Сидней Уитингтон - История инженерного дела. Важнейшие технические достижения с древних времен до ХХ столетия

Две башни – пилона – имели высоту 700 футов. Их верхние части возвышались над уровнем моря на 746 футов. Каждая состоит из сдвоенных ячеистых столбов, собранных из клепаных уголков и пластин. Столбы установлены на расстоянии 90 футов (между центрами) друг от друга и связаны поперечными рамами в четырех точках над полом моста. Башни создавались, чтобы противостоять не только напряжениям от собственного веса, временных нагрузок и ветра, но также землетрясениям. Башни весьма примечательны, и не только из-за своих размеров, но также потому, что при проектировании помимо конструктивных учитывались и архитектурные требования. При строительстве башен использовалась кремнистая сталь, имеющая прочность на разрыв 80 000—95 000 фунтов на квадратный дюйм, и углеродистая сталь, значения прочности которой примерно на треть меньше.

Основные несущие тросы имеют диаметр 36 3/ 8дюйма (на Бруклинском мосту – 16 дюймов, на мосту Джорджа Вашингтона – 36 дюймов). Каждый трос состоит из 61 пряди, а они, в свою очередь, из 452 проволок. Тросы не скользят и не перекатываются по верхней части башен, наоборот, они жестко прикреплены к ним и потому создают продольную нагрузку при изменениях температуры. Башня может отклоняться от вертикали на 18 дюймов в сторону канала или на 22 дюйма к берегу. Тросы висят, словно гигантские гамаки, между верхушками башен. С интервалами в 50 футов двойные подвески из проволочных канатов поддерживают 25-футовые фермы жесткости, которые, в свою очередь, несут систему пола. Центральная система пола достаточно гибкая, чтобы выдержать боковое отклонение около 28 футов от ветров скоростью до 60 миль в час или отклонение вверх-вниз около 16 футов. Уникальное защитное приспособление спасло жизнь 19 рабочим во время строительства. Речь идет о сетке безопасности из манильской пеньки с 6-дюймовыми ячейками, протянутой под конструкцией с «вылетом» 10 футов с каждой стороны. Мост Золотые Ворота и подходы к нему были построены за 4 года (строительство Бруклинского моста длилось 14 лет, моста Джорджа Вашингтона – 4 года). Стоимость строительства составила чуть больше 27 миллионов долларов, пропускная способность (оценочная) 5000 транспортных средств в час.

Мост Идса в Сент-Луисе, как уже говорилось, был построен между 1869 и 1874 годами. В течение следующих 25 лет было построено 11 железных или стальных арок, более длинных, чем его центральный пролет в 520 футов. Три из них были построены в 1898 году: мост Клифтон через Ниагару между Соединенными Штатами и Канадой и два моста через Рейн, один в районе Дюссельдорфа, другой в районе Бонна. Арка Ниагарского моста была в то время самой длинной в мире – 840 футов. Боннский мост имел самую длинную арку в Европе – 721 фут. В конце следующего десятилетия Густав Линденталь (1850–1935) завершал строительство арочного моста Хелл-Гейт через Ист-Ривер в Нью-Йорке (рис. 14.4). Это весьма впечатляющая и изящная конструкция, по которой проходит четыре линии железнодорожных путей. Его пролет – 977½ фута. Линденталь спроектировал его для подвижных нагрузок, превышающих подвижные нагрузки любого стального арочного моста в мире, – 3 тонны на погонный фут на каждой колее. Мост был достроен в 1917 году.

Рис. 14.4. Мост Хелл-Гейт, Нью-Йорк

15 годами позже австралийские и британские инженеры построили арочный мост через Сиднейскую бухту с пролетом 1650 футов (рис. 14.5). Это был мост такого же типа, как Хелл-Гейт. Но помимо четырех электрифицированных железнодорожных линий, по нему проходило 6-полосное шоссе и тротуары. Общая ширина моста составила 160 футов. Это был самый широкий на тот момент мост в мире. Инженеры спроектировали его для нагрузок более 6 тонн на погонный фут.

Рис. 14.5. Мост через Сиднейскую бухту

Арочный пролет моста Байон через пролив Килл-ван-Кулл в Нью-Йорке архитектора Амманна, который был построен в этот же период, был намеренно сделан на 2 фута длиннее, но по нему проходило только шоссе. При постройке фундамента моста через Сиднейскую бухту особых проблем не возникло, поскольку коренная порода располагалась на глубине всего 30 футов. В этом отношении мост Идса, как и мост Хелл-Гейт, явились для инженеров намного более серьезным испытанием. Большая часть конструкционной стали для Сиднейской бухты была изготовлена в Британии, то есть на расстоянии 12 000 миль от места строительства. Лондонские инженеры разработали проект и провели все необходимые расчеты конструкции. Сборочные работы велись в просторных и хорошо оборудованных временных мастерских на северном берегу бухты, напротив Сиднея. Каждая половина арки возводилась как консоль и заякоривалась 128 проволочными канатами диаметром 2¾ дюйма каждый через бетонную опору в изогнутых тоннелях, прорубленных до коренной породы. По мере строительства каждую часть стальной конструкции помещали на баржу и буксировали в море до тех пор, пока она не оказывалась непосредственно под местом установки. После этого монтажный электрический кран – по одному на каждую консоль – грузоподъемностью 120 тонн поднимал деталь на место. На мосту Идса подъем осуществлялся вручную.

Арочные фермы для моста через Сиднейскую бухту изготавливали из кремнистой стали, другие детали – из углеродистой стали. Все связи ферм имеют прямоугольное поперечное сечение и сделаны из склепанных пластин и уголков. Самая тяжелая часть фермы, нижняя хорда, которая в мостах этого типа является главным несущим элементом, разделена внутри на три секции. Верхняя и нижняя хорда моста Идса – 30-дюймовые цилиндры из хромистой стали. Изгиб арки моста через Сиднейскую бухту, то есть нижняя хорда, – парабола. Верхняя хорда меняет свою кривизну при приближении к опорам. Арку, как уже говорилось, строили с каждой опоры, как консоль, заякоренная 128 тросами, до тех пор, пока концы не сблизились до 40 дюймов. После этого гидравлические домкраты ослабили тросы – концы встретились, ключи соединились. В Сиднее предусматривалось колебание температуры – 60 градусов, при строительстве моста Идса – 160. Собственный вес моста в Сиднее – около 28½ тонны на погонный фут, моста Хелл-Гейт – более 26 тонн.

Каменные мосты достигли совершенства в конце XVIII века благодаря творениям архитектора Перроне. До начала XX века самым длинным каменным арочным мостом был мост Кэбин-Джон (он же Юнион-Арк) через Рок-Крик в составе Вашингтонского акведука, построенного в 1864 году. Его пролет – 220 футов. После этого каменных арок строили немного. Самая длинная каменная арочная конструкция была построена в 1903 году в городе Плауэн, Саксония. Его пролет – 295 футов.