Людмил Оксанович - Невидимый конфликт

• Название: Невидимый конфликт
• Автор: Людмил Оксанович
• Издательство: Стройиздат
• Жанр: Научпоп
• Год: 1986

В книге автора из НРБ рассматривается важная инженерно-техническая проблема — защита зданий и сооружений от  различных воздействий. В научно-популярной форме рассказывается об угрозе, которую представляют землетрясения и ураганы, о свойствах материалов и их способностях выдерживать  значительные нагрузки, о деформации железобетонных элементов, о  коэффициенте надежности. Большая часть книги посвящена  строительным формам и принципам их рационального выбора.

Книга предназначена для широкого круга читателей.

---

Чехословакия и Венгрия находятся в неактивных зонах. Четыреста лет тому назад в Чехии было землетрясение, из которого тогдашние строители извлекли серьезный урок: они начали строить замки с контрфорсами, обеспечивая тем самым большую их устойчивость. Южная часть ФРГ и часть Австрии считаются сейсмически активными районами, поэтому антисейсмические строительные нормы имеют там силу закона. Швейцария расположена в спокойной зоне, в отличие от Восточной Франции, где тоже действуют антисейсмические строительные нормы.

50 000 раненых, более 1000 убитых, 10 250 полностью разрушенных жилых домов и вдвое больше ставших непригодными для жилья, разрушенные дороги, водопроводные сети, канализация… Вот печальный итог землетрясения, разразившегося в области Фриули (Северная Италия) после 21 ч 6 мая 1976 г. В течение нескольких месяцев в печати публиковались сообщения о масштабах продолжительного землетрясения в этом районе, который считался неактивным.

Сравнительно крупное землетрясение произошло в Италии в 1968 г. Ареной действия стала Сицилия. Но самое сильное бедствие такого рода постигло Мессину (тоже в Сицилии), где произошло самое большое из землетрясений, когда-либо случавшихся в Италии. Большие или меньшие толчки там не редкость, поскольку этот район находится в Средиземноморском сейсмическом поясе, в котором происходит около 25% землетрясений на планете. Но речь идет только о Средней и Южной Италии; сейсмически активными считались только эти части страны. Как показали события в области Фриули, представление о спокойствии этого района было неверным.

В 70-х годах мы стали свидетелями целого ряда землетрясений, происходивших недалеко от Болгарии. После трагедии в Скопле последовало несколько землетрясений в районах Югославии, близких к Фриули. Видимо, город Удине (наиболее сильно пострадавший в 1976 г.) продолжает геотектоническую линию, образованную городами Скопле, Дебар и Баня-Лука. Отголоски последнего землетрясения прошли почти по всей Европе; слабые толчки были зарегистрированы даже в средних и неактивных зонах. Ночью 5 мая 1976 г. жители Праги, например, были серьезно встревожены толчками в IV балла, безопасными для зданий, но вполне ощутимыми для человека. Южные соседи Болгарии — Греция и прежде всего Турция — являются ареной частых тектонических событий.

Для сейсмически активной зоны Европы характерны очаги, расположенные близко к поверхности земли. Если в Тихоокеанском сейсмическом поясе гипоцентры находятся на глубине 150 — 200 и даже 500 км, то здесь, за редкими исключениями, — до 50 км. Кроме того, в Европе нет ясной картины разломов. Если разлом Сан-Андреас в Калифорнии дает возможность ученым наблюдать за этим районом и судить о его ближайшем будущем, то в Европе такие возможности отсутствуют. В геологическом отношении наш континент очень сложен и неоднороден, что неимоверно затрудняет исследования и прогнозы,

Еще несколько слов конкретно о Болгарии.

В 1958 г. София пережила сильное землетрясение. Интенсивность его в настоящее время определяется IX баллами по шкале МСК.

1901 г. Произошло землетрясение в X баллов с эпицентром, расположенным на 10 км южнее мыса Калиакра, и с очагом на глубине 15 км. Села Камен-Бряг и Горун были почти полностью разрушены. Имелись разрушения также в городах Каварна и Шабла.

Землетрясение большой разрушительной силы (X баллов) произошло в 1913 г. в городе Горна-Оряховица. Его очаг находился на глубине 7 км непосредственно под городом. Кирпичные здания получили большие повреждения, тогда как железобетонные заводские корпуса пострадали в гораздо меньшей степени, что было для того времени новостью.

В 1917 г. София снова стала ареной землетрясения, которое на этот раз было меньшей силы (VII баллов) а его очаг находился под территорией города в 5 км от поверхности.

1928 г. Землетрясение в Черпане и Пловдиве, которое является самым сильным из тех, что произошли в Болгарии за последние двести лет. Было разрушено 73 500 частных домов, 370 государственных построек, 467 школ … Всего в пострадавших районах было разрушено 36,5% зданий.

4 марта 1977 г… Ежегодно Софийская сейсмическая станция регистрировала около 50, а Павликенская — от 100 до 200 слабых землетрясений. Сейчас в стране период желанного сейсмического затишья. Оно может продолжаться тысячу лет, а может и только один год. Предполагается, что в недрах земли сейчас накапливается потенциальная энергия деформаций, которая все же когда-нибудь перейдет в кинетическую. Некоторые болгарские специалисты обеспокоены нарастающей сейсмической активностью многих близких к границам страны районов.

