Навигация:
ГлавнаяВсе категории → Разрушение зданий

"Положение отнюдь не катастрофическое ..."


"Положение отнюдь не катастрофическое ..."

Но вернемся опять в прошлое, точнее — в недалекое прошлое. Во второй половине дня 29 августа 1907 г. разразилась одна из самых драматичных в истории техники и единственная в своем роде строительная катастрофа. Действие происходит в Канаде, в 14 км юго-западнее Квебека.

Двумя годами раньше в этом месте началось строительство одного из крупнейших мостов нашего времени. При общей длине около 1 км мощная стальная конструкция моста несла “на своих плечах“ два железнодорожных пути, две трамвайные линии, два шоссейных полотна и два тротуара. Мост строился по проекту железнодорожной компании, финансировавшей строительство. Разработка рабочих чертежей и монтаж стальных конструкций были возложены на одну фирму, а устройство оснований и опор – на другую. Все контракты были уже заключены, когда по совету главного консультанта, американского инженера Купера, центральный пролет моста был увеличен с 488 до 549 м. Благодаря этому уменьшалась глубина заложения фундаментов и стоимость опор, а пролет становился рекордным.

О величине сооружения красноречиво говорит даже то, что у береговых опор высота конструкции достигала 96 м, а диаметр соединительных болтов равнялся 60 см! Оригинальность технологии возведения огромного центрального пролета состояла в следующем: сначала от обоих берегов навстречу одна другой монтировались мощные фермы-консоли, а затем на них водружалась 195-метровая центральная ферма, которая в готовом виде доставлялась по реке на баржах. При таком методе монтажа две консольные части соединялись в общую систему без промежуточных опор, преодолевая широкое русло реки.

Летом 1907 г. южная половина моста была уже готова; усиленно монтировалась консоль центрального пролета. На фермах находилось два t крана: один массой 1100 т, а другой – 250 т. Однако в начале августа -рабочие заметили, что стальные листы, из которых состоял наиболее мощный (сжатый) нижний пояс, обнаруживают признаки потери прочности. По этому поводу между строительной и финансирующей фирмами завязалась переписка. Возникли взаимные претензии монтажной организации и завода—изготовителя стальных конструкций.

За девять дней до катастрофы инспектор железнодорожной компании установил наличие сильного изгиба еще в трех панелях постепенно наращиваемой консольной части, но на его предупреждение не обратили достаточно серьезного внимания, На состоявшемся 27 августа совещании положение было охарактеризовано как “серьезное, но не угрожающее”. В тот же день крановщик получил распоряжение выдвинуть вперед еще одну секцию и ускорить монтаж. Строительный сезон и без того приближался к концу, и никому не хотелось прекращать его преждевременно. Однако все же было принято решение сообщить о странном положении главному консультанту.

Инженер Купер был одной из ведущих фигур в мостостроении тех лет. Специалист с многолетним опытом практической деятельности и безупречной международной репутацией, он владел всеми тонкостями своей профессии, и его советы воспринимались как закон. Однако, будучи в преклонном возрасте, он постоянно болел и за все время строительства ни разу не посетил объект.

На следующий день среди рабочих началось брожение, но, несмотря ни на что, работа продолжалась. 29 августа пришла долгожданная телеграмма из Нью-Йорка, “Положение отнюдь не катастрофическое”, – бодро извещала она.

На следующий день, за четверть часа до окончания рабочего дня, произошла одна из самых крупных катастроф в истории техники. С громоподобным треском рухнули девять тысяч тонн стальных конструкций вместе с кранами и рабочими: за считанные секунды огромный мост превратился в кучу жалких обломков. Из 86 человек, работавших в это время на мосту, в живых остались лишь 11. Большая часть обломков погрузилась на глубину до 42 м. Чтобы очистить речное дно, понадобилось два года напряженного труда.

