CC BY
82
УДК 693.157:666.973+69.058.8+624.042.6
КОПАНИЦА ДМИТРИЙ ГЕОРГИЕВИЧ, докт. техн. наук, профессор, kopanitsa@mail ru
Томский государственный архитектурно-строительный университет, 634003, г. Томск, пл. Соляная, 2,
КАБАНЦЕВ ОЛЕГ ВАСИЛЬЕВИЧ, канд. техн. наук, профессор, ovk531@gmail. com
Московский государственный строительный университет,
129337, г. Москва, Ярославское шоссе, 26,
УСЕИНОВ ЭМИЛЬ СЕЙРАНОВИЧ, аспирант, useinov_em@mai. ru
Томский государственный архитектурно-строительный университет, 634003, г. Томск, пл. Соляная, 2
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ФРАГМЕНТОВ КИРПИЧНОЙ КЛАДКИ НА ДЕЙСТВИЕ СТАТИЧЕСКОЙ И ДИНАМИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ
В статье приводятся результаты экспериментальных исследований фрагментов кирпичной кладки при статическом и динамическом нагружении. В процессе испытаний проведены измерения деформаций и частот собственных колебаний образцов. Показано, что при появлении неупругих деформаций и трещин происходит изменение собственных частот колебаний, полученных из анализа соответствующих спектров. Проведено сопоставление результатов экспериментов фрагментов кирпичной кладки, полученных при действии статической силы и динамической нагрузки.
Ключевые слова: кирпичная кладка; ударное воздействие; частота собственных колебаний; схемы разрушения.
KOPANITSA, DMITRIY GEORGIYEVICH, Dr. of tech. sc., prof., kopanitsa@mail ru
Tomsk State University of Architecture and Building,
2 Solyanaya sq., Tomsk, 634003, Russia
KABANTSEV, OLEG VASILJEVICH, Cand. of tech. sc., prof.,
ovk531@gmail. com
Moscow State Building University,
26, Yaroslavl highway, Moscow, 129337, Russia,
USEINOV, EMIL SEYRANOVICH, P.G., useinov_em@mai. ru
Tomsk State University of Architecture and Building,
2 Solyanaya sq., Tomsk, 634003, Russia
EXPERIMENTAL INVESTIGATIONS OF THE MASONRY FRAGMENTS TO THE ACTION OF STATIC AND DYNAMIC LOADS
The paper presents the results of experimental researches of masonry fragments under static and dynamic loads. The measurements of deformation and natural vibration frequencies of the
© Д.Г. Копаница, О.В. Кабанцев, Э.С. Усеинов, 2012
samples were performed during the process of research. It is shown that the appearance of inelastic deformation and fracture changes the natural vibration frequencies, obtained from the analysis of the spectra. The results of the experiments of the masonry fragments, obtained under the action of the static force and dynamic loads, have been compared.
Keywords: masonry; shock loading; natural vibration frequency; fracture mode.
Определение расчетных схем сооружений, испытывающих действие сейсмической нагрузки, является весьма сложной задачей, для решения которой необходим анализ результатов многочисленных экспериментов. Исследование зданий из кирпича осложнено трудностью моделирования поведения здания при действии сейсмической нагрузки. Наряду с испытаниями с применением динамических машин проводятся экспериментальные исследования на действие статических нагрузок, создаваемых мощными домкратами, сдвигающими основание здания по заданной схеме. Динамический эффект достигается сбросом нагрузки, приводящим здание в движение. Скорости нагружения конструкций здания относительно невелики. Измерения показывают, что при землетрясении перегрузки, возникающие в конструкциях здания, не превышают 2g [18]. Невысокие скорости нагружения мало влияют на свойства материала, поэтому для обоснования расчетных схем вполне приемлемыми являются результаты статического эксперимента.
