Обследование зданий и сооружений. История

Обследование и испытание зданий и сооружений как строительная наука сформировалась очень давно.

Наряду с теоретическими исследованиями, проектированием чертежей и строительством зданий и сооружений, обеспечивающих комфортность проживания и жизнедеятельности человека, следовали эксперименты и анализ причин разрушений.

Опытные эксперименты

Еще на заре человечества, когда не существовало никаких теорий и расчетов, люди уже строили себе жилища, не сознавая, что вступают в невидимый конфликт с силами природы. Вступают в противоборство в первую очередь с силами гравитации, которые, воздействуя на конструкции, создают в них внутренние силы, стремящиеся разрушить материал, разорвать имеющиеся связи.

Если конструкция была в состоянии преодолеть эти силы, то строительство завершалось успешно. В противном случае происходили аварии и даже катастрофы. Единственным руководством для строителей тех времен был опыт, полученный ими при возведении различных сооружений. Опыт подсказывал возможность построения подобных или более крупных объектов, чем построенные, если они удовлетворительно выполняли свои функции, а примерами аварий предостерегал от повторения ошибочных решений.

Первые шаги к науке

Одним из самых первых ученых в области строительства считается Гермоген, живший в Греции в II-III веках до нашей эры.

В III веке до нашей эры Архимед создал статику, являющуюся основой механики материалов. Он также изучал свойства материалов.

Первые зачатки строительной механики заложил Леонардо да Винчи (1452-1519). Своими трудами он подготовил почву для работ Галилея, который в 1638 году издал книгу, в которой рассмотрел вопросы прочности тел разных размеров и сделал правильный вывод о том, что при увеличении размеров тело в целом становится менее прочным.

Далее изучением свойств материалов и теорией работы конструкций занимались видные ученые всего мира: немец Лейбниц и англичанин Гук, французы Мариотт, Паран и Навье, швейцарец Бернулли, а также многие-многие другие.

Дерево и камень. Заложение теории расчета

Старо-Вознесенская деревянная церковь. г. Торжок, РоссияСтаро-Вознесенская деревянная церковь. г. Торжок, Россия

Дерево вместе с камнем с незапамятных времен считались самыми используемыми конструкционными материалами для строительства инженерных сооружений (мостов), объектов жилого, культурного, хозяйственного и оборонительного назначений.

Подбор сечений на первых этапах расчета деревянных и каменных конструкций до XVIII в. производился по не вполне точным эмпирическим формулам или по правилам сопротивления упругих материалов без учета их пластических свойств.

Одним из первых известных примеров испытания на моделях деревянных конструкций считают испытание арочного деревянного моста через Неву в Санкт-Петербурге в 1776 г., осуществленное И.П. Кулибиным.

Во второй половине XVIII в. неоценимый вклад в развитие исследований деревянных ферм внесли работы русского ученого Д. И. Журавского, отмечавшего в своих трудах неразрывность математических расчетов элементов конструкций и проведение экспериментальных оценок.

В 1855 г. им было установлено наличие касательных напряжений в изгибаемых элементах конструкций и разработана методика теоретического расчета прочности деревянных мостов.

Работами Журавского в основном завершилось изучение изгибаемых элементов. Для успешного завершения этой сравнительно несложной задачи потребовалось более 200 лет упорного труда многих крупнейших ученых мира.

Развитие успеха

Каменный мост через реку Орб. г. Безье, ФранцияКаменный мост через реку Орб. г. Безье, Франция

В дальнейшем в нашей стране и за рубежом продолжаются исследования деревянных конструкций и клееных элементов на их основе, в состав которых входят дерево, многокомпонентные клеи и пластмассы.

Также в дальнейшие годы продолжились работы по развитию теории расчета и конструирования каменных конструкций, в частности были выполнены масштабные труды в области уточнения усилий от внешних воздействий. Выдающиеся исследования по расчетам каменных сводов, подпорных стен и мостов провели в начале XIX в. проф. Е.О. Патон, Г.П. Передерни, И.П. Прокофьев, Ф.С. Ясинский. Большой вклад в совершенствование теории и экспериментальных исследований внесен их учениками и последователями.

Железобетон и металл

В конце XIX в. наступает эра железобетона - материала массового применения в жилищном, промышленном и общественном строительстве.

В 1886 г. М. Кёнен разработал прочностной расчет железобетонных плит, а в 1891 г. Н. А. Белелюбский провел экспериментальные исследования основных строительных железобетонных конструкций, что позволило начать их массовое применение в России, а также впервые в мире предложил применять металлические конструкции для строительства мостов.

Двухъярусный железобетонный мост через Старый Днепр. УкраинаЖелезобетонный мост через Старый Днепр. Украина

Отмеченные научные и экспериментальные достижения, а также другие исследования российских и зарубежных ученых позволили в 20-30-е годы прошлого столетия видным советским ученым А.Ф. Лолейту, АА Гвоздеву, ПЛ. Пастернаку, В.М Келдышу, ЮЛ Работиову, СЕ, Фрайфельду н их ученикам провести масштабные экспериментальные и теоретические исследования широкого спектра статически неопределимых систем.

В дальнейшие годы в работах ученых было продолжено развитие и феноменологический анализ расчетных и конструктивных схем с учетом теории ползучести бетона и железобетона, а также при сложном силовом напряженном состоянии.

Получили свое развитие и исследования в области металлических конструкций. Так, Н. С. Стрелецким была разработана методика оценки несущей способности мостовых конструкций, а также большой вклад в развитие теории и проведения экспериментальных исследований поврежденных металлических строительных конструкций внесли М. М. Сахновский, А. М. Титов, К. И. Безухов и другие.

Исследования грунтов оснований

Продолжение развития теории и практики строительства зданий и сооружений неразрывно связано с проведением исследований прочности грунтов и устойчивости оснований.

Россия является северной страной с преобладающими территориями вечномерзлых грунтов, где характерны его многоцикличные замерзания и оттаивания.

Первыми попытками теоретического анализа влияния напряжений на скорость распространения упругих волн в веществе считают исследования Ж. Лагранжа, О. Коши и П. Душе. В то время ограниченные возможности экспериментальной аппаратуры не позволяли получать результаты приемлемой точности.

Дальнейшие исследования в данном направлении стали возможными в 20-30-е годы прошедшего столетия, когда техника физического эксперимента позволила получать достаточно корректные результаты.

Неразрушающий контроль

Продолжались работы, связанные с разработкой испытательного оборудования и тензометрирования строительных конструкций зданий и сооружений.

Началом исследований в области неразрушающего контроля считают открытие в ноябре 1895 г. рентгеновских лучей, позволивших экспериментально определить наличие металлической детали в закрытом деревянном корпусе.

В начале прошедшего века, в 1928 г., С.Я. Соколовым был разработан и опробован метод ультразвуковой дефектоскопии, позже в 1952 г. С. Маховер и Ю. Усенко изобрели магнитографический метод неразрушающего контроля конструкций.

Настоящее время

Развитие автоматизированных средств контроля и диагностики позволили вводить в расчет множество расчетных компонентов.

Огромными темпами продолжается развитие в областях неразрушающих методов контроля, технической диагностики обследования и мониторинга зданий и сооружений.

В настоящее время обследование и испытание зданий и сооружений - неотъемлемая часть строительной области.

Будь то возведение нового сооружения или реконструкция старого, надстройка целого этажа или простое увеличение эксплуатационных нагрузок, определение возможности эксплуатации здания или необходимость усиления отдельной конструкции - везде требуются те или иные виды работ, входящие в большую группу, имя которой - Техническое Обследование.