Кулибин

Пролетное строение состояло из шести основных арочных ферм и двух дополнительных. Последние предназначались для обеспечения поперечной устойчивости моста.

Основными несущими элементами моста являются четыре средние арочные фермы, расположенные попарно и параллельно на расстоянии 8,5 метра одна от другой. Между ними заключен проезд.

Чтобы обезопасить строение от ветра, а также для лучшей связи арочных ферм, Кулибин придумал мощные пояса. Они играют роль боковых упоров.

В этом проекте идея арочной фермы получила более четкое конструктивное оформление. Здесь были уточнены геометрические ее размеры и детально разработаны отдельные элементы.

Арка состоит из ряда брусьев длиной в 17 метров каждый. Они образуют ромбическую решетку. По вертикали расположены 5 ромбов и вдоль арки 208. В местах пересечения брусьев они взаимно врубаются друг в друга по 4,4 сантиметра каждый и связываются болтами с шайбами. Сечение брусьев при неизменной длине уменьшается в весе от пяты к замку арки. Так ревниво оберегается изобретателем принцип уменьшения веса моста от опор к середине.

Проезд по арке был сделан из дощатого настила вдоль оси моста. Достойно удивления, что проезжая часть устраивалась почти горизонтально, и поэтому должна быть отвергнута легенда о крутизне проезда по мосту, о чем в свое время много писалось и говорилось.

Для скрепления деревянных частей Кулибин предполагал применить болты. Итак, пролетное строение представляло «трубу», составленную из решетчатых ферм, связанных между собой поперечными крестами. Для арки требовалось: 12 908 деревянных элементов, 49 650 железных болтов, 5500 железных четырехугольных обойм.

Кулибин оставил очень мало замечаний и чертежей по конструкции опор. Однако можно догадаться, как он их проектировал. В грунт вбивались наклонные сваи, являвшиеся продолжением арки. Ряды этих свай соответствовали поясам арки. Под нижний пояс, как более мощный, он предлагал забить два ряда свай. Кроме того, он надеялся усилить сопротивляемость бутовой кладкой.

Проект деревянного моста через Неву, составленный Кулибиным в 1776 г.

Вверху: вид Петергофского дворца. Внизу: вид Царскосельского дворца в середине XVIII в.

По рисункам Махаева с гравюр Нике.

Жаль, что до сих пор не найдено полного описания производства работ по предполагавшемуся сооружению этого моста. Есть данные, свидетельствующие, что такое описание существовало. В XVIII веке проекты крупных сооружений уже сопровождались указаниями, как провести их в жизнь. Часто работа гарантировалась собственным денежным риском инженера. Кулибин, не имевший дотоле опыта в этом деле, а тем более средств, обязательно должен был представить описание самого процесса работы по постройке своего сооружения.

По сохранившимся схемам и записям можно судить, что процесс постройки был предусмотрен во всех деталях и включал ряд интереснейших изобретательских и рационализаторских идей.

Так, например, конструкцию арки во время работ Кулибин предполагал удерживать тросами, переброшенными через специально устроенные на берегах башни. Сохранилась схема таких башен и чертеж общей схемы производственных работ. Даже для того только, чтобы выяснить, насколько в этом деле применимы канаты, Кулибин наметил целую программу опытов:

«1. Попробовать взять железной проволоки трехаршинной, взвесить, потом приискать таковых ровно весу и меры бечевку и пробовать: которая на себе больше тяжесть поднимает. 2. Взять железную проволоку 120 сажен и взвесить, потом растянуть через вертлуг, тяжестью порвать, из того можно будет узнать, какую против своей тяжести можно поднять тяжесть».

Сборку лесов Кулибин проектировал провести зимой. В связи с этим им был исследован вопрос о грузоподъемности льда Невы. Все продумано и предусмотрено. Так, под «полатями», на которых предполагалось собирать арки, он думал установить сваи, вмороженные в лед. Столь же тщательно разработан был процесс производства работ по постройке основных арочных ферм. Для их заготовки и разметки Кулибин хотел построить горизонтальную площадку и на ней сделать точный чертеж арок моста. Этот прием и сейчас употребляется при постройке больших деревянных арочных мостов и прочных кружал под каменные, бетонные и железобетонные мосты. Он был применен, например, в наше время при постройке моста через канал Москва — Волга у станции Химки Октябрьской железной дороги.

