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

Актуальность темы исследования. Реализация Федеральной целевой
программы «Повышение устойчивости жилых домов, основных объектов
и систем жизнеобеспечения в сейсмических районах Российской Федерации на
2009–2018 годы» [2]1, а также постоянное освоение территорий, богатых
природными ресурсами, находящихся, как правило, в регионах, отличающихся
суровыми климатическими и сложными грунтовыми условиями, ставят перед
инженерами-строителями ряд новых исследовательских задач. Решение этих
задач должно привести к созданию новых или усовершенствованию уже
существующих конструкций зданий, отвечающих предъявляемым к ним
требованиям, среди которых на первом месте стоит повышение сейсмостойкости
и теплостойкости.
Весьма острой представляется проблема реновации и повышения несущей
способности конструкций существующего жилого фонда, размещенного
в каменных и кирпичных зданиях с недостаточным уровнем сейсмостойкости,
возникшая как в результате увеличения площади районов с повышенным уровнем
сейсмичности, так и за счет специфики требований к каменным конструкциям
сейсмостойких зданий. Анализ последствий разрушительных землетрясений [157;
164; 181] показывает, что здания с несущими стенами из каменной кладки, в том
числе построенные с железобетонными включениями, не обеспечивают
необходимую сейсмостойкость при землетрясении (Рисунок В.1).
Наиболее надежными при динамических, в том числе сейсмических,
воздействиях считаются монолитные и панельные здания. Но в связи с высокой
стоимостью энергоносителей, растущими налогами на производственные
мощности, необходимостью значительных капиталовложений, ограниченностью
Согласно Постановлению Правительства РФ от 12.10.2017 № 1243 реализация данной
федеральной целевой программы досрочно была прекращена с 01.01.2018 г. Реализация
мероприятий программы осуществляется в рамках государственной программы РФ
«Обеспечение доступным и комфортным жильем и коммунальными услугами граждан
Российской Федерации» [1].
планировочных возможностей панельное и объемно-блочное домостроения не
являются единственными приоритетными видами строительства.

Рисунок В.1 – Разрушение многоэтажного жилого дома с несущими стенами
из кирпичной кладки в результате Румынского землетрясения 1977 г. [190].
Возведение каркасных зданий в сейсмических районах целесообразно
выполнять с применением выключающихся элементов или связей [16; 20; 22; 28;
83; 101; 102; 117; 141; 145]. При этом такие конструктивные решения достаточно
сложны в реализации, требуют высокого уровня проектирования, могут
разрушаться при афтершоках землетрясений. Расчет подобных зданий трудоемок
и требует высокой точности и наличия полных исходных данных, в том числе по
сейсмологической обстановке площадки строительства [19; 21; 22; 25; 26; 87; 106;
125; 134; 162; 163; 167; 172; 187].
С позиций сейсмостойкости среди обычных зданий рядовой, массовой
застройки наиболее надежными представляются здания с несущими стенами,
диафрагмами, ядрами жесткости, здания коробчатого типа и другие жесткие
здания, достаточно прочные и имеющие высокие демпфирующие свойства [45;
54; 114; 124].
Не все здания с несущими стенами одинаково надежны. Здания со стенами
из кирпичной или каменной кладки при сильных землетрясениях демонстрируют
недостаточную (или низкую) сейсмостойкость. Это обусловлено относительно
хрупким характером разрушения элементов таких конструкций и частыми
отклонениями при возведении от заложенной в проект прочности и надежности.
Более высокую надежность при сильных землетрясениях
продемонстрировали крупнопанельные здания.
Одной из наиболее сложно решаемых проблем, возникающих при
строительстве сейсмостойких зданий, является выбор конструкции наружных
стен.
Возможным решением, удовлетворяющим требованиям повышения
сейсмостойкости, а также обладающим сопротивлением теплопередаче,
соответствующим высоким требованиям норм, является несущая многослойная
каменно-монолитная стена, разработанная в Центре исследований
сейсмостойкости сооружений (ЦИСС) ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко для районов
с высокой сейсмической опасностью (до 10 баллов).
Несущие многослойные стены состоят из трех или четырех слоев.
