С древних времён и до наших дней люди строили здания и сооружения для самых разных целей. Их архитектура была разнообразной, а украшения — соответствующими духу времени или, наоборот, противоречащими ему. Но одно оставалось неизменным — стремление к прочности и безопасности.
С древних времён люди искали способы убедиться, что здание не рухнет под предполагаемой нагрузкой. Эти методы совершенствовались с течением времени и продолжают развиваться в наши дни.
С древних времён люди искали способы убедиться, что здание не рухнет под предполагаемой нагрузкой. Эти методы совершенствовались с течением времени и продолжают развиваться в наши дни.
Компания «ИНТЕГРА» предлагает ознакомиться с краткой историей принципов и технологий обследования и испытания зданий.
Переход от эмпирики к научному методу
Безусловно, наиболее очевидный метод оценки надёжности здания или сооружения — это подвергнуть его воздействию предполагаемой нагрузки и проанализировать результат. Здание должно сохранять свою целостность под воздействием ветра, поэтому необходимо дождаться сильного порыва ветра. Также здание не должно смещаться или разрушаться при подтоплении, поэтому необходимо провести испытания в период сезонных дождей.
Такой метод имеет несколько критических недостатков, которые отлично понимали и люди древности:
- ветры, паводки и прочие природные явления случаются не по расписанию
- дом, всё же не прошедший проверку, придётся ремонтировать или отстраивать заново
Никто не может гарантировать, что здание, пережившее одну «проверку», справится со вторым, третьим и последующими испытаниями.
Одним из первых архитекторов, кто задумался о необходимости объективной оценки прочности зданий, был Гермоген, живший в III–II веках до нашей эры. Он был создателем таких известных храмов, как храм Артемиды Левкофриены и храм Диониса Теосийского. К сожалению, работы Гермогена не сохранились, поэтому мы не можем судить о его достижениях в области теории.
В некоторой степени вопросами оценки состояния зданий и сооружений занимались такие учёные, как Аристотель и Архимед. Аристотель предложил подробную для своего времени классификацию материалов, а Архимед исследовал законы механики и, следовательно, взаимодействие тел различных форм.
Тем не менее, именно Леонардо да Винчи в XV веке заложил основы комплексной научной системы изучения зданий и сооружений. В частности, он проводил эксперименты, направленные на определение прочности железных проволок различной толщины и длины. Кроме того, учёный исследовал, как длина пролёта балок влияет на их несущую способность.
Окончательно концепция исследования и тестирования конструкций была сформулирована Галилео Галилеем, который жил почти на столетие позже Леонардо да Винчи. В своём труде «Диалоги о двух новых науках» Галилей обращает внимание на то, что при увеличении размеров зданий, имеющих схожую геометрию, их прочность неизбежно снижается.
Кроме того, Галилей установил и опытным путём подтвердил, что прочность балки зависит от её собственных размеров. Это открытие стало основой для разработки методов расчёта зданий и сооружений.
Кроме того, Галилей установил и опытным путём подтвердил, что прочность балки зависит от её собственных размеров. Это открытие стало основой для разработки методов расчёта зданий и сооружений.
Развитие теории и практики обследования
В XVII веке, спустя всего несколько десятилетий после открытий Галилея, несколько выдающихся учёных внесли свой вклад в развитие методов исследования зданий и сооружений.
Француз Эдм Мариотт — создатель первых в истории станков для проверки материалов на прочность при растяжении, исследователь результатов столкновения твёрдых тел.
Немец Готфрид Лейбниц — учёный, который доказал, что в балках с разным сечением напряжение распределяется по треугольнику.
Англичанин Роберт Гук — естествоиспытатель, который установил прямую связь между приложенной силой и деформацией тела, а также определил, как распределяется нагрузка при приложении силы к концу балки. Фактически, он дал определение упругой деформации материалов.
Немец Готфрид Лейбниц — учёный, который доказал, что в балках с разным сечением напряжение распределяется по треугольнику.
Англичанин Роберт Гук — естествоиспытатель, который установил прямую связь между приложенной силой и деформацией тела, а также определил, как распределяется нагрузка при приложении силы к концу балки. Фактически, он дал определение упругой деформации материалов.
В XVIII веке значительный вклад в развитие теории и практических методов исследования внесли такие учёные, как:
Даниил Бернулли, который экспериментально изучал амплитуды и частоты колебаний напряжённых стержней.
Огюст Реомюр, который основал первую лабораторию по изучению металлов и разработал комплексный метод исследования свойств металлов.
Питер ван Мушенбрук, который создал инновационные механизмы для определения прочности материалов на сжатие, растяжение и изгиб.
Шарль Кулон, который исследовал сжатие призматических тел, колебания при кручении и прочность песчаника — одного из самых популярных строительных материалов.
Нельзя не упомянуть и Россию. В XVIII веке русский изобретатель Иван Кулибин провёл одни из первых в истории полномасштабных испытаний на моделях. В частности, в 1776 году он доказал надёжность деревянного моста, соединяющего берега Невы.