Исследования поведения здания с использованием сейсмической машины дают представление о его работе в целом, с определением динамических параметров и деформаций конструкций во всем диапазоне прочности материалов. При этом возникают определенные трудности, препятствующие разрушению конструкций здания. Нагрузка от машины на здание передается на фиксированной частоте. При появлении трещин в кладке под действием вибромашины собственные частоты здания снижаются. «Разрыхление» кладки приводит к увеличению демпфирующих свойств конструкции кирпичных стен. Конструкция здания выходит из резонансной зоны, создаваемой вибромашиной, приспосабливаясь к действующей нагрузке. Этот эффект снижает разрушительное действие нагрузки, действующей на фиксированной частоте. Детальное рассмотрение поведения кирпичного здания при разрушении облегчается, если рассматривать работу его моделей. Достаточно полную информацию о работе кирпичных конструкций можно получить при исследовании фрагментов здания или его моделей. М. Джабаровым установлено, что снижение частоты собственных колебаний фрагмента стены до 62 % свидетельствует о его разрушении [4].
Выбор конструкции экспериментального образца определяется особенностью работы фрагмента здания и возникающих в нем напряжений под действием направленной динамической нагрузки.
Анализ последствий многочисленных сильных и разрушительных землетрясений, выполненный в работах О.О. Андреева, А.И. Мартемьянова, А.И. Махатадзе, В.И. Ойзермана, А.О. Оразумбетова, С.В. Полякова и др. [2, 12-14], показывает, что одной из наиболее уязвимых конструкций каменной кладки являются междуоконные простенки, основные схемы повреждений которых, в зависимости от направления сейсмической нагрузки, изучены в [1, 3, 5-8].
В работе [15] было показано, что простенки несущих стен при действии горизонтальных сейсмических сил работают подобно заполнению каркаса при его перекосе (рис. 1, а). При этом, в отличие от заполнения каркасов, у простенков отсутствуют напряжения по их вертикальным граням.
Рис. 1. Схемы работы простенка в стене при действии горизонтальных и вертикальных нагрузок
Для кирпичной кладки характерны три стадии деформирования, наступающие одна за другой по мере увеличения нагрузки.
В первой стадии, когда сейсмические силы малы, простенки работают совместно с надоконным поясом по всей площади их контакта, а вертикальная нагрузка с верхнего простенка на нижний передается по всему сечению.
Во второй стадии в растянутых зонах сечения простенков на уровнях верха и низа, примыкающих к ним проемов образуются трещины, и контакт между нижней и верхней кладкой нарушается. В этой стадии передача вертикальной и горизонтальной нагрузок в упомянутых сечениях осуществляется только на длине ас < 2а (где а - половина ширины простенка). Знакопеременная горизонтальная нагрузка вызывает образование трещин и нарушение сцепления с обеих сторон простенка.
а
б
Третья стадия характеризуется сокращением длины сжатой зоны и образованием диагональной трещины в простенке. Как видно на рис. 1, б, один и тот же простенок на разных этажах здания может находиться в разных стадиях деформирования. Это связано с изменением величин и соотношения вертикальных и горизонтальных сил, а также с возможными различиями в прочностных показателях и жесткости простенков.
В практике проектирования зданий, рассчитываемых на действие сейсмической волны, принято, что основная нагрузка действует в горизонтальном направлении и лишь шестая ее часть направлена вертикально.
Между тем известны случаи, когда от действия сейсмической ударной волны дневная поверхность земли сдвигалась по вертикали весьма заметно. Это показано на рис. 2, где видно, что сдвиг дневной поверхности земли произошел на 1 м и более (о. Итуруп, п. Горячие Ключи, 1994 г.).
Рис. 2. Разрывы и сдвиги дневной поверхности грунта в зоне неотектонического разрывного нарушения в п. Горячие Ключи (о. Итуруп, 1994 г.)
Большое разнообразие условий, влияющих на характер деформирования кладки простенков, вызвало необходимость исследований экспериментальных образцов, отражающих, в той или иной мере, реальные условия работы простенка в стене здания.
На рис. 3 приведены схемы основных типов образцов и оборудования, использованных при испытаниях кирпичных простенков в исследованиях различных авторов.
