Техника в ее историческом развитии

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Большой и оригинальный вклад в строительную механику этого периода сделал В. Г. Шухов. Как и для многих передовых русских ученых его поколения, для него было характерно «стихийное» применение в исследованиях чуждой большинству тогдашних инженеров материалистической диалектики.

Прекрасной иллюстрацией общего диалектического склада мышления В. Г. Шухова является его работа над проектированием нефтяных резервуаров, позволившая ему решить задачу оптимального объема нефтяных резервуаров [23, с. 35—37]. Из практики он знал, что по конструктивным соображениям при сооружении резервуара любого размера предусмотрен некоторый излишек металла, бесполезный для сопротивления действующим в сооружении усилиям. С точки зрения формальной логики получается, что для хранения удвоенного количества нефтн выгоднее всего заменять два резервуара одним удвоенного объема. Однако это наталкивается на «практические неудобства, сопровождающие клепку, чеканку и опускание днищ резервуаров больших размеров». И существует «предел, за которым увеличение размеров резервуара теряет всякое значение». Он определяется величиной выгоды от экономии материала, «бесполезного для сопротивления» испытываемым сооружением усилиям. Расход этого материала зависит, как установил исследователь, от толщины стенок сооружения и от соотношения прочности материала и давления единицы высоты жидкости. Таким образом, задача конструктора состоит в том, чтобы найти предел, характеризующий переход количества в качество.

Особенно замечательным в исследованиях В. Г. Шухова было то, что он задолго до оформления кибернетики в самостоятельную науку, так же как и его соотечественник и ровесник, кристаллограф Е. С. Федоров, использовал метод аналогий.

«Инженер Шухов,— писал в 1919 г. П. К. Худяков, начиная задуманное им описание всех сорокалетних теоретических исследований этого Ученого,— останавливается в своих работах прежде всего на интересной аналогии, существующей между поворотом поперечного сечения у плавающего тела и поворотом поперечного сечения упруго согнутой балки.

В обоих случаях этот поворот характеризуется, действительно, одними и теми же в сущности формулами» [10, с. 4].

Теоретическая заслуга В. Г. Шухова состояла в том, что он сумел превратить последовательное интегрирование дифференциального уравнения четвертого порядка из приема решения частной задачи бруса на упругом основании, известного немецкого ученому А, Фёпплю, в универсальное средство расчета любых балок.

Разработанная В. Г. Шуховым методика использования физических аналогий была далее развита в 1900 г. немецким ученым Л. Прандтлем и в 1916 г. нашим соотечественником Н. И. Мусхелишвили [9, с. 471—476]. Изучая форму провисания образованной в кольце в виде мембраны мыльной пленки, Прандтль установил, что на ней можно найти все данные о распределении напряжений в подвергающихся кручению стержнях. В 1917 г. англичане А. А. Гриффите и Д. Тейлор [9, с. 471] распространили этот прием на определение жесткости при кручении брусьев разнообразных сложных профилей, Мусхелишвили же установил аналогию напряжений, являющихся результатом деформации, и напряжений, вызываемых изменениями действующего на нее температурного поля.

Кроме метода физических аналогий, строительная механика этого периода пополнилась оптическим методом исследования напряжений и моделированием.

Основоположник метода исследования напряжений при помощи поляризованного света Д. К. Максвелл еще в 1850 г. писал: «Доктор Брью- стер (1816 г.) открыл, что механическое напряжение вызывает в прозрачных телах временную анизотропию в отношении поляризованного света, а Френель (1822 г.) отождествил эту анизотропию с двойным лучепреломлением в кристаллах» [9, с. 301]. Просвечивая поляризованным лучом модели из желатина и стекла, он обнаружил линии одинакового цвета (изохромы), соответствующие местам, в которых разность главных средних нормальных напряжений имеет одну и ту же величину. Таким образом была получена полная картина распределения напряжений в модели. Однако предложение Максвелла не получило применения до 1891 г., когда его соотечественник К. Вилсон [9, с. 420] использовал для исследования балки этот оптический метод, получивший название фотоупругости. В России начало оптическому анализу напряжений положил в 1903 г. проф. В. Л. Кирпичев [9, с. 384].

