Немного истории. Деятельность человека по оценке прочности построенного им соору­жения возникла практически одновременно с развитием его способности построить это сооружение

Деятельность человека по оценке прочности построенного им соору­жения возникла практически одновременно с развитием его способности построить это сооружение. В течение многих веков, когда не было даже в за­родыше теории расчета сооружений, только опыт практического строитель­ства, отсутствие или наличие разрушений и аварий позволяли отсеивать и выбирать наиболее рациональные конструктивные решения. Долгое время роль эксперимента по сравнению с расчетом оставалась доминирующей.

Первые литературные упоминания, связанные с экспериментальным изучением свойств материалов, содержатся в работах гения эпохи Возрож­дении Леонардо да Винчи (1452–1519 гг.). В заметке «Испытание сопротив­ления железных проволок разных длин» он дал эскиз установки, содержа­щей элемент обратной связи. К растянутой проволоке была присоединена емкость, заполняемая песком. При обрыве проволоки отключалось устрой­ство, подающее песок в ёмкость. Одновременно были проведены исследо­вания при разных длинах проволок, при этом был получен удивительный в то время результат: чем длиннее проволока, тем меньшую нагрузку она вы­держивает.

Леонардо да Винчи исследовал также влияние величины пролета изги­баемых балок на их несущую способность.

Идеи Леонардо да Винчи на многие годы были скрыты в его записных книжках, публикации которых относятся к началу XX в.

Большой вклад в науку о прочности конструкций внес замечательный ученый Галилео Галилей (1564–1642 гг.). Он проводил испытания при про­стом растяжении деревянного бруса и установил, что прочность бруса про­порци-
­ональна площади его поперечного сечения и не зависит от его длины.

Г. Галилей впервые подошел к оценке несущей способности конструк­ций с позиции предельных состояний. Идеи его метода расчета получили дальнейшее развитие в 30-х гг. XX столетия. Г. Галилей установил, что изгибающий момент от собственного веса балки возрастает пропорцио­нально квадрату длины балки, экспериментально доказал влияние геомет­рических размеров бруса на его несущую способность. Им установлено, что геометрически подобные консольные стержни, нагруженные собственным весом, являются неравнопрочными. Г. Галилей дал решение задачи о консо­ли равного сопротивления.

Существенный вклад в науку о сопротивлении материалов был внесен Р. Гуком (1635–1703 гг.). Им впервые четко был сформулирован закон свя­зи силы и перемещения при работе материала, он установил факт, что в консольной балке при действии на ее конце сосредоточенной силы, направлен­ной вниз, верхние волокна растягиваются, а нижние – сжимаются. Им бы­ло установлено, что упругие тела возвращаются в первоначальное состоя­ние после снятия нагрузки.

В 1722 г. французский ученый Реомюр построил испытательную маши­ну и описал в своем труде методы механических испытаний металлов. Од­нако первая испытательная лаборатория была организована в лондонском университете в 1847 г. профессором Годкинсоном.

Ш.О. Кулон (1736–1806 гг.) провел экспериментальные исследования, связанные с изучением прочности песчаника, сжатия призм, крутильных ко­лебаний. Для решения последней задачи он сконструировал оригинальный прибор.

Многочисленные эксперименты с изгибом деревянных балок были проведены Ф. Дюпеном (1784–1873 гг.).

А. Дюло в начале XIX в. выполнил обширные испытания железа и железных конструкций, в том числе и на продольный изгиб. Он изучал ра­боту составных и двутавровых балок.

Т. Юнг (1773–1829 гг.) впервые опытным путем определил изменение поперечных размеров образцов при сжатии материала. Он обратил внима­ние на ограниченность применения закона Гука и установил большие раз­бросы при поперечном выпучивании сжатых колонн, объяснив это отклоне­нием осевой силы от геометрического центра элемента.

В работах Ж.В. Понселе (1788–1867 гг.) впервые ставится проблема усталости материалов, повлекшая за собой большое число эксперименталь­ных исследований и положившая начало изучению разрушения на реальных объектах.

Г. Джемсом и Д. Гальтоном предложена машина для испытаний на вы­носливость.

В работах Д.К. Максвелла (1831–1879 гг.) была разработана техника оптического метода анализа напряжений в поляризованном свете.

Большой вклад в дело испытания строительных материалов и конст­рукций внес великий русский ученый М.В. Ломоносов. Он впервые разра­ботал и построил машину для испытания на прочность строительных мате­риалов методом истирания и доказал, что ступени лестниц парадных подъ­ездов дворцов необходимо выполнять из гранита, а не из мрамора, который имеет низкую прочность на истирание.

Замечательный русский самородок И.П. Кулибин (1735–1818 гг.) со­здал в 70-х гг. XVIII в. проект арочного моста через Неву с пролетом 298,6 м. Им была построена модель этого пролетного строения 1/10 нату­ральной величины. Испытания модели прошли успешно, и в течение мно­гих лет она перекрывала один из каналов в Таврическом саду Петербурга.

