модуль упругости Естат вычислялся для отдельных образцов при уровне нагрузки, составляющей 20-30% от полной разрушающей по формуле где 1 = P1 F - приращение напряжения от условного нуля до уровня внешней нагрузки, равной 20-30% от разрушающей;

P1 – соответствующее приращение внешней нагрузки;

- приращение упруго-мгновенной относительной продольной деформации образца, соответствующее уровню нагрузки P1.

Значения 1 y принимались как среднее арифметическое по датчикам, воспринимающим сжимающие усилия.

Динамический модуль упругости Един вычислялся с помощью ультразвукового импульсного метода по формуле где V – скорость сквозного прозвучивания, м/с;

- плотность образца, полученная путем его взвешивания, ;

µ - коэффициент Пуассона (поперечных деформаций). м Полученные в данной работе результаты испытаний позволяют утверждать, что использование ультразвукового импульсного метода с применением экспоненциальных или конических преобразователей для изучения физико-механических характеристик материалов кладки памятников истории и архитектуры позволяют получать необходимые данные для правильного подбора требуемых материалов для их вычинки или перекладки.

Рис. 6. Блок схема предлагаемой методики восстановления кирпичной кладки.

В четвертой главе диссертации представлена усовершенствованная методика подбора материалов кирпичной кладки с совместным использованием УИМ и МКЭ при выполнении ремонтно-восстановительных работ. Данная методика разработана в дополнение к существующим классическим методикам усиления кирпичных конструкций и не противоречит существующим нормам. Структура методики представлена на рис.6.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Разрушение и деформирование конструкций происходит при совокупном действии различных факторов, которые затрагивают, как правило, многие связи, обеспечивающие целостность конструкций зданий. Один и тот же фактор является началом нескольких связанных или независимо действующих разрушающих процессов, которые максимально проявляются на различных временных отрезках. Комплекс противодействия процессам разрушения исторического памятника должен учитывать причины их возникновения. Материалы, применяемые для замены поврежденных участков кладки должны эффективно сопротивляться установленным причинам и процессам разрушения. Неверное определение причин разрушения элементов кладки приведет к неверному подбору материалов для их замены (вычинке, перекладке и т.п.).

2. Анализ выполненного компьютерного моделирования показал, что каждая кирпичная конструкция, требующая восстановления путем перекладки материалов или вычинки должна рассматриваться индивидуально.

В результате выполненных нелинейных расчетов и их анализа установлено, что использование материалов для восстановления, отличающихся по физико-механическим свойствам от первоначальных, в основном ухудшают работу сохранившейся части кирпичной кладки и приводят к следующим последствиям:

- разрушение материалов кладки в местах примыкания старой и новой частей кладки из-за образования концентраторов напряжений и температурных деформаций;

- изменение действительной (первоначальной) работы конструкции из-за общих перераспределений напряжений в теле кладки с возникновением дополнительных деформаций вследствие изменения цента тяжести сечения;

- применение боле жестких материалов оправдывается при симметричном восстановлении поврежденного сечения, которое устанавливает эффект кирпичной обоймы.

3. По результатам выполненной работы подбор материалов для восстанавливаемой кладки и определение их объемов для конкретной конструкции рекомендуется проводить с применением современных расчетных комплексов. Возможности этих комплексов позволяют выполнять задачи, возникающие при реставрации кирпичных кладок исторических памятников и выбирать оптимальные решения, исходя из действительных условий работы конкретной конструкции и ее физико-механических характеристик. В частности, эти комплексы на основе результатов проведенных предварительных инженерных обследований, позволяют подбирать материалы для восстановления кладки исходя из фактических жесткостных характеристик старой сохранившейся части кладки, действительного напряженного состояния восстанавливаемой конструкции и фактически действующих нагрузок и температурных воздействий.

4. Важнейшими критериями, которые необходимо учитывать при подборе материалов кирпичной кладки для восстановления поврежденных конструкций памятников архитектуры путем перекладки или вычинки, используя расчетные комплексы, являются следующие величины:

- коэффициент Пуассона (µ);

- удельный вес кирпича и раствора (R0);

- параметры закона нелинейного деформирования;

- модули упругости при сжатии и растяжении ((Е+) и (Е-));

- предельные значения напряжений при сжатии ((-)) и растяжении ((+));

- коэффициент линейного (объемного) расширения при значительных колебаниях температуры (температурных деформациях).

