Лев Гумилевский - Русские инженеры
Курс в институте Журавский окончил блистательно в 1840 году и вскоре был направлен в распоряжение строительной комиссии Петербургско-Московской железной дороги. Не только глубокие познания, но и страстная приверженность к новому тогда железнодорожному строительству привлекли к нему внимание. После того как молодой инженер пробел ряд изыскательных работ на проектируемой линии, ему поручили проектирование мостов.
Двадцатилетний инженер не мог не считаться с тем, что, несмотря на огромный опыт строителей, качество мостов все еще было низким. Аварии и крушения преследовали многих строителей. Так, например, в первой половине XIX века потерпели крушение два моста: один близ Филадельфии — в 1811 году, другой в Брайтоне — в 1833 году; после восстановления этих мостов они снова разрушились: филадельфийский — в 1816 году, а брайтонский — в 1838 году. Катастрофы случались в Германии, в Англии, во Франции, и общее число их было очень велико.
Понадобилось много времени для того, чтобы инженеры научились при постройке мостов учитывать все возможные нагрузки, как постоянные: собственный вес сооружения и давление земли и воды, так и временные: движение поезда, людских масс и экипажей, давление ветра, силу торможения, центробежную силу при движении поезда и т. д.
С огромным мостом через Тейский залив в Шотландии, строившимся уже в 1870–1878 годах, катастрофа произошла дважды при таких обстоятельствах. Во время постройки, 2 февраля 1877 года, два больших пролета и один малый упали в воду вследствие недостаточной устойчивости опор, вовсе не рассчитанных на давление ветра. Вторая катастрофа была значительно более серьезной, но произошла она по той же причине: строители опять не учли возможного давления ветра, которое при сильной буре может доходить до 200, 300 и даже до 600 и 700 килограммов на квадратный метр.
И вот 29 декабря 1879 года, во время сильного ветра, когда по мосту шел скорый поезд, обрушились тринадцать больших пролетов. Поезд упал в воду, причем никто из людей не спасся.
Более счастливым оказался знаменитый английский писатель Чарльз Диккенс, едва не погибший при подобной же катастрофе в Англии. Вагон, в котором он находился, повис над обрушившейся мостовой фермой, в то время как следующие вагоны оборвались и упали в воду.
Эта катастрофа произвела тяжелое впечатление на писателя, и тень пережитого страха лежит на его очерках «Станция Мегби».
Насколько был велик в те времена страх перед мостовыми сооружениями, можно судить по комическому эпизоду, происшедшему с поездом Николая I на открытии Петербургско-Московской железной дороги.
Довольный осуществлением своего предприятия, Николай благодарил инженеров и вообще чувствовал себя отлично, но перед каждым мостом, из боязни катастрофы, выходил из вагона, предпочитая итти пешком вслед за поездом.
Мост через Тейский залив в Шотландии, дважды, в 1877 и в 1879 годах, обрушивавшийся из-за недостаточной устойчивости опор.
Открытие Царскосельской железной дороги в октябре 1837 года. С акварели.
У моста через Веребьинский овраг произошел забавный случай. Дорожный мастер, желая отличиться и зная, что царь будет осматривать этот самый большой и высокий мост, распорядился выкрасить ржавые, некрасивые рельсы масляной краской, которая к проезду царского поезда не успела еще просохнуть.
Выйдя из вагона перед мостом, Николай I махнул платком, подавая знак, что поезд может отправляться дальше. Но паровоз забуксовал на масляных рельсах, отказываясь повиноваться царскому приказу. Водители паровоза не могли понять, что случилось и, только сойдя на землю и увидев выкрашенные рельсы, догадались, в чем дело.
Быстрое развитие железнодорожного транспорта должно было заставить мостостроителей заняться теорией, для которой, кстати сказать, уже имелись основания в прекрасно разработанной классической механике. Однако иностранные практики мостостроения продолжали искать новые системы ферм обычным для них эмпирическим путем. Так, американский инженер Гау предложил сквозные деревянные фермы, представляющие точную копию ферм Кулибина, имеющих восходящие сжатые раскосы из дерева и растянутые тяжи из железа круглого сечения. Хотя раскосные фермы представляют собой весьма близкий к совершенству тип ферм, особенно деревянных, Гау очень мало помог мостостроению. Делал он раскосы ферм одинаковой мощности, одинакового сечения и при испытании своих моделей не приходил к удовлетворительным результатам.
