Чтение онлайн

Точно такое же запутанное положение и с деформациями. Средняя деформация разрушения при сжатии (см. рис. 13) равна 0,2%. Но ведь деформации такого порядка у стали и дерева являются рабочими, конструктивно целесообразными! Следовательно, в отличие от этих двух материалов, которые с деформационной точки зрения реализуют 50—60% своих возможностей, бетон может работать в элементах и конструкциях в пределах всей своей рабочей диаграммы без опасности чрезмерных деформаций и провисания. Поэтому из бетона можно «выжать» все, на что он способен (разумеется, в рамках регламентированной степени надежности).

В результате экспериментов установлено, что независимо от скорости нагрузки конечные деформации в бетоне остаются одинаковыми. Просто при быстром увеличении и последующем сохранении нагрузки создается возможность сравнительно независимого

проявления сначала упругих, а затем пластических деформаций (см. рис. 14), тогда как при плавном, постепенном нагружении материала два вида деформаций (упругие и пластические) проявляются одновременно, и рабочая диаграмма представляет собой сильно изогнутую кривую (см. рис. 13). Однако в обоих случаях разрушение происходит при предельной деформации сжатия, которая в среднем составляет 0,2%. При нагрузке на растяжение предельная деформация приблизительно равна 0,02%, да и то лишь у бетона достаточно высокой марки. Если теперь мы разделим одну из приведенных величин на другую, то получим роковое отношение 1:10 в пользу сжатия.

Основной прочностью бетона считается так называемая кубиковая прочность. Согласно стандартам НРБ, образцами для испытания бетона служат бетонные кубики со стороной 20 см, выдержанные при температуре 15—20°С и влажности воздуха около 60%. Образцы испытываются на сжатие на 28-й день после изготовления. Полученная прочность определяет так называемую марку бетона. Стандартными марками обычного тяжелого бетона, согласно нормам НРБ, являются: 50, 75, 100, 150, 200, 300, 400, 500 и 600. Например, бетон марки 200—это бетон, стандартные кубики которого при испытаниях обнаружили среднюю прочность 200 кг/см2.

При проектировании марка бетона выбирается в зависимости от характера конструкции и технико-экономических условий. Для чисто бетонных элементов и конструкций (основания, фундаменты, подпорные стенки и т. д.) чаще всего используется бетон марок 150—200, для обычных железобетонных конструкций — 150—200, реже 300, а для предварительно напряженных конструкций — 400 и выше.

В заключение разговора о бетоне еще раз подчеркнем, что его главное достоинство — высокая прочность на сжатие, а основной недостаток — низкое сопротивление растяжению. Но, как мы убедимся позже, эта «болезнь» излечима, поскольку в наши дни в строительстве наиболее широко применяется не обычный, а армированный бетон, т. е. железобетон. И если часто бетон, армированный сталью, называют материалом XX в., это не преувеличение, так как именно из железобетона строится основная часть всех зданий и сооружений на нашей планете. В замыслах, проектах и реализованных конструкциях он приобретает формы, которые невозможны при использовании любого другого материала, — формы, которых не знает ни природа, ни история. Подобно тому как дети лепят из пластилина самые необычные фигурки, инженер-строитель «лепит» из этого замечательного материала свои конструкции, воплощает свои новые идеи, реализует в нем свои концепции. В этом таинственном процессе сложнейшим образом переплетаются соображения красоты и надежности, рациональности и технической целесообразности. Здесь человек должен быть одновременно скульптором, физиком и инженером. Разве неприятно облекать свои идеи в подходящий пластичный материал, который быстро превращается в прочный монолит? Этот процесс более чем приятен — он восхитителен.

18 мая 1975 г. в геометрическом центре Польши был смонтирован последний элемент самого высокого сооружения нашего времени — 646-метровой мачты национальной радиостанции в Константинуве, в 100 км от Варшавы. А осенью следующего года телеграфные агентства сообщили, что в Японии сдан в эксплуатацию самый большой висячий мост в мире. Его центральный пролет длиной около 2,5 км действительно является самым большим расстоянием, которое «преодолел» человек. Эти два события представляют собой предел — разумеется, временный — внушительной эскалации размеров в строительстве, который наиболее ярко отражает мощь современной техники.

