Людмил Оксанович - Невидимый конфликт

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.

В 9 ч 20 мин на место происшествия спешно прибыл один из заместителей главного инженера, который собственными глазами увидел, как последовательно изгибаются и разрушаются связи между главными несущими конструкциями. Кроме того, было замечено, что покрываются трещинами стены трансформаторной подстанции. В 10 ч 5 мин здание подстанции полностью разрушилось.

Тогда стало ясно, что П-образные рамы медленно, но верно раздвигаются, а расстояние между фундаментами, первоначально составлявшее 42 м, явно увеличивается. Когда в полдень на место происшествия прибыла комиссия, состоящая из специалистов по строительству, их взорам предстала выпуклость грунта, простирающаяся с внешней стороны склада по всей длине. Грунтовое основание утратило устойчивость под действием огромного веса влажного концентрата и сил, направленных на фундамент, грунт перешел из статического состояния в состояние неустойчивого динамического равновесия. Перед взорами смятенных очевидцев постепенно вырисовывались контуры огромной строительной катастрофы, которая должна была вскоре произойти.

К 13 ч появились первые признаки разрушения транспортировочной линии. В это время смещение внешних стен достигало 2 м. В 13 ч 20 мин обрушились груды концентрата, и с этого времени вплоть до утра следующего дня деформации нарастали с постоянной скоростью.

Через 24 ч после сигнала тревоги ширина склада составляла уже не 42, а 48 м, покрытие снизилось на 3,2 м, а вал вспучившегося грунта достигал в высоту 2 м. Деформации и локальные повреждения в конструкции были настолько велики, что дальнейшая эксплуатация здания стала невозможной.

Этим примером мы хотим привлечь внимание к одной из непредвиденных, но часто катастрофических нагрузок, которым подвергаются здания и сооружения, — подъему грунтового основания. Определенные деформации в нем неминуемы, но если они переходят известные границы, конструкции угрожает авария.

Как материал для основания грунт по качеству сильно уступает строительным материалам, и, следовательно, возможности его весьма ограничены. Его поведение трудно предсказать количественно (а иногда и качественно) неожиданности в его поведении, не будучи правилом, не являются и исключением. Он — природная данность, созданная вне нашего контроля и без консультации с нами по тем вопросам, которые нас интересовали бы, а также в то время, когда нас еще не было. Мы вынуждены принимать все его недостатки, странности и капризы.

Основная задача при проектировании — сведение к минимуму оседания грунта под фундаментами, поскольку благодаря этому уменьшаются дополнительные нагрузки (и перегрузки!) конструкций, которые и без того должны воспринимать целый ряд постоянных и временных нагрузок. Оседание грунта, даже если оно и не вызовет катастрофы, может привести к образованию трещин в кирпичной кладке, к локальным повреждениям и вообще к отклонениям от нормального состояния сооружения. Это — паразитическая нагрузка, влияние которой должно быть тщательно проанализировано.

Трудно за один раз исчерпать длинный список всевозможных нагрузок. Чрезвычайно многообразны формы воздействия природы и самого человека на здания и сооружения. Оказывается, что не бывает важных и неважных нагрузок, что все они в разное время и при разных обстоятельствах могут иметь решающее значение. Каждая из них может оказаться «каплей, переполнившей чашу», и … случится непоправимое.

Теперь несколько слов о так называемых особых нагрузках.

В конце лыжного сезона 1975/76 г.10 марта телеграфные агентства разнесли по всему миру весть о гигантской катастрофе в итальянских Альпах. При нормальных атмосферных условиях на высоте 150 м в области Мазодель-Тета разорвался несущий канат большой канатной дороги. Вагон с 43 пассажирами упал на землю и был раздавлен обрушившимся на него несущим устройством, весящим около 4 т. Экспертная комиссия сообщила о сильном искривлении стальных несущих опор в районе разрыва. Было это причиной или следствием?

Если мы будем считать, что деформация опор является следствием разрыва каната, то речь идет о негативном проявлении одной из наиболее опасных особых нагрузок. Разрыв несущего или тягового троса на канатной дороге — это аварийная (особая) ситуация. Чаще всего такие случаи связаны с человеческими жертвами, но если отвлечься от эмоциональной стороны происшествия и оценить его хладнокровно, станет ясно, что погибшее утрачено безвозвратно, а то, что можно сохранить, должно быть спасено. В нашем примере это несущие опоры, а также начальная, конечная и, возможно, промежуточные станции. Их конструкция любой ценой должна остаться неповрежденной. Поскольку стоимость одного каната не слишком велика, его замена не так уж сложна. Сложно было бы заново строить основные сооружения канатной дороги. Поэтому их конструкция должна быть рассчитана таким образом, чтобы в случае необходимости она могла выдержать подобную аварию.

Приблизительно так же обстоит дело и с надшахтными копрами, служащими для извлечения полезных ископаемых из земных недр. Они представляют собой сооружения с клетью подъемника, несущим канатом и подъемным устройством на поверхности. Очевидно, что разрыв подъемного каната — это значительная аварийная нагрузка для конструкции копра, которая в этом случае должна выстоять без повреждений.

Особыми нагрузками являются вакуум, который может возникнуть в трубопроводах или при опорожнении силосов, короткое замыкание в мощных электрических машинах и агрегатах, взрывная волна. В конечном счете особыми нагрузками можно назвать все силовые воздействия, которые возникают в ненормальных, аварийных ситуациях, если только последние не совсем уж невероятные. Конструктор должен обладать большими знаниями, опытом и предусмотрительностью, чтобы ясно представить себе, что может ожидать его творение в течение всего периода эксплуатации, и своевременно оградить его от грозных капризов природы и невольного человеческого вмешательства. Но поскольку это не всегда возможно, раздел «непредвиденные причины» в мировой антологии строительных аварий и катастроф будет пополняться.