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

Финли писал: «Чтобы определить пропорции отдельных частей моста с пролетом 150 футов, отметьте на дощатом заборе или на стене 150 дюймов. Это будет длина моста. Проведите между отмеченными точками горизонтальную линию, представляющую нижнюю часть самого нижнего ряда балок. На этой линии отметьте места для балок, предназначенных для нижнего яруса, и восстановите перпендикуляры из каждого, а также из двух крайних точек. После этого привяжите концы прочной нити к этим двум перпендикулярам на расстоянии 23¼ дюйма над горизонтальной линией. Нить должна провисать, так чтобы под нагрузкой ее середина опустилась до горизонтальной линии. После этого закрепите одинаковые грузы на нити у каждого из перпендикуляров и отметьте, где линия пересечет каждый из них». Изучая финальный изгиб нити под нагрузкой, Джеймс Финли определял идеальное положение настила моста и нужную длину каждой несущей конструкции. Он считал, что юные математики, разумеется, могут улыбнуться, прочитав о его методе, но зрелые люди серьезно отнесутся к любой информации, полученной опытным путем. Первый мост Финли, построенный с использованием чугунных цепей и деревянных ферм, имел длину всего 70 футов, но сам инженер ни минуты не сомневался: если тщательно изучить вопрос, такие мосты могут достигать длины 1000 футов. Пролет моста Золотые Ворота на входе в бухту Сан-Франциско сегодня составляет 4200 футов. Зрелые опытные люди, безусловно, отнеслись к трудам Финли со всей серьезностью.

Рис. 8.14. Мост Финли через Потомак у Джорджтауна, 1807 г.

К тому времени, как Финли в 1808 году получил свой патент, несколько подвесных (висячих) мостов уже были построены или находились в процессе строительства. Казначей Альберт Галлатин в докладе 1808 года о дорогах и каналах Соединенных Штатов утверждал, что один мост через Потомак (рис. 8.14) заслуживает внимания из-за дерзости конструкции и сравнительной дешевизны. Далее Галлатин добавил, что новый принцип, основанный на высокой прочности железа на разрыв, по-видимому, может использоваться на многих реках умеренной ширины. Финли разъяснил свое изобретение публике в Port Follio, одном из первых американских журналов, за июнь 1810 года. Томас Поуп в следующем году раскритиковал изобретение Финли в трактате об архитектуре мостов – Treatise on Bridge Architecture. Он сравнил его с волоконным мостом, который британский капитан Сэмюел Тернер видел в Индии, и имеет те же отрицательные черты. Вся конструкция рухнет, если сломается хотя бы одно звено. Такой мост не может быть долговечным. Он отдал предпочтение консольной конструкции, которую как раз в это время начал разрабатывать Вернваг, и своей собственной конструкции – flying pendent lever, мечтая перекинуть через Гудзон.

Несмотря ни на что, критика Томаса Поупа привлекла весьма благосклонное внимание к идеям Финли. Джон Темплман завершил строительство цепного моста через реку Мерримак по проекту Финли, да и сам Финли построил еще несколько мостов. Томас Телфорд, писавший в 1814 году о предложенном подвесном мосте в районе Ливерпуля, рассуждал о возможности 1000-футового пролета. Как тут не вспомнить о статье Финли в Port Follio? Телфорд имел доступ к книге Поупа, когда делал доклад в 1818 году и начал строительство подвесного моста с ровным полом через пролив Менай в Уэльсе. Когда французы Кордье и Навье в 1820-х годах опубликовали свои рассказы о подвесных мостах, основанные по большей части на докладе Галатина и книге Поупа, именно Джеймс Финли получил признание за первое применение ровного пола в подвесных мостах.