Грубо говоря, строители-конструкторы с глубокой древности до наших дней стремились, с одной стороны, перекрыть без промежуточных опор как можно большее расстояние (или, как сказали бы специалисты, пролет), а с другой стороны, достичь как можно большей высоты зданий и сооружений.

Эти два стремления обусловлены вовсе не соображениями установить своеобразный рекорд или выразить таким способом уникальность строящегося объекта, как может показаться на первый взгляд. Они отражают требования целесообразности, функциональности и экономии материалов или земельных участков, а в конечном счете — экономии средств.

Воспользуемся примером промышленного строительства. Многие виды производств и технологических процессов нуждаются в обширных площадях, свободных от каких бы то ни было колонн, на которые опиралась бы конструкция перекрытия. Это необходимо для свободного развертывания технологических линий, для нормальной работы машин, механизмов и отдельных производственных узлов. В связи с этим конструкции перекрытий должны иметь пролеты длиной от 9—12 до 24, 36 м и более, а пространство, ограниченное четырьмя соседними колоннами, должно обеспечивать свободную площадь порядка 500 и даже 1000 м2. Примерно такова площадь десяти больших квартир… с той лишь разницей, что квартиры предельно насыщены перегородками, ограждающими наружными стенами, несущими железобетонными стенами, а часто и колоннами.

Подобные, хотя и не такие острые, конструктивные проблемы возникают и при возведении некоторых общественных зданий — магазинов, университетов, больниц, административных и научных учреждений, где современные эксплуатационные концепции предполагают наличие свободных пространств размерами приблизительно 8x8, 10x10 или 12x12 м. Но, без сомнения, наиболее остро эти проблемы встают при строительстве таких специальных зданий и сооружений, как ангары, выставочные и зрительные залы, крытые стадионы. В этих сооружениях, по вполне понятным соображениям, крайне нежелательны, а часто и вообще должны быть исключены какие бы то ни было промежуточные опоры, хотя бы даже в виде стройных колонн. В этих случаях огромное свободное пространство должна перекрывать специальная несущая конструкция, которая в течение всего срока эксплуатации будет находиться в состоянии острого, хотя и невидимого конфликта с силами внешнего воздействия, и ни на одно мгновение нагрузки не должны взять над нею верх…

Это, без сомнения, наиболее яркая область инженерного творчества, и те, кто «расписывается» под подобным проектом, всегда принадлежат к технической элите своего времени. Но, так же как и в искусстве, элита в технике малочисленна. Путь к вершинам конструкторского искусства не гладок; от «кандидата в знаменитости» требуется много таланта, трудолюбия и самоотдачи. Но, в отличие от искусства, здесь требуется и мужество. Если гениальный музыкант рискует лишь разочаровать публику, то гениальный конструктор при подобных обстоятельствах рискует быть физически уничтоженным. При таком положении вещей хороший инженер-конструктор должен быть достаточно смел духом, чтобы взять на себя большую моральную и материальную ответственность, с которой связано его творчество.

Самые большие пролеты делаются у мостов. Стремление к большей величине пролетов здесь продиктовано не функциональными соображениями, поскольку водителю транспортного средства все равно, на скольких опорах покоится полотно моста, по которому он едет. Ведущими в данном случае оказываются технические, технологические, а также экономические требования. Например, трехкилометровый пролив невозможно преодолеть сразу, одним пролетом. Даже если он достаточно глубок и устройство промежуточных опор является очень сложным делом, данный случай выйдет за пределы нынешних технических возможностей человека и, несмотря ни на что, промежуточные опоры будут возведены. Но для глубоких проливов и ущелий меньшей ширины предпочтительно преодолевать препятствие «на одном дыхании» — с помощью однопролетной несущей конструкции и двух береговых устоев. В этом случае сооружению заведомо предстоит многие десятки лет бороться с гравитацией самым головокружительным образом.

Если считать наибольшую величину пролета своеобразным показателем технических возможностей данного времени и галопом промчаться по последнему тысячелетию, можно заметить устойчивую тенденцию, представленную ниже на ряде примеров.

437 г. до н. э. Построен Акрополь. Каменные архитравы по его фасаду преодолевают 6-метровые расстояния между опорами.

104 г. до н. э. Мост Трояна на р. Дунай с рядом пролетов по 35 м. Конструкция моста выполнена из дерева.

1779 г. В Швейцарии братья Губерманы построили самый большой для того времени деревянный мост арочной конструкции с пролетом 119 м.