Вклад Лолейта А.Ф. в совершенствование теории и практики железобетонных конструкций

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.

Безбалочные перекрытия были первой, так сказать истинно железобетонной, конструкцией. Разделение ребристого перекрытия на этажно опёртые друг на друга элементы - плиту, второстепенную балку, главную балку, колонну - свойственно сборности стали или дерева. В железобетоне такое разграничение функций хоть и общепринято, но противоестественно. Железобетонную плиту за счет приопорных утолщений можно превратить в активный конструктивный элемент, приближающийся по распределению внутренних усилий к системе пологих оболочек, что побудило отдельных авторов так именно её и рассматривать.

Работы А. Ф. Лолейта по теории и практике строительства безбалочных перекрытий имели не только решающее значение в развитии этих конструкций, но послужили толчком к решению других сложных теоретических и практических задач.

В ту пору, когда методы расчета железобетонных конструкций как упругих систем были господствующими и единственными, А. Ф. Лолейт считал, что статистически неопределимые конструкции работают не так, как они рассчитаны, а как они заармированы.

К вопросу о несоответствии между действительной работой конструкции под нагрузкой и тем, какой она предполагается в расчете, Лолейт возвращался ещё не раз.

Сейсмостойкое строительство

12 сентября 1927 г. произошло разрушительное землетрясение в Крыму. Его последствия привлекли внимание строителей к делам восстановления разрушений и выработке правил сейсмостойкого строительства.

Уже в октябрьском номере журнала «Строительная промышленность» А. Ф. Лолейт откликнулся на это статьёй «К постановке проблемы», в декабрьском номере - ещё одной: «Об учёте добавочных усилий, развивающихся в элементах сооружений при землетрясениях». В этих двух статьях, которые следует рассматривать как единое целое, Лолейт впервые сформулировал главное требование: «точно фиксировать границы областей, в пределах которых воспрещается возведение каких бы то ни было сооружений без учёта добавочных внешних сил, заменяющих в статических расчётах влияние на сооружение землетрясений». Если можно будет определить районы предполагаемых землетрясений и установить их максимальные силы, дав им точное цифровое выражение, следует воздвигать сооружения соответственно усиленными, чтобы они не разрушались даже при сильных толчках.

Лолейт предлагал:

учитывать горизонтальную (как доминирующую) составляющую сейсмического ускорения умножением веса соответствующего элемента на определённый коэффициент;

снижать одновременно величину коэффициента запаса при расчетах прочности этого элемента на сейсмические воздействия, «довольствуясь коэффициентом запаса в 2/3 от принятого для нормальных условий»;

поскольку погонная жёсткость междуоконных столбов мала в сравнении с таковой для междуэтажных поясов, рассматривать их как стойки безраскосной фермы, к поясам которой приложены горизонтальные, действующие в противоположных направлениях усилия;

перекрытия и покрытия так опирать и так выполнять, чтобы они работали как жёсткие диафрагмы;

поперечные и продольные стены должны быть прочно перевязаны в пространственно работающую конструкцию, составляющую вместе с перекрытиями неизменяемый ящик, и т. п.

Возражая одному из своих оппонентов, писавшему, что безбалочные перекрытия Лолейта в Ленинакане не провалились будто бы не потому, что были правильно рассчитаны, а потому, что смогли устоять при сниженных коэффициентах запаса, Лолейт писал: «Трудно спорить против того, что большое количество плохо рассчитанных сооружений существует. Значит ли это, однако, что надо и впредь делать научно необоснованные расчеты там, где имеются расчеты, отвечающие всем запросам здоровой инженерной мысли?»

Новые нормы

В 1928 г. Комиссия по строительству при СТО поручила А. Ф. Лолейту составить проект новых технических условий и норм на основе отзывов разных ведомств и учреждений, полученных в разное время, на первоначальный проект, составленный Бюро нормирования Госплана СССР в 1926 г.

Однако эти отзывы и замечания были весьма разноречивыми, а в самих технических условиях и нормах, как говорил Лолейт, «не было принципиальной установки, как нет принципиальной установки ни в одних из существующих в настоящее время во всём мире норм».

Он создал этот проэкт так, как он считал нужным это сделать, «на основании своей 38-летней практики». Проект был издан в 1929 г. под названием «Технические условия и нормы проектирования и возведения бетонных и железобетонных сооружений», был разослан специалистам и организациям на отзыв, а в апреле 1930 г. был вынесен на обсуждение первой Всесоюзной конференции по бетону и железобетону в Москве. С докладом «Новый проект норм» выступил А. Ф. Лолейт.

