Краткие исторические сведения о возникновении и развитии железобетона

Возникновение и развитие строительных конструкций, в том числе железобетонных, неразрывна связано с условиями материальной жизни общества, развитием производительных сил и производственных отношений. Появление железобетона совпадает с периодом ускоренного роста промышленности, торговли и транспорта во второй половине XIX в., когда возникла потребность в строительстве большого числа фабрик, заводов, мостов, портов и других сооружений. Технические возможности производства железобетона к тому времени уже имелись — цементная промышленность и черная металлургия были достаточно развиты.

Период возникновения железобетона (1850—1885 гг.) характеризуется появлением первых конструкций из армированного бетона во Франции (Ламбо, 1850 г.; Кунье, 1854 г.; Монье, 1867—1880 гг.). в Англии (Уилкинсон, 1854 г.), в США (Гнатт, 1855—1877 гг.).

В период освоения (1885—1917 гг.) железобетон находил применение в отдельных случаях в экономически достаточно развитых странах — Англии, Франции, США, Германии, России. Железобетон применялся в перекрытиях производственных зданий, подземных трубах, колодцах, стенах, резервуарах, мостах, путепроводах, эстакадах, фортификационных и других сооружениях.

Создание первых теоретических основ расчета железобетона и принципов его конструирования оказалось возможным благодаря работам исследователей и инженеров Консидера, Генебика (Франция), Кёиена, Мёрша (Германия) и др. К концу XIX в. Сложилась в общих чертах теория расчета железобетона по допускаемым напряжениям, основанная на методах сопротивления упругих материалов.

В России железобетонные конструкции развивались под влиянием зарубежного опыта н отечественной практики. В последней большое значение имели показательные испытания Н. А. Белелюбского в 1891 г. Серии конструкций (плиты, резервуары, своды, трубы, сборный закром, сводчатый мост); предложения по совершенствованию конструктивных форм железобетона, а именно: Н. Н. Абрамова по спиральному армированию колонн в виде «бетона в обойме», В. П. Некрасова по косвенному армированию сжатых элементов, А. Э. Страуса по производству набивных бетонных и железобетонных свай, А. Ф. Лолейта по конструированию и расчету безбалочных перекрытий (1909 г.), Н. И. Молотилова по сборным железобетонным плоским (сплошным и продольно-пустотным) плитам для перекрытий; оригинальные работы И. С. Подольского, Г. П. Передерня, С. Й, Дружинина, Г. Г. Кривошеина и многих других.

В первый период широкого применения железобетона в СССР особенно широкое распространение он получил в Промышленном и гидротехническом строительстве

После Октябрьской революции происходят коренные изменения ж экономике страны. Перед советским народом встают задачи восстановления народного хозяйства и выполнения всевозрастающих планов капитального строительства. Реализация этих задач связана с широким применением железобетона. В конце 20-х годов были созваны проектные организации союзного значения, которые разрабатывали проекты крупных промышленных предприятий. Одновременно в стране создаются научно-исследовательские институты и лаборатории по строительству, которые проводили исследования в области железобетона и бетона: ЦНИПС, позже НИИЖБ и ЦНИИСК, ЦНИИС МПС и др.

В связи с большим объемом строительства в первой пятилетке и Задачами экономии металла железобетон получил широкое применение взамен стальных конструкций и занял доминирующее положение в промышленном строительстве. Железобетон применялся для дополнительных неразрезных балочных перекрытий, многопролетных и Многоярусных рам, арок и других им подобных конструкций при строительстве цехов ряда заводов (Краматорский машиностроительный, Днепросталь, Запорожсталь, Магнитогорский, Ижевский), крупнейших по тому времени гидростанций (Волховстрой, Днепрострой), сложных инженерных сооружений (элеваторов и др.). В 1928 г. Появились первые сборные железобетонные «конструкции, примененные в Москве на строительстве заводов «Фрезер», «Шарикоподшипник», «Калибр», «Электропривод», «Прибор», а также на заводах Урала и Украины, Нижнесвирской ГЭС. Начали применяться тонкостенные пространственные монолитные конструкции покрытий: купола (планетарий в Москве, 1929 г., театры в Новосибирске, 1934 г. И в Москве, 1939 г.), складки, цилиндрические оболочки (Днепропетровский алюминиевый комбинат), шатры.