Схема на рис. 3, а впервые была использована в американских опытах довоенного периода [4]. Схема рис. 3, б впервые была применена в работе [15], а затем использовалась в ряде зарубежных исследований. Такая схема
отличается постоянными во время испытаний размерами площадок передачи усилий с опорных устройств на кладку. В схеме рис. 3, в предусмотрено устройство стальной горизонтальной балки, имитирующей работу антисейсмического пояса. Вертикальная нагрузка, представляющая вес вышележащих этажей, создавалась натяжением вертикальных тяг. Однако приблизить к реальным условиям эксперимент не удалось. Стальные ригели в процессе опыта работают упруго и не меняют жесткости. В реальных условиях межоконные пояса, так же как и простенки, по мере увеличения нагрузки получают трещины и в связи с этим постепенно теряют жесткость. Эта схема не отражает реальное соотношение изгибных и сдвиговых деформаций, характерное межо-конным поясам и простенкам реальных зданий. Схема рис. 3, г применялась в ряде опытов ЦНИИСК и ТИССС АН. При этой схеме отрезок верхнего пояса, прижатый к кладке вертикальной нагрузкой, повторяет перемещения верха простенка на всех стадиях его работы под нагрузкой. В итоге сжатой оказывается не диагональ, а одна из граней простенка, и простенок испытывает не перекос, а внецентренное сжатие. На рис. 3, д приведена схема испытаний, в которой несущая способность образца определяется удвоенной прочностью одного, более слабого простенка.
/////'/ А /'•/>/'•/ )/////
/////////////////Г
Рис. 3. Схемы испытаний образцов на действие горизонтальной и вертикальной нагрузок
Для проведения экспериментов выбрана схема на рис. 3, б, позволяющая провести серию экспериментов. Такое нагружение соответствует третьей стадии деформирования простенка стены, вызывая деформацию кладки в своей плоскости. Разрушение образца происходит от действия главных растягивающих напряжений.
Размеры испытуемых образцов 103x106x25 см определялись с учетом результатов эксперимента, проведенного З.Г. Садыховым.
д
г
Образцы выполнены каменщиком средней квалификации в лабораторных условиях с цепной системой перевязки швов из полнотелого одинарного глиняного кирпича марки М100 и кладочного раствора марки М75.
Испытано 4 образца, из них 2 - на действие статической нагрузки, 2 - на действие удара. Проведено сопоставление полученных результатов.
При испытании на действие статической силы нагрузка прикладывалась сверху вниз вдоль диагонали образца, установленного в створ силовой рамы гидравлического пресса. Общий вид испытаний и схема расположения приборов показаны на рис. 4. Деформации измерялись прогибомерами Аистова и датчиками перемещения индуктивного типа.
Рис. 4. Общий вид испытательного стенда и схема расположения датчиков
Испытание каждого образца проведено за 10 этапов. По мере увеличения нагрузки на каждом этапе испытаний проводились измерения частоты собственных колебаний образца. Колебания возбуждались ударной нагрузкой и фиксировались вычислительно-измерительным комплексом посредством акселерометра, установленного на боковой поверхности образца. Эти измерения позволили выявить влияние степени повреждения исследуемых образцов на изменение их динамических параметров.
Работа образцов под нагрузкой отражена на диаграммах деформирования, построенных по показаниям прогибомеров (рис. 5).
Из рассмотрения диаграмм видно, что особенностью работы кирпичной кладки при сжатии по диагонали является практически полное отсутствие пластических деформаций. Деформации сжатия, соответствующие началу разрушения, составили е = 0,3 7оо и е = 0,75 о/оо.
Испытания показали, что все образцы имели одинаковую последовательность трещинообразования и разрушения с появлением первой трещины в центре образца вдоль сжатой диагонали с дальнейшим раскрытием вплоть до полного разрушения. Подобный характер разрушения кладки и виброкир-пичных панелей установлен в работах [9, 10, 16].
-0,75 -0,5 -0,25 0 0,25 0,5 0,75 1
Относительные деформации 8, о/оо
Рис. 5. Диаграммы продольных и поперечных деформаций экспериментальных образцов:
♦ ■ - образец № 2; А х - образец № 1
При испытании образцов установлено, что при действии статической силы вдоль диагонали после появления первой трещины происходило хрупкое разрушение кирпичной кладки (рис. 6).
Рис. 6. Разрушение образцов от действия статической силы
Для описания поведения образца при постепенном увеличении нагрузки в режиме реального времени снимались показания датчика перемещения индуктивного типа, установленного вдоль растянутой диагонали (рис. 7) [11].