5. Установлено, что в настоящее время УИМ является одним из наиболее эффективных методов неразрушающих испытаний для оценки состояния, физико-механических свойств материалов кирпичной кладки, а также для определения необходимых объемов вычинки или перекладки поврежденных фрагментов исторических зданий.

6. Использование УИМ позволяет проводить испытания непосредственно в конструкциях на неограниченном числе участков, позволяя получать необходимую информацию о свойствах материалов практически по всему объекту обследований. Выполненный в данной работе комплекс ультразвуковых, тензометрических и разрушающих испытаний показал следующее:

- кирпич старинных зданий обладает выраженной неоднородностью;

- во всех случаях испытаний выявлено несовпадение геометрической и физической осей образцов, что свидетельствует об их работе под нагрузкой как внецентренно-сжатых элементов;

- исследование влияния действующей нагрузки на измеряемую скорость ультразвука в кирпичных образцах показал, что возможная погрешность ультразвуковых измерений при их выполнении непосредственно в конструкциях составит не более 5%, при условии выбора зон выполнения измерений без дефектов виде трещин;

- в зависимости от конкретных условий ультразвуковые измерения возможны при сквозном, поверхностном, а также диагональном прозвучивании;

- проведение ультразвуковых испытаний при сквозном прозвучивании отобранных из кладки образцов кирпича необходимо выполнять на базе 6. см со стороны ложка. Рекомендуется проводить прозвучивание кирпича в сооружении при поверхностном и диагональном способе на базе 4 см, как на поверхности тычка кирпича в кладке, так и на поверхности ребра. Прозвучивание растворных швов кирпичной кладки предпочтительно проводить в зонах без трещин и биологических повреждений на базах от 6 до 8 см.

7. Показаны преимущества точечных преобразователей-концентраторов при проведении ультразвуковых измерений на кирпичных поверхностях при сквозном, одностороннем, диагональном прозвучивании и на растворных швах. Данный тип датчиков позволяет увеличить точность до 1.5 раз при сквозном прозвучивании и до 3.5 раз при одностороннем (поверхностном).

Значительно повышается и производительность ультразвуковых испытаний.

8. Разработана усовершенствованная методика для рационального восстановления поврежденных участков кирпичной кладки исторических зданий, определения объемов и качества заменяемых материалов в существующих конструкциях и подбора заменяющих конструкционных материалов.

Предлагаемая методика базируется на совместном применении УИМ и расчетных комплексов, что позволит повысить точность и сократить сроки выполнения инженерно-изыскательских работ, уменьшить финансовые затраты, эффективнее и качественнее производить реставрационные работы с целью сохранения на долгие годы имеющегося историко-архитектурного наследия.

Список работ, опубликованных по теме диссертации:

1. Перунов А.С., Зубрилин Э.А., Дорошин И.Н. К вопросу о компьютерном моделировании напряженно-деформированного состояния зданий с помощью САПР. // Сб. трудов МГСУ «Современные методы инженерных изысканий в строительстве». – М.: МГСУ, 2003.

2. Перунов А.С. Опыт применения компьютерных расчетных комплексов при обследовании зданий и сооружений. // Сб. трудов МГСУ «Современные методы инженерных изысканий в строительстве». – М.: МГСУ, 2008.

3. Перунов А.С. Оценка напряженного состояния конструкций реставрируемых исторических кирпичных зданий с применением разнопрочных материалов для вычинки. // Научно-технический журнал Вестник МГСУ.-2009.С.122-126.

4. Перунов А.С., Шмаков Г.Б. Опыт применения ультразвука в исследовании неоднородности кирпича при реставрации исторических памятников архитектуры. // Сб. научных трудов «Обследование, испытание, мониторинг и расчет строительных конструкций зданий и сооружений» – М.: АСВ, 2010.



