Вклад Лолейта А.Ф. в развитие теории и практики железобетонных конструкций (стр. 2 из 4)

Осуществляя свое решение заняться совершенствованием теории железобетона, в развитие мыслей первого доклада, А. Ф. Лолейт закончил в 1897 г. работу «Вероятная величина модуля упругости бетона и влияния ее на распределение сопротивления в бетонных конструкциях», оставшуюся, к сожалению, неопубликованной. В ней он показал, что при расчетах железобетонных изгибаемых элементов можно обойтись без определения модулей упругости бетона и стали, а достаточно знать отношение их величин; что нейтральный слой даже в бетонных и тем более в железобетонных изгибаемых элементах находится не посередине высоты сечения; что расчеты по Кенену дают избыточные запасы прочности, так как его формулы не отражают зависимости между положением нейтральной оси, содержанием и расположением арматуры в сечении, Лолейт предложил свои формулы для определения напряжении в сжатом и растянутом бетоне и арматуре.

σб.р. =

В 1902 г. в работе «Два частных случая расчета железобетонных арок» А. Ф. Лолейт впервые обратился к гипотезе Консидера о повышенной растяжимости армированного бетона, особенно в плитах: «бетон в присутствии железа насыщается его свойствами». Приняв ее за основу, он вывел расчетные формулы для определения несущей способности железобетонных изгибаемых элементов и еще раз указал, что принятые тогда способы расчета не позволяют полностью использовать несущую способность арматуры. «Полную величину своего сопротивления железо развивает лишь при нагрузках, в несколько раз превышающих расчетную безопасную нагрузку».

Новые идеи

В 1904 г. А. Ф. Лолейт доложил работу «О коэффициенте прочности железобетонных сооружений» и в том же году, в феврале, сделал еще один доклад Московскому архитектурному обществу — «К вопросу о правилах приемки железобетонных сооружений», который был опубликован в «Записках общества» (1905 -1906 гг.).

Эта, к сожалению, малоизвестная работа устанавливает новую, более раннюю (на 26 лет) дату нашего приоритета в пересмотре теории железобетона.

Анализируя в этом докладе расчет балочного пешеходного моста пролетом 26 м, выстроенного близ Вены, Лолейт показал, что расчет изгибаемых железобетонных элементов по упругой стадии их работы, принятой автором проекта, совершенно недопустим: «Не трудно видеть, что, применяя подобный метод расчета, легко вывести какие угодно напряжения, что, может быть, весьма удобно, чтобы втереть очки лицам, для которых достаточно увидеть на бумаге низкую величину напряжений у вытянутого ребра».

Затем было показано, что напряжения в растянутом бетоне получились малыми только потому, что отношение

n =

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).

Показатели	№ плиты
	1	2	3	4	5	6
Пролет в м	1,54	1,54	1,54	1,54	3	4,2
Толщина в см	7,6	7,6	5,6	5,6	14,3	16,3
Сечение арматуры в см2	4,53	4,53	3,04	3,04	9,79	11,02
Вычисленная	2400	2150	2095	1022	4319	3817
Опытная	2375	2203	2031	1392	3980	3555

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.