Законодательную силу в НРБ имеет официальное положение о строительстве в сейсмических районах. Требования этого положения, разработанные с учетом многолетнего опыта и результатов исследований, соблюдаются очень строго. Изданное в 1949 г., оно перерабатывалось и дополнялось в 1957, 1964 и 1977 гг., прежде чем приняло свой окончательный вид. Излишне говорить, что содержащиеся в нем рекомендации направлены на обеспечение надежности конструкций.

Большая часть территории страны является сейсмически активной и разделена на три группы в соответствии с интенсивностью возможных землетрясений (VII, VIII и IX баллов). Считается, что землетрясения наибольшей силы возможны только в Кюстендилском, Благоевградском, Пловдивском и Толбухинском округах.

СТРОИТЕЛЬНЫЕ КАТАСТРОФЫ

«Данди, 29 декабря. Сильная буря. В ближайшие несколько дней поезда на участке Сан-Эндрюс — Данди ходить не будут».

«Таймс», 30 декабря 1879 г.

Река Тей в Шотландии образует вблизи города Данди большое озеро, через которое в 70-х годах прошлого века был построен внушительный мост: общая длина — 4 км, высота от уровня вод до рельсовых путей — 27 м, стальные конструкции перекрывали 85 пролетов длиной от 9 до 75 м.

Еще в середине XIX в. Северобританская железнодорожная компания решила построить подобное сооружение, но понадобилось 15 лет, чтобы добиться разрешения от правительства. Зондирование трассы показало, что грунт ненадежен. Эскизный проект предполагал вполне приемлемую стоимость строительства, и был объявлен аукцион, который выиграла именно та компания, которая разработала эскизный проект. Однако в рабочем проекте стоимость строительства увеличилась почти на 67%, в связи с чем был сделан ряд конструктивных изменений с целью его удешевления. Изменения эти с нынешней точки зрения «пошли не на пользу» будущему сооружению. Началось строительство. И снова неожиданность: оказалость, что надежная скала является лишь тонкой прослойкой скальной породы, под которой кроются бездонные плывуны. Фирма отказалась от строительства, заплатив огромную неустойку, а работы продолжила другая фирма, которая тоже в свою очередь внесла конструктивные изменения в проект. Мост был готов 30 мая 1878 г.; на его открытии присутствовали члены королевской семьи.

В связи с перипетиями проектирования и строительства максимальная скорость поездов на мосту была ограничена до 40 км/ч. Однако она систематически превышалась, как показал потом на процессе один из свидетелей. Так или иначе, но с самого начала наблюдались опасные вибрации. Рабочие, обслуживающие мост, например, специально привязывали свои ящики с инструментами, чтобы они не перевернулись во время прохождения поезда. Итак …

… В последнюю неделю 1879 г. в районе Данди бушевала сильная буря. В 7 ч вечера паровоз пассажирского поезда из Эдинбурга поравнялся с сигнальной будкой на южном конце моста; он двигался со скоростью 5 км/ч. Стрелочник Баркли подал машинисту сигнал жезлом, что давало право въезда на одноколейный мост, и направился обратно к будке, сильно согнувшись под напором ветра. До места он добрался чуть ли не ползком. Состав выехал на мост, быстро набирая скорость. «Вдруг я ощутил особенно сильный порыв ветра, — рассказывал потом Баркли. — Обернувшись, я на мгновение увидел яркий свет, а затем все снова погрузилось во мглу. Я не почувствовал ничего особенного, потому что еще не знал, что я спасся, а мост рухнул».

Поезд № 16 вышел из Сан-Эндрюса, но так и не пришел в Данди. Как потом установили водолазы, он вместе со всеми пассажирами лежал на дне озера, заключенный в металлическую ферму моста.

Эта строительная катастрофа потрясла весь цивилизованный мир. Это пример из прошлого, но примеры такого рода есть и в настоящем, хотя их и не так много. Внезапное разрушение зданий и сооружений при далеко не критических обстоятельствах отнюдь не является невозможным, хотя в последнее время это случается исключительно редко. Однако подобными случаями заполнены целые страницы в «черной» книге истории техники.

В 70-х годах прошлого века, когда не были разработаны Британские стандарты ветровых нагрузок, конструкторы пользовались таблицами, утвержденными Королевским научным обществом еще в 1759 г. В этих таблицах указывалось, что самый сильный ветер (буря) может оказывать горизонтальное давление до 58 кг/м2. Следует отметить, что немецкие мостостроители в это время проектировали свои сооружения из расчета ветрового напора в 135 кг/см2, а французские и американские — до 258 кг/см2. Так что традиционный английский консерватизм проявился и здесь, хотя, надо сказать, автор проекта — специалист по гражданскому строительству — не пользовался даже этими таблицами. Как он сам заявил в следственной комиссии, расчетная надежность моста в 20 раз превышала вертикальные эксплуатационные нагрузки (!), в связи с чем какие-либо специальные меры для восприятия ветровых нагрузок он считал излишними. Но для такого высокого и изящного моста, как на р. Тей, подобное представление оказалось роковым. Реальный коэффициент надежности не только не был равен 20, но не достигал и единицы, а значит, мост с самого начала был обречен. Ни качество материала, ни качество работы, ни целесообразность поперечных связей — ничто из того, что подвергалось большей или меньшей критике, не угрожало мосту в такой степени, как общая его неустойчивость. При особенно сильном порыве ветра он просто перевернулся. Полностью были разрушены конструкции 13 пролетов, а частично — чугунные столбы вплоть до каменных оснований, на которых они практически не были достаточно хорошо закреплены.