Внутренний несущий слой выполняется из железобетона, а в некоторых случаях
(при невысокой сейсмической опасности, наличии сейсмоизоляции) – из бетона.
Требуемое сопротивление теплопередаче обеспечивается за счет применения во
внутреннем слое наружной стены эффективного утеплителя с низким показателем
теплопроводности.
Анализ, проведенный для различных конструктивных решений стен [143],
показал, что многослойные каменно-монолитные стены могут быть решением,
предпочтительным для строительства в климатических условиях сейсмических
районов Сибири, Забайкалья и Дальнего Востока. Подобная конструктивная
система сочетает в себе высокие теплотехнические характеристики и высокую
сейсмостойкость [13; 43; 186]. Высокая надежность и сейсмостойкость
конструктивного решения достигается во многом за счет значительной
статической неопределимости конструкции зданий и значительного рассеяния
энергии при нелинейном деформировании и взаимодействии элементов слоистой
конструкции между собой [100; 151; 175].
Среди зданий с многослойными конструкциями стен с положительной
стороны зарекомендовали себя здания с четырехслойными наружными
и трехслойными внутренними стенами [144]. При наличии инвентарной опалубки
в таких зданиях возможно также устройство однослойных внутренних стен из
монолитного железобетона или кирпичных с соответствующим армированием.
Для зданий с многослойными стенами характерны следующие достоинства:
 сейсмостойкость зданий с каменно-монолитными стенами сравнима
с сейсмостойкостью крупнопанельных зданий и домов со стенами из монолитного
железобетона;
 выразительность и красивый внешний вид фасада;
 свобода планировочных решений, не ограниченная типоразмерами
опалубки;
 высокие теплотехнические свойства;
 комфортные санитарно-гигиенические условия проживания
(влажностный режим, звукоизоляция);
 в ряде регионов возможно широкое применение местных строительных
материалов (кирпич керамический, силикатный, ракушечный, туфы,
шлакобетонные блоки и др.);
 возможность вести строительство без тяжелых кранов и без
дорогостоящей базы стройиндустрии [18; 27; 44].
Оптимальной конструкцией наружной стены по стоимости, по внешнему
виду, по технологичности и эксплуатационным качествам является стена,
возводимая в рамках единого технологического цикла, с сохранением сцепления
и взаимодействия между ограждающими и железобетонным слоем.
Каменно-монолитные многослойные стены представляют собой
композитную конструкцию, формирование напряженно-деформированного
состояния которой при нагружении определяется как параметрами работы
отдельных слоев, так и их взаимодействием, а также взаимовлиянием. Таким
образом, механические характеристики многослойной композитной конструкции
существенным образом зависят как от характеристик материалов отдельных
слоев, так и в значительной степени от условий их совместной работы в составе
композита.
Сдерживающим фактором применения каменно-монолитных многослойных
стен является то, что до настоящего времени расчет зданий с многослойными
стенами выполнялся исходя из условия, что вся нагрузка (вертикальная
и горизонтальная) воспринимается только монолитным железобетонным слоем.
Неопределенность ключевых положений действующих норм сейсмостойкого
строительства, отсутствие каких-либо указаний или требований по
характеристикам предельных состояний каменно-монолитных многослойных
стен, определяющим уровень сейсмостойкости таких конструкций, являются
основанием того, что нормативы в области строительства зданий с несущими
каменно-монолитными многослойными стенами требуют актуализации.
Необходимо обосновать и сформулировать подходы к определению
характеристик и особенно критериев предельных состояний, что позволит
выполнять оценку прочности и формировать обоснованный прогноз пределов
неупругого деформирования таких конструкций при сейсмических воздействиях.
Определение значений параметров, определяющих возможность
упругопластического деформирования, характера и момента разрушения, а также
обоснование характеристик предельных состояний каменно-монолитных
многослойных стен сейсмостойких зданий может быть выполнено на основе
экспериментально-теоретических исследований таких конструкций. Требуется
определить характерные константы для конструкции и отдельных ее элементов
и разработать на этой базе с проведением численных исследований модель
многослойного каменно-монолитного композита, пригодную для инженерного
анализа и широкого применения. Такой моделью может стать
плосконапряженный однослойный изотропный элемент, для которого получены
характеристики материала и зависимости «напряжение – относительная
деформация» с учетом особенностей взаимодействия и взаимовлияния всех слоев.
