автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Выбор эффективного неразрушающего метода испытаний и компьютерное моделирование при реставрации кирпичных исторических зданий

005001780

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

2 4 НОЯ 2011

Москва-2011

005001780

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования? «Московский государственный строительный университет». .....

Научный руководитель:

кандидат технических наук, доцент Шмаков Геннадий Борисович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Алмазов Владлен Ованесович

кандидат технических наук, с.н.с. Красновский Ростислав Олегович

Ведущая организация: Центральный научно-исследовательский

институт строительных конструкций им. В.А.Кучеренко ОАО НИЦ «Строительство»

Защита состоится « » $££¿(¿>£>¿2011г. в У^.РО часов на заседании диссертационного совета Д 212.138.04 при ФГБОУ ВПО «МГСУ» по адресу: 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д.26, аудитория 420

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «МГСУ».

Автореферат разослан « -40 » 2011г.

Ученый секретарь диссертационного совета —Каган П.Б.

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 историко-архитектурного 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. Эта 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 опре-

деление 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 неразрушаю-щих 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 жест-костными 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 датчиков-преобразователей.

• 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 У ИМ) 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 вы-чинки 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 физико-механических 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 (ХГХ 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 нераз-рушающего 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 физико-механических 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, АЛ. Августика, В.З. Петрова, Л.Г. Меркулова, JI.A. Яковлева, Р.В. Джонса, В. Macao, О.И. Пруцин, Б.К. Сенгупта, Н.В. Раца, Декривана, Т. Жабыньской, П. Кармана, Левинсона-Лессинга, В.И. Маячки-на, 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 отмеггать, 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 прозву-чивания, 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 физико-механических 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 разли-

8

чием 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 П-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» б данной работе не проводилась. В настоящее время использование для этих целей промышленных конечно-элементных программных комплексов (АШУБ, КАБТКАЫ, АЬаяиэ, 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 кирпичного столба, с учетом использования менее жесткого материала для переборки или вычинки по отношению к основному материалу кладки.

Рис. 2. -Деформации и разрушения при достижении предельных напряжений, в кирпичном столбе, смоделированном с учетам использования менее жесткого материала для переборки или вычинки по отношению к основному материалу кладки.

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 30* 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 установ-

10

ления 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 помошью 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 бОкГц, 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 прозвучшании с тычковой поверхности кирпича.

Неразрутающие 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 кишичей и менее плотной стоуктутзы в срединных их зонах. "/а

Рис. 4. Схема разрушения образцов кубиков, вырезанных из кирпичей, отобранных в зданиях исторической застройки.

Рис. 5. Продольные и поперечные деформации на примере одного из кирпичных образцов-кубиков при одноосном сжатии.

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:

Для кирпичных образцов

У~394Х2+204Хг2297 У=-934Х2+412Х+2445 У=-673Х2+317Х+2370

Для образцов из раствора

У=1219Х4-2925Х3+1953Х2-3 54Х+1519 У=-312Х2+246Х+1240 У=-294Хг+229Х+1367

Анализ полученных зависимостей показал, что возможное искажение результатов измерений при проведении испытаний не превышает 5%. Следовательно, ультразвуковые измерения можно прозодить 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

У = Ах+Б

где 7- прочность кирпича в МПа;

х - средняя скорость ультразвука, м/с А к 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 г=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 г=0.73-0.82.

Также 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 (г=0,7-0,82) между прочностньми свойствами раствора в швах кладки и скоростью ультразвука (табл.1).

Таблица Л» 1. Зависимость коэффициента корреляции г от базы прозвучивания Ь.

Коэффициент корреляции База поверхностного прозвучивания Ь, мм

20 40 50 60 70 80

г 0,42 0,49 0,59 0,7 0,79 0,82

В ходе испытаний, выполненных в данной работе, получена зависимость между статическим и динамическим модулями упругосш 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 Е^ вычислялся для отдельных образцов при уровне нагрузки, составляющей 20-30% от полной разрушающей по формуле

где <Т\=р\1р- приращение напряжения от условного нуля до уровня внешней нагрузки, равной 20-30% от разрушающей;

Р] - соответствующее приращение внешней нагрузки;

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

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

Динамический модуль упругости Едш, вычислялся с помощью ультразвукового импульсного метода по формуле

Н-о\

_Уг-Р-( ИТ0.О-2/О Г-я

где V - скорость сквозного прозвучивания, м/с;

Р - плотность образца, полученная путем его взвешивания, 4 , ^ - 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.

