Механическое поведение конструкций из неармированной каменной кладки при двухосном напряжённом состоянии критически зависит от механизмов взаимодействия на контактных поверхностях кирпич-раствор. Несмотря на значительный прогресс в численном микромоделировании каменной кладки, аналитические выражения для определения параметров нормальной и касательной контактной жёсткости остаются недостаточно разработанными, что ограничивает точность детального микромоделирования методом конечных элементов.

Настоящее исследование представляет аналитические формулировки для определения параметров контактной жёсткости (Knn, Kss, Ktt), необходимых для численного детального микромоделирования упругопластического поведения каменной кладки при двухосном напряжённом состоянии. Методология интегрирует экспериментальное определение характеристик составляющих материалов и малоразмерных образцов кладки, разработка численной модели с применением этих параметров и адгезионно-когезионно-фрикционной модели контактного взаимодействия, и последующую валидацию полученных результатов.

Экспериментальная программа включала испытания образцов керамических кирпичей, цементно-песчаного раствора и малоразмерных образцов в виде крестов и троек в соответствии с международными стандартами. Нормальная адгезионная прочность оценивалась на образцах в виде креста при прямом растяжении, начальная прочность на сдвиг определялась на образцах в виде троек без предварительного сжатия. Экспериментальные данные использовались для калибровки и валидации численных моделей.

Численное моделирование выполнялось в программном комплексе «Abaqus» с использованием модели пластических повреждений для квазихрупких материалов (кирпича и раствора) и закона растяжения-разделения для контактного взаимодействия на поверхностях кирпич-раствор. Объёмные конечные элементы применялись для дискретизации составляющих материалов.

Ключевым результатом является разработка эмпирических уравнений для определения контактной жёсткости на основе экспериментально измеренных параметров, учитывающих геометрию модели и коэффициенты нормального и касательного поведения контактной поверхности (ξn и ξτ). Численные результаты демонстрируют хорошее согласование с экспериментальными данными: точность предсказания пиковой нагрузки составляет ±6% для нормального поведения и ±1% для сдвигового поведения. Детальное микромоделирование выявило развитие нормальных напряжений в контактной поверхности даже при номинально чистом сдвиговом нагружении.

Предложенная методология улучшает прогнозирование упругопластического поведения конструкций каменной кладки при двухосном напряжённом состоянии и расширяет возможности сейсмической оценки зданий из неармированной каменной кладки, что особенно актуально для сейсмически активных регионов.

Давид Кахамарка-Сунига — кандидат технических наук, профессор кафедры строительных конструкций факультета гражданского строительства Католического университета Куэнки (Эквадор). С сентября 2025 года заведующий кафедрой строительных конструкций.

Под научным руководством профессора О.В. Кабанцева защитил кандидатскую диссертацию на тему «Сейсмостойкость каменных конструкций с учётом региональных особенностей и местных материалов Республики Эквадор» по специальности 2.1.1 – Строительные конструкции, здания и сооружения в Национальном исследовательском Московском государственном строительном университете (НИУ МГСУ). Получил высшие образования в Российской Федерации (РУДН), включая инженерное и магистерское образование в области строительства и строительных конструкций, а также повышение квалификации в области «Инновационных пространственных большепролетных строительных конструкций, структур, оболочек и основ линейной теории расчёта тонких оболочек».

Его профессиональная деятельность включает преподавание в Католическом университете Куэнки с 2013 года, работу в должности ассистента Инженерной академии РУДН (2020-2022). Он является аккредитованным исследователем Секретариата по вопросам высшего образования, науки, технологий и инноваций Эквадора (SENESCYT), консультантом и конструктором с более чем 20-летним международным опытом, включая проектирование и строительство промышленных, гидротехнических, жилых, образовательных объектов, мостов и других сооружений.

Его научные интересы охватывают широкий спектр направлений строительной науки: напряженно-деформированный анализ и расчёт конструкций, сейсмическая безопасность, конструкции каменной кладки, оболочки, большепролетные сооружения, фибробетон и строительные материалы.

Активно участвует в педагогической деятельности, руководя студенческими научными проектами. Под его руководством студенты Католического университета Куэнки неоднократно становились призёрами международных студенческих конкурсов, организованных Американским институтом бетона (ACI). В 2018 году команда студентов заняла пятое место среди 56 университетов со всего мира в конкурсе «Fiber Reinforced Concrete Bowling Ball Competition». В июне 2019 года под его руководством студенты заняли третье место в международном конкурсе «Ultra-High Performance Concrete (UHPC)» в рамках Второго Международного Интерактивного Симпозиума по Бетону Сверхвысокой Прочности, организованного Университетом штата Айова (Iowa State University) в г. Олбани, Нью-Йорк.

Давид Кахамарка-Сунига является автором и соавтором двух десятков научных публикаций в международных рецензируемых журналах и материалах конференций. Основное направление современных исследований сосредоточено на разработке численных методов детального микромоделирования каменной кладки с учётом упругопластического поведения базовых материалов и контактного взаимодействия интерфейса кирпич–раствор при двухосном напряжённом состоянии.