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

Телфорд проводил эксперименты с проволочными тросами вместо стержней с проушинами, еще работая над мостом через Менай. Железная проволока использовалась для разных целей еще с XIII века. В XVIII веке она приобрела особое значение для кардочесальных машин в развивающейся текстильной промышленности. Теперь она составила конкуренцию стержням с проушинами. Проволоку можно было протягивать через глубокие пропасти и скручивать сколько угодно раз. Ее «пряди» сравнительно небольшого диаметра можно собирать в пучки любого размера. С увеличением нагрузок проволочные тросы становились все прочнее.

Впервые проволока была использована в качестве несущей конструкции для подвесного моста в Филадельфии в 1816 году, где для перехода через Скулкил была создана опасная конструкция длиной 408 футов и шириной менее двух футов. Зимой она рухнула под тяжестью снега и льда. Французские инженеры, узнавшие о трудах Финли, начали использовать проволоку для своих мостов. Марк Сеген, изобретатель жаротрубного котла паровой машины, в 1824 году написал книгу о тросовых подвесных мостах и в 1825 году построил южнее Лиона первый тросовый подвесной мост для транспорта через Рону. Этот мост Тена-Турнон имел два пролета по 275 футов каждый. В 1847 году он был сделан пешеходным, поскольку оказался слишком легким для транспорта.

В 1834 году коллега Сегена Джозеф Чейли (1800–1870) завершил во Фрибуре, Швейцария, однопролетный мост длиной более 870 футов. Он был подвешен на проволочные тросы, закрепленные на башнях высотой 167 футов. Четыре троса имели диаметр 5½ дюйма. Каждый из них был свернут из 1056 проволок диаметром 1/ 12дюйма. Кованые железные стержни, собранные в цепи, как это делал Телфорд, имели прочность на разрыв от 40 000 до 50 000 фунтов на квадратный дюйм поперечного сечения. Французская проволока, как в тросах Чейли, была испытана на разрыв нагрузкой от 60 000 до 70 000 фунтов на квадратный дюйм.

Сегодня проволока из жаропрочных сплавов имеет прочность до 250 000 фунтов на квадратный дюйм.

Благодаря длинным подвесным мостам стало возможно переправляться через быстрые реки и глубокие ущелья, не устанавливая промежуточные опоры. Такой тип мостов стал популярен, и в 1830-х годах их появилось много, особенно во Франции. Но как и цепной мост Телфорда через Менай, тросовый мост Чейли во Фрибуре был слишком гибким. Утверждают, что мост Телфорда во время штормов смещался на 16 футов. Мост Чейли дважды укреплялся дополнительными проволочными тросами. После перестройки в 1939 году мост Телфорда открыт для движения. Мост Чейли был разобран в 1922 году, уступив место виадуку из железобетона. Это самые известные подвесные мосты. Однако более прочные и жесткие конструкции все же были желательнее, чтобы противостоять нагрузкам от штормов, тяжелого транспорта, марширующих войск. А с появлением в 1840-х годах железных дорог с большими ударными нагрузками от колес увеличение прочности и жесткости стало обязательным.

Разработка в 1843 году плана строительства железной дороги из Честера в Англии до Холихеда в Уэльсе привела к появлению удивительного типа моста через пролив Менай и существенным достижениям в строительстве. Хотя тип не стал популярным, мост «Британия» Роберта Стефенсона (рис. 8.17) стал вкладом в инженерное искусство. Сначала хотели использовать одно из дорожных полотен моста Телфорда, но его недостатки для железной дороги были очевидны, и решение не было принято. Тогда Стефенсон предложил две чугунные арки, как у маленького моста в Коулбрукдейле, каждая с пролетом 350 футов и общей промежуточной опорой в середине пролива на скале. Адмиралтейство отклонило этот проект, поскольку арки будут мешать навигации.

Рис. 8.17. Трубчатый мост «Британия». Мост Телфорда – в миле к северу

Тогда Стефенсон вернулся к принципу подвесного моста и привлек к сотрудничеству Уильяма Фейрберна, имевшего опыт в кораблестроении из железа, желая получить совет, как сделать подвесную конструкцию прочнее и жестче. Они сразу согласились, что эффективной может оказаться трубчатая конструкция, и Фейрберн приступил к исследованиям. Ему на помощь пришел Итон Ходжкинсон, профессор математики. Вместе они несколько месяцев проводили опыты и расчеты и, в конце концов, пришли к выводу, что лучшей будет прямоугольная конструкция. 75-футовая модель – ⅙ предполагаемого моста – оказалась настолько прочной, что было решено отказаться от поддерживающих цепей, и это в корне изменило природу моста. Теперь это был не подвесной мост, а трубчатая балка прямоугольного сечения.

В 1846 году Фейрберн запатентовал балку со сплошной стенкой с клетчатой системой крепления. Позднее она использовалась в мостостроении редко, поскольку ту же прочность и жесткость можно было получить с открытыми фермами, которые были легче и требовали меньше материала. Кроме того, отработанные газы локомотивов (рис. 8.18), проходивших по железному тоннелю Стефенсона, не только заставляли задыхаться пассажиров, но и вызывали ускоренную коррозию стенок.

Рис. 8.18. Мост «Британия», вход с острова Англси

Остановившись на коробчатой форме, Стефенсон возвел три башни и две береговые опоры, чтобы нести четыре трубы каждого пути на 108 футов выше уровня максимального прилива. Некоторые камни этих башен весили 14 тонн. Каменная кладка была усилена 400 тоннами чугунных балок. Три центральные башни высотой более 200 футов имели размеры 52 на 62 фута в основании и 45 на 55 футов наверху. Они были построены с вертикальными щелями, уходящими на глубину 6 футов внутрь башни, чтобы рабочие могли вставить трубу и поднимать ее постепенно, шаг за шагом, заполняя щели под ней каменной кладкой (центральные секции собирали на берегу и доставляли на место на понтонах). Трубы для концевых пролетов сооружали на лесах, расположенных на уровне моста. Первое время все шло штатно. Ситуация осложнилась, когда первая из центральных труб поплыла на понтонах, повинуясь ветру и течению, и едва не была унесена в море. Описание, данное инженером Эдвином Кларком, напоминает историю об аналогичном событии из жизни строителей египетских пирамид, грузивших гигантские камни на нильские баржи, и операцию Доменико Фонтана, выполненную 30 апреля 1586 года, по подъему обелиска в цирке Нерона. Тогда зрители во главе с римским папой, затаив дыхание, безмолвствовали. Теперь, вечером 20 июня 1849 года, толпа британцев собралась у кабестана в Лланвайре, наблюдая, как трос 12 дюймов в окружности очень медленно опускает гигантскую трубу на временную сваю, с которой она должна войти в первую щель, а потом ее затащат во вторую, и начнется подъем.