Ваестювлею» ицтвыцй кшкжЕйКТ' ругай вздплсо» а^хэп&туры переборю! жа »гппшА

т

оЗие^Ф-оФслезовзгсиссме

Квжяервое обсзезомяае исторического ззявк

хвсраалов вши (по ГОСТ)

«кретин» фшжо-иеияпеаяс х^рзстервгак ашершхох арыя-О&кэде*

оешяае г幫срвиеко& рэлепюй сиш

Исютзезавэе оСъ-еаюпаю»»

для шгервалов вгш-кнпестзвяыюея ж атагагяогвпеаом

Незак£вдо МКЭ-расчеш |

иозявя травчних усэ»> вяй (уезови мхрвпада пеукхоь)

»« «ыеият кв& сгрутзий

дм «зава з оыау

сбор фягяпеаи з^ст* куюаях вдругот ж гаезе-

по регяьта»! «бме-ров»в«рьря4 хож-

учпютохтсс ж ере^ооаз твфузот.

Выходы • требуеиыд параметрах ШВСрЖВЗЭВ УЙГМШ! 90 роуЗЭШЫ

ШЭ-?аппов

I

Проепуагаяя»

з:

Котмккш веобхмкш ¡в мв*

рюзмхппзрошло, за Ш1Я

»твржовп гаюип ишрвлм с пюгапывУИМ оерег указкой в

ховпрупяж

+ —

вроветве ремажпдеоссажвжтехькых рЛот

ввозфмздо-мехззпесох харяжр»-«в иакршев това-Vукав а модель

зля старой пазя юсвпрукюн

л» жв»2 кязхк

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. Аналкз 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 восстанов-

ления 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 (ц);

- удельный вес кирпича и раствора (Яо);

- параметры закона нелинейного деформирования;

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

- предельные значения напряжений при сжатии (о(-)) и растяжении

ШУ.

- 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 6.5 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 A.C., Зубрилин ЭЛ., 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 A.C. Опыт применения компьютерных расчетных комплексов при обследовании зданий и сооружений. // Сб. трудов МГСУ «Современные методы инженерных изысканий в строительстве». - М.: МГСУ, 2008.

3. Перунов A.C. Оценка напряженного состояния конструкций реставрируемых исторических кирпичных зданий с применением разнопрочных материалов для вычинки. // Научно-технический журнал Вестник МГСУ .-2009.-№1-С. 122-126.

4. Перунов A.C., 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.

КОПИ-ЦЕНТР св.: 7:07:10429 Тираж 100 экз. г. Москва, ул. Енисейская, д. 36. тел.: 8-499-185-79-54, 8-906-787-70-86 www.kopirovka.ru

І

І

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

На правах рукописи

04.2.01 2 50560

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

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени канди дата технических наук

Научный руководитель кандидат технических наук, доцент

Шмаков Г.Б.

Москва 2011г.

ВВЕДЕНИЕ...........................................................................................................5

Глава 1. ОБЗОР ИССЛЕДОВАНИЙ КЛАДОК, ПОВРЕЖДЕННЫХ РАЗЛИЧНЫМИ ВОЗДЕЙСТВИЯМИ И ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОГО НЕРАЗРУШАЮЩЕГО МЕТОДА ДЛЯ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКОГО АНАЛИЗА И ИХ СОСТОЯНИЯ............................................................................17

1.1. Анализ причин повреждений кладок различными воздействиями..................17

1.2. Обзор и анализ методов исследования кирпича и кладки. Оптимизация методов неразрушающего контроля основных физико-механических свойств материалов кладки......................................................................................................26

1.2.1. Термоакустический метод................................................................................29

1.2.2. Метод неразрушающего ядерного магнитного резонанса.............................29

1.2.3. Метод пластических деформаций (отпечатка)................................................30

1.2.4. Метод упругих деформаций (отскока)............................................................30

1.2.5. Резонансный метод...........................................................................................31