Степень разработанности темы диссертации. В диссертации выполнен
анализ трудов ученых в области механики каменной кладки (Т. И. Барановой,
О. В. Кабанцева, В. И. Коноводченко, Д. Г. Копаницы, Р. Мели, Л. И. Онищика,
В. В. Пангаева, М. Я. Пильдиша, С. В. Полякова, С. М. Сафаргалиева,
С. А. Семенцова, Б. С. Соколова, Г. П. Тонких, Б. Н. Фалевича), математического
моделирования каменной кладки (Г. А. Гениева, О. В. Кабанцева,
Г. Г. Кашеваровой, В. В. Пангаева, Б. С. Соколова, Г. А. Тюпина, R. Capozucca,
S. Fattal, A. W. Hendry, A. W. Page), сейсмостойкого строительства
(Я. М. Айзенберга, Г. А. Ашкинадзе, В. С. Беляева, Д. Ф. Борджеса, И. И. Ведякова,
И. И. Гольденблата, Б.В. Гусева, Т. Ж. Жунусова, В. И. Жарницкого,
А. В. Забегаева, К. С. Завриева, И. Л. Корчинского, Х. Н. Мажиева, Ю. П. Назарова,
Н. Ньюмарка, А. В. Перельмутера, Е. Поллнера, С. В. Полякова, Н. Н. Попова,
А. Равара, Э. Розенблюета, Б. С. Расторгуева, В. И. Смирнова, А. Г. Тамразяна,
А. Г. Тяпина, А. М. Уздина, Э. Е. Хачияна, А. И. Ципенюка, Г. И. Шапиро,
M. A. Biot, L. R. Esteva, G. W. Housner, H. Shibata, A. S. Veletsos).
Несмотря на большой объем выполненных исследований в области
сейсмостойкости комплексных конструкций с применением каменной кладки,
включая многослойные, следует отметить, что вопросы взаимовлияния
и взаимодействия материалов многослойных конструкций на пластическую
стадию деформирования и разрушение элементов стен в условиях двухосного
напряженного состояния не отражены в научных публикациях и в действующих
нормах.
Внедрение предлагаемой технологии домостроения сдерживается
спецификой расчетных методов, применяемых для проектирования несущих
многослойных стен. В расчет прочности принимается только железобетонный
слой. Кладочные слои учитываются только как нагрузка на здание. Между тем в
Европе 26 научных организаций из семи европейских стран (Греция, Чехия,
Болгария, Франция, Германия, Испания, Австрия), в том числе Европейский
исследовательский центр в Павии (Италия), Мюнхенский технический
университет, технические университеты в Касселе, Дармштадте, Афинах и др., с
2004 года участвовали в научно-исследовательской работе (project № Coll – Ct-
2003-500291) по изучению допустимых горизонтальных нагрузок при сдвиге
каменной кладки из керамических изделий. Исследования Enhanced Safety and
Efficient Construction of Masonry Structures in Europe (ESECMaSE) [180] показали,
что существуют значительные пластические резервы у конструкций,
выполненных из керамического пустотелого кирпича и камня при восприятии
сейсмических нагрузок.
Таким образом, обозначенные вопросы по механике упругопластического
деформирования и разрушения каменно-монолитных конструкций, оценка
параметров, определяющих процесс деформирования, и определение их величины
в условиях двухосного напряженного состояния, в том числе при сейсмических
воздействиях, определяют целесообразность проведения соответствующего
научного исследования.
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.
