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

Рис. 8.8. Консольный мост в Бандипуре, Индия, 1660 г.

На долю Льюиса Вернвага (1769–1843) выпало не так много трудностей. Возможно, он просто избегал столь сложных площадок и непредсказуемой погоды, испытывавшей людей на прочность. Его конструкции тем не менее продвинули науку мостостроения далеко вперед. Именно он соорудил первый, по крайней мере на Западе, современный консольный мост. Есть свидетельства, что восточные строители использовали консоли раньше. На это указывает мост 1660 года в Индии – в Бандипуре (рис. 8.8), хотя он больше похож на деревянный настил, поддерживаемый кронштейном, чем на консольный мост, для которого характерен сбалансированный учет всех нагрузок. Деревянные консольные мосты Вернвага, построенные в районе Филадельфии в 1810 году, имели пролет между опорами больше 50 футов. Сам строитель утверждал, что может увеличить консоли до 160 футов. Используя фермы, Вернваг предвосхитил точность, которую обычно приписывают Итиелу Тауну, Сквайру Уипплу и другим американцам, пришедшим после него. Его Колосс в Филадельфии, завершенный в 1812 году, – арочный мост с фермами, имеющий пролет 340 футов. Возможно, это самый длинный пролет из всех мостов, когда-либо построенных из дерева или камня. Вернваг мастерски скомпоновал пять параллельных поясов арки, которые скрепил в продольном и поперечном направлениях, и в каждой панели использовал металлические стержни, чтобы стыки можно было уплотнить, если они станут слишком свободными. Он скрепил деревянные детали железными болтами и стяжками, так чтобы любую деталь можно было при необходимости заменить без опасности для всей конструкции. Арка поднималась на 20 футов, а дорога – только на половину этой величины. Вернваг считается создателем этого типа мостов. Колосс, как и большинство деревянных мостов, имел покрытие для защиты от погодных условий.

Третий мост Вернвага, имевший особенное значение, был построен в 1814 году в округе Нью-Хоуп, Пенсильвания, через реку Делавэр. Инновация здесь заключалась в связи балок пола с металлическими плитами, на которые опирается арка, чтобы предохранить арку от сдвига. Вертикальные деревянные стойки с металлическими стержнями по диагонали являлись другой разновидностью ферм, которые вскоре начали использоваться. За следующие тридцать лет Льюис Вернваг построил около тридцати мостов для автомобильных и железных дорог в Пенсильвании, Мериленде, Вирджинии, Огайо, Кентукки и Индиане и внес большой вклад в другие области инженерии. К примеру, он усовершенствовал способ термообработки антрацита. Почему Вернваг не приобрел самую широкую известность, сказать трудно. Возможно, как и многие представители его профессии, он не любил выставлять себя напоказ и не занимался саморекламой. Хотя, возможно, причина в том, что его бумаги были утрачены во время наводнения 1870 года в долине Шенандоа, где он жил последние годы.

Палладио в 1570 году обозначил путь, построив первый известный фермовый мост. Итиел Таун (1784–1844) из Нью-Хейвена, Коннектикут, совсем отказался от арок и в 1820 году запатентовал мост с фермами одинаковой глубины (рис. 8.9). Он был сделан из деревянных досок, скрещивающихся с образованием ромбов, скрепленных деревянными штифтами. Вертикальные детали располагались только в концах моста. Решетчатые фермы Тауна были популярны на магистралях и первых железных дорогах этой страны.

Рис. 8.9. Типичный мост с фермами Итиела Тауна

Дизайн был прост, материалы легко доступны – деревья росли вдоль дороги, а сам процесс строительства доступен любому хорошему плотнику. Итиел Таун был не только инженером, но и бизнесменом и заработал состояние на «авторских отчислениях», составлявших 1–2 доллара за фут каждого моста этого типа, построенного другими инженерами. Самый известный из этих мостов длиной 2900 футов, опирающийся на 18 опор, прошел над рекой Джеймс в Ричмонде, штат Вирджиния. Его уничтожили конфедераты, покидая город в 1863 году.

Когда Таун вновь открыл путь, предложенный Палладио, появилось много разных типов ферм (рис. 8.10). Один из них, придуманный в 1840 году Уильямом Хоуи (1803–1852) из Спенсера, Массачусетс, был впервые использован на Западной железной дороге, позже ставшей частью дороги Бостон – Олбани. Это композитная ферма. Вертикальные стойки из кованого железа, а диагонали деревянные. Концевые стойки тоже, как правило, деревянные. Такие фермы использовались на ранних американских железных дорогах. Спустя четыре года появилась еще одна ферма. Ее придумали отец и сын – Калеб Пратт и Томас Уиллис Пратт.

Рис. 8.10. Типичные ранние американские мосты с фермами: а – один из мостов Палладио, 1570; б – мост Тауна, 1820; в – мост Хоуи, 1840; г – мост Пратта, 1844; д – мост Уиппла, 1847

В их ферме диагонали опускаются в противоположном направлении в сравнении с фермой Хоуи, так что большинство вертикалей фермы Праттов, независимо от материала, из которого они изготовлены, находятся под сжатием. Концевые стойки, как правило, наклонные. Ферма Пратта используется до сих пор.

Первый значимый железный мост в истории был построен Абрахамом Дарби (1750–1791) и Джоном Уилкинсоном (1728–1808) в 1779 году взамен парома через реку Северн в Коулбрукдейле в центральной части Англии (рис. 8.11). Они спроектировали полукруглую арку из пяти параллельных чугунных поясов и 100-футовый пролет с перекрестной связью для поддержки ровной магистрали шириной 14 футов, расположенной в 55 футах над водой. Каждое ребро отливалось по половинам длиной 70 футов и весом 38 тонн. Их привезли из соседнего литейного цеха на баржах, поставили на место с использованием системы блоков и соединили в середине чугунными болтами. Впоследствии береговые опоры слегка наклонились вперед и приподняли арку в центральной части, но это ни в коем случае не повлияло на ее прочность. Мост стоит по сегодняшний день, как памятник искусству строителей и эффективности железа.

Рис. 8.11. Первый в мире чугунный мост в Коулбрукдейле

Чугунные арки стали появляться в Германии, Франции, Англии, а позднее и в Америке. Хотя все они были не такого масштаба, как у Дарби и Уилкинсона. Довольно легко имитировать каменную конструкцию, используя железо, и соединять «клинчатые камни» болтами. Томас Телфорд построил несколько таких мостов. Первый, датированный 1796 годом, простоял 110 лет. Строитель в 1801 году начал вынашивать план 600-футовой чугунной арки через Темзу. Парламент долго размышлял и консультировался с авторитетами, но мост так и не был построен. В 1819 году Джон Ренни возвел мост Сауоуорк через Темзу. Он оказался весьма впечатляющим: с 240-футовым пролетом и огромным расходом металла.