Рис. 7. Диаграмма деформирования образца № 2
Диаграмма показывает развитие перемещений, начиная с момента приложения силы до разрушения образца. Разрушающая нагрузка для образцов № 1 и 2 составила 30 и 280,8 кН соответственно. Разрушение происходило после отрыва камня от раствора в вертикальных швах с последующим преодолением касательными напряжениями сопротивления кладки сдвигу вдоль горизонтальных швов в центре образца, а затем на остальных участках диагонали. Трещины в образцах проходили как по камню, так и по растворному шву.
Из рис. 7 видно, что на диаграмме деформаций обозначены характерные точки, соответствующие основным этапам развития деформаций исследуемого образца. Отрезок 0-1 соответствует упругой работе образца. Точка 1 характеризует появление первой трещины в центральной части образца при нагрузке 280,8 кН. Процесс развития трещины продолжался 0,906 с (отрезок 1-2), а ширина раскрытия трещины составила 2,392 мм. Отрезок, ограниченный точками 2 и 3, характеризует процесс перераспределения внутренних усилий в кирпичной кладке в течение 7,538 с, с незначительным ростом деформаций 0,501 мм. На участке между точками 3 и 4 произошел резкий рост деформаций, характеризующий высвобождение накопленной энергии в период перераспределения внутренних усилий в теле образца (участок 2-3), с развитием трещины от центра образца к нагруженным углам сжатой диагонали (рис. 8) в течение 0,058 с, с раскрытием трещины до 4,23 мм. Далее происходило более медленное раскрытие существующих и образование новых трещин (участок 4-5), что привело к полной потере несущей способности образца (рис. 9).
Для получения дополнительной информации о поведении образца под нагрузкой на поверхности кирпичной кладки был установлен акселерометр,
фиксирующий динамические параметры в двух плоскостях, в направлении диагоналей образца. По результатам измерений в режиме реального времени построена диаграмма ускорений (рис. 10).
Рис. 8. Вертикальные трещины в центральной Рис. 9. Трещины в зоне нагружения образца части образца
Рис. 10. Диаграмма ускорений при разрушении кирпичной кладки под действием статической нагрузки
Как видно из диаграммы, разрушение кирпичной кладки сопровождается высвобождением накопленной энергии в виде ускорений различной интенсивности [17].
С увеличением нагрузки до 0,6Рраз (Рраз - разрушающая нагрузка) на диаграмме видны ускорения малой интенсивности, вызванные охрупчиванием материала и выборкой межшовных пустот. Это не вызвало снижения частот собственных колебаний фрагмента. Увеличение нагрузки до 0,95 Рраз вызвало появление неупругих деформаций и вертикальной трещины до 2,4 мм с соответствующим всплеском ускорений до 0,5^. Фаза стабилизации ускорений, в процессе которой происходило перераспределение внутренних усилий в теле кладки, характеризуется незначительным ростом деформаций. Дальнейшее увеличение нагрузки (до Рраз = 280,0 кН) привело к резкому росту деформаций и потере несущей способности образца. Раскрытие существующих и образование новых трещин в момент разрушения образца вызвало появление ускорений до 1,6^ с соответствующим снижением собственных частот.
По мере увеличения нагрузки на каждом этапе испытаний проводилось измерение частот собственных колебаний. При подготовке опытного образца проведено первое измерение. Колебания возбуждались ударной нагрузкой и фиксировались вычислительно-измерительным комплексом. «Нулевой» этап нагружения характеризуется соответствующим спектром частот на рис. 11.
Рис. 11. Спектр мощности колебаний образца на «нулевом» этапе нагружения
Частота собственных колебаний по основному тону ненагруженного образца равна 31,1 Гц. Приложенная на первом этапе статическая нагрузка 32,0 кН вызвала за счет включения в работу нижней и верхней опоры двукратное увеличение частоты (рис. 12). При увеличении нагрузки до 208,0 кН на акселерограммах появлялись более высокие частоты при практически не изменяющихся спектрах собственных частот.
