Мосты

В течение тысячелетий производство железа было трудоемким делом, и получали металл в небольших количествах. Истинный «железный век» начался лишь в 1735 г. Тогда на металлургическом заводе в английском городке Колбрукдейле на реке Северн удалось получить желанный металл в доменной печи с помощью кокса (дегазированного угля) — чугун. Лишь теперь стало возможным его массовое производство.

Удаление углерода из чугуна в грушевидной реторте по методу Бессемера. Прогресс в сталелитейном деле сказывался и на мостостроении

Там же, в Колбрукдейле, в 1779 г. появился и первый в мире мост из металла, построенный доменщиком Абрахамом Дерби и инженером Джозефом Уилкинсоном. Мост соединял берега реки Северн; как исторический памятник он находится сейчас под охраной государства. Чугун — материал хрупкий; как и естественный камень, он выдерживает лишь силы сжатия. Поэтому создатели моста применили уже испытанную арочную конструкцию. Детали арок пролетом 21 м были отлиты на заводе Дерби. На строительной площадке их предстояло лишь собрать.

Первый чугунный мост был сооружен в Колбрукдейле (Англия) через р. Северн

Первую попытку соорудить по английскому образцу чугунный мост в Германии предпринял спустя 15 лет некий граф в своем имении, находившемся в Нижней Силезии. Через два года отливка деталей была завершена, но собрать их не удалось.

В конце концов граф пригласил техника из Англии, и тот с грехом пополам построил небольшой мостик с 11-метровым пролетом.

Некоторые из множества малых чугунных мостов, построенных по образцу Колбрук-дейлского, со временем обрушились, потому что арки не выдержали. Эпоха больших мостов наступила лишь после того, как из доменного чугуна научились производить железо и сталь. Сталь и кованое железо значительно более вязкие, чем чугун, материалы и выдерживают также растягивающие напряжения. Итак, мосты всех форм и строительных типов — и висячие мосты на цепях и стальных тросах, и арочные из клепаных стальных профилей, и знакомые со времен деревянных мостов каркасные конструкции — стали возводить из нового материала: железа.

Как строили мост Британия?

Группа инженеров во главе с Робертом Стефенсоном, строителем моста Британия. Сам мост виден на заднем плане

Одним из лучших английских мостостроителей был Роберт Стефенсон (1803–1859), сын знаменитого изобретателя и пионера железнодорожного транспорта Джорджа Стефенсона. Известнейшим творением Роберта Стефенсона стал железнодорожный мост через 400-метровый Менейский пролив между Уэльсом и о. Англси. Сначала Стефенсон собирался построить здесь чугунный арочный мост, но тот мог бы помешать проходу большегрузных кораблей. Тогда инженер придумал совершенно необычную для того времени конструкцию: мост должен был состоять из двух склепанных из листового кованого железа параллельных балок в виде труб прямоугольного сечения, внутри которых проходили бы поезда. Такая конструкция называется рамной и обладает высокой прочностью на изгиб. Каждая прямоугольная труба имеет 9 м в высоту и 4,4 м в ширину. На соединение элементов моста ушло более 1,7 млн. заклепок! Мост установлен на каменных опорах и имеет два главных судоходных пролета по 141 м каждый. В 1850 г. во входной проем в египетском стиле с каменными львами по сторонам вкатился первый состав. Новый мост гордо нарекли именем «Британия».

Строительству предшествовало множество экспериментов, обмеров и расчетов, результаты которых Стефенсон опубликовал в двухтомном труде. Он распорядился не только провести всевозможные испытания на прочность различных сортов металла, но и математически вычислил несущую способность различных строительных форм. Провел он также опыты на изгиб при нагрузке на 20-метровой модели моста. При строительстве Стефенсон тоже действовал новаторски. Так, трубы клепались на берегу из заранее заготовленных частей, затем грузились на понтоны и на плаву доставлялись к быкам, куда подавались при помощи гидравлических подъемников. Большинство теперешних автодорожных мостов — потомки моста Британия. Их основа — длинные стальные или железобетонные рамы, несущие на себе проезжую часть.

Новый материал — новые строительные конструкции: железо и сталь работают также и на растяжение и позволяют размещать проезжую часть не только поверх, но и внутри или под аркой

Многие автодорожные мосты имеют рамную конструкцию: на переднем плане — с параллельным верхним и нижним поясом, на заднем — с вогнутым нижним поясом

Что такое «балка Гербера»?

В дальнейшем многие инженеры стремились изучить все возможности стали как материала, используемого при создании новых конструкций. Все самые совершенные конструкции 2-й половины XIX в. возводились на основе опыта мостостроения; даже такое «чудо света», как Эйфелева башня в Париже, была создана знаменитым мостостроителем Густавом Эйфелем (1832–1923 гг.).

Первые металлические мосты довольно точно копировали уже знакомые нам по каменным мостам арки. Однако вскоре мостовики научились использовать преимущества стали, выдерживающей также и растягивающие напряжения. В то время как у каменных мостов проезжая часть всегда укладывалась над арками, в металлических ее можно было подвесить на стальных тросах. Тогда она «парила» либо снизу стальной фермы, либо внутри нее. Появилась возможность моделировать различные арки. Например, в ферме с верхним прямолинейным и нижним выгнутым поясами (по-немецки такая ферма называется «Fischbauch» — «рыбье брюхо») верхняя прямая часть принимает на себя сжимающие усилия, в то время как нижняя дуга работает на растяжение.

Немецкий инженер Генрих Гербер (1832–1912 гг.) разработал такую систему, при которой между далеко выступающими консольными конструкциями, сооруженными из железных или стальных ферм, висит относительно небольшая балка, получившая название «балки Гербера». Мосты, построенные по такой системе, благодаря этому сравнительно маленькому соединительному элементу могут перекрывать огромные расстояния. Примером может служить строившийся с 1882 по 1890 г. мост в устье реки Форт в Шотландии. Это гигантское сооружение имеет в длину 2500 м, ширина его пролетов 521 м. В течение 27 лет этот мост держал рекорд по протяженности пролета. Только в 1917 г. мост через реку Св. Лаврентия в Канаде пролетом 549 м отодвинул шотландское чудо на второе место.

Форма многих каркасных конструкций того времени продиктована лишь математическими расчетами. Балочные мосты производят особо элегантное впечатление, они легкие и прямые, как стрела. И арка, расположенная под проезжей частью, тоже кажется нам красивой. Некоторые же фермы, наподобие описанного выше «рыбьего брюха», выглядят просто безобразно.

2500-метровый мост в устье реки Форт в Шотландии (внизу его строительство) имеет высокие стальные фермы, между которыми подвешена «балка Гербера»

Почему обрушился мост через реку Тей?

Мы можем лишь восхищаться мужеством тогдашних инженеров, которые стремились создавать все новые и новые конструкции, раздвигая границы технических возможностей человека. Но случались и неудачи — некоторые сооружения обрушивались.

Одной из самых тяжких по последствиям катастроф можно считать крушение моста в устье реки Тей — заливе Ферт-оф-Тей на восточном побережье Шотландии между городами Эдинбургом и Данди. Газеты и иллюстрированные журналы подробно сообщали тогда о ней, мост попал даже в художественную литературу: немецкий инженер Макс Эйт в своем романе «За плугом и тисками» описал обстоятельства трагедии, а известного писателя Теодора Фонтане она побудила к созданию баллады «Мост на реке Тей».