Перед испытанием сооружения необходимо детально выяснить цели и задачи (вопросы), которые ставит перед собой исследователь.

Испытание конструкций и сооружений вызывается необходимостью оценки состояния конструкций, а также проверки правильности и точности теоретических расчетов.

Наиболее характерными задачами статических испытаний являются:

1. Выяснение величины разрушающей нагрузки с целью установления безопасных пределов эксплуатационной нагрузки. Испытуемая конструкция доводится до разрушения, а результаты испытаний используются для расчета других аналогичных объектов. Применимы при массовом изготовлении однотипных конструкций.

2. Проверка и уточнение расчетной схемы конструкции. Связано с разработкой новых рациональных и экономичных конструкций, выявлением скрытых резервов запаса прочности.

3. Проверка качества и состояния конструкции. Обычно проводится после длительной эксплуатации сооружений; после пожаров, взрывов, что приводит к снижению несущей способности (прочности) сооружения. Определяется степень годности конструкции.

4. Уточнение фактически действующей нагрузки на конструкцию (величина, интенсивность распределения и т.д.). Иногда расчет сооружений ведется на нагрузки, величина которых мало обоснована. Часто результаты этих испытаний отражаются на величине и распределении нагрузки (сыпучие среды).

5. Испытание ответственных сооружений пробной нагрузкой в целях проверки их исправности.

6. Выходной контроль качества сооружений (ГОСТ) и конструкций.

Любое сооружение, конструкция или их элементы должны обладать прочностью, устойчивостью, т.е. должна быть обеспечена несущая способность сооружения. Кроме этого перемещение элементов, возникновение трещин и повреждений не должно нарушать нормальной работы конструкции и отражаться на ее долговечности. Любое сооружение необходимо рассчитать так, чтобы оно обладало достаточной несущей способностью и было экономически наиболее выгодным, как в отношении затрат материалов, так и его стоимости.

Единственным критерием правильной оценки данных положений может явиться экспериментальная проверка работы сооружения, так как при расчете сооружений принимаются: условные расчетный схемы с различными отклонениями их от действительности; условные расчетный характеристики материалов. Кроме того, невозможно учесть полностью влияние окружающей среды и возможное отклонение расчетных нагрузок.

Страницы истории.

Мост Кулибина.

История России знает много талантов – «самоучек», выходцев из «низов». Ярким самородком называли современники Ивана Петровича Кулибина, сына нижегородского мещанина. Уже простое перечисление его диковинных изобретений способно поразить воображение: часы, телескоп, микроскоп, барометр, фонари с зеркальным рефлектором, прожекторы, оптический телеграф, сеяла, плавучая мельница. «Список» этот можно дополнят долго – трехколесный самокат, грузоподъемный механизм, самодвижущееся судно…

Слава о необыкновенном изобретателе облетела всю Россию. Прослышали о мастере и в Петербурге и пригласили его в столичную Академию наук, назначив главою механических мастерских.

В то время в городе через Неву были только понтонные мосты, очень неудобные и небезопасные. Они мешали судоходству, а весной и осенью их разбирали. Кулибина увлекла идея – построить настоящий мост, арочный, однопролетный. Мастер замыслил соединить деревянным мостом Адмиралтейскую часть города с Васильевским островом у Исаакиевского собора.

Кулибина не удовлетворили первые два варианта его собственного проекта. Основным конструктивным элементом третьего были деревянные брусья длиной по семнадцать метров, образующие ромбические решетки (пять по вертикали и двести восемь вдоль моста). Из них скомпонованы шесть основных и две дополнительные фермы. Для арки, пролет которой составлял 300 метров, требовалось почти 13000 деревянных деталей, 50000 железных болтов, 5500 железных четырехугольных обойм. Арка должна была заканчиваться у берегов наклонными деревянными сваями, вбитыми в грунт, а удерживали бы ее, по замыслу автора, тросы, закрепленные в береговых башнях.

Выполнив расчеты, Кулибин приступил к постройке модели моста длиной в 14 сажен (около 30 метров). На это ушло 17 месяцев. И вот модель готова. Она весила 330 пудов (5,4 тонны) и в соответствии с законами механики могла выдержать нагрузку, в девять раз большую: около 3000 пудов (примерно 50 тонн). Для испытания ее собралась представительная комиссия.

На модель положили 3000 пудов груза. Она выдержала. Кулибин попросил уложить дополнительный груз – 3550 пудов. Модель не дрогнула. Тогда Кулибин встал на модель и пригласил собравшихся последовать его примеру. Они не без испуга согласились.

Эйлер – знаменитый математик, механик и физик обнял и поздравил Кулибина, сказав: «Радостно видеть, что верные исчисления ваши принесли желаемый успех. Поздравляю вас с отличным художеством!». Затем обратился к академикам: «Полюбуйтесь на его модель дугообразного моста, стоящую на дворе нашей академии: ведь это верх совершенства! О, господа. Мы с вами много, много учились, а кто из нас изобрел что-нибудь подобное?».

Груз оставили на модели и в течение 28 дней проверяли, нет ли деформаций. Для записи показателей завели специальный журнал. Испытания успешно закончились в январе 1777 года. «Конструкция модели безупречна» - под таким заключением подписались все члены комиссии.

О чудесной «диковине» прослышали за рубежом. Известный швейцарский механик и математик Даниил Бернулли писал своему ученику Фуссу в Петербург: «То, что вы сообщаете о механике-самоучке Кулибине по поводу деревянного моста через Неву, дает мне высокое мнение об этом искусном строителе, воспитанном между простыми крестьянами».

Но, как это ни горько, проекту не суждено было осуществиться. Семнадцать лет простояла модель во дворе Академии наук. Затем ее перевезли в Таврический сад и установили над прудом, чтобы «сделать приятным зрелищем публики».

Но нельзя не гордиться тем, что 200 лет назад русский мастеровой-самоучка намного опередил современников.

Определив опытным путем порядок взаимодействия сил в арке, Кулибин впервые применил способ веревочного многоугольника для уточнения арочной дуги. Этот способ получил научное обоснование значительно позже. Систему решетчатых ферм лишь 50 лет спустя применили в Америке. Построенный в Швейцарии в 1778 году деревянный мост через реку Лиммат имел длину всего 119 метров. В России первый деревянный арочный семипролетный мост на деревянных свайных опорах был построен через Малую Невку лишь в 1813 году.

Описание проекта, составленное Кулибиным и изданное книгой, до сих пор признается ценным документом по истории строительной техники России.

А. Ионов, архитектор.