1.2.6. Ультразвуковой импульсный метод (УИМ)...................................................33

1.2.7. Радиационные методы......................................................................................34

1.3. Выбор эффективного неразрушающего метода для решения задач реставрации исторических кирпичных зданий.........................................................35

1.4. Анализ способов восстановления работоспособности поврежденных элементов каменных конструкций памятников архитектуры..................................38

1.5. Анализ литературы по исследованию материалов кирпичной кладки с помощью ультразвукового импульсного метода и применению компьютерных

расчетных комплексов...............................................................................................44

Глава 2. АНАЛИЗ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ КЛАДОК С ПРИМЕНЕНИЕМ СОСТАВЛЯЮЩИХ С РАЗЛИЧНЫМИ ЖЕСТКОСТНЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ...................................................56

2.1. Общая постановка задачи...................................................................................56

2.2. Расчет кирпичного столба...................................................................................61

2.2.1. Расчет столба с учетом использования однородного материала...................61

2.2.2. Расчет столба с учетом использования менее жесткого материала для вычинки относительно основной (старой) кладки...................................................64

2.2.3. Расчет столба с учетом использования более жесткого материала для вычинки относительно основной (старой) кладки...................................................67

2.3. Расчет кирпичной стены.....................................................................................70

2.3.1. Расчет кирпичной стены с учетом использования однородного материала. 70

2.3.2. Расчет кирпичной стены с учетом использования менее жестких материалов для вычинки относительно основной (старой) кладки.............................................74

2.3.3. Расчет кирпичной стены с учетом использования более жестких материалов для вычинки относительно основной (старой) кладки.............................................77

2.4. Расчет кирпичного простенка.............................................................................81

2.4.1. Расчет кирпичных простенков с учетом использования однородного материала....................................................................................................................81

2.4.2. Расчет кирпичных простенков с учетом использования для вычинки менее жестких материалов относительно основной (старой) кладки................................88

2.4.3. Расчет кирпичных простенков с учетом использования более жестких

материалов для вычинки относительно основной (старой) кладки........................93

Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ КИРПИЧНОЙ КЛАДКИ ПАМЯТНИКОВ АРХИТЕКТУРЫ С УЧЕТОМ ИХ СТРУКТУРНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ УИМ................................................................................101

3.1. Методика проведения экспериментальных исследований..............................102

3.1.1. Материалы и технология изготовления опытных образцов.........................102

3.1.2. Порядок проведения ультразвуковых измерений.........................................105

3.1.3. Порядок измерений прочностных характеристик........................................108

3.1.4. Порядок измерений деформативных характеристик статическим методом. 109

3.2. Математическая обработка экспериментальных данных................................111

3.3. Исследование физико-механических свойств материалов кирпичной кладки памятников истории и архитектуры........................................................................113

3.3.1. Выбор оптимального типа датчиков ультразвукового контроля для исследования свойств материалов кирпичной кладки...........................................113

3.3.2. Исследование зоны влияния краевого эффекта в полнотелом кирпиче......118

3.3.3. Результаты ультразвуковых испытаний........................................................123

3.3.4. Механические испытания на прессовом оборудовании...............................127

3.3.5. Влияние действия нагрузки в материалах кладки на скорость ультразвука. 130

3.3.6. Установление зависимости «скорость ультразвука - прочность» для кирпича и раствора кладки памятников архитектуры..........................................................133

3.3.7. Исследование деформационных характеристик с помощью

тензометрического оборудования...........................................................................143

Глава 4. МЕТОДИКА ПОДБОРА МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ КИРПИЧНОЙ КЛАДКИ ПАМЯТНИКОВ ИСТОРИИ И АРХИТЕКТУРЫ ПУТЕМ ЗАМЕНЫ, ПЕРЕБОРКИ И ВЫЧИНКИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ УЛЬТРАЗВУКОВОГО ИМПУЛЬСНОГО МЕТОДА И

МЕТОДА КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ..............................................................153

4.1. Общие положения предлагаемой методики.....................................................153

4.2. Анализ основных физико-механических свойств старой сохранившейся кладки на основе использования У ИМ с применением точечных датчиков-преобразователей для МКЭ-анализа.......................................................................155