Освоение новых конструктивных решений сопровождалось интенсивной разработкой теории расчета многопролетных балок и рам (И. М. Рабинович, Б. Н. Жемочкмин и др.), оболочек (В. 3. Власов, Ш. А. Гвоздев, П. Л. Пастернак и др.), плит, пластинок

Опыт строительства из сборного железобетона был обобщен в 1933 г. Во «Временной

инструкции по сборным железобетонным конструкциям», разработанной в ЦНИПС, с учетом принципов индустриализации строительства, стандартизации конструктивных элементов промышленных зданий на базе установленных стандартных метров пролетов (12, 15, 18, 21, 24, 17, 30 м) при едином продольном шаге несущих конструкций (6 м). Первые достижения в области сборного железобетона освещены в работах С. С. Давыдова, А. П. Васильева, К. В. Сахновского, В. А, Бушкова.

Совершенствуется технология приготовления бетонной смеси, способы ее транспортирования и укладки (Н. М. Беляев, Б. Г. Скрамтаев, И. П. Александрии и др.), разработаны приемы зимнего бетонирования, стандартизована опалубка.

С развитием строительства все очевидней становились недостатки расчета железобетона как упругого материала по условным допускаемым напряжениям. Для их преодоления в конце 1931 г.

A. Ф. Лолейт выдвинул основные положения новой теории расчета железобетона по разрушающим усилиям. В них учитывалось, что при изгибе железобетонной балки в стадии разрушения вследствие развития пластических деформаций в арматуре и бетоне напряжения достигают предельных значений, что и определяет величину разрушающего момента.

Для проверки новой теории в лаборатории железобетонных конструкций ЦНИПС под руководством А. А. Гвоздева были проведены обширные эксперименты и теоретические исследования, позволившие создать принципиально новую теорию расчета и армирования железобетонных конструкций. Расчет по несущей способности был распространен на внецентренно сжатые элементы (М. С. Борншанский) и конструкции с жесткой арматурой (А. П. Васильев).

Эта теория легла в основу новых норм и технических условий НнТУ-38, согласно которым в СССР впервые на несколько десятилетий раньше, чем в других странах, был введен расчет железобетонных элементов по стадии разрушения.

В развитии теории и практики железобетона в нашей стране большую роль сыграли исследования, проведенные советскими учеными (А. А. Гвоздевым, В. И. Мурашевым, П. Л. Пастернаком, B. В. Михайловым, О. Я. Бергом, Я. В. Столяровым и др.). Их собственные исследования и работы возглавляемых ими коллективов позволили решить много сложных проблем.

Идея создания нового, более совершенного, предварительно напряженного железобетона, высказанная еще в конце прошлого столетия, приобрела в 30-х годах практическое значение благодаря работам Фрейсине (Франция), Хойера (Германия) и др. Возникновение предварительно напряженного железобетона в нашей стране относится к 1930 г., когда В. В. Михайлов начал проводить широкие экспериментальные исследования. Вскоре вопросами теории расчета и конструирования предварительно напряженных конструкций стали заниматься многие советские ученые (С. А. Дмитриев, А. П. Корозкин и др.).

Начиная с 1940 г. В. И. Мурашев создает теорию трещинообразования и жесткости железобетона.

Второй период широкого применения железобетона в СССР на 1ся после Великой Отечественной войны (1945 г.) и продолжается настоящее время.

Железобетон стал основой не только промышленного и гидротехнического строительства, но и жилищного, городского, теплоэнергетического, транспортного, дорожного, сельскохозяйственного. Применение сборного железобетона совершило переворот в строительстве.

