Как появились металлические мосты. Автор В. Виргинский, 1936 г.

Искусство мостостроения успешно развивалось ещё в далёкой древности. В этом отношении особенно выделялись древнеримские архитекторы. Так, например, при императоре Августе (I век до н.э.) в 100 км от Рима был построен каменный мост с пролётами – промежутками между устоями моста – в 34 м. Такой размер пролёта у каменного моста считался тогда большим достижением. Постройка мостов всегда производилась в древнем Риме с огромной точностью и тщательностью, при самом расточительном использовании даровой силы рабов. Строились мосты с каменными устоями и деревянным верхним строением и сплошь деревянные мосты.

Металлических мостов в древности не знали. Имеются лишь указания, что в древнем Китае и в Индии, приблизительно в I веке нашей эры, применяли железные цепи для висячих мостов.

Всякий мост состоит, как известно, из одного или более пролётов, перекрытых тем или иным образом. Если перекрывающие части подвешены к устоям при помощи каната или цепей, то такой мост называется висячим. Если пролёт перекрыт деревянными балками или деревянными фермами (решётчатыми сооружениями различной формы), или же каменными плитами, то мост называется балочным. Наконец, арочным мостом называется такой мост, в котором через каждый пролёт перекинута арка, то есть свод, упирающийся в устои своими пятами. Разумеется, между этими основными типами мостов есть много переходных форм. Арочные мосты были высшими достижениями древнего мостостроения. Висячие и балочные мосты обычно имели деревянные перекрывающие части. Каменную плиту нельзя было подвесить, а в качестве балки употреблять её было неудобно, так как она могла перекрыть лишь очень узкий пролёт. Свод же сохраняет прочность при большой величине пролёта.

Металлические мосты не могли развиваться в древности потому, что металлургия ещё находилась на очень низком уровне. Железо добывалось прямо из руды маленькими кусками (крицами) в так называемых сыродутных горнах и ковалось вручную. На это расходовалось много времени и труда. Лить железо в те времена ещё не умели. Поэтому все отливки делали из бронзы, причём больших отливок тогда выполнить не могли. После крушения Римской империи мостостроение находилось в упадке.

В XV веке начинает значительно развиваться металлургия. Кроме больших успехов бронзолитейного производства, дававшего уже сложные отливки (колокола, пушки), было освоено изготовление и применение чугуна. Чугун выплавлялся в особых высоких печах с усиленным дутьём, получивших название доменных. Железо стали добывать главным образом из чугуна в так называемых предельных (фришевальных) горнах. Эти горны были гораздо производительнее, чем сыродутные горны. Раздувальные меха, большие молота для ковки, сверлильные станки и т.д. стали приводиться в движение водяными колёсами. Вот почему передовые конструкторы того периода смогли не только всячески совершенствовать типы каменных и деревянных мостов, но и поставить вопрос о металлических мостах.

Впервые эту идею выдвинул венецианец Фаусто Веранцио (или Верантий), живший в первой четверти XVII века. В то время Венеция была ешё могущественной торговой республикой, хотя период её высшего расцвета миновал. В Венеции и подвластных ей землях были развиты различные сложные искусства и ремёсла. В своей работе «Новые машины» (1617 год) Веранцио уделяет много места постройке мостов. Он выдвигает идею постройки бронзового моста интересной конструкции. Каждая из арок имеет вид «лука с тетивой» или, говоря геометрическим языком, дуги с хордой, и состоит из двух бронзовых, плоских дуг, соединённых между собой. По своем типу такой мост является переходным от арочного к балочному. В самом деле, здесь арка стянута нижним, как говорят, «поясом» и действует на опору почти так же, как обыкновенная ферма. Основной ошибкой Веранцио было то, что он выбрал бронзу в качестве строительного материала. Он не только не мог представить себе стальных отливок, но даже, по-видимому, был мало знаком с чугунолитейным делом, которое уже тогда достигло значительного уровня в некоторых странах. Веранцио считает, что фермы моста нужно отливать из бронзы, и утверждает, что такой мост обойдётся дешевле, чем каменный равного размера. Однако, бронза, вследствие своей хрупкости, не могла выполнить те задачи, которые возлагал на неё Веранцио. Бронзовый мост значительного размера рухнул бы сам собой. Проект Веранцио имел лишь то значение, что он побудил позднейших архитекторов изыскивать материалы для мостов.

Ещё более интересен другой проект моста, который в тексте книги Веранцио назван «железным». «Этот мост, — пишет Веранцио, — потому именуем мы железным, что он подвешен на множестве железных цепей на двух башнях, построенных по берегам реки». Полотно моста, т.е. часть, по которой проложен путь, состоит из звеньев, по-видимому, металлических (у Веранцио не указано), покрытых поперечными досками. Звенья полотна подвешены вдвойне: во-первых, к поддерживающим цепям железными же подвесками; во-вторых, к башням дополнительными цепями.