Для достижения цели, поставленной в работе, необходимо решить
следующие основные задачи:
 провести анализ теоретических и экспериментальных исследований
каменных, железобетонных, а также выполненных ранее исследований
комплексных конструкций;
 выполнить анализ теоретических и экспериментальных исследований
многослойных конструкций, проведенных ранее, для оценки особенностей
взаимодействия слоев многослойной стены;
 выполнить экспериментальные исследования фрагментов однослойных
каменных, кирпичных и железобетонных конструкций, а также многослойных
конструкций на «перекос» в своей плоскости. Получить экспериментальные
зависимости и изучить характер деформирования слоев испытываемых образцов
при различных параметрах отдельных слоев многослойного композита;
 разработать метод учета влияния кладочных слоев конструкции на
общую работу слоистого элемента;
 разработать и верифицировать модель многослойных каменно-
монолитных конструкций для условий двухосного напряженного состояния,
учитывающую механические характеристики материалов отдельных слоев
и позволяющую моделировать условия взаимодействия материалов композита,
упругую и пластическую фазы деформирования, а также разрушение при
возрастающих нагрузках;
 разработать компьютерную программу, позволяющую создавать
конечные элементы с различными прочностными и деформационными
параметрами, для использования в пространственных расчетных моделях;
 выполнить численные исследования процессов упругопластического
деформирования и характера разрушения многослойных каменно-монолитных
конструкций с различным сочетанием железобетонных и каменных слоев
с определением взаимовлияния отдельных слоев;
 обосновать параметры предельных состояний многослойных каменно-
монолитных конструкций стен сейсмостойких зданий.
Научно-техническая гипотеза состоит в предположении наличия
значимой пластической фазы деформирования многослойных каменно-
монолитных конструкций, величина которой определяется условиями
взаимодействия и взаимовлияния слоев из каменной кладки и бетона.
Объект исследования – 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.
Предмет исследования – 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 соотношения параметров и структуры
компонентов на несущую способность и схему деформирования многослойной
конструкции в целом;
 установлен и обоснован особый режим работы каменных слоев в составе
каменно-монолитных конструкций, при котором отсутствует зависимость
параметров напряженно-деформированного каменного слоя, включая
трещинообразование, от ключевой характеристики каменной кладки
сейсмостойких конструкций – величины адгезионной прочности взаимодействия
кирпича и раствора, что определяется совместной работой каменных слоев и слоя
из монолитного бетона (железобетона);
 разработана и верифицирована модель элемента многослойных каменно-
монолитных конструкций для двухосного напряженного состояния, позволяющая
выполнить расчеты в рамках стадий упругого и пластического деформирования
(до стадии разрушения) при непрерывно возрастающих нагрузках. 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.
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;
 установлена степень влияния параметров отдельных слоев каменно-
монолитных конструкций на величину пластической стадии деформирования и
несущую способность при двухосном напряженном состоянии;
 установлены параметры, описывающие пластичность каменно-
монолитных конструкций для условий плосконапряженного состояния и их
значения, определяющие предельные состояния многослойных конструкций
сейсмостойких каменно-монолитных стен зданий;
 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 следующем:
– повышены надежность и безопасность 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 «Свод правил. Строительство в сейсмических районах» 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.
Методология и методы исследования. Основой исследования стали
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 конечно-элементный
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).
Эксперименты и обработка их результатов выполнены в соответствии
с требованиями и рекомендациями отечественных и зарубежных документов.
Теоретические исследования задач упругопластического деформирования
каменно-монолитных конструкций в условиях двухосного напряженного
состояния выполнены с использованием классических методов теории пластин
с учетом назначаемых критериев прочности и предельных значений деформаций
(метод конечных элементов, иные методы моделирования работы пластин).
Личный вклад автора состоит в:
 проведении экспериментальных исследований многослойных каменно-
монолитных конструкций при возрастающих нагрузках и анализе механизмов
разрушения слоев кладки;
 проведении численных исследований упругопластического
деформирования и разрушения многослойных каменно-монолитных конструкций
в условиях двухосного напряженного состояния с учетом взаимодействия
и взаимовлияния отдельных слоев;
 определении пластических характеристик многослойных каменно-
монолитных конструкций для условий двухосного напряженного состояния;
 разработке модели многослойных каменно-монолитных конструкций
для условий двухосного напряженного состояния, позволяющей выполнять
расчеты с учетом упругой и пластической фаз деформирования, а также
разрушений при возрастающих нагрузках, характеристик и условий
взаимодействия отдельных слоев композита;
 разработке метода расчета, позволяющего на основе деформационных
критериев учитывать совместную работу слоев многослойных конструкций при
возрастающих нагрузках;
 обосновании характеристик предельных состояний многослойных
каменно-монолитных конструкций стен сейсмостойких зданий и определении
величин коэффициента допускаемых повреждений.