Возникла заводская технология изготовления железобетонных конструкций. Повысилась прочность применяемых материалов. Создан парк новых механизированных средств монтажа. Значительный прогресс был достигнут и в области расчета статически неопределенных железобетонных конструкций с учетом неупругих деформаций методу предельного равновесия (работы А. А. Гвоздева, J. М. Крылова и др.). Исследования по теории ползучести бетона, Предпринятые И. И. Улицким, М. X. Арутюняном и др., позже продвинулись благодаря работам А. А. Гвоздева, И. Васильева, С. В. Александровского и др.

Расчет и. конструирование подземных сооружений — метрополитенов и туннелей разного назначения — обогащаются новыми ндея-1н, заложенными в трудах С. С. Давыдова и др.

В 50-х годах разрабатывается теория расчета н конструирования жаростойких железобетонных конструкций при действии высоких температур И. Мурашев, А. Ф. Милованов н др.).

В этот период конструктивные формы претерпели большие изменения в связи с переходом на полносборное строительство и освоением предварительного напряжения конструкций, которое в настоящее время налажено почти на всех заводах строительной индустрии. Осуществляются новые конструкции железобетонных многоэтажных каркасных и панельных зданий из сборных элементов заводского изготовления, разрабатывается новая теория их расчета.

Организовано проектирование типовых конструкций, создана номенклатура сборных типовых железобетонных изделий для массового производства и применения.

Дальнейшим развитием в области теории железобетона стал заданный в СССР и применяемый с 1955 г. Единый метод расчета конструкций по предельным состояниям, который был положен в новые главы СниП «Бетонные и железобетонные конструкции».

В нормах обобщены результаты исследований (кроме отмеченных выше) К. В. Михайлова и Н. М. Мулина по новым видам арматуры; С. А. Дмитриева и др. по расчету железобетонных элементов; . Васильева, Г. И. Бердического, А. С. Залесова, Г. К. Хайдукова, Ю. П. Гущи и др. по конструктивным решениям; С. А. Миронова, В. М. Москвина, а также исследования других ученых.

Особенность этого периода — широкое участие вузо в разработке и внедрении новых типов конструкций и многих вопросов теории железобетона: в Московском инженерно-строительном институте (В. Н. Банков — совместная работа сборных конструкций в плоских и пространственных системах; П. Ф. Дроздов и Э. Е. Сигалов — теория расчета конструкций гражданских зданий большой этажности; К. К. Антонов — экономика железобетонных конструкций на стадии их проектирования; И. А. Трифонов — пространственная работа пролетных строений конструкций эстакадно-мостового типа; Н. Н. Попов— железобетонные конструкции при импульсных динамических воздействиях; Н. Н. Складнев — оптимизация железобетонных конструкций) ; в Московском институте инженеров транспорта (С. С. Давыдов— полимербетоны и конструкции с их применением); во Всесоюзном заочном политехническом институте (А. М. Овечкин —предельное состояние куполов); во Всесоюзном заочном строительном институте (В. М. Бондаренко — инженерные методы нелинейной теорий железобетона); в Московском автодорожном институте (Г. И. Попов — особенности сопротивления конструкций с применением специальных бетонов); в Ленинградском инженерно-строительном институте (Н. Я. Панарин — задачи ползучести бетона, А. П. Павлов — напряженные состояния некоторых пространственных покрытий, Г. Н. Шоршнев — железобетонные специальные конструкции с повышенным содержанием арматуры); в Полтавском инженерно-строительном институте (М. С. Торяник — косой изгиб и внецентренное сжатие); в Челябинском политехническом институте (А. А. Оатул — сцепление арматуры с бетоном); в Вильнюсском политехническом институте (А, П. Кудзис — свойства центрифугированных железобетонных элементов); в Ростовском инженерно-строительном и Ереванском политехническом институтах (Р. Л. Манлян, В. В. Пинаджян —- железобетонные конструкции на легких природных заполнителях) и в других вузах.

Коренной переработке нормы подвергались в 1971—1975 гг. с учетом практики проектирования и научных исследований. В 1983 г. В главу СниП П-21-75 внесены новые изменения, а обозначения приняты в соответствии со стандартами СЭВ.