Даниил Бернулли, который экспериментально изучал амплитуды и частоты колебаний напряжённых стержней.
Огюст Реомюр, который основал первую лабораторию по изучению металлов и разработал комплексный метод исследования свойств металлов.
Питер ван Мушенбрук, который создал инновационные механизмы для определения прочности материалов на сжатие, растяжение и изгиб.
Шарль Кулон, который исследовал сжатие призматических тел, колебания при кручении и прочность песчаника — одного из самых популярных строительных материалов.
Нельзя не упомянуть и Россию. В XVIII веке русский изобретатель Иван Кулибин провёл одни из первых в истории полномасштабных испытаний на моделях. В частности, в 1776 году он доказал надёжность деревянного моста, соединяющего берега Невы.
Новое время обследований и испытаний
В XIX веке развитие теории и практики обследования зданий и сооружений набрало новые обороты:
- Жаном Понселе была впервые выдвинута теория усталости материалов, позволяющая прогнозировать срок службы строительных конструкций
- Альфредом Дюло была начата работа по исследованию прочностных характеристик металлических двутавровых и составных балок
- Уильямом Фейрберном был создан станок нового поколения, позволяющий проводить испытания чугунных балок на сопротивляемость растяжению, сгибанию и сжатию, а кроме того – исследовать прочностные характеристики кованых металлических пластин и активно входивших в обиход заклепочных соединений
Значительный вклад в исследование стабильности сложных конструкций внесли работы Иоганна Баушингера и Людвига Тетмайера. Генрих Герц в конце XIX века продолжил дело Гука и Мариотта, разработав стройную теорию взаимодействия сталкивающихся тел. Это открытие напрямую повлияло на методы оценки прочности строительных конструкций.
Одновременно с формированием теоретической основы для изучения зданий и сооружений разрабатывались и практические методы. Например, Матиас Кёнен провёл первые расчёты прочности плит из нового материала — железобетона. А Жозеф Лагранж и Огюстен Коши исследовали распространение упругих волн в различных материалах, что впоследствии повлияло на развитие методов геологических исследований.
Нельзя не упомянуть о вкладе Валериана Курдюмова, который изучал характеристики скольжения грунта под воздействием нагрузки.
Совершенствование методик обследования и испытания
Усилиями многих инженеров и учёных XX века, в том числе выдающихся представителей российской науки — Николая Стрелецкого, Андрея Гагарина, Николая Максимова и Исаака Рабиновича, — в арсенале методов исследования зданий появились новые инструменты.
- методикой оценки действия комплексных динамических нагрузок на пролётные участки сооружений на высоте
- методикой оценки действия комплексных динамических нагрузок на пролётные участки сооружений
- технологией испытания на прочность плотин гидроэлектростанций
Важнейшим этапом в истории обследования зданий и сооружений стало появление методов неразрушающего, то есть не приводящего к порче исследуемого материала, контроля:
- в 1895 году было открыто рентгеновское излучение, помогающее, в частности, определять наличие в конструкции металлических предметов – например, стальных креплений в толще дерева
- в 1928 году на смену опасному для здоровья рентгену пришла ультразвуковая дефектоскопия
- в 1958 году появился магнитографический метод неразрушающего обследования строительных конструкций
В современном мире технологии обследования и испытания объектов продолжают развиваться.
Для создания максимально точных трёхмерных моделей объектов теперь используют лазерные технологии. А сложные вычисления, которые раньше выполнялись вручную и требовали многократных проверок, теперь автоматизированы с помощью специальных компьютерных программ. Это позволяет свести к минимуму вероятность ошибок, связанных с человеческим фактором.
Однако всегда есть место для неучтённых факторов, поэтому в будущем будут появляться всё более совершенные технологии обследования и испытания строительных конструкций и зданий в целом.
Для создания максимально точных трёхмерных моделей объектов теперь используют лазерные технологии. А сложные вычисления, которые раньше выполнялись вручную и требовали многократных проверок, теперь автоматизированы с помощью специальных компьютерных программ. Это позволяет свести к минимуму вероятность ошибок, связанных с человеческим фактором.
Однако всегда есть место для неучтённых факторов, поэтому в будущем будут появляться всё более совершенные технологии обследования и испытания строительных конструкций и зданий в целом.
Катастрофы, такие как обрушение Тейского моста в Великобритании в 1879 году, оказали значительное влияние на методы обследования сооружений. Мост, который был спроектирован с многократным запасом прочности по вертикали, не смог выдержать горизонтальные порывы ветра. Это событие заставило инженеров и архитекторов учитывать все возможные нагрузки при проектировании и обследовании конструкций.
Аналогично, обрушение Египетского моста в Санкт-Петербурге в 1905 году во время проезда конницы показало, насколько разрушительным может быть резонанс. Это событие помогло инженерам осознать важность учёта этого фактора при проектировании и обследовании конструкций.
Аналогично, обрушение Египетского моста в Санкт-Петербурге в 1905 году во время проезда конницы показало, насколько разрушительным может быть резонанс. Это событие помогло инженерам осознать важность учёта этого фактора при проектировании и обследовании конструкций.