Многочисленные исследования были проведены Д.И. Жу­равским (1821–1891 гг.). Им было изучено распределение касательных напряжений в сплошных и составных деревянных балках, исследована работа балок ко­робчатого профиля. Испытывая модели фермы, Д.И. Журавский на элемен­тах этих ферм закрепил натянутые струны и по высоте тона колебания, ко­торый издавали струны при загружении модели, он судил об уровне нагружения этих элементов. В области изучения упругости материала существенная роль принадле­жит А.Т. Купферу (1799–1865 гг.), первому директору Центральной лабора­тории весов и мер в России. Он изучал крутильные колебания, влияние температуры на модуль упругости, провел многочисленные работы по изуче­нию изгиба и колебаний балок. М.Ф. Окатов (1829–1901 гг.) провел обсто­ятельные исследования коэффициента Пуассона.

Н.А. Белелюбский (1845–1922 гг.) поставил вопрос о необходимости введения в практику испытания материалов единых международных техни­ческих условий.

Обзор развития экспериментальных методов и результатов опытных исследований показывает, что русская наука всегда стояла на передовых по­зициях и развивалась в тесной связи с актуальными практическими задача­ми.

Велики заслуги ученых, сформировавших направление строительной науки, связанное с созданием методов и средств обследования строительных объектов, испытания моделей и сооружений, создавших аппаратурное обеспечение измерений в строительстве. Необходимо отметить работы И.Л. Корчинского, К.И. Безухова, Н.Н. Аистова, Н.А. Крылова и К.А. Глуховского, М.А. Новгородского, Р.И. Аронова, Д.Е. Долидзе, Г.Я. Почтовика, В.А. Клевцова, А.И. Яковлева, Ю.Д. Золотухина и других.

Оригинальные измерительные приборы и преобразователи созданы Н.Н. Максимовым, Н.Н. Аисто­вым, И.А. Физ­­делем, К.П. Кашкаровым, И.С. Вайнштоком, И.В. Вольфом и другими.

Общие вопросы в области методологии испытаний строительных кон­струкций были разработаны Ю.А. Ни­лен­дером, Н.Н. Аистовым, К.Н. Безуховым. Ю.А. Ни­лен­дером впервые была разработана и научно обоснована методика испытаний железобетонных конструкций. В настоящее время ме­тодика испытания строительных конструкций развивается и совершенству­ется учениками Ю.А. Нилендера под руководством О.В. Лужина, В.А. Клев­цова, А.Б. Злочевского и других.

Огромный опыт эксплуатации строительных конструкций, зданий и со­оружений показывает, что только экспериментальные исследования позво­ляют оценить фактическое их состояние, в том числе при различных сочетаниях внешних воздействий. Испытанию подвергаются практически все новые конструкции и здания из них. К наиболее сложным и ответственным следу­ет отнести испытания
Останкинской телевизионной башни, мостов метро­политена в г. Москве и С.-Петербурге, сборочного корпуса, в котором соби­ралась ракета «Энергия», и другие.

Ошибки, допущенные при разработке расчетных схем, при проектиро­вании и строительстве, могут привести к авариям.

Строгой классификации причин и характера разрушений строительных конструкций при аварий зданий и сооружений до настоящего времени еще не создано. Но можно выделить следующие объективные обстоятельства, приводящие к разрушению: недостаточное знание условий действительной работы рассматриваемого объекта; ошибки, допущенные в процессе проек­тирования и в определении величин действующих нагрузок; несовершенст­во изготовления и монтажа объекта; неправильные условия эксплуатации.

В 1904 г. в Нью-Йорке (США) в процессе строительства рухнул металлический каркас недостроенного отеля «Дармингтон» при монтаже 10-го эта­жа. Причиной явилась потеря устойчивости несущих конструкций.

Поучительна катастрофа, произошедшая в 1940 г. в США, связанная с разрушением висячего автомобильного Такомского моста через реку Мэрроуз. Длина моста 1662 м, а длина главного пролета 845 м. При порывистом ветре колебания пролетного строения в горизонтальной плоскости перешли в крутильные и вертикальные колебания, которые привели к разрушению моста.

Теоретический анализ данной аварии был осуществлен крупнейшим советским ученым В.З. Власовым
(1906–1958 гг.), который доказал, что разрушение произошло из-за значительных изгибно-крутильных форм колебаний тонкостенных стержней.

Недостаточный учет монтажных нагрузок и жесткости стальных конст­рукций в процессе монтажа привел к разрушению сооружения шарообраз­ной формы испытательной лаборатории в г. Истра.

Б.И. Беляев и B.C. Корниенко провели анализ 39 аварий стальных кон­струкций. Анализируя назначения объектов, они определили, что 16 случа­ев были связаны с обрушением покрытий промышленных зданий, 8 – с раз­рушением объемно-листовых конструкций (резервуары, силосы, кожухи технологических агрегатов), 7 – с обрушением опор линий электропередачи (ЛЭП) и радиосвязи, 8 – с обрушением транспортных галерей. Исследовате­ли отмечают, что 59 % аварий произошло в период строительства, 41 % – в период эксплуатации, а 26–28 % аварий происходит по причине ошибок проектировщиков. Следует отметить, что почти половина аварий металли­ческих конструкций связана с потерей местной и общей устойчивости. Ана­лиз аварий и катастроф – это, к сожалению, очень дорогостоящий процесс фикса­ции ошибок, допущенных на различных стадиях разработки и возведения строительных объектов.

Испытания строительных материалов, конструкций, зданий и сооруже­ний являются одним из наиболее объективных и надежных видов контроля их качества.

Дата добавления: 2014-11-25