Ряд проблем возник перед наукой также при изучении минерального компонента железобетона.

Еще в 1891 г. француз Р. Фере нашел, что прочность бетона пропорциональна отношению объема цемента к объему воды затворения, сложенному с объемом воздушных пор в бетоне. В 1909 г. венгерский профессор К. Целинский установил, что эту зависимость удобнее выразить обратным отношением — водоцементным [25, с. 26]. Но и Фере и Целинский рассматривали предложенные ими выражения лишь как средство лабораторного изучения бетона и не смогли в то время практически использовать свои выводы непосредственно на строительстве. Это удалось сделать только в следующую эпоху. Бельгийский специалист по железобетону П. Кристоф, сопоставляя эффективность строительства различных сооружений из традиционных материалов, писал, что «железобетонные сооружения воздвигаются гораздо быстрее». Он отмечал, что для них нужны «только общеупотребительные материалы» и строительство их не требует к тому же «мощных подъемных механизмов и особых транспортных приспособлений». Но вместе с тем он признавал, что единственное неудобство заключается в медленности процесса твердения, которая вынуждает ждать несколько недель, прежде чем можно будет пустить сооружение в эксплуатацию [26, с. 776].

Это заставило ученых заняться экспериментальным исследованием процесса твердения. Испытывая образцы в возрасте от 3 дней до 6 лет, К. Бах в 1905 г. установил, что трехдневная прочность составляет около трети, а семидневная примерно две трети месячной прочности, которая через год увеличивается в полтора, а через 6 лет в два раза. Он выразил найденную им зависимость довольно сложной формулой [17, с. 36—37, 159].

Набирание бетоном эксплуатационной прочности в результате длительного процесса твердения вызвало попытки ускорить реакцию гидротермальной обработкой. Опыты Р. Фере (1897 г.) показали, что благодаря пропариванию прочность, получаемая при температуре 15° С в течение 15 дней, достигалась на шестой день при 25° С, а при 35° С даже на четвертый день [17, с. 49].

Употребление цементов, твердеющих в отличие от воздушной извести и гипса не из-за высыхания, а, наоборот, в условиях непременного сохранения влажности, вызвало у химиков интерес к природе твердения этого вида материалов [1, с. 170].

Французский ученый А. Л. Ле Шателье в 1887 г., опираясь на хорошо изученный к этому времени химиками процесс кристаллизации, объяснил гидравлическое твердение образованием сростков из переплетающихся кристаллов, аналогичным известному уже тогда механизму твердения штукатурного гипса. Однако микроскопические исследования затвердевшего портландцемента, обнаружившие вместо сростков аморфную некристаллическую массу, заставляли искать других объяснений. Л.Михаэлис (Германия), исходя из достижений коллоидной химии, высказал догадку, что процесс сводится к появлению вокруг зерен цемента в результате их набухания под действием воды плотных студней, которые затем перерастают в кристаллические образования. Однако его теория не давала объяснения твердения гипса, где получаются кристаллические структуры, но совершенно отсутствует коллоидное вещество.

Двойственная роль воды затворения: и как средства получения Рабочей консистенции смеси, и как химического реагента — заставила искать ее оптимальную дозировку.

В 1885 г. русский инженер И. Самович в своих опытах, связанных с с постройкой Севастопольского порта, установил связь прочности бетона с количеством воды затворения и пришел к выводу, что оно складывается «из воды, потребной для образования цементного теста, и воды на смачивание песка и гравия». В 1891 г. профессор Военно-инженерной Академии И. Г. Малюга нашел, что наивысшая прочность бетона приблизительно соответствует тому проценту содержания воды, при котором в конце трамбования образца на поверхности его появляется влага. Эта величина, устанавливающаяся тогда опытным путем, получила название «пункта насыщения». Первоначально дозировку воды определяли на ощупь. «Чтобы убедиться в надлежащей регулировке количества воды,— писал в 1899 г. П. Кристоф,— берут в руки немного бетона и скатывают в шарик. Вода должна показаться на поверхности, и шарик должен на ладони сохранять свою форму» [26, с. 431].

