Выдающемуся учёному-строителю А. А. Гвоздеву — 110 лет

Алексей Алексеевич Гвоздев — один из крупнейших учёных в области теории железобетона, железобетонных конструкций и строительной механики. Его научная и практическая деятельность явилась яркой страницей в истории строительной науки не только России, но всего мира.

А. А. Гвоздев родился в 1897 году в Тульской области. После окончания школы поступил в Московский институт инженеров транспорта.

В 1896 году, в условиях острой нехватки специалистов для ведения проектных и строительных работ было учреждено Московское инженерное училище ведомства путей сообщения, которое в 1913 году было преобразовано в институт (рис. 1).

Первым директором училища был видный учёный в области строительной механики, математики и гидравлики профессор Петербургского института инженеров путей сообщения Ф. Е. Максименко. Инспектором института стал профессор того же института Л. Д. Прокуряков. С первых дней в училище в качестве преподавателей работали такие видные учёные, как Ф. Е. Максименко, Л. Д. Проскуряков, И. Л. Каблуков, С. А. Чаплыгин, Н. Е. Жуковский, Е. О. Патон, В. Н. Образцов, Н. С. Стрелецкий и др. Инженеры, вышедшие из МИУ, а затем МИИПС, показали себя вполне подготовленными не только для практической, но и для научной деятельности.

Рис. 1. Главный корпус Московского инженерного училища, 1899

В 1922 году Алексей Гвоздев заканчивает институт и начинает работать в строительных в Москве, в организациях наркома путей сообщения.

С 1923 года он начинает преподавательскую деятельность в МИИТ, МВТУ, а затем — в Военно-инженерной академии.

Крупным событием в области строительной науки в России стало создание в 1927 году Государственного института сооружений (ГИС), который подчинялся научно-техническому управлению Высшего совета народного хозяйства (ВСНХ). Основными задачами ГИС являлись совершенствование строительства на основе изучения и разработки новых строительных материалов, индустриальных конструкций и методов строительства, а также подготовка квалифицированных кадров в этой области. С 1927 года А. А. Гвоздев работает в ГИС. В 1932–1941 гг. он профессор кафедры строительной механики Военно-инженерной академии, а в 1942–1962 гг. — профессор кафедры железобетонных конструкций Московского инженерно-строительного института. (МИСИ).

В 1930 году ГИС был переименован в ВИС — Всесоюзный государственный научно-экспериментальный институт гражданских, промышленных и инженерных сооружений Союзстроя ВСНХ СССР. В 1932 году ВИС переименовывается в ЦНИПС — Центральный институт промышленных сооружений, а после включения в него института стройматериалов ЦНИПС становится комплексным институтом.

В 1957 году при создании Академии строительства и архитектуры ЦНИПС был разделён на 3 института: НИИ бетона и железобетона (НИИЖБ), центральный НИИ строительных конструкций (ЦНИИСК) и НИИ строительной физики (НИИСФ) (рис. 2). С момента создания ЦНИПС научная работа проводилась в тесной связи с вузами (МИСИ, МВТУ, МИИТ, ВИА и др.), где учёные института вели одновременно и преподавательскую работу.

В эти годы были проведены экспериментальные и теоретические исследования, результаты которых положены в основу нормативных документов и учебников для вузов. Начиная с 30-х годов XX века, когда методы расчёта железобетонных конструкций были подвергнуты существенному пересмотру, в руководимой А. А. Гвоздевым центральной лаборатории теории железобетона НИИЖБ проводятся большие по масштабам и разнообразным по задачам экспериментальные исследования, которые послужили основой для создания отечественной школы расчёта и проектирования железобетонных конструкций.

Ещё в начале XX века, в 1904 году, профессор А. Ф. Лолейт предложил, а затем, в 30-х годах, развил, проведя значительное количество экспериментов, методику расчёта железобетонных конструкций по стадии разрушения. Лолейт сказал: «Не только для железобетона, но и для дерева и для стали мы никогда не уясним действительных запасов прочности, не усвоим правильного отношения к оценке конструкций до тех пор, пока не будем рассматривать стадии разрушения».

Свои идеи по поводу расчёта железобетонных конструкций А. Ф. Лолейт изложил в ряде работ и в докладе на II Всесоюзной конференции по бетону, железобетону и каменным конструкциям. На конференции состоялось бурное обсуждение доклада. Выступили В. М. Келдыш, М. Я. Штаеман, Я. В. Столяров, Б. Г. Скрамтаев, В. П. Некрасов и др., подвергшие резкой критике гипотезу Консидера, а следовательно, которой Лолейт уделил особое внимание. Обстановка на конференции была напряжённой и острой.

Выступавшие указали, однако, на необходимость подтвердить экспериментами принятую в расчётах картину разрушения, установить границы применимости формул, уточнить предел прочности бетона на сжатие при изгибе [4].

