Ученые Пермского Политеха и ПГАТУ создали инженерный инструмент для усиления исторических деревянных конструкций углеволокном. Об этом «Стройгазете» сообщили в пресс-службах университетов.
Актуальность разработки связана с тем, что усиление — это сложная инженерная процедура по восстановлению несущей способности поврежденных участков. Неточный расчет грозит либо недоусилением с дальнейшим разрушением, либо избыточными запасами прочности с деформацией соседних деталей. Инструмент ученых точно определяет количество и тип слоев углеволокна для каждого элемента, обеспечивая восстановление и сохранность конструкции.
Эксперты рассказали, что в качестве объекта изучения был взят реальный памятник с поврежденной шпренгельной балкой (несущий элемент каркаса крыши). На первом этапе ученые провели детальный анализ аварийной конструкции: зафиксировали исходные геометрические параметры, установили степень ослабления (15%) и определили действующие на него нагрузки, чтобы далее восстановить несущую способность балки до нормативных значений.
Далее они провели моделирование с помощью нового метода. Вместо воссоздания в программе каждого слоя углеволокна и клея, вся система усиления была заменена одним эквивалентным виртуальным стержнем, который точно повторял геометрию зоны дефекта. Это сокращает время на моделирование и анализ, делая точное проектирование реализуемым для памятников архитектуры.
На следующем этапе ученые провели сравнительный анализ разных вариантов усиления конкретной поврежденной балки, чтобы определить, сколько именно слоев композитного материала необходимо для восстановления ее прочности. Для этого использовались современные углекомпозитные материалы наиболее популярных марок, которые примерно в 10 раз жестче натуральной древесины.
Кандидат технических наук, доцент кафедры «Строительный инжиниринг и материаловедение» ПНИПУ Ольга Третьякова дополнила, что по результатам исследования для верхней части балки усиление шестью слоями углеволокна позволило снизить значения прочности до установленных нормативных пределов. Это значит, что с помощью методики можно точно провести расчеты для многих вариантов повреждений.
Проведенное моделирование также показало, что для наиболее нагруженных и ослабленных участков одного лишь композитного материала может быть недостаточно. Инструмент дает возможность на этапе проектирования выявить подобные сложные случаи, которые требуют особого подхода. Это исключает риск недостаточного усиления, которое позже может разрушиться, или применения избыточных материалов там, где в них нет необходимости.
«Мы можем говорить о достоверности полученных результатов, поскольку они соответствуют российским строительным нормативам и основаны на классическом методе конечных элементов, который считается общепризнанным в мировой практике инженерных расчетов. Для применения специалист на объекте фиксирует параметры поврежденного участка и вводит их в программный инструмент. В итоге он быстрее получает результаты расчета необходимого усиления, подходящие под отечественные требования строительства», — подытожила Ольга Третьякова.
Ранее «Стройгазета» сообщила, что Россия заново открывает для себя деревянное домостроение.