Для выяснения всех обстоятельств катастрофы была назначена правительственная комиссия. Мы не будем распространяться ни о работе комиссии, ни о причинах столь грандиозной катастрофы. Как обычно в таких случаях, причин было значительно больше, чем одна или две. Заслуживает внимания другое – этому мосту не “везло” с самого начала. Его злоключения не кончились описанными событиями. Девятью годами позже при не менее драматических обстоятельствах и на глазах у гораздо большего числа очевидцев с ним произошла новая катастрофа. После этого мост на р. Св. Лаврентия близ Квебека стал беспрецедентным случаем строительных катастроф в истории техники.

Но вернемся к теме нашего разговора. Человечество еще не имело опыта в строительстве столь масштабных сооружений, Инженерно-теорехический аппарат тогб .времени хотя и стал значительно сильнее, чем во времена Навье и Кулона, все же был еще не совсем полным и содержал существенные пробелы, которые зачастую оказывались решающими.

Вообще говоря, конструкторское мышление всегда развивалось быстрее, чем инженерно-теоретический аппарат. Строительная механика рождена строительной практикой, и чтобы она могла разработать теоретический аппарат для расчета объекта, последний должен быть уже построен. Как теоретическая наука прямой практической ориентации, она черпает жизненные соки из нужд конструктивных идей и реализованных объектов строительства. Например, никогда бы не появилась теория тонкостенных пространственных конструкций, если бы не были созданы пионерные образцы, убедительно доказывающие свою конструктивную и технико-экономическую целесообразность.

К сожалению, в недалеком прошлом (и даже в наши дни) строительная механика не успевала угнаться за смелыми поисками практиков. Часто конструкторы почти вслепую работали на “территории”, которую предстояло завоевать лишь в будущем. При таком положении вещей только аварии и катастрофы были основными индикаторами пробелов в инженерных знаниях. Однако мы вовсе не оправдываем грубых ошибок, допущенных на “освоенной земле”. Мы хотим лишь подчеркнуть тесную связь и взаимозависимость между теорией и практикой, которая в строительстве проявляется значительно более отчетливо, чем в других инженерных специальностях.

Почему? Сложность в том, что здания и сооружения являются наиболее масштабными из инженерных творений человека. Здесь, как правило, нет и не может быть опытных образцов и экспериментальных серий; чаще всего объекты сами по себе уникальны. Следовательно, отсутствует тот этап инженерного творчества, когда своевременно могут быть выявлены и устранены недостатки решения, слабости проекта, вообще все то, что на чертежном столе заметить и предсказать нельзя.

Здания и сооружения, так сказать, “по условиям игры” должны отвечать сложному комплексу требований, которые к ним предъявляются. Отсюда вытекает необходимость в очень точной системе методов “передвижения” всего: нагрузок, эксплуатационных условий, самых различных экстремальных состояний, которых в данный момент может и не быть, размеров отдельных несущих элементов и связей между ними, обеспечивающих достаточную надежность при минимальных затратах материала, труда и вообще средств. Ясно, что аппарат строительного “ясновидения” может быть в основном теоретическим.

Воспользуемся примером авиации. Каждый новый двигатель для выяснения его моторесурса испытывается на специальных стендах чуть ли не до полного выхода из строя. Излишне производить сложные теоретические расчеты, когда можно быстрее и проще получить более точные результаты путем непосредственных испытаний, даже если затраты при этом будут несколько больше. Каждая опытная модель самолета многократно “облетывается” пилотами-испытателями, и путем непосредственных измерений устанавливается величина всех характеристик – нагрузок, напряжений и деформаций, которые до этого были определены теоретически. Если возникает необходимость, в конструкцию вносятся изменения, соответствующие реальным условиям, реальным параметрам и пусть более тяжелому, но реальному режиму работы.

В строительстве такие “удобства” отсутствуют. Да вряд ли они и могут быть. Никто не может позволить себе построить 30-этажное здание в качестве опытной модели для генеральной репетиции “настоящего” строительства, для наблюдения за тем, как оно будет вести себя во время ураганного ветра или землетрясения. Все должно быть предусмотрено в проектной мастерской.