Оба проекта Веранцио остались нереализованными. Не получил осуществления и ряд проектов висячих мостов, выдвинутый французскими инженерами в XVIII веке (Гарен в 1719 г., Гауфон и Монети в 1755 г. и т.д.). Первый, малоудачный опыт постройки цепного железного моста был сделан в 1741 году на севере Англии, в горнопромышленном районе. Мост через реку состоял из нескольких железных цепей, переброшенных через р.Тис и покрытых настилом. Полотно имело 21 м в длину и 60 см в ширину. При каждом шаге мост качался и пригибался. Хождение по нему было так опасно, что горняки, для «удобства» которых протянули этот мост, предпочитали им не пользоваться.

Первый настоящий металлический мост был построен в центральном промышленном районе Англии, в графстве Шрапшир через р. Северн. На одном берегу реки находился известный Кольбрукдельский завод Дерби-младшего и Рейнольдса. На другом – заводы Джона Вилькинсона. Все эти имена прославили себя в истории техники. Дерби-младший в 1735 году перевёл доменную плавку на кокс, тем самым открыв новую страницу в чугунолитейном производстве. Рейнольдс первый проложил конный путь с чугунными рельсами. Джон Вилькинсон был крупнейшим английским металлургом того времени. На его заводах вводились самые усовершенствованные машины и способы производства. В частности, Вилькинсон первый стал применять паровые машины для воздуходувок, сверлильных станков и т.д. Дерби с Рейнольдсом и Вилькинсон совместными усилиями создали первый металлический мост, который строился с 1977 по 1779 г. По своему типу мост был арочным. Он собирался из сквозных, лёгких чугунных отливок. При этом чугунные рамы, из которых составлялся свод моста, имели сужающуюся клинообразную форму, в подражание форме камней, из которых воздвигались своды арочных каменных мостов. Береговые устои Кольбрукдельского моста и подходы к нему были кирпичные. Ширина пролёта моста составила 31 м, высота над уровнем воды 12 м. Вскоре возле моста вырос новый город, названный Айрон-бридж («Железный мост»).

Из чугунных мостов, законченных в ближайшие годы, следует отметить мост через р. Уир, возле города Уирмуата (Вермута). Мост строился с 1793 по 1796 годы. Успехи к этому времени, достигнутые английской металлургией, позволили строителям создать металлическую арку (кстати, с очень пологим сводом, что вызвало дополнительные трудности) 72 м в пролёте, расположенную на 29 м над уровнем реки. В этом же 1796 году был закончен на европейском континенте первый чугунный мост через Штригау в Силезии (Германия). По своей конструкции он близко напоминал Кольбрукдельский мост. Ширина его пролёта составляла 12 м. Мост через Штригау до наших дней. Из чугунных арочных мостов самый большой пролёт – 73 м – имел Саутуарский мостчерез Темзу возле Лондона, построенный известным инженером Рекки в 1814 г.

Вскоре чугунные арочные мосты уже не соответствовали новым требованиям, которые к ним стал предъявлять выросший пассажиро- и грузооборот. Чугун оказался слишком несовершенным материалом. Выдерживая большое давление на сжатие, он недостаточно сопротивлялся разрывающим и изгибающим воздействиям. Чугунная арка с достаточно большим пролётом обрушилась бы так же, как обрушился бы (при меньшем пролёте) бронзовый мост Веранцио. В настоящее время арочные мосты строят из лучших сортов стали. Интересно сопоставить с Кольбрукдельским мостом самый большой современный однопролётный арочный мост. Это Холл-Гейтский мост через Ист-Ривер в Нью-Йорке, оконченный в 1915 г. Он построен по типу «лука с тетивой», впервые упоминаемом в проекте Веранцио, т.е. является переходным мостом со сквозными раскосными фермами. Его нижний пояс прикреплён к арке подвесками. Езда происходит по нижнему поясу. Такой законченный тип «лука с тетивой», иначе говоря, тип подвесной арочной фермы был впервые предложен ещё в 1776 г. англичанином Джорденом. Ширина пролёта Холл-Гейтского моста – 297 м, почти в 10 раз больше, чем у Кольбрукдельского моста. Вес его металлических частей, отлитых из высококачественной углеродистой стали, — более 18 тысяч тонн.

Возвратимся, однако, к концу XVIII века. В то время, как в Англии строились первые чугунные арочные мосты, в недавно освободившихся от английского господства Соединённых штатах Америки начали строить мосты на железных цепях. В 1796 г. такой мост пролётом в 22 м был возведен по проекту инженера Финлея в штате Пенсильвания. Полотно моста с деревянными перилами висело на двух цепях, перекинутых через вышки (пилоны) на устоях. Самый большой из них через р. Шайлкилл имел два пролёта по 47 м. Он был закончен в 1809 г.