Положения, выносимые на защиту:
 результаты экспериментальных исследований фрагментов
многослойных каменно-монолитных конструкций при возрастающих нагрузках
с учетом процессов упругопластического деформирования и разрушения;
 результаты численных исследований фрагментов многослойных
каменно-монолитных конструкций с учетом упругопластического
деформирования, разрушения, взаимодействия и взаимовлияния отдельных слоев;
 результаты исследований по определению пластических характеристик
исследованных многослойных каменно-монолитных конструкций;
 модель многослойных каменно-монолитных конструкций для условий
двухосного напряженного состояния, позволяющая задавать упругую
и пластическую стадии деформирования, а также разрушение при возрастающих
нагрузках. Разработанная модель отличается от известных реализаций тем, что
учитывает взаимодействие и взаимовлияние отдельных слоев конструкции;
 метод расчета, позволяющий учитывать совместную работу слоев
многослойных конструкций при возрастающих нагрузках;
 характеристики предельных состояний при упругопластическом
деформировании каменно-монолитных конструкций стен сейсмостойких зданий;
 величины коэффициента допускаемых повреждений для расчетов
сейсмических нагрузок для конструкций каменно-монолитных сейсмостойких
зданий.
Обоснованность и достоверность результатов исследования.
Представленные в диссертации результаты исследования, выводы и заключение
подтверждаются использованием общепризнанных моделей, методов расчета
и расчетных подходов, удовлетворительным совпадением результатов численных
верификационных расчетов и результатов физических экспериментов, в том
числе:
 проведенными экспериментами по изучению процессов
упругопластического деформирования, совместной работы слоев и разрушения
образцов каменно-монолитных конструкций, в том числе в условиях двухосного
напряженного состояния;
 применением при выполнении экспериментальных исследований
поверенных контрольно-измерительных приборов и регистрирующего
оборудования;
 соответствующим применением подходов теории твердого
деформируемого тела и строительной механики;
 корректным применением верифицированных и сертифицированных
расчетных программных комплексов;
 сравнительным анализом и верификацией результатов физических
экспериментов и численных исследований, выполненных на основе
предложенного метода моделирования деформирования каменно-монолитных
конструкций.
Апробация результатов исследования:
Основные результаты исследования докладывались и получили одобрение
на следующих конференциях и семинарах:
 IV Российская национальная конференция по сейсмостойкому
строительству и сейсмическому районированию (г. Сочи, 14–17 октября 2001 г.);
 V Российская национальная конференция по сейсмостойкому
строительству и сейсмическому районированию (г. Сочи, 14–17 сентября 2003 г.);
 VIII Российская национальная конференция по сейсмостойкому
строительству и сейсмическому районированию (г. Сочи, 24–29 августа 2009 г.);
 Межрегиональный пагуошский симпозиум «Наука и высшая школа
в Чеченской республике» (Чеченская Республика, г. Грозный, 22–24 апреля
2010 г.);
 IX Российская национальная конференция по сейсмостойкому
строительству и сейсмическому районированию (г. Сочи, 6–9 сентября 2011 г.);
 15 World Conference on Earthquake Engineering (Lisboa, 24 to 28
September 2012);
 Международная научно-практическая конференция, посвященная 95-
летию ФГБОУ ВПО «ГГНТУ им. акад. М. Д. Миллионщикова» (Чеченская
Республика, г. Грозный 24–26 марта 2015 г.);
 Научный семинар кафедр железобетонных и каменных конструкций,
металлических и деревянных конструкций, строительной механики, основания
фундаментов и испытания сооружений ФГБОУ ВО Томского государственного
архитектурно-строительного университета (г. Томск, 19 сентября 2019 г.);
 Заседание отдела материаловедения Комплексного научно-
исследовательского института им. Х.И. Ибрагимова Российской Академии наук
(КНИИ РАН) (чеченская республика, г. Грозный, 11 сентября 2019 г.).
