Невидимый конфликт

Одно из фундаментальных положений строительной, статики заключается в требовании, чтобы нагрузки на конструкцию были постоянны по месту и величине и чтобы они повышались постепенно от нуля до максимального значения. Статические нагрузки представляют собой скорее исключение, чем правило. Реальные нагрузки чаще всего изменяются и по величине, и по местоположению, так что они должны оказывать динамическое воздействие.

Динамический эффект выражается в ускорении, с которым прилагается нагрузка. Второй закон Ньютона гласит: масса, умноженная на ускорение, равна силе. Именно инерционные силы являются причиной дополнительных нагрузок, которыми мы часто пренебрегаем, но которые иногда имеют решающее значение. Не будет преувеличением сказать, что они возникают всегда и всюду.

Рис. 4. Одним из фундаментальных положений строительной статики является условие о том, что внешние нагрузки постоянны по месту их приложения и по своей величине и что конструкция подвергается их воздействию очень медленно. Однако статические нагрузки, скорее исключение, чем правило

Начнем с так называемых ударных нагрузок. Их воздействие определяется кинетической энергией удара. В промышленности источником такого воздействия являются различные виды автоматических молотов. Иногда их мощность имеет фантастические величины, и, если не принимать специальных мер, по их изоляции, они за несколько часов своего взрывоподобного режима работы могут разрушить здание, в котором находятся, и серьезно повредить соседние. В транспортном строительстве существует возможность удара транспортных средств о мостовые сооружения при аварийной ситуации. Например, для автодорожных мостов предусматривается расчетная сила удара, равная 100 т (нормы НРБ по нагрузкам для мостов). Гораздо большая сила удара наблюдается при столкновении судов с опорами моста. Но ударные нагрузки могут быть и совсем тривиальными, например при прохождении колесами железнодорожного состава рельсовых стыков.

Воздействие нагрузок этого рода обычно ограничивается небольшой частью конструкции. И чем выше скорость удара, тем меньше область его воздействия. Например, камень разбивает все стекло, в которое попадает, тогда как пуля благодаря несравнимо большей скорости оставляет в нем лишь маленькое отверстие.

Последствия удара предусмотреть сравнительно легко. Совершенно иначе обстоит дело с другим видом динамических нагрузок — вибрационными. Самое неприятное в них то, что они воздействуют на всю конструкцию в целом и даже на конструкции объектов, расположенных вблизи источника вибраций. Несущие системы зданий и сооружений сами по себе склонны к вибрациям, к колебаниям, характеристики которых в каждом случае строго индивидуальны. Когда характеристики совпадают с характеристиками внешнего воздействия, система попадает в резонанс. Амплитуда колебаний резко увеличивается, что может привести к полному разрушению конструкции даже при сравнительно слабых по абсолютной величине динамических нагрузках. Именно это и случилось с Египетским мостом в Петербурге.

Вокруг нас много источников подобных пагубных воздействий, и мы часто о них даже не подозреваем. Начиная с колес парового локомотива, неуравновешенные массы которыхвызывают гармонично изменяющуюся инерционную силу, и кончая всеми машинами и агрегатами, вращающиеся части которых, несмотря на самый точный монтаж, никогда не могут быть идеально центрированы, что опять же приводит к возникновению инерционных сил, — вот длинный и практически бесконечный список источников вибраций. Но первое место среди них, бесспорно, принадлежит турбоагрегатам — генераторам, компрессорам, помпам. Скорость вращения высокочастотных турбоагрегатов превышает 300 об/мин, а это значит, что своеобразные приливы и отливы чередуются в сотые доли секунды. За одну секунду здание может испытывать от 10 до 50 и даже до 100 толчков.

Весной 1965 г. со складом одной флотационной фабрики в течение 24 ч произошло нечто странное. С чего все началось, никто не видел, но к 9 ч утра работники заметили, что некоторые элементы стальной конструкции сильно деформировались. Была поднята тревога.

Склад — весьма внушительное сооружение — достигал в длину 350 м, в ширину — 42 м, а верхняя точка перекрытия находилась на высоте 27 м над поверхностью земли. Внутри здания хранилась огромная масса влажного концентрата, каждый кубический метр которого весил более трех тонн. 42-метровый пролет склада был перекрыт стальной конструкцией в виде трехшарнирной арки, а в середине перекрытия по всей длине здания проходила линия транспортировки концентрата. Вся эта масса в десятки тысяч тонн весом тайно и систематически подтачивала фундамент здания, подготавливая последующие события.