Исследование напряженно-деформированного состояния кирпичной кладки стен в стадии эксплуатации

А.Н. Акулова, Г.Г. Кашеварова, Г.Г. Новопашина (Пермь)

Для определения напряженного состояния кладки несущих стен в существующих зданиях обычно применяют натурные испытания. Результаты носят фрагментарный характер, так как испытания выполняются на образцах небольших размеров, извлеченных из ненапряженных участков стен. Проследить на таких образцах механизм развития деформаций кладки, особенно с учетом наличия трещин, задача трудно выполнимая. При определении состояния стен существующих зданий целесообразно использовать современные методы анализа, в частности, метод конечных элементов.

Для оценки допустимости повреждения каменных стен зданий в ПГТУ разработана универсальная программа расчета зданий с учетом совместной работы с фундаментом и основанием. Программа создана на языке параметрического программирования APDL, встроенном в программный конечно-элементный комплекс ANSYS. Использование метода субмоделирования – выделение из конструкции фрагмента и уточнение результатов грубого расчета с использованием более мелкой конечно-элементной разбивки в субмодели - позволило перейти к анализу НДС в отдельных камнях и швах каменной кладки.

Компьютерная модель кирпичной кладки представлена объемными конечными элементами со свойствами камня и раствора в соответствии с принятой системой перевязки и с учетом НДС окружающих участков стен. При разрушении, в соответствии с критерием Гаусса, элементы, где происходит локальное разрушение, исключаются из работы.

Принятая в практике проектирования строительных конструкций методика расчета по предельным состояниям учитывает усредненные свойства материалов при нагружении, описывая поведение материала в зависимости от приложенной внешней нагрузки. При анализе поврежденной конструкции поведение материала под нагрузкой определяет не приложенное внешнее воздействие, а локальное напряженное состояние. Предлагаемая модель позволяет оценить напряженно-деформированное состояние в узлах и элементах модели поврежденной кладки.

Пространственная работа кладки стен эксплуатируемых зданий в различные моменты времени с учетом разного вида поврежденности определяется с целью выявления характеристик несущей способности, оценки реальной несущей способности и остаточного ресурса эксплуатируемого здания. Анализируя расчеты поврежденных конструкций, можно выбрать рациональное решение по усилению, определив усилия обжатия или величину разгружающей силы, передаваемой на новую конструкцию, разгружающую поврежденный элемент.