Реализация и внедрение результатов исследования. Основные
положения исследования и их результаты использованы при разработке
следующих нормативно-методических документов:
 в рамках работы совместно с АО «Краснодаргражданпроект» был
разработан альбом типовых технических решений зданий с многослойными
стенами;
 при участии автора разработаны практически значимые рекомендации по
проектированию и технологии производства работ по возведению каменно-
монолитных сейсмостойких стен зданий, в том числе в районах с особо высокой
сейсмичностью (более 9 баллов) и регионах с суровыми климатическими
условиями (Иркутская область, Республика Бурятия).
Подготовлены и активно используются рекомендации по применению
керамических камней для стен зданий, возводимых в сейсмоопасных регионах
Российской Федерации, и альбомы технических решений, содержащие разделы по
проектированию многослойных стен.
Результаты работы, анализ проведенных теоретических и
экспериментальных работ и опыта применения зданий с каменно-монолитными
стенами в строительстве дали возможность снять существовавшие ограничения в
таблице 8* СНиП II-7-81* «Строительство в сейсмических районах» на высоту
и этажность зданий с каменно-монолитными стенами. С учетом предлагаемых
расчетных и конструктивных положений диссертации подобные здания по
уровню сейсмостойкости были отнесены к зданиям со стенами из монолитного
железобетона с этажностью до 24, 20 и 16 этажей для 7, 8, 9-балльных районов
соответственно.
Указанные положения использованы при разработке технического
заключения, альбома технических решений, рекомендаций для применения
керамических камней различного формата производства завода АО «Славянский
кирпич» для стен зданий, возводимых в сейсмоопасных регионах Российской
Федерации.
Публикации. Основное содержание диссертационной работы отражено
в 4 статьях, опубликованных в профильных журналах, которые входят в Перечень
ведущих рецензируемых научных изданий, рекомендуемых Высшей
аттестационной комиссией при Министерстве образования и науки Российской
Федерации (ВАК РФ). Общий объем публикаций составляет 2,633 печатных
листа, из них лично автором выполнены 2,310 печатных листа.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из
введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 189
наименований, и приложения. Работа изложена на 184 страницах, содержит 130
рисунков, 12 таблиц.
Автор выражает глубокую благодарность и признательность
В.И. Смирнову, Я М. Айзенбергу, В.С. Беляеву, В.И. Ойзерману за неоценимую
помощь и всемерную поддержку, оказанную в период подготовки
диссертационной работы.

1. Актуальность работы обусловлена целесообразностью повышения
надежности сейсмостойких зданий с несущими многослойными каменно-
монолитными конструкциями за счет научного обоснования критериев
предельных состояний таких конструкций при различных механических
характеристиках отдельных слоев с учетом их взаимовлияния и взаимодействия,
основой для чего являются выполненные экспериментально-теоретические
исследования.
2. По результатам экспериментальных исследований, параметрического
и численного анализа многослойных каменно-монолитных конструкций
установлено и обосновано:
 наличие эффекта взаимодействия и взаимовлияния слоев из каменной
кладки на схему деформирования и несущую способность многослойной
конструкции в целом;
 деформационные характеристики многослойных каменно-монолитных
конструкций, включая упругую и пластическую фазы, а также значения
прочности с учетом различных характеристик отдельных слоев;
 особый режим работы каменных слоев в составе каменно-монолитных
конструкций, при котором отсутствует зависимость параметров напряженно-
деформированного каменного слоя, включая трещинообразование, от ключевой
характеристики каменной кладки сейсмостойких конструкций – величины
адгезионной прочности взаимодействия кирпича и раствора, что определяется
совместной работой каменных слоев и слоя из монолитного бетона
(железобетона).
3. На основании результатов проведенных исследований сделан вывод о
том, что при совместной работе бетонного и кирпичного слоя бетонный слой
работает наиболее эффективно в паре с менее жестким кирпичным слоем, но
воспринимаемая при этом нагрузка на 10–30 % меньше, чем для стен с прочными
кирпичными слоями. Разработана и верифицирована математическая модель
многослойной каменно-монолитной конструкции, учитывающая
экспериментально установленные особенности как отдельных слоев, так и
многослойной конструкции, в целом в условиях двухосного напряженного
состояния.