 
Похожие работы:

«Воронцова Дарья Сергеевна КОММУНИКАЦИОННО-РЕКРЕАЦИОННЫЕ ПРОСТРАНСТВА В АРХИТЕКТУРЕ ОБЩЕСТВЕННО-ТОРГОВЫХ ЦЕНТРОВ 05.23.21 – Архитектура зданий и сооружений. Творческие концепции архитектурной деятельности АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата архитектуры Нижний Новгород – 2011 РАБОТА ВЫПОЛНЕНА В ГОУ ВПО УРАЛЬСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АРХИТЕКТУРНО-ХУДОЖЕСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ Научный руководитель кандидат архитектуры, профессор Меренков Алексей Васильевич...»

«ХУЗИН АЙРАТ ФАРИТОВИЧ ЦЕМЕНТНЫЕ КОМПОЗИТЫ С ДОБАВКАМИ МНОГОСЛОЙНЫХ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК Специальность 05.23.05 – Строительные материалы и изделия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Казань – 2014 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Казанский государственный архитектурно-строительный университет Научный руководитель доктор технических наук,...»

«Кокодеева Наталия Евсегнеевна МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КОМПЛЕКСНОЙ ОЦЕНКИ НАДЕЖНОСТИ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ В СИСТЕМЕ ТЕХНИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ДОРОЖНОГО ХОЗЯЙСТВА Специальность 05.23.11 – Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Санкт-Петербург 2012 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего...»

«Акатьева Анна Олеговна АРХИТЕКТУРНАЯ ПРЕЗЕНТАЦИЯ КАК СРЕДСТВО КОММУНИКАЦИИ В АРХИТЕКТУРНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ 05.23.20 – Теория и история архитектуры, реставрация и реконструкция архитектурного наследия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата архитектуры Нижний Новгород – 2012 РАБОТА ВЫПОЛНЕНА В ФГОУ ВПО КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Научный руководитель кандидат архитектуры Новиков Николай Михайлович Официальные оппоненты :...»

«Экономов Илья Сергеевич ПРИНЦИПЫ ФОРМИРОВАНИЯ МАЛОЭТАЖНЫХ ЖИЛЫХ ОБЪЕКТОВ НА ВОДЕ Специальность 05.23.21 – Архитектура зданий и сооружений. Творческие концепции архитектурной деятельности. АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата архитектуры Москва 2010 1 Диссертация выполнена в Московском архитектурном институте (государственной академии) на кафедре Основы архитектурного проектирования Научный...»

«Шумеев Павел Андреевич ГРАДОЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СОХРАНЕНИЯ ИСТОРИЧЕСКОЙ ЗАСТРОЙКИ НА ОСНОВЕ МОНИТОРИНГА СРЕДЫ (НА ПРИМЕРЕ Г. РОСТОВА-НА-ДОНУ) 05.23.22 – Градостроительство, планировка сельских населенных пунктов АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва – 2014 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Ростовский государственный строительный...»

«Матвейко Роман Борисович МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ГЕОИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ УПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЕМ ТЕРРИТОРИИ Специальность 05.23.22 – Градостроительство, планировка сельских населенных пунктов АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва – 2011 2 Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Ростовский государственный строительный университет Научный руководитель : доктор технических...»

«Гридюшко Анна Дмитриевна БИОМИМЕТИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ В АРХИТЕКТУРНОМ ПРОЕКТИРОВАНИИ 05.23.21 - Архитектура зданий и сооружений. Творческие концепции архитектурной деятельности АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата архитектуры Москва – 2013 2 Работа выполнена в ФГБОУ ВПО Московский архитектурный институт (государственная академия) на кафедре Архитектура промышленных зданий Научный руководитель :...»

«ХАМЗИН САБИТ КУРАШ-УЛЫ ТЕХНОЛОГИЯ ВОЗВЕДЕНИЯ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ (УЧЕБНИК ДЛЯ СТУДЕНТОВ СПЕЦИАЛЬНОСТИ ПРОМЫШЛЕННОЕ И ГРАЖДАНСКОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО) 05.23.08 - Технология и организация промышленного и гражданского строительства Автореферат диссертации в виде учебника на соискание ученой степени доктора технических наук Омск-2001 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы. Постоянное совершенствование организационно-технологических решений в строительстве, определяемое...»

