В Перми разработали новый метод восстановления деревянных зданий

ПЕРМЬ, 22 января. /ТАСС/. Сотрудники Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) и Пермского государственного аграрно-технологического университета (ПГАТУ) разработали новый метод восстановления исторических деревянных зданий композитными материалами. Созданный исследователями инженерный инструмент выполняет расчеты и моделирует конкретные элементы памятников архитектуры, которые необходимо усилить углеволокном, рассказали ТАСС в пресс-службе ПНИПУ.

"Восстановление объектов культурного наследия представляет собой сложную инженерную задачу. Особенно это касается деревянных конструкций. Церкви, усадьбы, исторические дома и другая архитектура, десятилетиями подвергавшаяся климатическим воздействиям и естественному износу, теряет свою прочность. Ученые Пермского политеха и ПГАТУ разработали уникальный в России инженерный инструмент для моделирования усиления деревянных конструкций композитными материалами. Он обеспечивает точный расчет, соответствующий отечественным нормативам, и делает проектирование большого количества поврежденных элементов эффективнее", - рассказали в университете.

По словам исследователей, для восстановления несущей способности старых элементов применяется ряд традиционных инженерных методов. В частности, полная или частичная замена - удаление поврежденной детали целиком или ее дефектного участка с последующей установкой нового, изготовленного из аналогичной древесины. Другой классический метод - усиление с помощью металлических элементов, которые стягивают конструкцию, препятствуя развитию дефекта. В качестве альтернативы этим методам сейчас рассматриваются композитные материалы на основе углеволокна, которые отвечают принципу минимального вмешательства. Они не меняют габариты и облик конструкций, обладают высокой прочностью при малом весе и наносятся методом наклейки. Однако для их широкого применения в реставрации в отечественной практике пока нет точных инструментов проектирования. Созданием такого инструмента и озадачились ученые двух пермских вузов.

Уникальность разработанного метода

Как отмечают исследователи, без точного расчета можно как недоусилить участок конструкции здания, что приведет к дальнейшему разрушению, так и создать необоснованные запасы прочности, что может деформировать соседние детали. Созданный инструмент позволяет определить, сколько именно слоев и какого типа углеволокна необходимо для каждого конкретного элемента для восстановления и сохранения подлинности конструкции. В отечественной практике, по словам ученых, нет прямых аналогов этого метода.

Так вместо воссоздания в программе каждого слоя углеволокна и клея, вся система усиления заменяется одним эквивалентным виртуальным стержнем, который точно повторяет геометрию зоны дефекта. Это сокращает время на моделирование и анализ, делая точное проектирование реализуемым для памятников архитектуры. Для усиления прочности дефекта на объекте испытания ученые использовали современные углекомпозитные материалы наиболее популярных марок, которые примерно в 10 раз жестче натуральной древесины.

Как рассказала кандидат технических наук, доцент кафедры "Строительный инжиниринг и материаловедение" ПНИПУ Ольга Третьякова, для применения разработанного инструмента 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. <…> С помощью методики можно точно провести расчеты для многих вариантов повреждений", - пояснила Третьякова.

Моделирование также показало, что для наиболее нагруженных и ослабленных участков одного лишь композитного материала может быть недостаточно. Разработанный инструмент дает возможность на этапе проектирования выявить подобные сложные случаи. Это исключает риск недостаточного усиления, которое позже может разрушиться, или применения избыточных материалов там, где в них нет необходимости.

Как отметили в вузе, предложенный пермскими учеными метод становится основой для создания цифровых двойников исторических конструкций, на которых можно безопасно и быстро тестировать различные сценарии усиления.