Словом, весь проект производства работ по сооружению моста был разработан удивительно остроумно и исчерпывающе. Дошедших до нас документов достаточно для того, чтобы инженеры могли произвести постройку моста. Следует особенно подчеркнуть, что для определения очертания арочной фермы Кулибин экспериментально применил построение веревочного многоугольника[53]. В это время теорема о веревочном многоугольнике не была еще разработана. Начало теоретического обоснования этой теоремы относится к 30-м годам прошлого столетия. Теория о многоугольнике сил считается принадлежащей Вариньону. Но работы Вариньона вышли позднее проекта Кулибина, и он не мог их знать. Кулибин самостоятельно открыл закон взаимодействия сил в арке, но он не сформулировал этого закона теоретически и потому не занял должного места в курсах теоретической механики.

Постройка Кулибиным модели в масштабе одной десятой натуральной величины моста была крупным событием в строительной технике того времени. Она показывала трудности, которые стояли перед изобретателем, и наглядно убеждала в возможности воплощения его идеи. Вот почему Кулибин остро осознавал всю важность постройки модели и настойчиво добивался выдачи на нее средств. В этом помог ему Г. А. Потемкин, всесильный фаворит царицы, который интересовался течением этого дела и, если верить рассказу первого биографа Кулибина — П. П. Свиньина[54], будто бы даже приезжал к Кулибину. Вот как описан один из его визитов.

Титульный лист книги Кулибина Описание представленного на чертеже моста. 1799 г.

В 1776 году Кулибин в тесном кругу знакомых праздновал день своих именин. В это время посыльный известил Кулибина, что в Академию прибыл «светлейший князь».

«Оставив стол и родных, Кулибин побежал встречать вельможу.

— Я приехал посмотреть на твой мост, — сказал ему князь и взобрался на самую середину модели. — Что говорят об изобретении ученые?

— Господин Эйлер одобрил мое сочинение о вычислении тяжестей.

— Ну, а другие?

— Другие, ваша светлость, забавляются на мой счет.

Потемкин выразил одобрение модели и пошел к Кулибину на дом рассматривать чертежи. Он был удивлен, застав там гостей.

— Сегодня я именинник, — сказал смущенный Кулибин.

— Ах, вон как? Что же ты не позвал меня на именины? Ну, подавай вино, я хочу тебя поздравить».

Этот случай заставил говорить о Кулибине больше, чем все его изобретения. Петербургская знать долго судачила о посещении князем бедного механика. «Потемкин пил вино у Кулибина» — это волновало даже царедворцев. И угодливые академики наперебой спешили поздравить презираемого ими «плотника».

Модель строилась в отапливаемом сарае академического двора. В длину она была 14 сажен (около 30 метров). Строили ее семнадцать месяцев. «Весу в модели вышло 330 пудов, ей должно поднять на себе тяжести по правилу механики в 9 крат больше собственной своей тяжести, а именно 2970 пудов; но для удобнейшего в том исчисления, должно полагать вес со включением собственного в модели весу вдесятеро больше, коего составится вообще 3300 пудов», так говорит Кулибин в своем «Описании»[55].

Общая стоимость модели, согласно счету Кулибина, выразилась в 3524 рублях 96 копейках. Всего в разное время на нее было выдано правительством изобретателю три тысячи рублей. Выходит, что даже расходы по модели приходилось частично оплачивать самому механику, что делалось им, впрочем, не в первый раз.

53

Веревочный многогранник или многоугольник Вариньона — весьма важное построение в графической статике (наука о графических приемах решения задач статики, в частности, статики сооружений), позволяющее свести любую систему сил к двум силам, имеющим произвольные направления.

54

Свиньин, Павел Петрович (1787–1839) — литератор пушкинской поры, бытописатель с этнографическим уклоном. Основатель журнала «Отечественные записки», в котором опубликовал первую биографию Кулибина. Свиньин много путешествовал по Европе и Америке, много видел и немало написал обо всем им виденном. Но особенное пристрастие питал он к биографиям различных русских самоучек. Написанная им биография Кулибина даст богатый, хотя и не всегда заслуживающий доверия, материал о жизни Кулибина, выдержанный к тому же в верноподданническом духе. Подробнее об этой работе см. в приложении I.

55

И. Кулибин, Описание представленного на чертеже моста, простирающегося из одной дуги на 140 сажен, изобретенного механиком Иваном Кулибиным, стр. 11. СПБ, 1799.