Разумеется, весьма ценен опыт наблюдения за уже построенными зданиями и сооружениями подобного типа. Анализ типичного, закономерного служит как бы основой для последующего проектирования конструкций данного рода при близких условиях работы. С другой стороны; ценная информация о многих явлениях и процессах в сложных сооружениях может быть получена путем исследования моделей и макетов. Но, поскольку полного подобия во всем достичь невозможно, такие исследования не могут решить основных проблем строительства.

Вопрос еще более усложняется в связи с одной сильной тенденцией современности – стремлением к экономичному строительству. В прошлом, когда не существовало еще теоретического аппарата строительного “ясновидения”, люди строили безумно расточительным образом. Сохранившиеся до наших дней памятники древнего строительства замечательны не только своим архитектурным обликом, но и характером разрешения конфликта между конструкцией и нагрузкой: только чудовищный перерасход материала и человеческого труда обеспечивал их многовековую прочность и непоколебимость.

Подобного строительства сейчас – при его массовых масштабах – не может себе позволить ни одно государство. Да это и не нужно: морально и функционально здания устаревают очень быстро. Выход – в минимальных затратах на строительство зданий и сооружений при степени надежности, приемлемой как с моральной, так и с экономической точки зрения. Но именно это балансирование “на краю пропасти” требует особо точного теоретического аппарата.

Поскольку результаты строительства обусловлены такими факторами, как расходы материалов, затраты труда, сроки сооружения, объем капиталовложений и т. д., решение вопроса “каким будет здание?” (или сооружение) является неоднозначным, вернее, решений может быть много. В этой деликатной области мировая практика представлена тремя школами — советской, европейской и американской.

Советская конструктивная школа комплексно рассматривает все факторы, влияющие на конечный продукт строительства. Решения оптимизируются по обобщенным показателям и, по-видимому, учитывают характерные особенности планового хозяйства социалистического общества на данном этапе его развития в общегосударственном масштабе.

Позиция европейской конструктивной школы может быть приемлема как одно из возможных решений задачи, условием которой является минимальный расход материала. Каждое сооружение рассматривается чуть ли не как уникальное, и путем тщательных расчетов от него “отсекается” каждый лишний килограмм, благодаря чему конструкция получается максимально легкой. Конструктивные решения американской школы ориентированы на условие минимальных затрат человеческого труда с учетом килограммов сооружения. Очевидно, что в различных случаях немалое значение имеют и основные социально-экономические особенности стран, обусловленные их общественным строем. Очевидно и то, что планомерность и гуманность социалистической системы не может не оказать благотворного влияния на конструктивные решения и их реализацию.

Конструкторы середины минувшего столетия имели в своем арсенале только науку о сопротивлении материалов. Она позволяла им определять с достаточной для того времени точностью напряжения и деформации в элементах линейного, балочного и стержневого типа, т. е. в элементах (или конструкциях), у которых один размер (длина) намного больше двух других. Однако в практике строительства начали появляться и плоскостные (пространственные) конструктивные формы, такие,как плиты, своды, оболочки, а также сложные пространственные конструкции, состоящие из линейных элементов. Все они выходили за рамки области, на которую распространялся радиус действия такого “дальнобойного оружия”, как сопромат.

Это вызвало необходимость выделения и обособления специальной науки, которая называется “строительная статика”. Ее задача заключается в разработке методов определения усилий и деформаций в конструкциях всех видов. Параллельно с ней развивается методологический фундамент строительной механики — теория упругости. Это “тяжелая артиллерия” механики, законы которой периодически “простреливают” ее прикладные области, чтобы скорректировать их результаты; в сущности, она дает наиболее общие решения, распространяющиеся и на самые сложные реальные конструкции.

