Испытание зданий и сооружений

2.1. Исторический обзор

Испытание конструкцийздания или сооружения – выявление их поведения при приложении к ним внешних воздействий. В настоящем лекционном курсе рассматривается только один вид внешних воздействий - нагрузки.

Как специально поставленный опыт, проводимый в заданных условиях с возможностью его повторения и проверки, строительный эксперимент появился в первой половине XVII века.

К концу XVII - началу XVIII веков экспериментально были установлены основные положения строительной механики. При этом главное внимание уделялось вопросам прочности конструкций (при доведении их до разрушения), поведение же конструкций в процессе нагружения (от начала до разрушения) оставалось без внимания.

Изучение в основном проводилось на моделях реальных конструкций.

Несколько примеров.

В 1732 г. фр. инж. Данизи испытал модель арки и установил, что при разрушении арка обязательно делится на четыре части, а не на три, как считалось ранее.

В 1767 г. фр. учёный Дюгамель впервые экспериментально показал на деревянных балках, что при изгибе верхние волокна поперечного сечения балок подвергаются действию сжимающих напряжений. В верхней зоне устраивались пазы, в них опускались вкладыши из твердого материала; при изгибе эти вкладыши защемлялись.

В 1776 г. Кулибиным была изготовлена модель моста пролётом 298 м в масштабе 1:10. На испытании присутствовал весь цвет российской науки, включая президента Академии наук Эйлера. Испытания деревянного арочного моста подтвердили все основные предпосылки проекта. Впоследствии эта модель использовалась в качестве моста через канал сада Таврического дворца. Здесь впервые изучалось поведение конструкции в рабочем состоянии (а не фиксировалась лишь разрушающая нагрузка).

В начале XIX века начинаются испытания натурных конструкций.

В 1837 г. при восстановлении Зимнего дворца после пожара были проведены массовые испытания металлических ферм и балок, идущих на восстановление перекрытия.

В 1847-1857 гг. через р. Вислу в г. Диршау был построен железнодорожный мост, который перед пуском в эксплуатацию был испытан. С этого времени все транспортные сооружения (мосты, эстакады, путепроводы, виадуки и т.д.) перед пуском в эксплуатацию обязательно испытываются (в отличие от объектов жилищного, гражданского и промышленного назначения, для которых проводятся выборочные испытания).

Первая лаборатория по испытанию строительных материалов и конструкций была создана в 1847 г. проф. Годкинсоном в Лондонском университете. В России подобная лаборатория была организована в 1853 г. проф. Собко в Петербургском институте путей сообщения.

Именно в эти годы появились первые железобетонные конструкции (вспомните о Ламбо (1850), Кунье и Уилкинсоне (1854), Гиате (1855), Манье (1867)). В 1886 г. немецкой фирмой «Вайс» были проведены первые испытания железобетонных конструкций. В этом же году были испытаны железобетонные конструкции Московской бойни. В1891 г. проф. Белелюбский испытал в большом объёме железобетонные плиты, арки, трубы, резервуары.

После революции 1917 г. для решения задач восстановления народного хозяйства и выполнения всё возрастающих планов в России началось особо широкое применение железобетона. Были созданы крупные проектные и научно-исследовательские институты: ЦНИПС (впоследствии НИИЖБ), ЦНИИСК, ЦНИИС МПС и др.

В связи с большими объёмами строительства и задачами экономии металла железобетон получил широкое применение взамен стальных конструкций и занял доминирующее положение в строительстве (это же наблюдается и сегодня). Можно привести очень много примеров использования железобетона в крупнейших стройках страны (что Вы с успехом можете сделать и сами).

Освоение новых конструктивных решений сопровождалось интенсивной разработкой теории расчёта конструкций. На смену методу расчёта по допускаемым напряжениям (он сформировался ещё в конце XIX века благодаря работам Консиндера, Генебика, Кёнена, Мёрша и др.) в 1931 г. Лолейтом были выдвинуты основные положения новой теории расчёта по разрушающим усилиям. Для её проверки потребовались большие эксперименты, которые и были проведены в ЦНИПСе под руководством А.А. Гвоздева.

В 30-х годах практическое значение приобрела идея создания предварительно напряжённого железобетона, высказанная ещё в конце XIX века. В СССР в 1930 г. В.В. Михайлов начал проводить широкие экспериментальные исследования таких конструкций.

В 1955 г. единый метод расчёта конструкций по предельным состояниям был распространён на железобетон, хотя сформировался он сначала только для стальных конструкций. Его основоположником и создателем первой крупной экспериментальной школы в СССР был знакомый Вам из курса металлических конструкций проф. Н.С. Стрелецкий.

Сейчас некогда крупнейшие в мире российские НИИ по исследованию строительных конструкций переживают далеко не лучшие времена, многие ведущие ученые иммигрировали.

Большой вклад в формирование науки об обследовании и испытании конструкций внесли Н.С. Стрелецкий, Е.О. Патон, Ю.А. Нилиндер, Н.Н. Аистов, А.А. Гвоздев, С.А. Дмитриев, К.И. Безухов, К.С. Завриев, Б.В. Якубовский, Н.Н. Максимов, И.А. Корчинский, В.И. Красиков, Н.Н. Давиденко, А.М. Емельянов, С.А. Душечкин, В.И. Крыжановский, И.С. Вайнток, Р.И. Аронов и многие другие.