4.2.1. Определение прочности кирпича с помощью УИМ.....................................156

4.2.2. Определение прочности раствора кладки.....................................................160 ;;

4.2.3. Определение прочности кирпичной кладки..................................................161

4.3. Создание МКЭ-модели для анализа применимости новых материалов кладки. 163

4.4. Отбраковка готовых материалов с помощью УИМ перед укладкой в

реставрируемые конструкции..................................................................................165

ЗАКЛЮЧЕНИЕ......................................................................................................166

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.....................................................................................170

ПРИЛОЖЕНИЯ.....................................................................................................183

Приложение 1. Результаты расчетов......................................................................184

Приложение 2. Таблицы результатов испытаний...................................................215

Приложение 3. Рекомендации по проведению работ при восстановлении кирпичной кладки памятников архитектуры путем замены, переборки или

вычинки.....................................................................................................................217

Приложение 4. Справка о внедрении результатов диссертационной работы.......220

ВВЕДЕНИЕ

На современном этапе развития строительной науки керамические материалы, в частности кирпич, получили по сравнению с прежним периодом весьма широкое распространение, успешно конкурируя или успешно сочетаясь с бетоном и железобетоном: из кирпича возводятся коттеджи, он в качестве облицовочного материала применяется наряду с легкобетонными блоками для заполнения стен многоэтажных монолитных железобетонных зданий.

Тем не менее, существующие методики и нормативные документы на определение основных физико-механических свойств материалов кирпичной кладки зданий разработаны достаточно давно и не учитывают ряд особенностей их материалов. Особо следует отметить развивающуюся область строительства в Москве, С-Петербурге и в других исторических городах России и ближнего зарубежья, связанную с восстановлением и реконструкцией (домов, храмов и т.п.) старинной застройки, которая в подавляющем своем большинстве выполнялась в свое время из красного глиняного полнотелого кирпича пластического прессования. Эти исторические здания, многие из которых являются памятниками истории и архитектуры, сегодня остро нуждаются в? защите, реставрации, а часто в воссоздании в ходе которых необходимы исчерпывающие знания о состоянии и особенностях структуры старинного кирпича и раствора. Очевидно, что получить эти знания можно только на основе применения современных, преимущественно неразрушающих методов испытаний, позволяющих дифференцированно в любых зонах и количествах получать информацию об особенностях структуры кирпичной кладки в реставрируемых сооружениях. Важнейшим в этом является осуществлять вычинку или восстановление деталей исторических памятников вновь изготовленным кирпичом, свойства которого в максимальной степени приближены к старинному кирпичу. В этом случае появляется реальная возможность замедления дальнейшего развития деструкционных процессов в сооружениях и продления их «жизни» на долгие годы.

Производство керамического кирпича в современных условиях в России так же имеет ряд значительных недостатков, которые существенно влияют на образование структурных неоднородностей и дефектов не только в готовой продукции, но и на стадии изготовления сырца. При этом контроль качества готовой продукции, который также не всегда проводится, до сих пор выполняется только визуально, на предмет выявления наличия видимых глазом дефектов. При подборе материалов для вычинки или перекладки поврежденных участков кладки на новые, при реставрации памятников архитектуры это может негативно сказаться на конечном результате, так как физико-механические свойства старой и новой кладок, могут существенно отличаться.

Существующие в настоящее время методы оценки прочности кирпича в подавляющем большинстве случаев основаны на применении механических разрушающих методов на основе стандартов, разработанных в 70-80 годах прошлого столетия.

Кроме использования существующих в настоящее время неразрушающих методов испытаний, в частности, ультразвука, весьма перспективным выглядит применение для анализа полученной при испытаниях информации современных цифровых технологий и компьютерного моделирования.

