Людмил Оксанович - Невидимый конфликт

Эти несложные соображения были реализованы еще в конце ХVШ в., когда в Англии возникла идея промышленного производства профилированной стали. К 1819—1820 гг. там уже выпускались угловые, Т-образные и Z-образные элементы различной длины. Одно из наиболее удачных сечений — двутавровое — начали вьь пускать большими сериями во Франции в 1845 г. Постепенно этот процесс был охвачен государственными стандартами, профили приобрели более оптимальные размеры, и наконец, возникло современное производство прокатной стали. Можно сказать со всей определенностью, что нынешние конструктивные формы из этого замечательного материала обязаны своим существованием богатой гамме всевозможных прокатных профилей, которая позволяет создавать самые разнообразные их сочетания в соответствии с замыслом конструктора и требованиями конкретных условий.

Итак, изделия современной металлургической промышленности, которые попадают в руки строителя-конструктора, — это разнообразные виды горячекатаной стали (листовая сталь толщиной от 4 до 60 мм), а также стальные профили, получаемые холодным способом. Путем штамповки, изгибания или холодной прокатки из тонких стальных листов (1—4 мм) изготовляются тонкостенные профили сложного сечения с высокими экономическими и статическими показателями, которые находят широкое применение в конструкциях облегченного типа. На повестку дня была поставлена проблема соединения отдельных частей и элементов конструкций. По несущей способности, деформируемости и долговечности соединения непременно должны соответствовать классу материала, а в нашем конкретном случае даже быть классом выше.

Отсутствие подходящих соединений было одним из главных препятствий на пути развития чугунных, а позднее и стальных конструкций. Сначала появились болтовые соединения — метод, известный с древнейших времен. Сразу необходимо отметить, что современный вариант болтовых соединений следует считать анахронизмом только как идею, но не как техническое решение. Подобный вид соединений занимает важное место в строительстве не только наших дней, но и будет играть большую роль в будущем. Такое же положение и с заклепочными соединениями, которые, как уже было сказано, появились в 20-годах прошлого века. Но, несомненно в наши дни наиболее важный метод соединения — сварка. Ее рождение можно датировать 80-ми годами XIX в., когда русские инженеры Славянов и Бернардос изобрели электродуговой способ соединения стали. Однако сварка стала достаточно широко применяться в строительстве только в 20-е годы нынешнего столетия, а в настоящее время достигла такого качества, многообразия и чистоты, что заслуженно была возведена в ранг фаворита. А если мы попытаемся заглянуть в будущее, то, вероятно, увидим много поистине нового и интересного — исключительно простые и надежные соединения стальных деталей, выполняемые путем склеивания синтетическими материалами. Исследования в этом направлении, и, надо сказать, довольно успешные, уже проводятся.

Ежегодно в мире производится 500 млн. т стали. Около половины этого внушительного количества приходится на долю низкоуглеродистых, мягких сталей. К ним предъявляется целый ряд сложных требований, которые даже нельзя сравнивать с первым трогательным нормативом, который был введен в далеком 1886 году и касался только величины временного сопротивления и деформаций. Оказалось, что очень важное значение имеют химический состав материала, методы плавления, литья и горячей обработки. Около 62% производимой в мире стали получается мартеновским методом, который был предложен еще в 1867 г. Существуют две разновидности мартеновской стали — кипящая и успокоенная. Кипящая мартеновская сталь — более дешевая, так как сразу после кипения ее выливают в специальные ковши, чем и завершается процесс ее получения. Но и качество ее ниже: в ней остается много растворенных газов, в том числе и таких вредных, как азот. В определенный момент, например при сварке, это может сыграть негативную роль. Поэтому для ответственных сварных конструкций применяется успокоенная мартеновская сталь. Что же касается конверторной стали (в 1855 г. был предложен бессемеровский, а в 1878 г. — томасовский метод ее получения, но ее сомнительная чистота еще ниже, чем у кипящей мартеновской стали, что существенно ограничивает возможности ее применения. Не случайно во всем мире при строительстве металлургических заводов в основном все же возводятся мартеновские печи.

Но как же обстоит дело с прочностью? Здесь происходит такой рост, который вряд ли возможно остановить. Когда в 1826 г. француз Навье ввел фундаментальное понятие «допустимое напряжение», он имел в виду мягкую сталь с пределом текучести 1800 кг/см 2. Шестьюдесятью годами позже в Нью-Йорке был построен Бруклинский мост (висячая система) . Его канатные связи имеют предельное сопротивление 11 000 кг/см 2. Канаты моста Джорджа Вашингтона в Нью-Йорке, построенного в 1931 г., обладают предельным сопротивлением уже в 15 000 кг/см 2. Современные методы термической и термомеханической обработки позволяют получать стали с пределом прочности до 35 000 кг/см 2! А специалисты считают, что это еще далеко не предел…

Наряду со своими неоспоримыми достоинствами сталь как строительный материал имеет и недостатки, которые серьезно ограничивают область ее применения, а в ряде случаев делают его совсем невозможным. Большим минусом является, например, подверженность атмосферным воздействиям. Было бы излишним объяснять, что такое коррозия. Ежегодно коррозия, против которой нет единого рецепта, наносит огромный ущерб; в мире безвозвратно исчезает, как бы растворяясь в воздухе, несколько миллионов тонн стали. Стальная конструкция, оставленная без всякого покрытия, даже при самых благоприятных условиях эксплуатации за короткое время превратится в изъеденный ржавчиной скелет, готовый рухнуть в любой момент. Стальные конструкции требуют постоянной заботы, их необходимо регулярно покрывать антикоррозионными составами в течение всего срока эксплуатации.

Но, к сожалению, это еще не все. Сталь подвержена воздействию высоких температур. Сравнительно большой коэффициент температурного расширения, с одной стороны, и высокий модуль упругости, с другой стороны, при высоких температурах и ограничении свободных деформаций становятся причиной возникновения значительных внутренних напряжений в элементах стальных конструкций. Но это еще полбеды. При температуре свыше 200°С прочность материала резко уменьшается, и при роковом стечении обстоятельств могут последовать весьма печальные события. Пожар в здании со стальной конструкцией — такая ситуация, которой лучше не допускать. Не случайно противопожарные меры в небоскребах напоминают меры, которые принимаются конструкторами самолетов или обитаемых космических кораблей.