Центральным пунктом прений, развернувшихся на конференции вокруг проекта ТУиН, была гипотеза Консидера, на которую Лолейт опирался ещё в ранних своих работах.

Принятие этой гипотезы в корне меняло построение формул для расчета прочности изгибаемых элементов. Взамен общепринятой гипотезы о пропорциональности между напряжениями и деформации предполагалось, что распределение напряжений в сечении очерчивается некоторой ломаной. Таким образом, первые трещины в растянутой зоне бетона ожидались не тогда, когда крайнее волокно получит предельное удлинение, возникающее при осевом напряжении, а тогда, когда такое удлинение будет достигнуто волокном, отстоящим от крайнего на некоторую величину.

Это означало, что на участке постоянных напряжений высотой с бетон способен получать дополнительные удлинения при постоянных напряжениях, за счет своих пластических свойств, проявляющихся по Консидеру, в присутствии арматуры.

Но в резолюции по докладу было сказано: «Положенную в основу новых норм гипотезу Консидера о текучести бетона отвергнуть, как недостаточно подтверждённую экспериментальными исследованиями. В связи с этим нормы переработать, выделив для этого комиссию в следующем составе…»

Что же касается Лолейта, то признавая недостаточность экспериментального обоснования своих предположений, он всё же утверждал: «В тот момент, когда конференция присоединится к этому положению (о несправедливости гипотезы Консидера), я буду считать свою задачу законченной в том смысле, что я буду считать себя до некоторой степени пророком, вопиющим в пустыне».

К 1930 г. были уже известны опровергающие Консидера опыты, но появились и новые, поддерживающие. Они появляются даже и по сегодняшний день. С другой стороны, Лолейтом была показана полная условность определения напряжений в арматуре и бетоне на основе предпосылок классической теории. Не есть ли эта условность прямое следствие того неучета сопротивления растянутого бетона?

К 1930 г. данных в защиту гипотезы Консидера было больше, чем в подкрепление все опровергающего метода расчета по стадии разрушения, выдвинутого Лолейтом в 1904 г.

Для столь решительного революционного вмешательства в теорию железобетона в 1930 г. она еще не созрела.

Классическая теория железобетона, при всех ее недостатках, обладала одним, хоть и сомнительным для любой теории преимуществом, позволившей ей просуществовать в ряде стран до совсем недавнего времени: она давала уверенность в том, что действительный запас прочности в конструкциях, рассчитанных по формулам классической теории, превышает расчетный.

Снижение запасов прочности, продиктованное требованиями экономики и разрешённое углублением знаний, можно было бы рассматривать как некоторое усовершенствование классической теории. Но в действительности снижение запасов прочности ещё сильнее подчеркнуло дефектность теории, так как чем меньше запасы прочности, тем выше должна быть точность расчетов.

Другие теории

Кроме А. Ф. Лолейта с предложениями по созданию теории железобетона на новой основе выступили и некоторые другие советские ученые и инженеры. В период 1932-1935 гг., когда новые идеи этого рода «носились в воздухе», были опубликованы работы: М. Я. Штаермана «Новый метод расчета железобетонных конструкций» (1932 и 1933 гг.); Я. В. Столярова «Пути построения новой теории железобетона» (1933 г.) и «Теория расчета железобетона на экспериментальной основе» (1934 г.); Б. Л. Николаи «Расчет железобетона с учетом растянутой зоны бетона и действительного закона его деформации» (1933 г.) и «Теория расчета железобетона» (1934 г.); К. С Завриева «К пересмотру теории расчета железобетонных сечений» (1934 г.); С. Е. Фрайфельда «Теория железобетона и его расчет» (1934 г.); С. А. Стафилевского «О новых методах расчета железобетонных изгибаемых элементов» (1935 г.) и др. (рис. 8).

Но, как говорил Луи Пастер, «судьба одаривает только подготовленные умы». К 1932 г. ни один специалист, кроме А.Ф. Лолейта, не мог бы назвать своих предложений по пересмотру теории железобетона, относящихся еще к 1904 г.

Рис. 8. Сравнительные эпюры напряжений в расчетных сечениях изгибаемой железобетонной балки: а - Лолейта; б - Казинчи; в - Столярова; г - Штаермана; д - Стафилевского; е - Гебауера.

Метод А. Ф. Лолейта оказался наиболее плодотворным для последующего развития и совершенствования. Он был распространен на другие случаи напряженно деформированного состояния железобетона, а затем, в 1943 г. - на каменные и армокаменные конструкции.