Активное развитие компьютерных вычислительных комплексов, основанных на методе конечных элементов, таких как, Ansis, Nastran, Лира и многих других позволяет выполнять сложные задачи, которые еще 10 лет назад считались весьма трудоемкими и дорогостоящими. Современные вычислительные комплексы достаточно быстро позволяют анализировать различные конструкции при любых комбинациях нагрузок и различных граничных условиях. Так, например, в программе «Лира» реализовано множество возможных конечных элементов, с помощью которых можно спрогнозировать напряженное состояние практически любых известных строительных конструкций по известным физико-механическим параметрам. К их числу относится и кирпичная кладка. Зная закон ее разрушения сегодня можно спрогнозировать ее поведение при различных граничных условиях и комбинациях загружений, как в линейной, так и в нелинейной постановке

задачи. Это может позволить правильно подобрать материалы и их объемы для вычинки или перекладки поврежденных частей кирпичных конструкций. В случаях с памятниками истории и архитектуры это является важным шагом вперед, так как позволяет избежать дальнейшего прогрессирующего разрушения поврежденной различными воздействиями отдельной конструкции или здания в целом.

Совместный анализ состояния поврежденных кирпичных памятников архитектуры и культурного наследия с помощью современных неразрушающих методов определения физико-механических свойств и конечно-элементная модель конструкции или здания в целом способны помочь в правильном выборе методики для вычинки или перекладки кирпичной конструкции. Это позволяет сохранить на долгие годы уникальные сооружения и получить значительный экономический эффект.

Актуальность темы.

Актуальность выбранной темы диссертации определяется практической необходимостью создания обоснованной методики подбора материалов и их объемов для вычинки или перекладки поврежденных частей зданий памятников архитектуры с помощью совместного анализа физико-механических свойств материалов кирпичной кладки и прогнозирования напряженного состояния восстанавливаемой конструкции или здания в целом с помощью современных расчетных комплексов, основанных на методе конечных элементов.

Анализ результатов имеющихся многочисленных инженерно-технических обследований памятников архитектуры, выполненных из кирпичной кладки, в которых автор данной диссертации принимал непосредственное участие, подчеркивает актуальность выбранной темы. Часто при обследовании данного типа зданий как в процессе реставрации или реконструкции, так и после них наблюдается то, что вычинка или перекладка поврежденных участков кладки или закладка проемов выполняется разнородными материалами, отличающимися по структуре и механическим свойствам. Часто материалы новой кладки, взамен поврежденной старой, подбираются с завышенными или

заниженными жесткостными и другими характеристиками по отношению к старой, что в ряде случаев не только сводит на нет результаты реставрации или реконструкции, но и ухудшает условия работы сохранившейся старой кладки. Это может привести к дальнейшему разрушению отреставрированных участков кладки, а в местах концентрации напряжений и к дискретной (раздельной) работе частей конструкции.

Вопрос объемов замены поврежденных в каменных конструкциях исторических зданий на новые также подчеркивает актуальность выбранной темы. Часто строительные организации в погоне за объемами строительно-монтажных работ стараются выполнить больше замен в конструкциях памятников, досконально не разбираясь в 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. Также известно, что выполняя больше замен старых конструкций на новые в памятнике архитектуры, существует опасность утраты его 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 их объемы имеет также экономический аспект, так как поможет избежать существенных и не обоснованных финансовых затрат.

Исследования, проведенные 1950-1960-х годах, посвященные проблемами дефектоскопии и изучения свойств материалов кирпичной кладки, не позволяли решать задачи, на современном уровне и с использованием возможностей современного оборудования. Развитие неразрушающих методов и приборов определения основных физико-механических характеристик строительных материалов также подчеркивает актуальность выбранной темы. Современные приборы ультразвукового контроля качества и параметров 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 им какого-либо вреда.

Таким образом, актуальность выбранной темы подчеркивается тем, что с появлением новых аппаратурных возможностей и цифровой обработкой имеющейся информации, появилась возможность в усовершенствовании методики, которая поможет в сохранении исторически ценных зданий и памятников путем определения оптимальных объемов поврежденных кирпичных конструкций и качественного подбора новых материалов для замены, по параметрам и свойствам максимально соответствующим требованиям для восстанавливаемой конструкции.

Объектом исследования являются кирпичные конструкций памятников истории и архитектуры, поврежденные в результате многолетнего воздействия различных негативных факторов и требующие восстановления путем вычинки, перекладки или с применением иных способов.

Предметом исследования является методика неразрушающих испытаний для определения физико-механических свойств материалов кирпичной кладки и анализа технического состояния конструкций памятников архитектуры и их напряженно-деформированного состояния на основе современных расчетных комплексов.

Научная новизна.

Одной из зада