В России вопросы мостостроения встали очень остро при постройке Петербургско-Московской железной дороги. Всех мостовых строений насчитывалось около ста, некоторые, как Веребьинский мост, имели в длину более полукилометра.
Из всего опыта мостостроения раскосные фермы Гау привлекли наибольшее внимание Журавского. Молодой петербургский инженер сначала просто следовал им, но при постройке Веребьинского моста с отверстиями по 25 с половиной сажен он отступил от образцов Гау. С большим умом и смелостью он применил неразрезные над опорами фермы с пересечениями раскосов. Этому нововведению Журавский предпослал теоретическую разработку способа определения усилий в частях фермы Гау, как разрезной, так и неразрезной, с одним или несколькими пересечениями раскосов.
Русский инженер имел перед американцами одно преимущество: он глубоко верил в науку и решил заменить недостающий опыт научным исследованием.
Если американцы, строя новый мост, выбирали размеры его частей, руководясь опытами предшествующих построек, то Журавский сначала разработал способ определения сил, сжимающих или растягивающих при проходе поезда составные части фермы и каждый отдельный стержень. Результаты расчета тотчас же убедили Журавского в том, что нет никакой нужды делать все тяжи, все раскосы одного и того же размера: он выяснил, что тяжи и раскосы, ближайшие к середине пролета, испытывают меньшие усилия, чем расположенные около опор, а стало быть, им можно дать меньшие поперечные сечения.
Американский консультант Уистлер нашел выводы молодого инженера не внушающими доверия. Тогда Журавский построил небольшую модель фермы, заменив болты проволоками одинаковой толщины. Нагрузив модель, Журавский стал водить смычком обыкновенной скрипки по этим проволокам, и тогда все смогли услышать, что проволоки вблизи опор давали более высокий тон, чем находившиеся в середине: следовательно, они были натянуты сильнее. Этот остроумный опыт, бесспорно, подтверждал правильность теоретических выводов Журавского.
Надо сказать, что Журавский держался того убеждения, что «вычисления без контроля опыта часто уходят в область фантазии», и все свои теоретические расчеты проверял опытным путем, на моделях проектируемых сооружений.
Убедившись в необходимости решительно изменить мостовые конструкции, строившиеся до него, Журавский и пришел к мысли о целесообразности устройства для Веребьинского моста неразрезных деревянных ферм, то-есть таких ферм, которые перекрывают несколько пролетов, не прерываясь над опорами.
Задача была трудная, так как теории определения усилий в решетчатых неразрезных фермах не существовало и Журавскому приходилось разрабатывать ее самостоятельно. Путем простых и ясных соображений ему этот метод удалось создать и пойти далеко впереди инженеров и теоретиков всего мира. Он первый в мире нашел наивыгоднейшее отношение крайнего и среднего пролетов неразрезной фермы и совершенно правильно указывал в предисловии к своему сочинению «О мостах раскосной системы Гау»:
«Исследование балок, состоящих из брусьев, раскошенных и связанных между собой, было сделано в России прежде, чем о том было напечатано на английском, немецком или французском языках; сочинения американского инженера Лонга и австрийского Гега вовсе не давали понятия о распределении напряжений по всем частям составной балки».
Одновременно с разработкой способа расчета решетчатых ферм Журавскому пришлось заниматься и вопросом о прочности материалов, из которых делались фермы: железа и дерева. Никаких сведений о свойствах русских лесных пород тогда не было. Журавский сам сконструировал машины для испытания материалов и проделал тысячи опытов, изучая не только прочность древесных пород, но и отдельные элементы ферм из этих материалов.
«Научные исследования Д. И. Журавского, как и его практическая деятельность, отличались смелостью, оригинальностью и самостоятельностью, — говорит профессор Н. М. Беляев о великом русском инженере. — Для него характерно умение ясно представить себе действительную картину работы конструкции, „игру сил“ в ней. Это позволяло ему обходиться без сложного математического аппарата и достигать своей цели путем простых и элементарных рассуждений. Это умение было тесно связано с его любовью к экспериментам, которые позволяли ему непосредственно наблюдать работу конструкции и проверять правильность основных предпосылок создаваемой им теории». В результате этих исследований Журавский сделал ряд ценнейших открытий, и постройка Веребьинского моста доставила молодому русскому инженеру всемирную славу.
