Грандиозные темпы строительства во всех отраслях промышленности поставили вопрос о соответствующем развитии строительной индустрии. Решение такой задачи невозможно без экспериментального решения многочисленных проблем даже при полном использовании теоретических исследований. Среди исследований, на которых основано проектирование строительных конструкций, особое место занимает испытание конструкций и сооружений. Экспериментальное изучение сооружений является завершающим этапом теоретических расчетов, проектирования и их изготовления. Поэтому повышается роль науки об измерениях – метрологии. Чтобы получить достоверные данные, с высокой степенью надежности и точности, необходимо знать приборы и оборудование, применяемое в испытаниях (измерениях), их характеристики и принцип действия.

1.2.Историческая справка.

Испытание конструкций и сооружений не сразу выделилось в самостоятельную науку. Однако отдельные случаи испытания сооружений осуществлялись давно.

Первые экспериментальные исследования относятся к области строительной механики, в широком смысле этого понятия. Работы Леонардо да Винчи, Галилея, Бернулли, Лейбница, Кулона положили начало изучению вопросов механической прочности.

Леонардо да Винчи (1452-1519) – живописец, скульптор, архитектор, крупный инженер и ученый.

Он выдвинул много интересных вопросов и пытался их решить. Объясняя действие силы, приложенной к рычагу, он говорил: «Сила, приложенная наклонно к плечу рычага, действует, как бы на плечо другого – потенциального – рычага, образованного перпендикуляром, опущенным из точки опоры на ее направление.» эти соображения дают точно определение момента силы в плоской системе координат.

Галилео Галилей (1564-1642) – основатель науки о сопротивлении материалов.

Предполагал в изогнутой балке равномерное растяжение всех волокон по высоте сечения.

Для балки прямоугольного сечения он получил напряжение

Французский физик Мариотт (1620-1684) высказал предположение, что напряжение в сечении прямоугольной балки распределяется по треугольнику.

Лейбниц (1646-1716) – немецкий математик и философ – высказал ту же мысль о распределении напряжений в изгибаемой балке по треугольнику.

Но точного решения пока не было дано.

Роберт Гук (1635-1703) – английский ученый.

Нашел зависимость упругими деформациями и напряжениями (1676 г.): «Какова деформация, такова сила». Этот закон лег в основу науки о сопротивлении материала.

Дюамель (1700-1782) – провел первые убедительные опыты, подтверждающие наличие сжимающих напряжений без применения точных измерительных приборов.

Разрушающая нагрузка оказалась одинаковой как для целых, так и для разрезанных брусков. На этом основании Дюамель пришел к выводу, что в верхней части имеются только сжимающие напряжения. Если бы это было не так, то благодаря наличию вырезов балки разрушились бы скорее при наличии меньших нагрузок, чем целиковые.

Луи Мари Анри Навье (1785-1836) – французский академик. Доказал теоретически, что нейтральный слой проходит через центр тяжести поперечного сечения балки и вывел формулу напряжений в изгибаемой балке.

(для балок прямоугольного сечения).

Экспериментальное подтверждение наличия укорочения и удлинения волокон в изгибаемой балке и положение нейтральной оси было выполнено французским академиком А. Мореном.

Журавский Д.И. (1821-1891) вывел формулу касательных напряжений для балок прямоугольного поперечного сечения.

Достаточно полное описание истории развития строительной механики можно прочесть в книгах:

С.П. Тимошенко. История науки о сопротивлении материала. Гостехиздат, 1957г.

С.А. Бернштейн. Очерки по истории строительной механики. Госстройиздат, 1957г.

Н.Н. Аистов. Испытание сооружений. Госстройиздат, 1960г., М-Л.

Рис. 1.5 Проект деревянного арочного моста И.П. Кулибина.

Блестящим примером испытания сооружений можно считать испытание деревянного арочного моста, проведенное в России И.П. Кулибиным (1735-1818). Он разработал три варианта деревянного арочного моста через р. Неву пролетом 297 м.

В 1776 г. для проверки основных предпосылок проекта был изготовлен макет моста в масштабе 1:10 и испытан при различных возможных схемах загружения. Испытания проводились в комиссии Академии наук при участии академика Эйлера. Анализ испытаний полностью подтвердил основные предпосылки проекта Кулибина. В последствии эта модель была использована в качестве моста через один из каналов сада Таврического дворца.

Основной заслугой Кулибина является осуществление экспериментального исследования строительных конструкций не с целью установления разрушающей нагрузки, а определения поведения сооружения в рабочем состоянии, а так же разработка предпосылок моделирования сооружений.

В первой четверти XIX столетия начинаются испытания натурных конструкций.

1837 – массовые испытания металлических балок и ферм перекрытий Зимнего дворца, при его восстановлении после пожара.

1847-57 – металлическое неразрезное пролетное строение моста через р. Вислу в Диршау.

1847 – Лондон. Годкинсон организует первую механическую лабораторию, которая вначале занималась испытанием строительных материалов.

1853 – Россия. Профессор Собко П.И. при Петербургском институте путем сообщения организовал механическую лабораторию, руководимую в дальнейшем профессором Белелюбским Н.А. (1845-1922). В 1900 такая же лаборатория была организована при теперешнем ЛИСИ.

1886 – первые испытания железобетонных конструкций, немецкая фирма «ВАИС». В России же первые испытания конструкций были проведены в 1886 г. на строительстве Московской бойни.

Как известно в 30-х годах двадцатого столетия начались работы по исследованию методов расчета конструкций, в частности по предельному состоянию, что потребовало больших экспериментальных работ. Создателем первой отечественной школы экспериментальных исследований был Н.С. Стрелецкий. Эта школа в основном изучала работу мостовых конструкций.

В настоящее время в Советском союзе существует обширная сеть НИИ и учебных институтов, ведущих плодотворную работу в области испытаний сооружений. Крупнейшие среди них: НИИЖБ, ЦНИИСК, ВНИИЖелезобетон, Киевский НИИСК, МИСИ им. Куйбышева, ЛИСИ и др.

Необходимо отметить труды советских ученых в этой области: Н.С. Стрелецкого, Е.О. Патона, Ю.А. Нилендера, Н.Н. Аистова, А.А. Гвоздева, Н.И. Безухова, И.Л. Корчинского, К.С. Завриева, Б.В. Якубовского, В.И. Красикова, Н.Н. Давиденкова, Н.Н. Максимова, А.М. Емельянова, Р.И. Аронова, Д.Е. Долидзе и др.