Реферат: Вклад Лолейта А.Ф. в развитие теории и практики железобетонных конструкций

было взято равным 25, а значит, модуль упругости бетона был принят очень низким. Правда, говорил Лолейт далее, есть конструкторы, которые считают возможным принимать n равным даже 40, но достойно внимания, что столь низкие величины модуля упругости бетона (отвечающие n=40 и Ea≈2000000 кГ/см2) были открыты» лишь после изобретения железобетонных конструкций, когда понадобилось найти способ для объяснения противоречий между теорией и данными опытов.

Показав, что отношение модулей упругости n не может равняться 25, а составляет по его опытным данным лишь n = 8, Лолейт выполнил сравнительные расчеты балки и построил соответствующие эпюры напряжений в расчётном сечении (рис. 3), нашёл для каждой положение нейтрального слоя.

Рис. 3. Эпюры напряжений в расчетном сечении тавровой мостовой балки по А. Ф. Лолейту: а – габариты сечения; б, в – при расчетах по упругой стадии для разных значений n; г – с учетом гипотезы Консидера; д – по стадии разрушения.

Затем он заявил: «Из сопоставления эпюр ясно, какое разнообразие в распределении напряжений получается для одной и той же величины момента в зависимости от того, будет ли для расчета применена гипотеза Навье, пологая n = 25 и n = 8; или гипотеза Консидера» и продолжил: «Совершенно иное получается, если рассматривать мгновенное равновесие, предшествующее моменту разрушения: так как бетон при этом перестаёт принимать участие в сопротивлении растяжению, то тем самым устраняется из расчёта фактор, приводивший к неопределённости разрешения задачи; нейтральная ось занимает совершенно определённое положение, характеризующее 3-й период деформации». Он построил эпюру напряжений и сказал далее: «Если принять величины временных сопротивлений соответственно для железа – разрыву σа = 3600 кГ/см2; для бетона – сжатию σб = 200 кГ/см2, то нетрудно увидеть, что при имеющемся в рассматриваемом нами случае соотношении между размерами бетона и сечением арматуры, подверженной растяжению, разрушение произойдёт вследствие достижения железом величины временного сопротивления σа при наибольшей, так сказать критической, величине изгибаемого момента в опасном сечении».

Цитированное настолько опережало уровень науки о железобетоне в 1904 г., вносит такую поправку к известной дате начала работ по пересмотру теории железобетона, что может показаться неправдоподобным. Следует однако иметь в виду, что между этой работой и предложениями 1930 - 1932 гг. нельзя ставить знак равенства. Она была эскизом к тому произведению талантливого мастера, какое будет ещё создано после новых опытов и теоретических разработок.

Но это еще не всё. Читаем дальше: «рассмотрение сооружения в момент, непосредственно предшествующий обрушению, с теоретической точки зрения представляет то удобство, что избавляет нас от необходимости делать какие бы то ни было новые предположения сверх тех, на которых основаны обычные выводы строительной механики».

И ещё: «критическая нагрузка, соответствующая мгновенному равновесию, непосредственно предшествующему разрушению, может быть определена для любого железобетонного сооружения с почти абсолютной точностью, а сравнение условий, в которых находится сооружение при критической нагрузке, с теми, которые имеют место при полной нагрузке сооружения, для которой оно рассчитано, даёт возможность определить запас прочности с точностью, удовлетворяющей самым строгим требованиям практики».

Обратимся к другим, не менее изумляющим страницам этого доклада, содержание которого поражает даже современного читателя непрерывной, стремительной напористостью новых идей. Уже достаточно бы и того, что в 1904 г. показана зависимость результатов расчёта от принятой методики. Затем ещё предложено рассчитывать изгибаемые железобетонные элементы по стадии разрушения. Далее установлена картина разрушения тавровой балки – оно начнётся с растянутой арматуры! Но перевёрнута страница, и вот формула для определения коэффициента прочности:

где m – «величина, которую я предлагал[1] , чтобы выразить коэффициент запаса в виде функции соотношения между собственным весом сооружения g и полезной нагрузкой p».

А затем, раз не было пока научно-обоснованного метода расчета, приходилось испытывать сооружения пробной нагрузкой. Но испытания не до разрушения не позволяли судить о действительной несущей способности конструкции. Сравнивать прогибы, замеренные с расчетными, бесполезно, так как расчётные величины прогибов ещё менее достоверны, чем величины напряжений. Доводить каждую конструкцию до разрушения очевидно очень дорого, а иногда и невозможно. Если же, предлагал Лолейт, определять разрушающую нагрузку расчетным путём и сравнивать её с эксплуатационной, надёжность конструкции можно будет оценить величиной коэффициента запаса, сравнивая его с заранее обусловленной величиной этого коэффициента.

Что же касается расчетной величины разрушающей нагрузки, то, во-первых, её можно вычислить, не прибегая к умозрительным предпосылкам и разным допущениям, а во-вторых, её, как и сам метод расчёта по разрушающим нагрузкам, легко проверить испытаниями экспериментальных образцов.