4. Предложенный метод расчета каменно-монолитных стен позволяет
находить корректные параметры «эквивалентных» многослойных конструкций
слоев бетона. Кроме того, метод позволяет учесть повышенные резервы несущей
способности бетонного слоя конструкции при работе совместно с материалами
кладочных слоев с различными параметрами. При представленном в работе
подходе к расчету многослойных стен график зависимости «горизонтальная
нагрузка – деформация диагонали» имеет ступенчатую структуру. Это
иллюстрирует перераспределение доли нагрузки на каждый слой в процессе
расчета с использованием предложенного метода.
5. Выполненное сопоставление показало, что предлагаемый метод
моделирования конструкций слоистых стен в целом более универсален, чем
существующие на сегодня, и позволяет определять расчетное значение
армирования стен автоматизированно, в программном варианте. Предлагаемый
метод дает возможность расчета несущей способности стен из кладки низких
марок и усиленных торкретбетоном каменных конструкций.
6. В работе выполнены численные исследования упругопластического
деформирования и разрушения моделей-фрагментов многослойных каменно-
монолитных стен в условиях двухосного напряженного состояния. Результаты
численных исследований имеют в целом хорошую корреляцию с результатами
физических экспериментов, выполненных автором. Корреляция наблюдается как
по величине несущей способности, так и по схеме деформирования в условиях
двухосного напряженного состояния.
7. В работе получены новые результаты, в соответствии с которыми
установлены:
 характер процессов деформирования, включая упругую и пластическую
фазы, и разрушения образцов;
 механизм формирования пластических деформаций, который
определяется процессами взаимовлияния и взаимодействия отдельных слоев
многослойной конструкции вплоть до момента их разрушения;
 степень влияния на процесс упругопластического деформирования,
включая величину пластической фазы, характеристик отдельных слоев
и параметров их взаимодействия;
 обоснованные характеристики (коэффициенты) пластичности
многослойных каменно-монолитных конструкций для условий двухосного
напряженного состояния и связь параметров пластичности с характеристиками
отдельных слоев;
 обоснованные характеристики предельных состояний (коэффициенты
допускаемых повреждений К1) для многослойных каменно-монолитных
конструкций сейсмостойких зданий при различных механических
характеристиках отдельных слоев. Полученные значения К1 = 0,14 для случая
допущения значительных повреждений и К1 = 0,27 для умеренных повреждений
при сейсмическом воздействии позволяют реализовать потенциал каменной
кладки в многослойной стеновой системе и выполнять расчеты с использованием
нормативных подходов спектральным методом.
Перспективы дальнейшей разработки темы. Представляет практический
интерес параметрический анализ значений сейсмических нагрузок с учетом
различного конструктивного решения каменно-монолитных стен здания,
в частности, при изучении особенностей поведения кладок из различных блоков,
усиленных кладок, легких и поризованных бетонов как материала внутреннего
слоя.
Основные положения диссертации изложены в рецензируемых
журналах, включенных в перечень ВАК:
1. Бубис, А. А. Метод расчета многослойных каменно-монолитных стен
с учетом работы всех слоев конструкции, в том числе, на сейсмическую нагрузку /
А. А. Бубис // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. – 2017. –
№ 1. – С. 47–54.
2. Бубис, А. А. Верификация методики расчета фрагментов стен на
сейсмическую нагрузку/ А. А. Бубис // Сейсмостойкое строительство.
Безопасность сооружений. – 2015. – № 6. – С. 21–27.
3. Бубис, А. А. Математическое моделирование многослойных стен /
А. А. Бубис // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. – 2015. –
№ 6. – С 27– 33.
4. Динамические испытания фрагмента с применением конструктивного
решения стен из газобетонных блоков / А. А. Бубис, А. Е. Петросян,
Н. О. Петряшев, С. О. Петряшев, В. С. Поляков // Сейсмостойкое строительство. –
Безопасность сооружений. – 2015. – № 2. – С. 15–28.