Прочность и деформативность каменно-монолитных стен зданий при плоском напряженном состоянии, в том числе при сейсмическом воздействии

Цель работы: выявление резерва несущей способности зданий с несущими конструкциями из многослойных каменно-монолитных стен, определение и обоснование значений характеристик предельных состояний таких конструкций на основе результатов экспериментально-теоретических исследований. Объектом исследования являются каменно-монолитные здания, в том числе предназначенные для строительства в сейсмоопасных районах, каменные и кирпичные стены зданий, которые могут быть реконструированы и сейсмоусилены с использованием торкретбетона или бетонных аппликаций. Предметом исследования являются предельные состояния каменно-монолитных конструкций зданий при воздействиях, создающих плосконапряженное состояние, в частности при ветровых и сейсмических нагрузках. Научная новизна работы состоит в следующем: - установлены характеристики предельных состояний каменно-монолитных конструкций сейсмостойких зданий; обоснованы величины коэффициента допускаемых повреждений каменно-монолитных конструкций сейсмостойких зданий;- экспериментально обоснованы значения предельных относительных деформаций сжатых диагоналей слоев трехслойных элементов каменно-монолитных конструкций при «перекосе» в своей плоскости для упругой и пластической стадий деформирования;- обоснован эффект влияния на несущую способность и схему деформирования многослойной конструкции в целом. Разработанная модель отличается от известных реализаций тем, что на основе деформационных критериев учитывает взаимодействие и взаимовлияние отдельных слоев конструкции; - проведены численные исследования напряженно-деформированного состояния каменно-монолитных конструкций при различных характеристиках материалов отдельных слоев с учетом их взаимовлияния при возрастающих нагрузках. Методология и методы исследования. Основой исследования являлись работы отечественных и зарубежных ученых, исследователей в области сейсмостойкости каменных и комплексных конструкций, механики каменной кладки, методов математического и физического моделирования слоистых конструкций, методов расчета, реализующих пошаговый конечноэлементный анализ, гипотезы теории упругости, теории сейсмостойкости, строительной механики, общепринятые численные методы расчетного анализа. Экспериментальные исследования выполнены соискателем с использованием следующих приборов и оборудования: - испытательных прессов и домкратов, позволяющих производить нагружение образцов с контролем воздействия, передаваемого на образец; - средств измерения деформаций, перемещений (мессуры, прогибомеры). Теоретическая значимость работы состоит в следующем: - установлены закономерности упругопластического деформирования, последовательность разрушения каменно-монолитных конструкций и пластические характеристики многослойных каменно-монолитных конструкций с учетом взаимодействия и взаимовлияния отдельных слоев конструкции; - обоснованы значения коэффициента допускаемых повреждений многослойных каменно-монолитных конструкций, как обобщенной характеристики предельных состояний при совместном деформировании слоев в условиях сейсмических воздействий. Практическая значимость работы состоит в повышении надежности и безопасности зданий с многослойными стенами за счет установления и обоснования характеристик предельных состояний таких конструкций при сейсмических воздействиях с учетом совместной работы отдельных слоев. Разработаны и внедрены в практику проектирования рекомендации и альбомы технических решений, применяемые при проектировании реальных зданий и сооружений. Внесены уточнения в содержание нормативного документа СП 14.13330.2014 в части снятия ограничений на этажность зданий с многослойными стенами. Создан алгоритм распределения нагрузок и учета взаимного влияния слоев. Разработан метод расчета, позволяющий учитывать совместную работу многослойных конструкций стен при возрастающих нагрузках и выполнить прогноз сейсмостойкости зданий на основе назначения уровня предельно допускаемых повреждений.