Лолейт сообщил в докладе результаты проведённых им испытаний шести плит, показавших отличную сходимость опытных и расчётных величин разрушающей нагрузки. Эти опыты и подкреплённое ими предложение рассчитывать железобетон по стадии разрушения лягут позднее в основу его известных работ 1930 – 1933 гг. по пересмотру теории железобетона.

Приведём некоторые данные упомянутых исторических опытов над шестью плитами, две из которых были средним и крайним пролётами трёхпролётной плиты (плиты № 3 и 4).

В этих опытах Лолейт исследовал также влияние избыточной воды в бетоне на его прочность, сравнивая несущую способность плит из трамбованного бетона (№ 1) и литого (№ 2), обнаружив ожидаемое снижение прочности литого бетона в сравнении с трамбованным. Но увеличение насыщенности ребер тавровых сечений арматурой вынуждало применять более подвижную смесь, «вознаграждая некоторое уменьшение прочности бетона увеличением прочности сооружения во всей его совокупности, зависящим, главным образом, от надёжности соединения арматуры с бетонным телом сооружения в одно неизменное целое, а это вполне обеспечивается при отливке».

Значение доклада А. Ф. Лолейта «К вопросу о правилах приёмки железобетонных сооружений» трудно переоценить. Его содержание поражает масштабом и глубиной охвата главных проблем железобетона. В нём содержались мысли, к изложению и углублению которых Лолейт будет ещё не раз возвращаться.

Рис. 4. Неразрезная тавровая балка, плита которой в пролетах и над опорами расположена в сжатой зоне: а – эпюра моментов; б – конструкция балки.

В сообщении XII цементному съезду (1908) дана была оценка работы бетона сжатой плиты таврового сечения и предложены нерезрезные тавровые балки с волнистой плитой, распологаемой и над опорами, и в пролётах в сжатой зоне (рис. 4).

В 1910 г. на XIII съезде был сделан доклад «О влиянии избытка воды в растворе на прочность железобетонных конструкций». В этом докладе еще раз взят был под защиту литой бетон, более однородный по качеству, чем трамбованный вручную. Малая прочность бетона на растяжение, говорил Лолейт, не является его природным свойством; она – следствие местных дефектов качества.

В 1899 г. сооружено уже 26 железобетонных труб под насыпью одной только Витебск-Жлобинской железной дороги. В 1900 г. построены железобетонные своды над винным подвалом в Москве. В 1902 г. в Москве в здании мастерских акционерного общества выполнены пустотные железобетонные стены, которые потом были подвергнуты всесторонним исследованиям на прочность и теплозащитные качества. В 1912 г. Лолейт расскажет об их конструкции и результатах исследований XIV цементному съезду и тогда же предложит устраивать пустотные плоские железобетонные перекрытия (рис. 5).

В том же здании Лолейт совместил надоконные перемычки с крайними рёбрами перекрытия (окна под потолок), применил железобетон для устройства водяных ванн и вытяжных колпаков у кузнечных горнов.

Безбалочные перекрытия

Рассматривая задачу уменьшения высоты балок ребристых перекрытий, А. Ф. Лолейт предложил делать плиту волнистой, располагая её над опорами и в пролётах балок в сжатой зоне. Затем – пологие веерные своды покрытий, пологие настолько, что сегодня им дали бы название вспарушенных плит.

В тот же период 1908 - 1909 гг. Лолейту пришлось встретиться с необходимостью устройства сплошной железобетонной фундаментной плиты минимальной высоты, нагруженной колоннами. Делать её ребристой обычного типа было невозможно. Пришлось решать задачу уменьшения высоты рёбер, увеличивая их ширину, и, наконец, в пределе, вовсе убрав рёбра, но утолстив плиту. Для выяснения потребной толщины такой безбалочной плиты Лолейт сперва воспользовался формулой Грасгофа для пластинки, подпёртой в отдельных точках, в том виде, в котором она приведена в справочнике Хютте. Разработав затем свои расчетные формулы, Лолейт уширил колонны капителями в месте их примыкания к плите во избежание её продавливания и применил в 1907 г. получившуюся конструкцию в виде железобетонного стола под налив бидонов молоком на заводе фирмы Чичкина, а затем в качестве покрытия сперва по сетке колонн 5,463,36, затем 66 и 8,45 м. В марте 1912 г. Лолейт докладывал о безбалочных перекрытиях цементному съезду в Москве.

В 1913 г. в докладе Русскому обществу испытания материалов в Москве «К вопросу о теории расчета безбалочных железобетонных перекрытий» А. Ф. Лолейт демонстрировал фотографии осуществлённых построек (рис. 6), принципа размещения нижней и верхней (надколонной) арматуры; уточнения в методике расчета плиты как скрещивающихся надколонных и пролетных полос (рис 7а), и пришел к выводу, что при отношении пролетов безбалочной плиты более двух она должна рассчитываться как работающая по одному, короткому направлению. Для надежного защемления плиты в крайних пролётах он предложил устраивать по периметру перекрытия свободно свешивающиеся консольные полосы. Лолейтом впервые была предложена так называемая двухпутная система армирования плит безбалочных перекрытий (рис 7б), он впервые осуществил их армирование заранее заготовленными сетками.