Американцы ввели висячие мосты потому, что пролётное строение этого типа мостов очень просто и дёшево. Правда, такие мосты требуют мощных опор с пилонами, но число этих опор может быть меньше, так как висячий мост допускает очень значительную ширину пролёта. В США в то время быстро рос пассажиро-грузовой оборот. Потребность в мостах была огромна. А металлургия ещё сильно отставала от английской, да и квалифицированных рабочих не хватало. Висячие же мосты строились быстро, просто и с малой затратой металла. Французский инженер первой четверти XIX века, автор первого научного исследования о висячих мостах, Навье писал об их постройке в 1823 году: «Висячие мосты кажутся замечательно пригодными для перекрытия самых больших просветов без устройства промежуточных опор. Можно очень легко сконструировать пролётное строение длиною в 500 м с пилонами высотою в 30 м». Заметим, что со времени опубликования до осуществления этих слов Навье прошло ровно 60 лет. Лишь в 1883 г. был закончен висячий мост через Ист-Ривер в Нью-Йорке с центральным пролётом в 486,5 м.

Хотя Финлей и другие американские инженеры старались всячески придать жёсткость висячим мостам, но всё равно они очень сильно колебались и сверху вниз, и из стороны и сторону. Колебания происходили и от движения по мосту тяжёлой нагрузки и в особенности от ветра. Цепи то и дело не выдерживали, и мосты рушились. Так Шуйкиллский мост рухнул через 2 года после постройки, в 1811 году, когда по этому мосту прошло большое стадо рогатого скота. Мост восстановили, но в 1816 г. он снова рухнул вследствие скопления большого количества снега. После этого он был заменён деревянным мостом другой конструкции. Катастрофы с висячими мостами продолжались в силу несовершенства их устройства и в последующие годы.

В дальнейшем прочность висячих мостов была значительно повышена введением так называемой балки жёсткости, т.е. прочного металлического сооружения, являющегося как бы хребтом всей пролётной части. Зачатки такой балки жёсткости в виде усиления полотна и перил железными деталями мы находим уже в английских мостах 20-х годов последнего столетия. Из них особенно интересен построенный с 1818 по 1826 год инженером Тельфордом мост через Менэйский пролив в Шотландии. Мост этот, сооружённый в значительной мере «ощупью», так как теория висячих мостов ещё не была разработана, был рассчитан так удачно, что при пролёте в 177 м и высоте над уровнем воды в 31 м он прекрасно работал сто лет. Лишь в 1928 г. было решено заменить его железобетонным мостом.

Висячие мосты и сейчас остаются непревзойдёнными по величине пролётов. Из законченных мостов на превом месте стоит мост через р. Гудзон в США с центральным пролётом в 1067 м. В США строится также Голден-Байтский мост в Сан-Франциско с пролётом в 1260 м. Разумеется, все эти мосты сделаны из лучших сортов стали.

Интересно отметить, что первые висячие цепные мосты были построены в Петербурге только в 1823 и 1824 гг. Это были: мост в Екатерингофском парке (проект француза Бадзена) пролётом в 15 м, мост через Фонтанку, разобранный в 1907 г. (проект Треттера) пролётом в 37 м при полной длине моста в 54 м и т.д.

Это лишний раз подтверждало факт отставания царской России от передовых капиталистических стран в отношении мостостроения. Пушкин, прекрасно знакомый с достижениями западной техники и культуры, с горечью сопоставлял отсталость русских путей сообщения с английскими чугунными арочными мостами (считавшимися в щироких кругах высшим достижением техники, чем цепные мосты), с подводными и горными тоннелями и т.д. Он с горькой иронией писал, что Россия достигнет подобного уровня «по расчётам философических таблиц лет через пятьсот».

500 лет ждать не пришлось. Великая пролетарская революция создала все предпосылки для того, чтобы наш транспорт догнал и перегнал передовые капиталистические страны во всех областях, в том числе и в области мостостроения.

Одним из наиболее замечательных достижений советского мостостроения явился Саратовский мост через Волгу, законченный в апреле 1935 г. Мост этот имеет 16 пролётов общей длиной в 1850 м. С открытием движения через этот мост обеспечено прямое железнодорожное сообщение Москва-Астрахань и Москва-Уральск. По своему типу Саратовский мост – консольный, подобно первому в мире стальному Фортскому мосту. Консольный мост отличается тем, что верхнее строение его над опорами выступает симметрично в обе стороны, а концы этих выступов соединены свободно висящей частью балочного типа. У Саратовского моста ширина отдельных пролётов меньше, чем у многих западных мостов, но очень большое число пролётов и общая длина всего моста ставят его на первое место в Европе и на одно из почётных мест во всём мире.