Опытная проверка предложений Лолейта проводилась под его собственным руководством Институтом сооружений и ЦНИПС. Но 4 июня 1933 года Лолейт скончался, и дальнейшая работа проводилась бригадой А. А. Гвоздева в составе: М. С. Боришанский, Н. С. Дорович, С. Д. Казанская, А. Н. Кузнецов, А. Н. Сизяков и И. П. Степанов [1].

Результаты опытных и теоретических исследований были опубликованы в апреле 1934 года в работе Гвоздева «О пересмотре расчёта железобетонных конструкций» [1], а также доложены в 1934 году на III Всесоюзной конференции по бетону и железобетону и каменным конструкциям в Харькове. В том же году в журнале «Проект и стандарт» (№ 6) публикуется статья А. А. Гвоздева и М. С. Боришанского «К вопросу о расчёте изгибаемых моментов по стадии разрушения». В этих работах расчёт по разрушающим нагрузкам получил дальнейшее развитие.

В результате в период активных нападок на предложения Лолейта и возникновения новых теорий расчёта других авторов Гвоздев, руководствуясь данными экспериментов и теоретических разработок, смело заявил: «Я считаю своевременным теперь же перейти к расчёту на изгиб по методу профессора Лолейта. <...> Опыты, проведённые в институте сооружений в 1932–1933 гг., а также данные иностранных опытов, обработанные в ЦНИПС, показали, что формулы профессора А. Ф. Лолейта для определения критического момента могут быть смело рекомендованы для практического применения и для внесения в нормы» [2].

Конференция постановила: «Вполне проработанным и достаточно зрелым для внесения в практику строительства следует считать вопрос о расчёте изгибаемых элементов по стадии разрушения».

В 1938 году новая теория расчёта вошла в нормы. И если в 1908 году русская наука отставала на 2 года в создании ТУ и норм от французских, то в 1938 году отечественные нормы опередили зарубежные на многие годы.

Решающую роль в защите, дальнейшем обосновании и развитии предложений А. Ф. Лолейта принадлежала Алексею Алексеевичу Гвоздеву, преемнику, продолжателю и руководителю развития лучших традиций в отечественном железобетоне (рис. 3).

Этот метод расчёта более правильно отражает действительные условия работы железобетонных конструкций, даёт возможность получить значительную экономию материалов.

В последующие годы под руководством А. А. Гвоздева был разработан метод расчёта железобетонных конструкций по предельным состояниям, принятый в нормах расчёта 1956 года.

Большое значение для практики строительства имели исследования выполненные А. А. Гвоздевым и его сотрудниками в области армирования железобетонных конструкций. На основе этих исследований были разработаны эффективные виды стержневой арматуры периодического профиля из высокопрочной стали. В области теории сооружений А. А. Гвоздевым был предложен смешанный метод расчёта статически неопределимых систем, явившийся фундаментальным вкладом в строительную механику. Это же относится к его исследованиям в области расчёта оболочек и складок. Широко известен фундаментальный труд А. А. Гвоздева по расчёту конструкций методом предельного равновесия.

Рис. 3. А. А. Гвоздев (1897–1986)

Стержневым понятиям теории предельного равновесия являются две разновидности нагрузки. Первая — статически предельная нагрузка, вторая — кинематически предельная нагрузка. Первая определяется только из условий равновесия и пластичности и является максимальной из возможных по статическим условиям и допустимых по условиям пластичности. Вторая определяется только из условия возможности деформирования, и из всех таких нагрузок выбирается минимальная.

Основой этой теории является теорема о совпадении статической и кинематической предельных нагрузок. Необходимым и достаточным условиям для выполнения этой теоремы является то, что скорости пластических деформаций должны быть ассоциированы с условиями пластичности, то есть направлены по нормали к поверхности пластичности [6].

Теория предельного равновесия нашла отражение практически во всех типах конструкций, и особенно, железобетонных. Здесь школа А. А. Гвоздева сыграла ведущую роль.

В рамках этой школы работали С. А. Дмитриев, С. М. Крылов. Из этой школы вышли Н. И. Карпенко, А. М. Проценко, В. В. Шугаев и много других учёных. Методы предельного равновесия использовала школа А. Р. Ржаницына для расчёта изгибаемых плит и оболочек, Г. С. Шапиро с учениками для решения задач на динамическое воздействие. А. А. Гвоздевым была сформулирована концепция тензора прочности (1967), что позволило применять технику предельного равновесия в статической формулировке к непластическим материалам [6].

Современная теория предельного равновесия не изменила содержательную часть, созданную А. А. Гвоздевым. Она получила только новое развитие в связи с появлением новых разделов математики, и особенно, вычислительной математики. Последующее развитие теории предельного равновесия, ориентированное на использование вычислительной математики, также происходило в лаборатории теории железобетона НИИЖБ, руководимой А. А. Гвоздевым.