Увеличение нагрузки до 272,0 кН вызвало появление неупругих деформаций и вертикальной трещины до 2,4 мм с соответствующим расширением спектра и смещением его в область низких частот (рис. 13). При этом нижнее значение частоты снизилось с 60 до 15 Гц. Ширина полосы спектра выросла по сравнению с исходным значением в 3 раза.
Увеличение нагрузки до 280,8 кН привело к разрушению образца с соответствующим снижением собственной частоты образца до 11,1 Гц (рис. 14).
Экспериментальные исследования показали, что разрушение фрагмента кладки при действии статической силы условно можно разделить на 2 этапа.
На первом этапе образовалась продольная трещина вдоль сжатой диагонали с 4-кратным снижением частоты собственных колебаний по основному тону. На втором этапе при незначительном росте нагрузки произошло развитие трещин и разрушение образца.
Рис. 12. Спектр мощности колебаний образца при нагрузке 208,0 кН
Рис. 13. Спектр мощности колебаний образца при нагрузке 272,0 кН
Рис. 14. Спектр мощности колебаний образца при нагрузке 280,8 кН
Динамические испытания исследуемых образцов проводились на копровой установке. Действие нагрузки принято по схеме статических испытаний вдоль диагонали образца (рис. 15). Нагрузка на образец создавалась за
счет энергии падающего груза. Удар приходился на силомер, находящийся на распределительной траверсе.
Рис. І5. Общий вид испытаний на копровой установке
Масса сбрасываемого груза составила 500 кг, а высота падения груза изменялась в пределах от 0,5 до 1,5 м. Серией ударов образцы кирпичной кладки доводились до предельного состояния. За предельное состояние принималось полное разрушение образцов или образование и раскрытие трещин в кирпичной кладке более 5 мм.
В процессе эксперимента проводились измерения ускорений, скоростей и перемещений. Для этого на поверхности кирпичной кладки были установлены датчики ускорения (ДУ) Analog Divays, работающие в двух плоскостях (X, Y).
Помимо датчиков ускорения на поверхности образцов были установлены датчики перемещения индуктивного типа. Общая схема установки приборов и устройств показана на рис. 16.
Первый образец испытан в два этапа на действие двух последовательно приложенных ударных нагрузок, диаграммы которых показаны на рис. 17. На первом этапе удар создавался падающим грузом массой 500 кг с высоты 0,75 м. Продолжительность действия нагрузки составила 15 мс с максимальным значением 360,14 кН.
Первый удар вызвал появление трещины вдоль сжатой диагонали, развитие которой зафиксировано датчиками перемещений, установленными в средней части конструкции (рис. 18). Ширина раскрытия трещины составила 1,7 мм.
С-1
Рис. 16. Схема расстановки приборов и устройств при испытании на копре
Второй удар проводился по образцу с трещиной. Демпфирующие свойства кладки способствовали изменению диаграммы нагрузки (рис. 17). Градиент нагрузки снизился по отношению к первому удару на 30 %, соответственно, на 30 % с 15 до 19 мс увеличилась продолжительность воздействия.
Время, с
Рис. 17. Диаграмма динамической нагрузки на образец № 1
Диаграмма деформирования образца, построенная по показаниям датчиков перемещения ДП-1, ДП-2 представлена на рис. 19. Деформации сжатия образца вдоль действующей нагрузки запаздывают во времени на 9 мс по
сравнению с деформациями растяжения и достигают в два раза меньшего значения (0,94 мм при сжатии против 1,77 мм при растяжении, за вычетом ширины трещины 1,7 мм). Запаздывание продольных деформаций по отношению к поперечным на 9 мс соответствует частоте колебаний по 3-й форме собственных колебаний конструкции.
Рис. 18. Диагональная трещина с выходом на торцевую поверхность, образец № 1 после первого удара
О 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025 0,03
Время, с
Рис. 19. Диаграмма деформирования по показаниям датчиков перемещения ДП-1, ДП-2, образец № 1
Реакция образца на действующую нагрузку отражена на диаграммах ускорений датчиков ДУ-2 и ДУ-3, установленных на главной диагонали в направлении действующей нагрузки (рис. 20). Обозначенные участки на
диаграммах отражают колебания образца в момент действия ударной нагрузки (участок I) и после отскока груза (участок II).
