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

Железобетон в инженерных сооружениях используется немного дольше века. Много лет инженеры относились к нему с осторожностью. В XIX веке пионерами в строительстве из бетона стали французы. В 1833 году Пуарель использовал массивные сборные бетонные блоки. Около 16 000 блоков весом 20 тонн каждый были использованы поколением позже для молов в Порт-Саиде, что на входе в Суэцкий канал. Среди ранних бетонных мостов можно назвать акведук Ванн, доставлявший воду в Париж через лес Фонтенбло в 1870 году. Всего было около 3 миль мостов-акведуков, и некоторые из них имели пролет 125 футов. Трубы акведуков, тоже бетонные, имели диаметр 6½ фута.

Идея армирования бетона железом или сталью принадлежит в основном парижанину Жозефу Монье. Его патент 1867 года описывал сооружение резервуаров и труб из цемента, в который вставлена железная сетка. Монье, являвшийся собственником коммерческого садоводческого предприятия, со временем осознал, что его идея применима к таким конструкциям, как железнодорожные шпалы, а также полам, пешеходным мостам, аркам и трубам. Несколько патентов Монье стали основой его системы сооружений из бетона с уложенными в него железными брусками, скрещивающимися друг с другом под прямыми углами. Через несколько лет Монье построил во Франции резервуар диаметром более 50 футов. Монье не был первопроходцем в этой области. Его предшественниками были другой француз, Жозеф Луи Ламбо, и, как минимум, два британца, Уильям Б. Уилкинсон и Уильям Фэрберн. Однако Монье, не имевший ни технического образования, ни опыта – только острую природную интуицию, первым совместил бетон и железо так, что они стали действовать как единое целое: металл работал на растяжение, а бетон – на сжатие. После Монье были Хеннебике (Франция), Мелан и Эмпергер (Австрия), американцы Рэнсом, Тэчер и Тернер. Все они работали в конце XIX века, и их методы нашли широкое применение в Европе и США. Но теория развивалась медленно, и строительство шло, используя крайне дорогостоящий метод проб и ошибок.

Первые железобетонные сооружения, появившиеся в Соединенных Штатах, – это легкие пешеходные мосты со скромными пролетами в парках. Американские инженеры сначала отнеслись скептически к совмещению железа и стали с таким мало испытанным и непредсказуемым материалом, как бетон. Железобетонный арочный мост с 20-футовым пролетом, построенный в 1889 году в парке Сан-Франциско, по-видимому, был первым подобным сооружением в Соединенных Штатах. В 1894 году в Айове был построен первый железобетонный мост, предназначенный для движения транспорта. Его пролет был 30 футов. Европейские инженеры к этому времени уже построили много железобетонных мостов. В частности, в Швейцарии было построено три моста проекта Монье с пролетом 128 футов. Катаные стальные брусья постепенно заменили проволочные сети.

После 1894 года железобетон наконец завоевал симпатии архитекторов, и инженеры стали более уверенно полагаться на результаты проб и ошибок. К 1911 году Тибр в районе Рима впервые был пересечен мостом Рисорджименто с одной-единственной аркой. Эта железобетонная конструкция имела пролет 328 футов (100 м) и подъем чуть больше 33 футов (10 м). После завершения строительства мост подвергся уникальным испытаниям на прочность и жесткость. По нему прошло в ускоренном марше 11 000 солдат, и три 15-тонных катка бок о бок проехали по нему взад-вперед несколько раз. Вибрация оказалась ничтожной, а самое большое отклонение составило порядка 1/ 10дюйма. Мост Рисорджименто был в течение долгих лет самым длинным каменным мостом в мире. За двадцать лет после завершения постройки этого моста инженеры узнали много нового о возможностях железобетона. Инженеры континентальной Европы научились при необходимости производить плотный бетон, прочность которого намного больше, чем считалось возможным раньше. Также играет роль предварительное растяжение стали армирования и предварительное сжатие бетона.

Мост через реку Элорн во Франции – весьма прогрессивная конструкция (рис. 14.6). Главным инженером проекта был Э. Фрейссине. Сооружение состоит из трех 612-футовых арок, пересекающих реку в том месте, где она впадает в гавань Бреста. Мост был построен в 1930 году, и в это время пролеты его арок были самыми длинными, когда-либо построенными из железобетона. В середине XX века только два моста имели более длинные пролеты, один в Испании, другой в Швеции. По мосту Фрейссине проходит одна железнодорожная колея, а по верхнему ярусу – шоссе шириной 26,2 фута. Высота прилива в реке Элорн достигает 26 футов, и течение очень быстрое. Опоры и устои моста опираются на камень. Арки имеют ячеистую конструкцию. Между внутренней и верхней поверхностями арки располагается четыре вертикальные стенки, связывающие вместе поверхности. Самые дальние от центра стенки – фасады арки. Арка построена из бетона с относительно небольшим армированием.

Рис. 14.6. Мост через реку Элорн, Брест, Франция

Опоры строились двумя секциями. Нижние секции особых трудностей не представляли. Верхние секции высотой 22 фута и шириной 52 фута, тяжело армированные, были подготовлены на берегу и доставлены по низкой воде к месту, где их закрепляли к опорам, чтобы стать основой для отдельных арок. Эти верхние секции имели V-образную форму и предназначались для поддержки двух арок с каждой стороны, образуя первые несколько футов каждой арки. Только одно кружало арки – поддерживающая рама для бетона, сделанная почти полностью из дерева (ее концы были связаны вместе канатами, чтобы выдержать горизонтальную нагрузку), использовалось поочередно для всех трех арок. Оно сооружалось близко к берегу и отправлялось на нужное место на двух баржах, по одной с каждой стороны, после чего закреплялось на верхушках опор. Бетон заливали в четыре этапа. Через несколько дней после завершения четвертого этапа кружало отсоединяли и перемещали к следующему пролету. Конструкционные материалы подавали по канатной дороге длиной полмили, протянутой через реку от берега до берега, в 250 футах над уровнем низкой воды.

Есть большая разница между проблемами, с которыми сталкивались инженеры этого моста, и теми, которые стояли перед Идсом 60 годами раньше. Реку Элорн, как и Миссисипи, нельзя полностью перегородить, поскольку гавань Бреста сильно загружена. Кружала изготавливались в Плугастеле. Идс не мог использовать кружала. Он был вынужден строить свои арки с двух опор, как консоли, поднимая отдельные части стрелами с барж и используя только ручной труд. Арки через Элорн были немного длиннее, чем на Миссисипи. Подъем арок через реку Элорн – 110 футов, на Миссисипи – 43 фута. У французских инженеров было много приспособлений и возможностей, которые отсутствовали у Идса, – канатные дороги, дизельные двигатели, электроэнергия, миксеры для бетона, телефон и многое другое. Да и проблемы с фундаментом в Плугастеле были намного проще.