В 1967 году А. А. Гвоздеву за создание теории предельного равновесия Бельгийским инженерным обществом была присуждена престижная премия Гюстава Тразенстора и вручена медаль, которой награждаются выдающиеся ученые мира. А. А. Гвоздев принимал активное участие в международных организациях, таких, как Международная организация по предварительно-напряженному железобетону (ФИП), Международный совет по строительству и др. За работы в области преднапряжённых конструкций он был награждён медалью Фрейсине.

А. А. Гвоздев много сделал для разработки и совершенствования различных типов сборных железобетонных конструкций. Первый дом из сборного железобетона в России был построен в 1930 году в Москве. У истоков инженерного решения этого дома стояли выдающиеся российские инженеры А. Ф. Лолейт, Е. В. Костырко и А. А. Гвоздев [5].

На основе исследований, проводившихся под руководством Гвоздева, были разработаны различные элементы и стыки сборных железобетонных конструкций, установлены области их применения и даны способы их расчёта и конструирования. Многие выдающиеся сооружения, возведенные у нас в XX веке, создавались с участием Гвоздева. К ним можно отнести Московский метрополитен, высотные здания, гидротехнические сооружения, Останкинскую телебашню, Олимпийский комплекс и др. Алексей Алексеевич — автор более 100 научных трудов, в которых изложены его исследования по строительной механике, теории пластичности и ползучести бетона, расчёту стержневых статически неопределимых систем, расчёту оболочек и т.д. Его фундаментальные работы по теории пластичности, расчёту железобетонных конструкций их предельным состояниям приобрели всемирное значение.

Тысячи студентов слушали лекции Гвоздева по строительной механике и железобетонным конструкциям в МИСИ и ВИА.

Более 10 докторов технических наук и около 200 кандидатов технических наук являются учениками А. А. Гвоздева. Почти все лаборатории НИИЖБ обращались к Гвоздеву при решении самых разнообразных задач науки бетона и железобетона.

Алексей Алексеевич, как вспоминают современники, был добрым и отзывчивым человеком, готовым всегда придти на помощь. Несмотря на громадную занятость в научно-исследовательской, преподавательской работе, А. А. Гвоздев выполнял важную организаторскую работу — был членом научно-технических советов Госстроя СССР и НИИЖБ, совета по Ленинским премиям, совета по координации НИР Госстроя СССР, был членом редколлегии журнала «Бетон и железобетон» со дня его основания.

А. А. Гвоздев был одним из организаторов, а затем действительным членом Академии строительства и архитектуры СССР. Крайне активно Алексей Алексеевич работал в Научно-техническом обществе (НТО) строителей, был председателем секции железобетонных конструкций центрального правления общества (VI съезд). За активное и эффективное участие в работе общества ему было присвоено звание почётного члена. Алексей Алексеевич Гвоздев ни на одну минуту не прерывал своей научно-исследовательской работы в НИИЖБ.

А. А. Гвоздев был одним из основателей трёх научных школ:

— научная школа «Теория железобетона»;

— научная школа «Железобетонных конструкций общего назначения»;

— научная школа «Железобетонных пространственных конструкций».

За огромный вклад в развитие отечественной строительной науки и техники д. т. н., профессор А. А. Гвоздев был удостоен звания Героя Социалистического Труда, звания заслуженного деятеля науки и техники РСФСР, лауреата Государственной премии СССР, награждён двумя орденами Ленина, орденами Красного Знамени, Красной Звезды и многими медалями.

Память об этом выдающемся учёном, высокообразованном человеке (он свободно говорил на основных европейских языках) свято хранят его многочисленные ученики и коллеги. Вся жизнь Алексея Алексеевича является образцом научного творчества и энергии в осуществлении новых теорий, эффективных решений в области строительной науки и капитального строительства.

Литература:

1. Гвоздев А. А. О пересмотре способов расчёта железобетонных конструкций и первых его результатах. — Госстройиздат, 1934.

2. Гвоздев А. А., Боришанский М. С. К вопросу о расчёте изгибаемых железобетонных элементов по стадии разрушения // Проект и стандарт. — 1934. — № 6.

3. История железобетонного транспорта в России. Т. 1: Санкт-Петербург — Москва. — 1994.

4. Лопатто А. Э., Лолейт А. Ф. К истории отечественного железобетона. — М.: Стройиздат, 1969.

5. Михайлов К. В., Волков Ю. С. Сборный железобетон: История и перспективы // Строительные материалы. — 2006. — № 1.

6. Проценко А. М. К 60-летиюсоздания А. А. Гвоздевым теории предельного равновесия // Бетон и железобетон. — 1997. — № 3.