Рис. 20. Диаграмма вертикальных ускорений датчиков ДУ-2, ДУ-3 при первом ударе
Расположенный ближе к траверсе ДУ-2 показал меньшие значения ускорений по сравнению с датчиком ДУ-3, расположенным в зоне опорной части конструкции. Амплитуда ускорений вышерасположенного датчика ДУ-2 равна 48,41 м/с2. Действие удара вызвало ускорение опорной части конструкции до 67,4 м/с2 (ДУ-3). Соответствующие спектры мощности колебаний показаны на рис. 21.
Рис. 21. Спектры мощности колебаний датчиков ДУ-2, ДУ-3 при первом ударе
Основному тону колебаний соответствует частота 62,34 Гц. Амплитуда спектра колебаний датчика ДУ-2 в 1,5 раза ниже в сравнении с амплитудой спектра колебаний датчика ДУ-3. Это соответствует более интенсивному процессу деформирования опорной части образца с проявлением высокочастотных колебаний на третьей частоте, равной 180 Гц.
После отскока груза происходили колебания свободной от нагрузки конструкции, этому процессу соответствует второй участок диаграммы ускорений на рис. 20. Согласно спектру мощности колебаний на рис. 22 основному тону соответствует частота 31,3 Гц. Снижение частоты колебаний
до 31,3 Гц отражает появление трещины в теле конструкции. При этом произошло выравнивание спектров мощности колебаний ДУ-2 и ДУ-3.
Рис. 22. Спектры мощности колебаний датчиков ДУ-2, ДУ-3 после отскока груза
На втором этапе испытаний высота падения груза была снижена до 0,5 м, масса груза 500 кг не изменялась. Продолжительность действия нагрузки составила 19 мс с максимальным значением 210,8 кН.
Действие нагрузки при втором ударе разрушило образец на две примерно равные части (рис. 23).
Рис. 23. Разрушение образца № 1 после второго удара
Диаграммы перемещений, описывающие поведение образца при разрушении, приведены на рис. 24. Характер деформаций образца во время второго удара качественно совпал с картиной деформирования при первом нагруже-
нии. Деформации растяжения в поперечном направлении превысили деформации сжатия вдоль действующей нагрузки в 4 раза. Как и при первом ударе, деформации сжатия запаздывают по сравнению с поперечными деформациями. Скорость раскрытия трещины в процессе разрушения составила 4,16 м/с.
Время, с
Рис. 24. Диаграмма деформирования при втором ударе, образец № 1
Диаграмма ускорений, описывающая поведение образца в процессе повторного нагружения, показана на рис. 25. Максимальное значение ускорений
49,3 м/с2 зафиксировано в первом цикле колебаний. Действие второго удара пришлось на правую отделенную трещиной часть фрагмента.
»-
Л
І «- .. 1
1 ' \
\ \ У
1
! 1
1 1
в у
, „ , , я * 18 л * ,
Рис. 25. Диаграмма вертикальных ускорений датчика ДУ-2 при втором ударе
В соответствии со спектром мощности колебаний, показанном на рис. 26, колебания отделившейся части происходили в основном на первой и третьей частоте собственных колебаний. Частота основного тона составила 31,11 Гц, а частота по третьей форме колебаний равна 92,7 Гц.
Рис. 26. Спектр мощности колебаний датчика ДУ-2 при втором ударе
Испытание второго образца проведено на действие ударной нагрузки, значительно превышающей его несущую способность. Удар выполнен падающим грузом массой 500 кг с высоты 1,5 м. Диаграмма изменения динамической нагрузки во времени показана на рис. 27.
Время, с
Рис. 27. Динамическая нагрузка на образце № 2
Продолжительность действия нагрузки на образец составила 12 мс. Форма импульса соответствует треугольному закону распределения с максимальным значением силы 540,78 кН. Действие удара привело к разрушению образца (рис. 28). Фрагмент кладки разделился на две практически равные части вертикальной трещиной по диагонали образца, совпадающей с направлением удара.
