Ключевые слова: каменные сводчатые перекрытия, дефекты каменных сводов, несущая способность кладки.
На сегодняшний день, сохранилось не мало исторических зданий, которые имеют историческую ценность и находятся в реестре объектов культурного наследия. В этих зданиях преобладают каменные сводчатые перекрытия. Каменные своды являются важным элементом исторического и архитектурного наследия. Они украшают храмы, соборы, дворцы и культовые сооружения разных эпох и культур. Однако с течением времени каменные своды подвержены разнообразным физическим и структурным дефектам, которые могут оказать существенное влияние на их несущую способность и долговечность.
Дефекты кладки каменных сводов могут варьироваться в зависимости от различных факторов, таких как тип материала, климатические условия, методы строительства и временной фактор. Одним из наиболее распространенных видов дефектов являются деформационные трещины. Они могут возникать из-за неравномерных усадок каменных блоков; под воздействием температурных перепадов; вертикальных перемещений пяты свода, вызванных неравномерной осадкой фундамента. Трещины могут привести к нарушению целостности свода и повысить риск его обрушения.
Также, при недостаточной жесткости опорного контура возможна горизонтальная подвижка опор из-за действия распора. Горизонтальное смещение опор сводов является наиболее опасным видом деформации, поскольку появляются трещины в замке свода, снижается стрела подъема, высота сжатой зоны сечения и, как следствие, несущая способность конструкции. В цилиндрическом своде, нагруженном собственным весом, максимальное растягивающее напряжение, располагается на нижней поверхности в центре пролета и таким образом появляется трещина. Для предотвращения дальнейшего расползания опор следует установить затяжку, которая воспримет часть распора. Данный вид дефекта может быть предотвращен при наличии воздушных связей, которые могут включаться в работу на стадии деформации.
Также одним из дефектов может являться разрушение воздушных связей, возникающее вследствие податливости анкеров, температурных деформаций металла затяжки, коррозией. Из-за выхода из строя воздушных связей снижается общая пространственная жесткость конструкции. Данный вид дефекта устраняется за счет замены воздушных связей.
Если причиной деформации свода послужила подвижка опоры, то при укреплении важно обеспечить несмещаемость опорного контура. Основным способом является устройство стягивающего пояса и усиление фундаментов.
При выполаживании свода могут образовываться висячие зоны, которые удерживаются только за счет сцепления раствора в швах. При недостаточном сцеплении раствора возможно выпадение кирпичей из кладки. Необходимо зафиксировать слабо обжатые участки. В этом случае применяют такие методы как введение распределяющего элемента — металлической балки, и создание дублирующего сводчатого элемента из железобетона. Так образуется составное сечение. Их совместная работа обеспечивается постановкой анкеров и инъектированием зазоров между ними. Если дальнейшее нагружение свода невозможно, производят его разгрузку.
Другим распространенным дефектом является выветривание кладки. Этот процесс характеризуется постепенным разрушением поверхности материалов под воздействием атмосферных условий, влаги и химических реакций. Выветривание может снизить прочность камня и стать источником опасности для структурной устойчивости свода.
Дефекты кладки каменных сводов могут вызывать ряд серьезных проблем, которые варьируются от потенциальных угроз безопасности до воздействия на сохранность объектов культурного наследия. Одним из наиболее серьезных вопросов является угроза разрушения. Трещины, выветривание и другие дефекты могут привести к ухудшению структурной целостности свода, и, как следствие, возможности его обрушения, что представляет опасность для окружающих и может вызвать ущерб для исторически важных зданий.
Кроме того, дефекты кладки могут также привести к ухудшению эстетического состояния архитектурных памятников. Разрушенная или деформированная кладка может нанести вред внешнему виду объектов культурного наследия, что ухудшает общий визуальный эффект. Также это может привести к потере исторической ценности и уникальности объекта. В данном случае проводится инъектирование кладки, а также традиционные методы реставрации, такие как вычинка отдельных кирпичей, расшивка и зачиканка швов. Для сохранности первоначального вида исторически значимого объекта используют методики и материалы, приближенные к тем, которые применялись в процессе первоначального строительства.
Для оценки несущей способности кладки каменных сводов проводятся разнообразные исследования, которые включают в себя как экспериментальные, так и аналитические методы. Эти исследования направлены на определение прочности свода, его устойчивости и способности сопротивляться различным нагрузкам. Ниже представлены ключевые методы, используемые при оценке несущей способности кладки каменных сводов:
- Статические испытания представляют собой наиболее распространенный способ оценки несущей способности. Они включают в себя применение нагрузок на свод и измерение реакций свода на эти нагрузки. Экспериментальные данные, полученные в результате статических испытаний, позволяют оценить, насколько безопасно можно эксплуатировать свод.
- Динамические испытания проводятся для изучения динамического поведения свода при воздействии вибраций или динамических нагрузок. Они могут использоваться для определения естественных частот колебаний и резонансных явлений, что помогает выявить возможные дефекты или ухудшение целостности конструкции.
- Математическое моделирование и численный анализ с помощью компьютерных программ позволяют инженерам создавать виртуальные модели сводов и исследовать их поведение при различных условиях нагрузки. Это эффективный способ предварительной оценки несущей способности и выявления потенциальных проблемных зон.
Для обеспечения сохранности кладки каменных сводов необходимо производить обследование технического состояния конструкций, которое проводится с целью установления степени повреждения и категории технического состояния обследуемых конструкций. В случае возникновения трещин в каменных конструкциях, прежде всего, должна быть установлена динамика их развития во времени. Эта задача решается путем мониторинга выявленных трещин.
При выявлении существенных дефектов необходимо произвести комплекс мероприятий по усилению и восстановлению несущей способности свода. В зависимости от проверочных расчетов и видов дефектов применяют различные методы. Наиболее распространенными являются: армирование кладки, создание дублирующих конструкций, усиление каменных сводов поверхностным армированием, восстановление воздушных связей, разгрузка сводов, вычинка кладки и перекладка части свода.
Исследование влияния дефектов кладки на несущую способность каменных сводов имеет огромное значение для сохранения нашего культурного наследия и обеспечения безопасности зданий и сооружений. Тщательные исследования, профилактические меры и работы по восстановлению позволяют продлить жизнь каменных сводов и сохранить их величие для будущих поколений.
Литература:
- Беспалов В. В., Зимин С. С. Прочность каменной кладки сводчатых конструкций // Строительство уникальных зданий и сооружений. 2016. № 11 (50). С. 37–51.
- Гойкалов А. Н., Щербаков В. И. Исследование технического состояния исторических здания и анализ сохранности каменной кладки несущих конструкций // Инженерно-строительный вестник Прикаспия. 2021. № 1 (35).
- Пучкова Н. А. Численное моделирование усиления кирпичных сводов с дефектами и повреждениями // Сборник статей магистрантов и аспирантов СПБГАСУ. 2019. — 187с.
- Физдель И. А. Дефекты и методы их устранения в конструкциях и сооружениях. — М., Стройиздат, 1970. — 175 с.
