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

Рис. 10.4. Метод строительства с помощью консолей арки моста в Сент-Луисе

Стальные арки моста Идса пересекали Миссисипи тремя большими пролетами, каждый более 500 футов. Они были изготовлены как непрерывные арки, без петель и шарниров, установлены по четыре в ряд и удерживались поперечными железными связями. Ребра арки были изготовлены из двух 18-дюймовых цилиндрических труб, одна в 12 футах над другой. Первое предположение Идса о том, что напряжение в параболической арке будет легче вычислить, чем в сегменте круглой арки, не выдержало проверки его помощником Карлом Пфайфером и советником по математическим вопросам Уильямом Шовене (1820–1870), профессором Вашингтонского университета в Сент-Луисе. Однако разница в пользу круга оказалась небольшой. Кривые законченного моста – круглые арки – отличались от параболических не более чем на 6 дюймов в любой точке. С помощью Шовене Идс и его инженеры заранее рассчитали возможные расширения в арках при колебаниях температур от 20 градусов ниже нуля до 141 градуса выше нуля по шкале Фаренгейта. Верхняя часть центральной арки поднималась на 8 дюймов. Дороги Ниагарского висячего моста с пролетом в 821 фут, построенного Джоном А. Рёблингом в 1851–1855 годах, поднимались и опускались в холодную и жаркую погоду на 2¼ фута в центре пролета, без какого-либо ущерба для моста.

Для того чтобы получить цилиндрические трубы, Идс связал шесть стоек из хромовой стали в оболочку, как клепку в бочке, диаметром 18 дюймов и длиной 12 футов. Всего было 6000 таких стоек, тщательно изготовленных, способных выдержать давление 120 000 фунтов на квадратный дюйм каждая и имеющих предел упругости 50 000 фунтов. Трубы были оснащены железными стяжками, испытанными на давление 40 000 фунтов на квадратный дюйм. И литая сталь, и сталистый чугун не выдержали испытаний. Идс был в высшей степени требователен. Автор его биографии Эндрю Карнеги считал, что «истинный гений минус научные знания инженера направляют его эксцентричные идеи о механике». Редактор Engineering за 10 октября 1873 года имел другую точку зрения. Он считал, что в этом человеке гармонично объединились теоретик и практик. Джеймс Б. Идс использовал «высшие силы современного анализа», чтобы определить нагрузки, использовал все имеющиеся в его распоряжении ресурсы для получения наилучших результатов и призвал на помощь свой гений, чтобы установить совершенно беспрецедентную махину на место.

После того как материалы для труб и сцепок прошли испытания, с арками проблем больше не было. Поскольку строительство лесов в реке было исключено, Идс применил систему временных консолей (рис. 10.4), которую намеревался использовать Томас Телфорд при строительстве моста через пролив Менай. Ванты башен на опорах удерживали двойные трубы ребер арки, пока они росли, одна секция за другой, сначала верхняя, затем нижняя труба, для равновесия одновременно на каждой опоре. Поперечные связи выполняли, когда трубы поднимались с арочной пяты или наклонных поверхностей из чугуна, установленных на опорах. Ванты удерживали домкратами, которые поднимались и опускались с переменой температуры. Готовые арки подвергались равномерной нагрузке, а на стяжки действовало только прямое сжатие. Строительство арок, хотя и было процессом довольно-таки зрелищным, являлось сравнительно простым с инженерной точки зрения. Возник только один напряженный момент, когда первое арочное ребро дошло до центра. Последняя трубчатая секция оказалась слишком длинной для оставшегося места. Инженер, отвечавший за работы, телеграфировал Идсу, прося совета, и в ожидании ответа попытался решить проблему самостоятельно. Он нагрузил трубы льдом и понадеялся на помощь бога погоды, но ответ Идса решил проблему иначе. Он разработал последнюю секцию так, что ее можно было ввинтить на место и удлинить для прочности соединения. Говорят, что новость о завершении арки побудила американский банкирский дом Моргана в Лондоне запасти больше британских фунтов стерлингов для вложения в мост Сент-Луиса.

Был волнующий момент, когда по дороге проехал первый экипаж, еще один, когда генерал Шерман вбил последний железнодорожный костыль, третий – когда по мосту проехало 14 локомотивов, сначала по два в ряд, потом в одну линию друг за другом. Наконец, 4 июля 1874 года движение открыл сам президент Грант и объявил Джеймса Б. Идса величайшим инженером своего времени.

Джон Август Рёблинг (1806–1869) не следовал аргументам, которыми руководствовался Идс. Когда Рёблинг и его сын Вашингтон А. Рёблинг (1837–1926) в 1869 году прибыли строить Бруклинский мост (рис. 10.5), они намеревались использовать сталь, как это сделал Идс. Но только они не отдали предпочтение аркам, сделав выбор в пользу висячего моста. Джон Рёблинг уже достиг успеха с висячим мостом для дороги и железной дороги через Ниагару. Он снова одержал верх, используя тросы из ковкого чугуна, импортированного из Британии, для поддержки моста длиной более 1000 футов через Огайо в Цинциннати. Его опыт с висячими или цепными мостами не подлежал сомнению. Инженер не видел ни одной причины, которая могла бы помешать ему построить мост от Нижнего Манхэттена до Лонг-Айленда с пролетом всего лишь в полтора раза больше – 1595 футов – высоко над морем. Висячая конструкция будет жесткой и безопасной для любого транспорта. Она будет достаточно высоко, чтобы не мешать мачтам и дымовым трубам любых судов. У Рёблинга, как и у Идса, не было никаких трудностей с размерами – только с расходами.

Рёблинги не обратили внимания на конструкцию арок моста Идса через Миссисипи, на месте которого Джон Рёблинг предлагал подвесной мост, но Вашингтон Рёблинг самым внимательным образом изучил подводные работы Идса с кессонами, поскольку проблема сооружения фундаментов в Ист-Ривер была аналогичной. И если Рёблингам не приходилось учитывать турбулентность Миссисипи и привычку этой реки проникать под пески до подстилающей породы, им все же следовало опасаться приливно-отливных явлений, действовавших до Хелл-Гейта. Надо было существенно углубиться, чтобы построить достаточно надежные башни для такого длинного пролета. Кессоны и опоры Рёблингов были больше, но основные требования к конструкции мало чем отличались от Сент-Луиса.

Рис. 10.5. Бруклинский мост в 1883 г.

Джон А. Рёблинг лишился жизни в самом начале строительства. Он стоял на краю причала и смотрел на другую сторону реки, определяя местоположение башен, когда подошел паром. Он врезался в сваю причала и сломал ее, одновременно сильно повредив ногу инженера. У Рёблинга начался столбняк, и спустя две недели он умер. Вашингтон Рёблинг решил довести величайший проект отца до завершения. Через полтора года он тоже пал жертвой моста. Когда пожар в бруклинском кессоне стал угрожать всей конструкции, он оставался в воздушной камере с 10 вечера до 5 утра. Еще одна форс-мажорная ситуация в нью-йоркском кессоне заставила его отказаться от активной деятельности. В возрасте 35 лет он был прикован к инвалидному креслу и, сидя у окна, только наблюдал, как растет его детище. Он не мог совещаться со своими коллегами, но регулярно посылал к ним жену с инструкциями.