Почти полувековое развитие строительной техники за период становления монополистического капитализма оставило следующей эпохе ряд неиспользованных на практике открытий и изобретений, а также поставленных, но еще не решенных задач. Они касались и строительных материалов, и конструкций, и способов производства работ, и, наконец, научных методов. Достаточно назвать лишь самые важные из них.

В области строительных материалов следует упомянуть открытие в 1912 г. немецким профессором Э. Мершем эффекта предварительного натяжения арматуры, задерживающего образование трещин в бетоне. Это положило начало применению предварительно напряженного бетона, введенному в строительную практику в 20-х годах XX в. французом Э. Фрейсине [16, с. 398-404; 17, с. 389].

В сфере конструкций можно назвать открытие в 1889 г. французом Консидером способности бетона к удлинению, которое в наибольшей степени обнаруживается в непосредственной близости к арматуре и изменяется в зависимости от количества ее в теле бетона. Это открытие дало итальянцу П. JI. Нерви [27, с. 7] возможность впоследствии создать конструктивные элементы в виде тонких скорлуп, состоящих из пакетов стальных сеток, залитых цементным раствором.

Заложенная в 1910 г. американцем Д. Концельманом система крупнопанельных сооружений [28, с. 46] позже развилась в полносборное строительство. Его завершением явился механизированный монтаж зданий из готовых блоков-коробок полностью заводского изготовления.

В качестве важнейшей эстафеты строительной науки следует отметить исследование напряжений в прозрачных моделях конструкций методом «замораживания» их оптической картины. Этот эффект был достигнут Максвеллом путем высушивания желатиновых моделей. Такой прием задавал возможность сохранять в модели изображение траекторий главных напряжений и после снятия с них нагрузки. В 1938 г. американец М. Ха- тенни распространил поляризационный оптический метод с двухмерных, плоских напряженных состояний на пространственные трехмерные [9, с. 325, 327, 461].

СТРОИТЕЛЬНОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ. Строительные материалы...

Изучением свойств материалов занимается наука - материаловедение. Материаловедение строительное - наука о строительных материалах, их составе, свойствах...

СТРОИТЕЛЬНАЯ ФИЗИКА. Строительная физика включает...

С. СВЕТОТЕХНИКА строительная. — наука о генерировании и использовании в стр-ве и … освещение зданий, М., 1961; Строительная физика, М., 1965: Мешков В. В...

Строительное материаловедение это наука изучающая взаимосвязи...

В первом разделе описываются основные этапы развития строительного материаловедения. … Главы 1-4 написаны канд. хим. наук, доцентом П. И. Юхневским, главы 5-8, 10 канд. техн. наук...

›Строительные изделия›

Подготовка площадки к строительству. Транспортирование строительных...

§ 25.1. Общие сведения о строительных процессах. … Технология строительного производства —наука о рациональных методах выполнения работ, которые по характеру выполнения делят на...

›Основы

СПРАВОЧНИК СТРОИТЕЛЯ. Литература по строительству

Строительные технологии. Справочник строителя. Раздел: Быт. … заслуженный деятель науки и техники РФ, член-корреспондент РААСН, д.т.н., проф. Г.А. Айрапетов.

ЛИТЕРАТУРА по строительству дома

(Строительные нормы и правила (СНиП), 1954, ч. II, IV). 8. В. Н. Сизов, кандидат технических наук. Строительные работы в зимнее время.

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ. Подготовка...

Наука и техника, 1977. - 232 с. … 6. Горчаков Г. И., Баженов Ю. М. Строительные материалы: Учеб. для вузов.

СТРОИТЕЛЬНОЕ ПРОИЗВОДСТВО. Технология строительного...

Сформулированы задачи технологии строительного производства как науки, проанализирована специфика ее развития за 65 лет Советской власти.

Управление строительным производством. Управление строительным...

Управление строительными организациями осуществляется демократическими методами. … Современная наука управления использует метод, в котором качество, интенсивность и...

›Технология и организация

Строительные машины

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ. Под редакцией заслуженного деятеля науки и техники РСФСР, д-ра техн. наук, проф. Д. П. Волкова.