«Яковлев Андрей Андреевич АРХИТЕКТУРНАЯ АДАПТАЦИЯ ИНДУСТРИАЛЬНОГО НАСЛЕДИЯ К НОВОЙ ФУНКЦИИ 05.23.21 – Архитектура зданий и сооружений. Творческие концепции архитектурной деятельности АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата архитектуры Нижний Новгород – 2014 РАБОТА ВЫПОЛНЕНА В ФГБОУ ВПО НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Научный руководитель Гельфонд Анна Лазаревна доктор архитектуры, профессор Официальные оппоненты :...»

«Гыбина Майя Михайловна ГРАДОСТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНЦЕПЦИИ ИТАЛЬЯНСКОГО ФУТУРИЗМА Специальность 05.23.20 – Теория и история архитектуры, реставрация и реконструкция историко-архитектурного наследия. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата архитектуры Москва, 2013 2 Работа выполнена в ФГБОУ ВПО Московский архитектурный институт (государственная академия) на кафедре Советская и современная зарубежная...»

«Никульшина Лия Леонидовна ГРАДОЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ РАЗМЕЩЕНИЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ УЧРЕЖДЕНИЙ ПРИ РЕКОНСТРУКЦИИ ГОРОДСКОЙ ЗАСТРОЙКИ Специальность: 05.23.22 – Градостроительство, планировка сельских населенных пунктов АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва – 2011 2 Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Ростовский государственный строительный университет доктор...»

«Исмаил Халед Д. Альдин ФРАКТАЛЬНЫЕ ПОСТРОЕНИЯ В КОМПОЗИЦИИ АРХИТЕКТУРНЫХ ОБЪЕКТОВ (НА ПРИМЕРЕ ПАМЯТНИКОВ ИСЛАМСКОЙ АРХИТЕКТУРЫ) Специальность 05.23.20 - Теория и история архитектуры, реставрация и реконструкция историко-архитектурного наследия. АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата архитектуры Барнаул - 2013 1 Работа выполнена в институте архитектуры и дизайна ФГБОУ ВПО Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова на кафедре...»

«Волынсков Владимир Эдуардович ИНФОРМАЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ В АРХИТЕКТУРНОМ ФОРМООБРАЗОВАНИИ Специальность 05.23.20 – Теория и история архитектуры, реставрация и реконструкция историко-архитектурного наследия. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата архитектуры Москва – 2012 г.   Диссертация выполнена в Московском архитектурном институте (государственной академии) на...»

«ПЕТРАШКЕВИЧ Валерий Вильгельмович РАЗРАБОТКА И ОБОСНОВАНИЕ НОВЫХ РЫБОЗАЩИТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ МЕЛИОРАТИВНЫХ ВОДОЗАБОРОВ Специальность 05.23.07 Гидротехническое строительство Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Санкт – Петербург 2009 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Работа выполнена в ЗАО Производственное объединение по изысканиям, исследованиям, проектированию и строительству водохозяйственных и мелиоративных объектов Актуальность проблемы. При...»

«Григоршев Сергей Михайлович ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЧНОСТИ И УСТОЙЧИВОСТИ К ПРОГРЕССИРУЮЩЕМУ ОБРУШЕНИЮ ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЙ РАМНО-СВЯЗЕВОЙ КОНСТРУКТИВНОЙ СХЕМЫ В ПРОЦЕССЕ ВОЗВЕДЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ 05.23.17 – Строительная механика Автореферат на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва – 2011 2 Работа выполнена в Областном государственном образовательном учреждении Высшего профессионального образования Астраханский инженерно-строительный институт Научный руководитель –...»

«САЛАХУТДИНОВ МАРАТ АЙДАРОВИЧ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ СХЕМ СТАЛЬНЫХ КАРКАСОВ ОДНОЭТАЖНЫХ МНОГОПРОЛЕТНЫХ ЛЕГКИХ ЗДАНИЙ 05.23.01 – Строительные конструкции, здания и сооружения АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Казань – 2014 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Казанский государственный архитектурно-строительный университет. Научный...»






 
© 2013 www.diss.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Методички, учебные программы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.