Рис. 28. Разрушение образца № 2
Диаграмма деформирования образца, построенная по показаниям датчиков перемещения ДП-1, ДП-2, представлена на рис. 29.
3 200
а
* 13'Г «
Ц
В
<и
а 1-':
<и а
^ и-:
100 80 60 40 20 О
О 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08
Время, с
Рис. 29. Диаграмма деформирования образца № 2 по показаниям датчиков перемещения ДП-1, ДП-2
Скорости деформаций образца в направлении действия удара изменялись до 1,3 м/с, а в поперечном направлении - до 3 м/с.
Диаграмма ускорений и соответствующие спектры мощности колебаний датчиков ДУ-2, ДУ-3, установленных вдоль линии действия нагрузки, показаны на рис. 30.
а
Рис. 30. Диаграммы ускорений (а) и спектры мощности колебаний (б) датчиков ДУ-2, ДУ-3, образец № 2
Действие ударной нагрузки вызвало максимальные ускорения до
68,4 м/с2 в нижней части образца (ДУ-3). При разрушении произошло сужение спектра мощности колебаний и снижение частоты колебаний образца по основному до 7,86 Гц.
Эксперименты показали, что трещинообразование в кирпичной кладке как при статическом, так и при динамическом нагружении сопровождается изменением динамических параметров. Появление разуплотнений и трещин в кладке при увеличении нагрузки характеризуется смещением спектра мощности колебаний в область низких частот.
Действие динамической нагрузки при скорости до 5 м/с не оказывает существенного влияния на характер образования трещин по сравнению с тре-щинообразованием от действия статической нагрузки.
Разрушение образца кирпичной кладки от действия статической силы характеризуется тремя этапами. На первом этапе появились микротрещины со слабыми импульсами ускорений до 0,125 м/с2. На втором этапе появилась трещина ограниченной длины, характеризуемая всплеском ускорений до 0,5 м/с2. Полное разрушение образца произошло с появлением магистральной трещины, разделившей образец на две части с соответствующим импульсом ускорений с амплитудой 1,6 м/с2.
Схема разрушения образца кирпичной кладки при действии статической силы качественно совпала со схемой разрушения образца при действии динамической нагрузки.
Сопоставление результатов экспериментов показало, что разрушение опытных образцов как при действии статической силы, так и при действии динамической нагрузки началось на одинаковой частоте собственных колебаний с нижним тоном 62,84 Гц.
Образование трещин в кирпичной кладке вызвало изменение динамических параметров образцов и характеризовалось смещением спектра мощности колебаний в область низких частот с соответствующим снижением частоты колебаний при динамическом разрушении до 7,06 Гц и до 11,87 Гц при разрушении от статической нагрузки.
Библиографический список
1. Айзенберг, Я.М. О критериях предельных состояний и диаграммах восстанавливающая сила-перемещение при расчетах на сейсмические воздействия / Я.М. Айзенберг, Л.Ш. Килимник // Сейсмостойкость зданий и инженерных сооружений / под ред. И.И. Гольденблата. - М., 1972. - С. 46-60.
2. Андреев, О.О. Уроки землетрясения. Общие выводы / О.О. Андреев, В.И. Ойзерман // Карпатское землетрясение 1986 г. / под ред. А.В. Друмя, Н.В. Шебалина, Н.Н. Складне-ва [и др.]. - Кишинев, 1990. - С. 323-325.
3. Вильямс, Д. Сопротивление армированной кирпичной кладки статическим и динамическим нагрузкам / Д. Вильямс, Ж. Шривер // Сейсмостойкие сооружения и теория сейсмостойкости (по материалам V Международной конференции по сейсмостойкому строительству) / под ред. С.В. Полякова, А.В. Черкашина. - М., 1978. - С. 204-207.
4. Джабаров, М. Методы усиления кирпичных зданий пневмобетоном и штукатурными слоями в сейсмических районах : дис. ... канд. тех. наук. / Академия наук Таджикской ССР. Институт сейсмостойкого строительства и сейсмологии. - Душанбе, 1986. - 221 с.
5. Еременок, П.Л. Монолитность и сейсмостойкость конструкций из естественного камня / П. Л. Еременок, Ю.В. Измайлов. - Кишинев, 1968. - 202 с.