Будучи одним из самых талантливых британских инженеров после Смитона, Томас Телфорд был достаточно разносторонним и любознательным человеком, чтобы самому найти способ установки жесткого и ровного пола на подвесные мосты. Его заслуги нисколько не умаляются, даже если он знал о том, что сделал Финли. Телфорд много работал над проблемами прочности материалов. Его проект подвесного моста в районе Ливерпуля с центральным пролетом 1000 футов и двумя боковыми по 500 футов каждый не был забракован, как его предложение 600-футовой чугунной арки для Лондона. Ливерпульский проект был остановлен прежде всего из-за отсутствия средств для финансирования столь масштабного предприятия. Мост через пролив Менай в Уэльсе (рис. 8.15), не столь масштабный, находился в пределах финансовых возможностей, хотя, по всей видимости, его бы не начали, если бы спонсоры знали, что фактически стоимость возрастет вдвое. Однако было необходимо закрыть брешь почтовой дороги Телфорда от Лондона до Холихеда, острова Англси, на пути в Дублин, Ирландия.

Рис. 8.15. Мост Телфорда через пролив Менай в Уэльсе

В 1811 году Телфорд задумал мост в виде чугунной арки. Но возводить строительные конструкции на глубоководном судоходном пути с высотой приливов до 20 футов и быстрыми течениями было непрактично, и Телфорд решил протянуть временные поддерживающие леса с обоих берегов, удерживая их на месте тросами, закрепленными на береговых башнях, где они должны были находиться, пока не будут установлены ключи арки. Такого типа временные консоли впоследствии использовал американец Джеймс Б. Идс при строительстве моста в Сент-Луисе. К тому времени, как Телфорд закончил свои эксперименты с прочностью брусьев из кованого железа, он решил отказаться от плана строительства чугунной арки и обратился к идее подвесного моста.

Рис. 8.16. Дорожное полотно моста Телфорда после столетия использования

Цепи Телфорд заменил коваными стержнями с проушинами. Они были испытаны под нагрузкой до 24 640 фунтов на квадратный дюйм, затем погружены в льняное масло, высушены и покрашены, и только после этого их отправили из кузницы к месту строительства. По одной секции повесили на каждую башню, а третья, центральная, была уложена на плот длиной 400 футов. Затем плот подняли на 102 фута над потоком с помощью канатов – их тянули 150 человек, которых стимулировали бодрой музыкой и весьма либеральными освежающими напитками, – и прикрепили болтами к крайним секциям. На эту операцию ушел час и 35 минут. Подвесной мост через Менай строился шесть с половиной лет. Он был завершен в 1826 году. Было построено две проезжие части, каждая шириной 12 футов, и в центре пешеходная дорожка шириной 4 фута (рис. 8.16). Центральный пролет имел длину 579 футов. Окончательная стоимость достигла 120 000 фунтов. Мост пострадал от сильного ветра в 1839 году. Его пришлось восстанавливать и укреплять. В 1939 году он был перестроен – весь, кроме береговых башен. Новые стержни с проушинами были сделаны из стали. Через два года после того, как Телфорд завершил строительство своего знаменитого подвесного моста через пролив Менай, внушительный шаг вперед сделал австрийский инженер, опередив своих современников. Конструкция, которую Игнац фон Митис возвел через Дунайский канал в Вене, была примечательна вовсе не своим размахом. Она была узкой, пролет составлял всего 334 фута – чуть больше половины моста через Менай. Но фон Митис сделал свои стержни с проушинами из стали из печей Штирии. Это была первая сталь, использовавшаяся в мостостроении. Автор был недоволен своим творением, но не потому, что мост был неустойчивый, тяжелый или его материал оказался хрупким. Ничего этого не было. Но он вибрировал и слишком сильно раскачивался на ветру. Спустя 30 лет его разобрали, и на его месте был построен намного более прочный подвесной железнодорожный мост – тогда единственный в своем роде в Европе. Этот мост тоже был разобран всего лишь через двадцать пять лет эксплуатации. Подвесные мосты гибкие и не слишком хорошо приспособлены для тяжелых нагрузок от железных дорог.