Вопрос № 39. Металлы. Краткие исторические сведения.

История освоения железа уходит в глубокую древность. В Азии из руды получали железо во II тыс. до н.э., позже - в Древнем Вавилоне и Египте, где железо применяли при постройке пирамид. В Древней Греции во времена Перикла (примерно к середине V в. до н.э.) уже умели не только плавить железо, но и выливать его из печи в т.н. изложницы. В дело шло (малоуглеродистое) железо, а литые изделия из чугуна, хотя и были известны в античной Греции, из-за большой хрупкости использовались редко.

В древней Руси, железные детали в виде затяжек каменных сводов применяли еще в средние века. К началу XII в. относятся первые сведения об их применении в старых русских постройках. Такие затяжки, например, использовались в сводах Успенского собора во Владимире (1158-1161гг.). Железные несущие конструкции, воспринимающие массу потолка, были применены в храме Василия Блаженного в Москве (1555-1560). Металлическим является и каркас главки колокольни Ивана Великого в Москве (начало XVII в.). А середине XVII века в строительстве Большого Кремлевского Дворца в Москве были использованы железные стропила. В XVII-XVIIIвв. на Руси широко развивается кузнечное дело, которое дало архитектуре множество замечательных изделий из кованого железа. Над знаменитыми коваными решетками Петербурга работали выдающиеся зодчие А.Н. Воронихин, В.П. Стасов, В.В. Растрелли, Дж. Кваренги, К.И. Росси и др. одна из лучших декоративных оград мира – решетка Летнего сада, была изготовлена тульскими кузнецами в 1772-1778 гг., а медные детали к ней позднее выковали петербургские умельцы.

В Западной Европе и Древней Руси чугун первоначально считали отходом процесса производства железа (об этом говорят его названия: английское pig iron – «свинское железо» и русое «чушка»). Как металл для отливки различных изделий его начали выплавлять в конце XIII-XIV вв., а широко применять в строительных конструкциях лишь с середины XVIII века.

К концу XVIII века значительно усовершенствовалось производство изделий из чугуна, который стал дешевым материалом. Однако его прочность на растяжение и на изгиб была очень низкой, и применять его можно было только в строительных конструкциях, работающих на сжатие (например, в арочных мостах), либо в несущих оградах (лестничных и балконных ограждениях, решетках, воротах и т.п.), а также в декоративных деталях.

Первым крупным металлическим сооружением считают арочный чугунный мост, построенный в Англии через реку Северн в 1779 г., известный как Железный мост. Как первые каменные здания копировали формы и конструкции своих деревянных предшественников, так и первые металлические арочные мосты складывали из полых клиновидных литых чугунных камней подобно каменной кладке.

Пример раннего применения чугуна в несущих архитектурных конструкциях зданий – хлопчатобумажная фабрика, построенная в 1801 г. в Манчестере. Здесь была сделана первая попытка создания единого внутреннего каркаса здания из чугунных стоек и ригелей. Чугунная колонна прочно господствовала затем на протяжение всего следующего столетия.

Промышленное производство сравнительно дешевой стали относится ко второй половине XIX века. П. Мартеном в 1864 г. был предложен принципиально новый способ получения литой стали в пламенных печах с добавлением в шихту большого количества металлолома.

Внедрение железа и стали в мостостроение вместе с достижениями строительной техники позволило освоить новые висячие конструкции мостов. С 1815 г. началось строительство висячих мостов с проволочными канатами. История мостостроения вообще весьма показательна и является иллюстрацией взаимосвязи развития новых конструкций, новой инженерной техники и методов строительства.

Значительный прогресс в освоении металлических строительных конструкций связан с широким внедрением заклепочных соединений, которые, начиная с 20-х годов XIX в. постепенно вытесняли горновую сварку металла (т.е. в печи).