Экономические преимущества расчетов по разрушающим усилиям состоят в возможности сокращения расхода арматуры: Так, например, во внецентренно сжатых элементах экономия стали может доходить до 30-50%, а при расчетах изгибаемых элементов обычно нет нужды в сжатой арматуре.

Принятие метода расчета по разрушающим усилиям в качестве закона (ОСТ 90003-38) означало не только предпочтение одного метода другому. Это не просто выбор способа расчета, дающего наиболее точные результаты. Это означало далеко идущее по последствиям предпочтение научному эксперименту, как основе построения теории.

Развитие теории

Некоторые из предложений А. Ф. Лолейта и других авторов совпадали. В том, в чем они различались, преимущества были на стороне А. Ф. Лолейта, и поэтому его теория была положена в основу дальнейших разработок.

Дальнейшие разработки теории А. Ф.. Лолейта, проведенные сперва в Институте сооружений, позже называвшемся ЦНИПСом, и в других организациях (например, в Военно-инженерной академии), заключались прежде всего в экспериментальной проверке предпосылок этой теории и в установлении границ ее применимости. Н. И. Безухов проверил справедливость теории А. Ф. Лолейта применительно к высокопрочным бетону и арматуре. Ряд уточнений в расчетах прочности железобетонных конструкций сделан В. А. Бушковым - упрощение расчетов на внецентренное сжатие, расчет внецентренно сжатых тавровых сечений и др. А. П. Васильев провел большие экспериментальные работы, в результате которых распространил расчет изгибаемых и внецентренно сжатых элементов с гибкой арматурой на элементы с так называемой жесткой арматурой из разного рода прокатных профилей.

Перечень научных работ А. Ф. Лолейта содержит более 40 названий. Он - не только выдающийся теоретик железобетона. Он автор проектов и производитель работ на строительстве множества разнообразных сооружений. Вот некоторые из них, наиболее знаменательные в истории отечественного железобетона:

1893 г. - первое железобетонное сооружение на русских железных дорогах: труба под насыпью Московско-Казанской железной дороги;

1895 г. - первый в России железобетонный мост пролетом 32 м на Нижегородской выставке;

1907 г. - первая большепролетная пространственная конструкция покрытия в Богородском в виде веерных сводов, опирающихся на колонны, расставленные через 9,1 м;

1908 г. - первые безбалочные перекрытия;

1929 г, - первый опыт массового применения сборных железобетонных конструкций и крупных блоков на строительстве второго Дома милиции в Москве (при участии А. А, Гвоздева);

1930 г.- разработка и внедрение в практику строительства конструкций ' из кислотоупорного бетона (при участии Е. М. Ханина).

Необходимо отметить еще одну сторону инженерной и общественной деятельности А. Ф. Лолейта. Он автор огромного количества заключений, отзывов и экспертиз по самым сложным вопросам советского железобетонного строительства. Член Технических советов Института сооружений, Союзстроя, Госпроектстроя, Наркомтяжпрома, он был тесно связан более чем с 30 ведущими проектными, строительными и хозяйственными организациями.

Человек слова, чрезвычайно аккуратный во взятых на себя обязательствах, Артур Фердинандович вел записи всех своих письменных заключений и отзывов. Их не перечесть. Назовем количество: например, с мая 1930 по декабрь 1932 г. - за два с половиной года - 63! Многие из них на нескольких десятках страниц, с расчетами и эскизами.

Приведем на выбор некоторые из них: «Заключение о возможности строительства железобетонных градирен» - 21 апреля 1931 г.; «Шарикоподшипникстрою об обеспечении прочности конструкций, армированных сварными каркасами» - 20 апреля 1931 г., «Строительному управлению Моссовета о правильности выбора коэффициента армирования для конструкций здания гостиницы Моссовета» - 30 сентября 1932 г.; «Отзыв Метрострою по пяти конкурсным проектам водонепроницаемости отделки тоннелей» - 26 октября 1932 г.; «Заключение Водоканалпроекту о подземных железобетонных резервуарах» - 13 ноября 1932 г. В мае же 1932 г. ему пришлось выезжать в Макеевку для составления экспертного заключения о возможности строительства над горными выработками. А ведь это были годы напряженной борьбы за становление новой теории железобетона!

Список использованной литературы

1.      Лопатто А. Э. А. Ф. Лолейт. К истории отечественного железобетона. М.; Стройиздат, 1969.

2.      Лопатто А. Э. О научной и инженерной деятельности А. Ф. Лолейта. Известия вузов - «Строительство и архитектура», 1961.

3.      Абрамов Н. М. Железобетон, его история и применение. Известия Донского политехнического института, т. X, приложение 2. Новочеркасск, 1926.

Страницы: 1, 2