6. Жунусов, Т.Ж. Основы сейсмостойкого строительства / Т. Ж. Жунусов. - Алма-Ата, 1990. - 270 с.
7. Измайлов, Ю.В. Усиление зданий, поврежденных землетрясением / Ю.В. Измайлов,
В. А. Буровенко, А.Ф. Кирпий // Карпатское землетрясение 1986 г. / под ред. А.В. Друмя, Н.В. Шебалина, Н.Н. Складнева [и др.]. - Кишинев, 1990. - С. 303-317.
8. Кабанцев, О.В. Макросейсмический эффект землетрясения 4 октября 1994 г. на островах Итуруп, Кунашир, Шикотан / О.В. Кабанцев // Экспресс-информация ВНИИИС Госстроя СССР. Серия 14. Строительство в особых условиях. Сейсмостойкое строительство. - М., 1995. - Вып. 4. - С. 7-11.
9. Кожаринов, С.В. Исследование деформаций кирпичной кладки при действии горизонтальных нагрузок / С.В. Кожаринов // Динамика и сейсмостойкость зданий и сооружений: сб. ИССС АН ТаджССР. - Душанбе, 1980. - С. 127-134.
10. Коноводченко, В.И. Усиление стен кирпичных зданий для повышения их сейсмостойкости / В.И. Коноводченко // Сейсмостойкость крупнопанельных и каменных зданий. - М., 1967. - С. 180-186.
11. Копаница, Д.Г. Динамические свойства фрагмента кирпичной кладки в процессе разрушения от действия сжимающей силы / Д.Г. Копаница, Э.С. Усеинов // Железобетонные конструкции: Исследования, проектирование, методика преподавания: сб. докладов Международной научной методической конференции, посвященной 100-летию со дня рождения В.Н. Байкова (4-5 апреля 2012 г., Москва) / под ред. А.Г. Тамразяна; М-во образования и науки Рос. Федерации; ФГБОУ ВПО «Моск. гос. строит. ун-т». - М. : МГСУ, 2012. - С. 182-187.
12. Мартемьянов, А.И. Способы восстановления зданий и сооружений, поврежденных землетрясением / А.И. Мартемьянов, В.В. Ширин. - М., 1978. - 204 с.
13. Махатадзе, Л. Н. Комплексный метод исследования сейсмостойкости каменных зданий / Л.Н Махатадзе. - Тбилиси, 1983. - 111 с.
14. Ойзерман, В. И. Уроки землетрясения. Анализ поврежденных зданий / В. И. Ойзерман // Карнатское землетрясение 1986 г. / нод ред. А.В. Друмя, КВ. Шебалина, H.H. Складне-ва [и др.]. - Кишинев, 1990. - С. 318-323.
15. Поляков, С. В. Прочность и деформации виброкирпичных панелей при перекосе /
С. В. Поляков, В. И. Коноводченко // Сейсмостойкость сборных крупноэлементных зданий. - М., 1963. - С. 131-148.
16. Тонких, Г.П. Результаты статических испытаний каменной кладки, усиленной железобетонной аппликацией / Г. П. Тонких, О. В. Кабанцев, В. В. Кошаев // Вопросы безопасности военной деятельности, создания и функционирования объектов военной инфраструктуры: сб. научных трудов нод ред. С.К Латушкина, Ю.В. Малофеева. - М. : 26 ЦИИИ, 2007. - С. 105-116.
17. Усеинов, Э.С. Образование трещин в кирпичной кладке нри сжатии / Э.С. Усеинов // Перспективы развития фундаментальных наук [Электронный ресурс]: труды IX Международной конференции студентов и молодых учёных. Россия, Томск, 24-27 апреля 2012 г. / нод ред. Г.В. Ляминой, Е.А. Вайтулевич. - Электрон. текст. дан. (30 Мб). - Hациональный Исследовательский Томский политехнический университет, 2011. - С. 800-802.
18. Фахриддинов, У. Сейсмозащита многоэтажных кирпичных зданий в районах высокой сейсмической опасности : дис. ... докт. техн. наук / Московский институт коммунального хозяйства и строительства. - М., 2004. - 283 с.