Но, как мы уже знаем, в действительности строительные материалы не являются ни идеально упругими, ни изотропными. Поэтому постепенно выделились научные направления, изучающие работу упругопластичных тел при различных силовых воздействиях и в составе различных конструктивных форм. Более того, в последние десятилетия теория “взяла в работу” и фактор времени. Зависимость напряжений и деформаций от времени для нас уже не тайна; она не была тайной для специалистов и сорок лет назад. Однако гораздо труднее было создать механико-математические модели явлений, которые еще не были достаточно хорошо изучены. Математической интерпретацией таких явлений в строительных материалах и конструкциях занимается специализированная отрасль науки.
Но оказалось, что в ряде случаев постулаты статики бессильны. У многих конструкций напряженные и деформационные состояния могут быть крайне неустойчивыми и взрывообразно изменять свой характер; проще говоря, конструкция становится аварийной, даже разрушается. Проблемы механической устойчивости решаются наукой об устойчивости конструкций. Величины критических нагрузок и напряжений, определенные с помощью методов этой науки, позволяют избежать наиболее драматическую форму невидимого конфликта. Ведь именно потеря устойчивости была главной причиной внезапной катастрофы моста на р. Св. Лаврентий в Канаде.

Важное место в арсенале методов нынешнего конструктора занимает строительная динамика, которая занимается изучением напряженных и деформационных состояний, возникающих под действием динамических нагрузок. Как мы видели, большая часть силовых воздействий имеет подчеркнуто динамический характер, но только во второй половине XX в. средства “предвидения” их эффекта количественно и качественно доросли до такого уровня, когда оказалось возможным объединить их в новую науку.

А геомеханика? Относительно поведения и свойств почвы, которая в течение многих лет должна носить на себе тысячетонный груз зданий и сооружений, тоже не все ясно. Более того, здесь гораздо больше тайн и ненадежности, чем в любой другой области, связанной со строительством. Разгадыванием этих тайн и поисками путей преодоления этой ненадежности как раз и занимается геомеханика.

Вот краткое описание “боевых соединений” современного инженера-полководца. И, как все настоящие соединения, они состоят из многочисленных частей и подразделений, многие из которых имеют специальное назначение и сами являются особь!ми науками. Роль теоретического аппарата в строительном проектировании огромна, но современные тенденции требуют от него все большей широты и точности. Поэтому если не все, то большинство направлений нынешней математики поставлено на службу строительной механике. Мы не удивим читателя тем, что строительная механика математизирована “с головы до пят”. Она представляет собой арену, на которой современная математика показывает, на что она способна. Но на этой арене математика сама оказывается средством, с помощью которого инженер проникает в таинственный мир невидимого конфликта подобного тому, как с помощью скальпеля хирург проникает в табу человеческого организма. Средство, без сомнения, – вещь важная, и слава специалистам, которые создают такие чудесные “скальпели”. Однако если рука, которая держит скальпель, дрогнет и пациент умрет на операционном столе, виновным считается только сам хирург. Специалист по скальпелям за это ответственности не несет.

Едва ли есть необходимость говорить, что это в полной мере относится и к строительству. Ответственности в обычном смысле слова математик не несет: если его решение неверно, катастрофы не произойдет. Но подобная ошибка, допущенная инженером-строителем, может привести и к катастрофе. Инженер как бы оживляет сухую математику и превращает в нечто конкретное и полезное. Истина одна: огромная моральная и материальная ответственность всецело ложится на плечи конструктора, и никто не должен мешать ему держать “скальпель” так, как он считает нужным.

И все же главным в строительстве остается выбор, даже открытие рациональных форм несущих конструкций. Формообразование является тем исключительным процессом, который сочетает в неизвестных пропорциях образно-интуитивное творчество художника или скульптора с конкретным аппаратом точных наук. Этот процесс требует пространственного воображения и абстрактного мышления, логического ума и эмоциональности, развитого конструктивного чутья, определенной интуиции и очень много опыта. А так как наши предшественники имели и хорошее чутье, и интуицию, и строительный опыт, многие из нынешних конструктивных форм уходят своими корнями в далекое прошлое. Но многие из конструктивных форм нашего времени появились в связи с возникновением новых материалов, новых технологий и новых, гораздо более строгих требований. Идеи некоторых из них – сознательно или бессознательно – заимствованы у мудрой и рациональной природы. Но идеи других являются концентрированным выражением неуловимых процессов инженерного мышления человека.





Похожие статьи:
Ураганные ветры и строительство

Навигация:
ГлавнаяВсе категории → Разрушение зданий

Статьи по теме:





Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум