Страница 1 из 5

Пролетные строения арочных мостов состоят из арок, являющихся их основными несущими элементами, конструкций проезжей части, связей, объединяющих отдельные элементы пролетных строений и пространственно жесткую и геометрически неизменяемую систему, и опорных частей (шарниров), если их устраивают.

В бесшарнирных арках благодаря разгружающему воздействию пятовых сечений наибольшие изгибающие моменты от внешних нагрузок распределяются по длине арок более равномерно и в большинстве сечений оказываются меньшими, чем в двух- и трехшарнирных арках. Поэтому они наиболее экономичны по расходу материала. Защемление пят способствует и повышению жесткости арок. Бесшарнирные арки наилучшие и в эксплуатации. Недостаток бесшарнирных арок и особенно пологих - возможность возникновения в их сечениях значительных дополнительных напряжений от изменения температуры. Кроме того, они чувствительны к неравномерным осадкам и смещениям опор. Поэтому в металлических мостах бесшарнирные арки применяли раньше сравнительно редко; предпочтение отдавалось двухшарнирным, их устраивали преимущественно в виде сквозных ферм, имеющих большую жесткость.

Переход к двухшарнирным аркам путем устройства шарниров в пятовых сечениях значительно снижает возможные дополнительные напряжения в арках от изменения температуры и смещения опор. Двухшарнирные арки имеют плавную по длине пролета линию прогиба. В отношении вертикальных и горизонтальных усилий, передаваемых опорам, и затрат материала двухшарнирные арки практически равноценны бесшарнирным. Поэтому в металлических мостах и в настоящее время применяют двухшарнирные арки и при весьма больших пролетах часто делают со сплошными стенками. Примером современного металлического моста этого типа может служить мест через Орликское водохранилище на р. Влтаве у Ждякова (ЧССР, 1967 г.). Он имеет пролет между шарнирами арок 330 м и общий пролет почти 380 м. Это наибольший по пролету в мире мост со сплошными стенками.

Ограниченные возможности развития высоты арок со сплошными стенками побуждают для увеличения их жесткости защемлять пяты, переходя к бесшарнирным аркам. Такое решение не приводит к возникновению значительных температурных и других дополнительных напряжений в арках в силу относительно малой жесткости арок со сплошными стенками больших пролетов.

Добавление шарнира в замке превращает двухшарнирную арку в трехшарнирную и исключает возможность дополнительных напряжений в арке от изменения температуры и смещения опор. Дополнительные изгибающие моменты в трехшарнирных арках, возникающие из-за трения в шарнирах обычно не учитываются. Однако увеличение числа шарниров в арках делает их менее жесткими. Кроме того, мосты с трехшарнирными арками имеют перелом линии прогиба над замковыми шарнирами, что неблагоприятно для железнодорожных мостов, так как увеличивает динамическое воздействие подвижного состава на арку. Поэтому в мостах под железную дорогу устройство постоянного шарнира в замке арки нежелательно. В автодорожных и городских мостах, особенно при недостаточно надежных грунтах в основании опор моста и наличии значительных перепадов температур, применение трехшарнирных арок может оказаться целесообразным.

Арки, будучи распорными системами, по затрате материала экономичнее балок, так как часть внешнего момента в арках погашается моментом распора:

М а = М б - Hy , (4.1)

где M б - балочный (внешний) момент; Ну - момент от распора.

Благодаря этому по затрате материала на пролетное строение с учетом надарочных конструкций арочные мосты оказываются обычно более экономичными, чем балочные, особенно при больших пролетах. Однако в связи с наличием распора арочных мостов, опоры, в особенности при неблагоприятных грунтовых условиях и большой их высоте, требуют значительного развития по сравнению с опорами аналогичных по пролету балочных мостов. Это может вызвать заметное увеличение стоимости сооружения арочных мостов. Поэтому они наиболее целесообразны при достаточно прочных грунтах, залегающих на небольшой глубине, а также при небольшой высоте опор от пят арок до подошвы фундамента.

Арочные пролетные строения значительно труднее типизировать, чем балочные. Их обычно сооружают по индивидуальным проектам, что повышает стоимость изготовления элементов. Кроме того, как правило, более сложным оказывается и монтаж арочных мостов.

В мостах под железную дорогу при пролетах до 160 м балочные сквозные пролетные строения благодаря преимуществам, создаваемым их типизацией и относительной простотой конструкции, оказываются обычно более экономичными, чем арочные даже при наличии хороших грунтов в основании опор. При пролетах более 200 м балочные мосты становятся тяжелыми и преимущества арочных систем в отношении расхода материала на пролетные строения существенны для железнодорожных мостов при благоприятных геологических и топографических условиях. Арочные металлические пролетные строения в автодорожных и городских мостах тоже применяются сравнительно редко. Однако высокие архитектурные достоинства арочных мостов могут послужить одной из причин их применения в городских условиях. Кроме того, сооружение арочных мостов может оказаться целесообразным в горных и холмистых районах, где геологические и топографические условия бывают благоприятными для использования конструкций с достаточно подъемистыми арками и опорами небольших размеров.

Пролетные строения, имеющие арки со сплошными стенками , обычно более просты для изготовления и монтажа. При рациональном выборе пропорций они часто оказываются более предпочтительны по эстетическим соображениям. Поэтому в настоящее время существует тенденция применять арки со сплошными стенками в мостах возможно больших пролетов.

Однако с ростом пролета моста использование арок со сплошными стенками встречает трудности, связанные с необходимостью развивать высоту арок до размеров, при которых их приходится членить на монтажные блоки не только по длине, но и по высоте. Возникают также затруднения, связанные с устройством поясов арок в виде многолистовых пакетов. В результате трудоемкость и стоимость изготовления и монтажа арок существенно возрастают. Кроме того, с ростом высоты арок со сплошными стенками неизбежно возрастает степень недоиспользования прочности материала стенок при изгибе арок. Поэтому при сравнительно больших пролетах целесообразно переходить к решетчатым арочным фермам. Размер пролета, при котором необходим такой переход, в существенной мере зависит от состояния техники заводского изготовления, условий транспортирования элементов к месту строительства и условий монтажа конструкций и не является неизменным. Основываясь на опыте современного мостостроения, можно полагать, что в интервале пролетов 150 - 300 м целесообразно рассматривать варианты как арок со сплошными стенками, так и решетчатых арочных ферм.

Арочные мосты при большом строительном просвете в месте мостового перехода устраивают с ездой поверху. Если по местным условиям продольного профиля дороги строительный просвет оказывается недостаточным для устройства моста с ездой поверху, то арки на некоторой длине пролета поднимают выше проезжей части, устраивая езду посередине. В пределе возможно расположение проезжей части в уровне пят арок, т. е. устройство езды понизу.

Наиболее благоприятно в конструктивном и архитектурном отношениях устройство моста с ездой поверху. В мостах с ездой поверху число арок в поперечном сечении пролетного строения может быть назначено из условий получения наиболее простого и экономичного решения. В арочных мостах с пониженной ездой независимо от их ширины устраиваются обычно только две арки.

Возможность устройства езды поверху определяется прежде всего условиями размещения арок (в имеющемся строительном просвете мостового перехода) с наиболее целесообразной стрелой подъема. В существующих металлических арочных мостах стрела подъема арок изменяется в довольно широких пределах - от 1 / 2 до 1 / 20 пролета.

В мостах с ездой поверху наиболее употребительна стрела подъема арок, равная 1 / 7 - 1 / 8 пролета, а при пониженной езде - 1 / 5 - 1 / 6 пролета. Изменение стрелы подъема заметно изменяет распор в арке, но сравнительно мало осевые усилия в ней. Изгибающие моменты тоже мало зависят от стрелы подъема арки, так как второй член выражения (4.1) для конкретного пролета достаточно постоянен: при увеличении стрелы подъема арки распор Н уменьшается, а ордината y увеличивается. Это позволяет сооружать арки с различными стрелами подъема и почти одинаковым расходом металла.

Очертание оси арок при принятых пролете и стреле подъема выбирают так, чтобы расчетные моменты в сечениях арки были по абсолютному значению возможно меньшими. Возникновение изгибающих моментов в арке - результат несовпадения оси арки с кривой давления, которая меняет очертание при каждом изменении положения временной нагрузки на пролетном строении. Поэтому можно лишь стремиться к тому, чтобы неизбежные отклонения кривых давления от оси были наименьшими. Крайние положения кривые давления в арке занимают при загружении временной нагрузкой поочередно каждого из ее полупролетов. Поэтому за среднее положение кривой давления иногда принимают кривую, полученную при загружении всего пролета постоянной и половиной временной нагрузками. Однако в металлических мостах, поскольку металл одинаково хорошо работает как на осевые усилия, так и на изгиб, некоторые отклонения принятой оси арки от оптимального очертания не имеют особенного значения. Поэтому ось арки можно принимать по кривой давления от постоянной нагрузки. При равномерно распределенной по пролету нагрузке такой кривой служит квадратная парабола. Недостаток квадратной параболы как оси арки - ее переменная кривизна, препятствующая унификации длин элементов арки и узловых сопряжений в арочных фермах. В этом отношении более удобна круговая кривая, которой часто заменяют параболу. Различие ординат, определяющих очертание параболы и окружности, у пологих арок невелико и может не учитываться в расчетах. Если ось арки принимают по кривой давления от постоянной нагрузки, то изгибающие моменты в арке будут вызываться только временной нагрузкой. Поэтому высота арок в железнодорожных мостах должна быть большей, чем в автодорожных и городских.

Некоторое отступление от наивыгоднейшей высоты арки в сторону увеличения или уменьшения сказывается на ее весе сравнительно мало. Так, изменение высоты арки по сравнению с наивыгоднейшей на 20% вызывает увеличение ее веса всего на 3-5%. Это создает возможность в известных пределах подчинить высоту арки эстетическим требованиям или удобствам заводского изготовления, и перевозки без существенного увеличения расхода металла на пролетное строение. Предел уменьшения высоты арки определяется требованиями, предъявляемыми к вертикальной жесткости пролетного строения.

В многопролетных арочных мостах пролетные строения могут устраиваться с раздельными, неразрезными и консольными арками.

Раздельные арочные пролетные строения многопролетного моста (рис. 4.1, а) работают независимо друг от друга. Промежуточные опоры таких мостов должны обладать способностью воспринимать неуравновешенный распор арок смежных пролетов, возникающий при загружении одного из них временной нагрузкой. Поэтому при прочих равных условиях они будут всегда массивнее и дороже опор балочных мостов. Переход к неразрезным аркам позволяет частично или полностью освободить промежуточные опоры от действия распора и уменьшить их размеры. При продольно подвижном опирании неразрезных арок на промежуточные опоры (рис. 4.1, б) они освобождаются от воздействия распора арок и могут иметь такие же размеры, как и опоры неразрезных балочных мостов.

Рис. 4.1 - Схемы арочных многопролетных мостов

Связь пят арок смежных пролетов может быть жесткой (см. рис. 4.1, б) или шарнирной. В последнем случае система будет менее чувствительна к неравномерным осадкам опор.

Неразрезные, а также консольные (рис. 4.1, в) арки не дают экономических преимуществ в отношении расхода металла по сравнению с раздельными. Они обладают также меньшей жесткостью, чем раздельные арки. Кроме того, наличие большого числа шарниров в арочно-консольных мостах ухудшает их эксплуатационные качества. Поэтому мосты с неразрезными и консольными арками в настоящее время почти не строят. В то же время находят применение неразрезные пролетные строения, в которых арочная решетчатая система сочетается с балочной, что способствует повышению вертикальной жесткости и экономичности арочной части металлического моста и улучшает его эксплуатационные характеристики.

Предисловие

Мост из предварительно напряженного бетона на Тауэрнской автомагистрали через долину р. Лизер в Нернтене (Австрия)

Мосты. Вряд ли можно назвать какие-нибудь другие инженерные сооружения, более тесно связанные со всеми областями жизни и деятельности человека! В равной мере важные для всех времен и всех культур мира мосты прокладывали через каналы, ручьи и реки, через широкие бухты и морские проливы, они пересекали просторные долины и глубокие пропасти, становясь все выше, длиннее и надежнее. Будь то шаткие бревенчатые мостки или смелые технические конструкции, они всегда были и будут необходимы для развития торговли, транспорта, для путешествий и просто для общения людей, без них невозможна современная цивилизация. За тысячелетия строительство мостов превратилось в подлинное искусство. Традиционные природные материалы, такие как растительные волокна, дерево и камень, со временем вытеснились новыми искусственными материалами - железом, сталью, бетоном, сверхпрочным стальным тросом. Из основных форм мостов, как бы предложенных самой природой, - балок, сводов, подвесных конструкций постепенно рождались более совершенные и мощные строения - мосты из неразрезных балок, без швов, перекинутые на огромные расстояния, рамные и арочные конструкции и, наконец, грандиозные висячие и вантовые мосты. Инженеры, строящие мосты, научились точно вычислять так называемые усилия и напряжения, возникающие в несущих конструкциях моста под воздействием проходящих по ним грузов или просто ветра, солнца и воды. Сегодня им в этом помогают компьютеры. Кроме того, они хорошо изучили качества строительных материалов и улучшили их, сделав свои сооружения более прочными, способными противостоять воздействию окружающей среды и вместе с тем эстетически более совершенными. Сегодня эти знания и опыт позволяют строителям возводить мосты, выдерживающие колоссальную нагрузку современного транспорта, не нанося при этом ущерба окружающей среде, ведь зачастую современный мост довольно основательно вторгается в естественный ландшафт, рискуя его разрушить.

Быть может, эта книга не только ответит на многие вопросы о строительстве мостов, но и пробудит в ком-то из юных читателей желание когда-нибудь и самому стать строителем.

Русское издание книги дополнено рассказом о петербургских мостах и кратким словариком встречающихся терминов. Эту часть книги написал московский архитектор Г. 3. Каганов.

Строительство мостов до изобретении бетона: старым Каменный мост в Оденвальде близ Хеддесбаха

Мост и человек

Сербский писатель Иво Андрич сказал некогда о мостах: «Они важнее, чем дома, они более святы, чем церкви, потому что сильнее объединяют. Они принадлежат всем и всем в равной мере приносят пользу; они возводятся именно в тех местах, где сходится множество человеческих потребностей; они долговечнее других строений и никогда не служат какой-то скрытой или злой цели». Многие тысячелетия назад люди заметили, что проще перейти ручей по стволу упавшего дерева, соединившего случайно противоположные берега. Позже стали уже специально срубать деревья для укладки примитивных мостов. Их делали из распиленных бревен или из больших плоских камней, брошенных в воду. Это были предшественники современных мостов из железобетона, которые то перекидывают скоростные автодороги через глубокие долины, то элегантно парят над реками и проливами в виде висячих мостов с большими пролетами.

Мост через реку сближает противоположные берега и живущих на них людей. Этот символ единения глубоко укоренился в нашем сознании и в языке. Мы говорим «наводить мосты», имея в виду, наладить отношения, подружиться; или, наоборот, - «сжечь за собой мосты», то есть исключить любую возможность отступить, изменить свое решение. По-немецки «мост» - Brucke («брюкке»). Считается, что это слово близко по своему происхождению к немецкому слову «Prugel» («прюгель»), что значит «дубина», «деревянная палка». Связь этих слов напоминает нам о тех далеких временах, когда древние германцы строили из бревен и сучьев специальные настилы, или мостки, чтобы по ним перемещаться по топким местам и болотам. Мосты же из дерева и камня начали сооружать в Центральной Европе римляне. Они называли свои сооружения латинским словом «pons», а от него произошли французское «pont» и итальянское «ponte».

Тысячелетия тому назад такие неустойчивые висячие мосты из канатов перекидывались через бурные реки и глубокие ущелья в Андах и Гималаях

О происхождении слова «мост» в славянских языках ученые лингвисты до сих пор не пришли к согласию. Однако оно живет во всех современных славянских языках, имея множество производных. В русском языке это мостовая, помост, мостить, примоститься… Многие города и поселки называются Мостами и Замостьями. Это слово проникло даже в язык автомобилестроения (задний и передний мост у автомобиля) или, скажем, в язык зубных врачей (здесь мостом называется зубной протез). В исламе и многих религиях Востока важную роль играет мост в загробный мир, по форме напоминающий Млечный Путь или дугу, которую описывают Солнце и звезды, двигаясь по небосводу от точки восхода до точки заката. Умерший, чтобы попасть в загробное царство, должен пройти по такому узкому длинному мосту, но удается это только добрым людям, злые же падают в бездну.

В христианстве есть представление о радуге как о мосте между небом и людьми, на вершине которого как высший судия восседает Иисус Христос

Древние германцы считали, что радуга - дорога на небо, предназначенная для избранных людей и богов. И в христианстве есть представление о радуге как о мосте между Богом и человеком; в средневековых изображениях Христос предстает как верховный судия, восседающий на радуге. Глава католической церкви папа Римский носит еще и титул «понтифик максимус», что значит «великий строитель мостов» и указывает на его роль посредника между Небом и Землей, а время его правления называется «понтификат». Этот титул появился еще в Древнем Риме, когда верховный жрец одновременно служил в храме и надзирал за мостами. То есть уже в древности на мосты смотрели и как на священный символ.

На протяжении столетий люди верили, что реки и озера, темные леса и глубокие ущелья заселены добрыми или злыми духами - демонами, которые стремились причинить человеку вред и от которых приходилось защищаться заклинаниями, особыми ритуалами. А позднее, уже в христианские времена, приходилось просить заступничества у Бога или святых. Древние греки, например, думали, что в родниках и ручьях обитают добрые нимфы, хранительницы жизни, а в таинственных и подчас бурных реках - могучие, впадающие в гнев, речные боги, время от времени требующие человеческих жертв. Перейти реку часто было довольно опасно, и люди объясняли это тем, что мосты или настилы, переброшенные через поток, вызывают особый гнев речных богов. Чтобы умилостивить их, даже приносили жертвы. Поэтому нередко при строительстве мостов в них замуровывали животных и даже людей или подмешивали в строительный раствор кровь. По распространенному суеверию, мать, которая впервые переходила через мост с новорожденным, должна была дать за дитя выкуп, бросить в воду монету. А похоронные процессии зачастую переходили реку вброд, вместо того чтобы воспользоваться мостом. Люди опасались, что в противном случае покойник может возвратиться, обернувшись привидением. По старым народным поверьям, на мостах или подле них любит водиться всякая нечисть - черти, ведьмы или духи в образе зверей. Во многих странах есть так называемые «чертовы мосты». Их название восходит к распространенному сказочному сюжету: мастер, строящий мост, впав в отчаяние от сложности такой работы, зовет на помощь черта. Нечистый является и строит мост за одну ночь, но с условием, что ему достанется первое живое существо, которое по нему пройдет. Однако черта надувают: первыми по мосту проходят петух или собака.

Мост как точка притяжения сверхъестественных сил: папа Римский и дьявол протягивают над ним друг другу руки

В Европе есть множество географических названии, которые включают в себя слово «мост» на разных языках. Например, с немецким «брюкке» - Оснабрюк, Саарбрюккен, Цвайбрюккен, или Брюгге в Бельгии, Инсбрук в Австрии. В англоязычных странах названия многих населенных пунктов оканчиваются на английское «бридж», а во Франции, наоборот, начинаются с французского «пон». Города, реки и мосты тесно связаны между собой: поселения возникали обычно там, где торговый путь приводил к реке, где было или мелкое место - брод (по-немецки - «фурт», отсюда названия городов Франкфурт, Эрфурт, Оксенфурт), или сохранившийся еще с римских времен мост. В средние века, когда возникало большинство городов, мосты часто бывали разрушены из-за войн или стихийных бедствий. Тогда путникам приходилось переправляться через реку в лодках. В этом им помогали местные жители, которые не только перевозили чужаков на другой берег, но и предлагали им ночлег, еду и другие услуги, конечно, за деньги. Благодаря такому источнику доходов поселения постепенно разрастались в города. Горожане использовали реку и для водоснабжения, и для отвода сточных вод, и для защиты от врагов, и для работы мельниц, и как средство сообщения. Между тем строительство каменного моста могли себе позволить только богатые города. Иногда проходили десятилетия, прежде чем при тогдашних технических средствах удавалось завершить строительство, и нередко еще не достроенное сооружение разрушали наводнение или ледоход.

Сама природа создала три основные формы мостов, и первые мостостроители, возможно, лишь следовали ее подсказке. Самый простой мост - балочный. В примитивной форме это просто переброшенное через ручей бревно. Правда, составленная из брусьев балка или длинная каменная плита не позволяла сделать пролет - так называется расстояние между двумя опорами, или точками, на которые опирается балка, - большим, так как чем балка длиннее, тем скорее под тяжестью груза или собственного веса она могла прогнуться, а затем и рухнуть. Конечно, балки можно было подпереть несколькими сваями, стоящими одна подле другой, но это было бы слишком трудоемким и дорогим решением.

Балочные мосты стало выгодно строить лишь несколько десятилетий назад, благодаря использованию новых, очень прочных материалов - стали и железобетона. А на протяжении столетий люди пользовались двумя другими типами мостов. Пешеходная и проезжая часть либо опиралась на своды каменной кладки - такие мосты назывались арочными, либо подвешивалась на канатах или тросах - тогда получался висячий мост.

Азы мостостроения. Вверху показаны основные формы мостов, стрелками помечено распределение усилий. Внизу приведены важнейшие специальные понятия мостостроения

Висячие мосты стали строить позже, чем арочные. В тропических странах есть растения с длинными и прочными волокнами, например лианы. Иногда такие растения свисают прямо над потоком, как бы образуя естественные мосты. Вот почему люди, жившие в тех краях, научились перебираться на другой берег реки или ущелья с помощью канатов, скрученных из растительных волокон или сыромятной кожи, то есть делать висячие мосты. Самые простые из них были устроены так: два параллельно натянутых толстых каната, по которым передвигались путники, и два более тонких, натянутых повыше и служивших своего рода перилами. Такие мосты перебрасывали, к примеру, через глубокие пропасти в отдельных высокогорных районах Гималаев и в стране инков в Перу. Даже вьючные животные с тяжелой поклажей балансировали над бездной на таких качающихся мостах, длина которых порой достигала 60 м. В Гималаях можно встретить более совершенную форму висячего моста, у которого настил из дощечек или стволов бамбука положен на два параллельных каната. Но такой настил все равно провисает. А вот у современных висячих мостов этот настил расположен горизонтально, и по нему можно даже проехать. Он подвешен на прочнейших стальных канатах к толстому стальному тросу, который подпирают высокие столбы - пилоны.

Что такое арочный мост?

Естественный арочный мост высотой 34 м через р. Ардеш на юге Франции. Вероятно, некогда это был вход в обрушившуюся пещеру

Образец более прочного, арочного моста тоже существует в самой природе - это проемы в скалах. Они образуются в местах, где река прокладывает себе дорогу под слоем особо прочной породы. Прилегающие части скалы постепенно разрушаются под воздействием воды. Такой естественный арочный мост возвышается на юге Франции над рекой Ардеш, в 60 км от города Ним. Ширина этой скальной арки составляет 59 м, а высота - 34 м, что равно высоте 10-этажного дома. Еще шумеры и египтяне около 5000 лет тому назад возводили арочные своды из кирпича. Арка долгое время была единственной возможностью создать из камня мост со сравнительно длинным пролетом. Объясняется это тем, что камни выдерживают большие силы давления, или сжимающие усилия, а сравнительно небольшие растягивающие усилия для камня разрушительны.

Консольная арка устойчива в каждой фазе строительства, традиционная арка - только после установления замкового, или ключевого, камня

Как распределяются эти силы в балке, хорошо видно на модели, сделанной из толстого бруска пенопласта. На его продольной боковой стороне нужно провести фломастером на одинаковом расстоянии друг от друга несколько вертикальных линий. Этот брусок кладут поверх двух книжных стопок наподобие моста. Сверху на середину этого миниатюрного моста надо положить еще одну книгу, имитирующую груз. Теперь, наблюдая за линиями, можно определить действие сил в бруске пенопласта. На верхней стороне бруска расстояния между линиями сократились - верхние слои сжались, это действие сжимающего усилия. Зато нижние, напротив, раздвинулись - тут действуют силы, растягивающие пенопласт, это растягивающее усилие. Растягивающие усилия, действующие в нижней плоскости нагруженной каменной балки, приводят к образованию на ней трещин, а потом к их расширению, в результате мост может рухнуть. Однако если сложить обтесанные камни слоями и таким образом, чтобы они образовали арку, то тогда они будут опираться друг на друга, подвергаясь при этом только сжимающим, но не растягивающим усилиям.

Предполагают, что первые каменные арки применялись при строительстве крыш и проемов ворот. Обтесанные камни укладывали с двух сторон по направлению друг к другу так, чтобы верхний камень несколько нависал над нижним, но при этом не падал. Все сооружение сохраняет устойчивость благодаря тому, что нижние камни подвергаются в ходе укладки все большему давлению верхних. Под конец эти выступающие камни сходятся, образуя арку. От таких консольных конструкций, сложенных из горизонтальных слоев, традиционная арка отличается тем, что стыки или швы ее клинообразно обтесанных камней сориентированы на общий центр. При строительстве такой арки нужно всегда пользоваться кружалами - опорной дугой, сделанной обычно из досок, реже из металла, по которой выкладывается свод. Во время строительства она принимает на себя тяжесть камней и может быть убрана только после установки ключевого камня в самой верхней точке свода арки. Только тогда строение приобретает устойчивость. При этом два нижних камня, или так называемые пяты, и опоры арки несут на себе общий вес всего сооружения. При такой конструкции каждый камень зажат между двумя соседними и не может, разболтавшись, просто вывалиться из арки.

Раньше строители, планируя конструкцию будущего моста, могли полагаться только на собственный опыт и интуицию. Последние лет двести инженеры стараются с помощью все более изощренных методов заранее рассчитать свойства задуманного моста, чтобы сделать его более элегантным, дешевым и надежным. В эти расчеты входит не только определение прочности материалов и тяжести, которую может выдержать этот мост, или так называемой несущей способности, но и силы, с которой воздействуют на мост ураганные ветры или водные потоки.

Большая опасность возникает и в том случае, если мост начинает раскачиваться. Простой пример: если осторожно идти по длинной, закрепленной лишь на концах деревянной доске, она прогибается, но не обязательно ломается. Однако если попасть в ритм, который совпадает с ее собственными колебаниями, то они нарастают очень быстро (эффект резонанса), и доска может переломиться. Бывали случаи, когда мост обрушивался из-за того, что колонна солдат маршировала по нему в ногу. Происходило это потому, что ритм шагов случайно совпадал с собственными колебаниями моста. Поэтому, прежде чем колонна вступала на мост, обычно отдавалась команда: «Сбить ногу!» Опасность подобного разрушительного эффекта есть и на железнодорожных мостах, которые начинают колебаться под воздействием вагонных колес, вращающихся с определенной скоростью. Но сегодня строители уже научились сводить эту опасность к минимуму.

Мосты из дерева и камня

В 490 г. до н. э. в Марафоне, находившемся неподалеку от древнегреческой столицы Афины, произошла знаменитая битва. После продолжительных войн грекам удалось наконец одержать победу над персами, войско которых возглавлял царь Дарий из династии Ахеменидов.

По мосту, положенному на заякоренные корабли, составленные борт к борту, войско персидского царя Дария пересекло Босфор

На это время приходится первое в истории упоминание о примечательном техническом достижении. В 493 г. до н. э. персидский царь Дарий совершил поход против скифов, переправив свою армию через Босфор в самом узком месте пролива, где ширина была 700 м. Сделал он это по первому наплавному мосту: деревянный настил был положен на заякоренные корабли, скрепленные борт к борту. Меньше повезло персидскому царю Ксерксу, который 13 лет спустя вознамерился переправиться таким же способом через другой пролив - Геллеспонт (ныне Дарданеллы). Налетевший внезапно ураган разметал корабли и разрушил почти готовый мост. Разгневанный Ксеркс приказал обезглавить строителей и наказать море - высечь его! Был построен второй мост из 700 кораблей, связанных канатами и поставленных на тяжелые якоря. Проезжая часть была из брусьев, покрытых утрамбованной землей, и с барьером по бокам, чтобы пугливые лошади не свалились в воду. Предполагают, что по этому мосту переправилось огромное войско - 700 000 конных и пеших воинов, но, несмотря на это, Ксеркс все же потерпел поражение в сражении с греками. Многие военачальники использовали мосты, укрепленные на кораблях или понтонах - простых плавающих ящиках, чтобы быстро переправить большое войско через водную преграду. Карфагенский полководец Ганнибал пересек таким образом Рону, Александр Македонский - азиатскую реку Оксу, а римский император Калигула приказал навести понтонный мост в Неаполитанском заливе, только чтобы похвастать, что он-де «проскакал на коне по морю».

Наплавные, или понтонные, мосты строили и для мирных целей, если не хватает средств для возведения постоянной прочной переправы. Так в начале прошлого века возникли мосты через Рейн возле Карлсруэ, Шпейера и Кёльна, использовавшиеся даже для железнодорожным транспорта. Однако такие мосты пригодилось регулярно разводить, чтобы пропускать идущие по реке суда, они так страдали от сильных паводков и ледоходов и в конце концов были замене постоянными мостами.

Пожалуй, самым знаменитым мостом, сооруженным для военных целей, был, деревянный мост, построенный по приказу Юлия Цезаря в 55 г. до н. э. через Рейн. Благодаря подробному описанию его книге «Галльская война» мы можем составить себе точное представление о этом техническом шедевре. Где именно на Рейне был построен этот мост, велись долгие споры. Наиболее вероятным считают место на 11 км ниже Бонна. Глубина реки здесь достигает 6 м, а ширина около 400 м.

Мост Юлия Цезаря через Рейн. Вверху - строительство проезжей части. Внизу - устойчивая конструкция моста с проезжей частью показана в разрезе.

Этот технический шедевр - 400-метровый деревянный мост через Рейн - римские легионеры построили по приказу Цезаря в 55 г. до н. э. всего за десять дней

Заостренные снизу бревна соединялись попарно, с помощью специальной ворота - опускались в реку и в вколачивались бабой (молот, применяемый в строительстве) немного наискось, с уклоном в сторону течения реки. Сверху соединялись поперечной балкой, и креплением. Сооружение получалось весьма прочным, чем сильней был напор воды, тем крепче все его части, то есть опоры и балки оказывались «сбиты» друг с другом. Для большей прочности перед каждой опорой вбивались еще с уклоном по течению особые сваи, которые наподобие волнорезов разбивали напор воды. А выше по течению забивались сваи, защищающие мост от всего, что сносило водой по течению реки. Римские легионеры возвели мост всего за 10 дней. Это позволило Цезарю выступить в поход против германских племен, живших на правом берегу Рейна, который продлился очень недолго. Возвратившись через 18 дней, Цезарь приказал снести этот мост. Подобным образом он форсировал Рейн спустя еще несколько лет.

Древний Рим был империей дорог. Только благодаря хорошему сообщению такая обширная территория могла управляться из центра. Дороги позволяли войскам оперативно оказываться в любом нужном месте, чиновникам и купцам - быстро и удобно добираться до любой провинции. Важной частью этой дорожной сети общей протяженностью почти 300 000 км были мосты. Римляне строили их так основательно, что и сегодня, по прошествии двух тысячелетий, около 300 из них продолжают существовать и ими до сих пор пользуются! Возведенный 2100 лет назад севернее Рима Мильвийский мост выдерживал во время второй мировой войны даже тяжесть танков!

Благодаря архитектору Витрувию, современнику Юлия Цезаря и Августа, оставившему потомкам 10-томный труд «Об архитектуре», мы довольно много знаем о тогдашней строительной технике. Важнейшей предпосылкой было точное планирование строительства еще до начала работ, включавшее и обмеры местности. Величина, форма и количество клинчатых камней, необходимых для возведения моста, также вычислялись заранее и сообщались работающим в каменоломнях. На каждый камень наносилась маркировка, делалась метка, указывающая точное место его установки в будущем сооружении. Помимо строгих строительных планов, успеху работ способствовали хорошие измерительные приборы и единая система мер. Правда, римские строители не умели заранее рассчитать нагрузку строения, точный расчет здесь заменяли опытом и большим запасом прочности. Тяжелые камни приходилось доставлять на строительную площадку за многие километры, где с помощью деревянных лебедок, оснащенных полиспастами - специальным устройством из блоков, их поднимали на высоту до 50 м и устанавливали на нужное место. Несколько лет назад инженеры построили такую римскую лебедку по древним описаниям и изображениям, чтобы проверить ее грузоподъемность, и поразились: лебедка могла поднимать до 7 т! Причем она приводилась в движение только рабами, ходившими по кругу и вращавшими ступенчатое колесо.

Особым достижением римских строителей мостов был способ крепления опор на дне реки. Если не было возможности при помощи плотины временно изменить русло реки, на нужном месте насыпали искусственный остров. Главным вспомогательным средством для этого были сколоченные из досок, по возможности водонепроницаемые цилиндры, или ряжи, которые опускали на самое дно. Обычно два таких цилиндра вставляли один в другой и пространство между ними плотно заполняли глиной, которая не пропускает воду. Тогда из внутреннего цилиндра уже было легко выкачать воду (частично с помощью черпалки, приводившейся в движение самим течением).

Затем в зыбкое песчаное дно бабой забивали заостренные снизу дубовые бревна длиной в несколько метров и толщиной до 40 см и скрепляли их прочными деревянными брусьями. Вся эта конструкция и образовывала фундамент опоры.

Скальное же дно просто расчищалось, и на него при помощи водостойкого бетона укладывали тесаные камни. Он приготовлялся из смеси обожженной извести и вулканического пепла, добывавшегося неподалеку от Везувия. Такой строительный раствор затвердевал даже под водой и позволял так закреплять опоры моста, что они длительное время могли противостоять напору воды. Затем плотники строили для каждого запланированного арочного свода прочные деревянные кружала. Они устанавливались на широких каменных выступах опор, их и сегодня еще можно видеть на некоторых римских мостах. Кружала держали на себе клинчатые камни до тех пор, пока свод арки не был полностью выложен и мог уже держаться самостоятельно; после этого кружала разбирали.

Что такое акведук?

Однако самые протяженные мосты римляне строили не для езды по ним, а для подачи воды городам. Мосты, по которым поступала вода, назывались акведуками (в переводе с латыни «акведук» значит водопровод). Наиболее сильное впечатление производит акведук Пон-дю-Гар неподалеку от французского города Нима (римского Немауса). Этот акведук был частью 50-километрового водопровода, который, начиная с 19 г. до н. э., ежедневно снабжал Немаус 30 000 м 3 чистой родниковой воды. Перепад высоты в начале и конце акведука всего 17 м. Поэтому строители должны были точно рассчитать наклон акведука, обращая особое внимание на то, чтобы вода текла по нему равномерно, нигде не застаиваясь. Это и потребовало вознести акведук у Немауса на высоту 49 м для переброски его через глубокую долину реки Гардон, ширина которой достигала 270 м.

Акведук Пон-дю-Гар снабжал водой римский город Немаус (современный Ним) на юге Франции

Традиционный арочный мост не может «осилить» такую высоту. Однако римляне нашли простое решение: они соорудили один над другим три ряда арочных мостов - аркад. В нижнем ряду 6 арок разной высоты (самая высокая 22 м) и разных пролетов: 24,5 м, 19,5 м и 15,5 м. Нижний ряд держит на себе средний ряд высотой 19,5 м, в нем 11 арок тех же пролетов, что в нижнем, и уже на нем расположен верхний ряд высотой 7 м; в нем 35 одинаковых арок, каждая пролетом около 4,5 м. На последних и уложен водопровод. Только для арок было использовано более 4300 точно вытесанных клинчатых камней; самые тяжелые из них весят до 6 т.

В V в. Римская империя рухнула, и в хаосе переселения народов прекратилась внешняя торговля, строительство дорог и мостов. Римское строительное искусство - а с ним и использование водостойкого бетона - со временем было утрачено.

Многие из римских мостов разрушались и гибли во время войн. Когда император Карл Великий попытался около 800 г. возродить сеть римских дорог, путешественникам приходилось довольствоваться главным образом бродами, паромами и считанными понтонными мостами. Время было тревожное, а народ беден. Средств на крупные сооружения не хватало, и строительство мостов замерло почти на целых восемь столетий.

Карлов мост в Праге через р. Влтаву. Он был возведен в 1357 г., после как первый каменный мост, построенный еще в 1172 г., обрушился

В XII в. наступили новые времена. Стала развиваться торговля, росли города. Начались перемены в сельском хозяйстве: крестьяне пахали землю большими колесными плугами, вводилось трехполье, лошадь стали использовать в качестве тяглового скота. Все эти усовершенствования повышали урожай, и крестьяне могли теперь кормить растущее население городов.

Богатство городов проявлялось в сооружениях, требующих больших затрат. Во славу Господа возводились величественные кафедральные соборы, колокольни которых возвышались над всеми городскими крышами. Для проезда купеческих фур и караванов с товарами вновь возникла надобность в прочных каменных мостах: в 1146 г. строят мост в Вюрцбурге через Майн и в Регенсбурге через Дунай, в 1172 г. - в Праге через Влтаву, в 1188 г. - в Авиньоне через Рону, в 1209 г. - в Лондоне через Темзу, в 1260 г. - в Дрездене через Эльбу. Подобно тому как автомобилисты за пользование автострадами должны в некоторых странах платить дорожный налог, в ту пору с каждого, переезжающего мост, взимали «мостовой сбор», существенно пополнявший городскую казну, истощившуюся из-за дорогостоящего строительства мостов. При этом такое строительство считалось делом богоугодным, - тот, кто пожертвовал на него деньги, получал от епископа или даже от самого папы Римского индульгенцию, сулившую отпущение грехов.

Мост через Эльбу в Дрездене, построенный в 1260 г. (раскрашенная фотография 1900 г.)

Самый большой из сохранившихся в Германии до наших дней мостов из тех средневековых времен - это 300-метровый Каменный мост в Регенсбурге, или Штайнерн Прукн - сохранилось его старинное название. Этот мост соединил берега Дуная. Строительство было начато в 1135 г., когда уровень воды в реке был чрезвычайно низок, и завершилось лишь через 11 лет. На этом месте раньше был наплавной мост, построенный за три столетия до этого Карлом Великим, но уже не удовлетворявший потребностей развивающейся торговли. Регенсбург был тогда процветающим торговым центром, выросшим на перекрестке старых торговых путей из Кельна через Вену в Константинополь и из Киева и Бреславля (Вроцлава) через Аугсбург в Венецию.

Мост Штайнерн Прукн в Регенсбурге считается самым большим и старым каменным мостом средневековья

Понадобилось вывести 16 арок, чтобы соединить берега реки. Секрет изготовления водоупорного бетона был забыт, поэтому опоры установили с помощью больших искусственных каменных островов. Надо сказать, что эти острова сузили русло Дуная, в результате чего увеличилась скорость его течения и затруднилось судоходство.

Однако местные жители были людьми практичными: для прохода судов они построили небольшой обводной канал, а искусственно созданный усиленный напор воды использовали для вращения колес водяных мельниц, установленных между несколькими арками моста. Мост укрепил положение Регенсбурга как торгового центра. Благодаря удобной переправе через Дунай сюда потянулось больше купцов, чем когда-либо прежде. С трех высоких сторожевых башен и нескольких караульных вышек наблюдали за тем, чтобы мостом не мог воспользоваться враг. Сам мост был провозглашен «священным убежищем». Если кто-то затевал на нем ссору, палач в наказание мог отсечь виновному руку. На других мостах прямо под открытым небом заседали суды: если выносился смертный приговор, то преступника, закованного в кандалы, просто бросали в воду.

В средневековых городах было очень тесно, кольцо городских стен не позволяло им разрастаться. Поэтому жители охотно использовали дополнительную площадь на мостах для строительства жилых домов и лавок. Знаменитый Лондонский мост через Темзу, возведенный в 1209 г., уже к XIV в. представлял собой своеобразный городской квартал с пятиэтажными домами. В Париже на Мосту менял обосновались банкиры, менявшие деньги. Сегодня в Европе осталось лишь несколько застроенных мостов. Это мост Понте-Веккио во Флоренции с ювелирными магазинами. В Германии особенно известен Мост лавочников (Крэмербрюкке) в Эрфурте, построенный в 1325 г. через р. Геру. На нем по обеим сторонам плотно стоят 34 искусно реставрированных двух- и трехэтажных фахверковых (немецкое слово «фахверк» означает старинный тип конструкции дома, когда сперва ставился каркас из бревен, а потом промежутки между ними в стенах закладывались кирпичом, так что бревна оставались видны снаружи) дома, можно даже и не заметить, что находишься на мосту.

На Мосту лавочников (Крэмербрюкке) в Эрфурте через р. Геру, плотно прилегая друг к другу, стоят фахверковые дома. Такие застроенные мосты раньше не были редкостью

Понте-Веккио - мост через р. Арно во Флоренции - с его магазинчиками ювелирных изделий и украшений привлекает туристов со всего света

Средневековые мастера, следуя римским образцам, использовали полуциркульные арки, то есть в пол-окружности. Если требовалось достичь большой высоты пролета, они ставили под арки высокие вертикальные опоры. Такие мосты на профессиональном языке называются виадуками. В позднем средневековье отдельные гениальные строители стали возводить мосты с более пологими сводами. Такие арки называются сегментными, поскольку они образуют своим сводом уже не полукруг, а примерно одну восьмую круга.

Полуциркульные своды Римского моста в г. Мостар (Босния и Герцеговина) кажутся громоздкими по сравнению с более пологими сводами моста Риальто в Венеции

При этом они выглядят весьма элегантно. Примером может служить мост в Авиньоне, который был освящен в 1188 г.; его протяженность составляла 900 м. Тогда он стоял на 22 арках с поразительно большими пролетами - 33 м каждый. Сегодня из них сохранилось лишь четыре, остальные разрушились из-за ледоходов и войн.

От Авиньонского моста сохранилось лишь четыре арочных пролета. На заднем плане - папский дворец

Средневековые мастера могли полагаться лишь на собственный опыт и потому предпочитали следовать многократно испытанным образцам. Только в эпоху Возрождения возникает строительство мостов на научной основе. Ученые исследовали традиции арабов, греков и римлян, дополняли их опыт собственными экспериментами.

Элегантные коробчатые арки моста Санта Тринити во Флоренции сконструированы по шести центральным точкам

Так, архитектор Леон Батиста Альберти (1404–1472 гг.), взяв за основу трактат древнеримского зодчего и инженера Витрувия, собрал и опубликовал описания архитектурных сооружений своего времени, сформулировав основные правила строительства, определив соотношения между длиной пролета моста, высотой арки и шириной опоры в сравнении с шириной свода и другими характеристиками моста. Гениальный художник и ученый Леонардо да Винчи (1452–1519 гг.) изучал при помощи деревянных желобков со стеклянными стенками образование водоворотов и их воздействие на мостовые опоры. Он даже делал расчеты для моста через бухту Золотой Рог на Босфоре, который смог бы одной мощной сегментной аркой пролетом 250 м соединить Константинополь с городом Пера на другом берегу бухты (сегодня оба эти города входят в Стамбул). К сожалению, этот замысел показался его современникам слишком смелым; сегодняшние расчеты доказывают, что Леонардо вполне мог бы осуществить свой проект с помощью тогдашних технических средств.

Леонардо да Винчи хотел перекинуть гигантский мост через бухту Золотой Рог в Константинополе

Однако ученый хранил результаты своих опытов в тайне, так что они не принесли никакой пользы другим строителям мостов. Лишь спустя несколько десятилетий Галилео Галилей (1564–1642 гг.) обосновал законы механики. Он был первым, кто попытался рассчитать силы, действующие на архитектурные сооружения, и возникающие вследствие этого напряжения. Позже ученые работали над его трудами и усовершенствовали его методы, но работа эта по сей день не завершена. Одним из самых красивых мостов остается мост Санта Тринити во Флоренции, сооруженный в 1567 г. В нем инженер и художник Бартоломео Амманати (1511–1592 гг.), один из лучших учеников Микеланджело, впервые осуществил строительство арки с так называемым коробчатым сводом, то есть с особо пологими сводами: это уже не часть круга, а соединение нескольких дуг разных радиусов.

Амманати уже знал, что такие плоские своды не только давят на фундамент по вертикали, но создают и значительные боковые нагрузки. Это горизонтальное давление (распор) он сумел погасить с помощью массивных устоев, на которые опираются концы пролетов. Однако оставалось немало задач, которые он не смог решить заранее, опытным путем. Поэтому строительство стоило Амманати многих бессонных ночей и тревожных минут при первых испытаниях моста. В Германии строительство мостов в конце средних веков практически полностью замерло; страна была охвачена волнениями из-за Реформации и ее последствий, а тут еще разразилась Тридцатилетняя война (1618–1648 гг.). Поэтому от той эпохи Германии досталось совсем немного мостов. Пожалуй, самым красивым из них можно назвать Мясной мост в Нюрнберге (Фляйшбрюкке). Он напоминает знаменитый мост Риальто в Венеции - вероятно, это следствие тесных торговых связей между этими городами. Лишь в начале XVIII в. возобновилось активное строительство мостов. В эпоху барокко создавались не только прекрасные замки и соборы, но и такие произведения искусства, как воздвигнутый в 1788 г. мост через Неккар в Гейдельберге и множество романтических маленьких мостов в долинах рек Таубер, Кохер и Ягст. По типу постройки они походят на итальянские мосты эпохи Возрождения, однако опоры подняты до самой проезжей части и образуют небольшие часовенки. Обычно тут находились скульптуры святых - покровителей моста, например святого Непомука. Иоганн фон Непомук был в XIV в. каноником в Праге и духовником королевы Иоанны Богемской. Ее ревнивый супруг, король Венцель IV, хотел узнать, что говорила на исповеди его жена. Однако Непомук, несмотря на угрозы, сохранил тайну исповеди. Тогда король приказал сбросить его во Влтаву с моста. В 1721 г. Непомук был причислен к лику святых, и с тех пор он один из самых почитаемых святых - покровителей мостов.

Мясной мост в Нюрнберге (Фляйшбрюкке; закончен в 1602 г.) - один из самых красивых мостов эпохи Возрождения в Германии. Образцом для него, вероятно, послужил мост Риальто в Венеции (справа), пролегающий через Большой канал и опирающийся на 10 000 деревянных свай, закрепленных в мягком грунте

В эпоху барокко многие мосты украшались статуями святых - покровителей мостов. На снимке - Карлов мост в Праге

Святой Килианус на Мариинском мосту через Майн в Вюрцбурге. На заднем плане - Мариенбергская крепость

В последующие годы строительство мостов велось по тем же законам, которые были открыты учеными эпохи Возрождения. Все точнее определялись силы, воздействующие на строительные сооружения, изучалась прочность используемых материалов. Немецкий философ и математик Готфрид Вильгельм Лейбниц (1646–1716) и английский физик Исаак Ньютон (1643–1727) открыли дифференциальное и интегральное исчисление, оказавшееся чрезвычайно полезным для расчетов. В 1720 г. в Париже было создано Объединение инженеров мостового и дорожного строительства, а в 1747 г. открыто первое специальное инженерное училище - Школа мостов и дорог. Эта школа, существующая и поныне, долгое время обеспечивала Франции ведущее место в мостостроении. Пришли новые времена. Отныне мосты возводили уже не архитекторы, а инженеры-строители, и все несущие конструкции рассчитывались еще до начала строительства.

Три формы балочных мостовых конструкций. На первом плане - ферма с параболическим поясом, сзади - ферма с параллельными верхним и нижним поясами

Со времен античности для строительства мостов предпочитали камень в силу его долговечности. Однако в лесистых районах определенные преимущества имело дерево: деревянные мосты сравнительно дешевле, и если наводнение сносило такой мост, то можно было быстро соорудить новый.

Знания, накопленные при возведении каменных мостов, использовали и для строительства деревянных. Ведь для возведения каменного моста необходимы деревянные конструкции - уже упоминавшиеся кружала, способные принимать на себя тяжесть недостроенного моста. Еще римляне владели искусством создавать из дугообразно составленных и укрепленных распорками деревянных балок в высшей степени устойчивые конструкции.

Строительство деревянных мостов было, в частности, очень популярным в Швейцарии с давних времен и особого расцвета достигло в XVIII в. Иоганн Ульрих Грубенман (1709–1783 гг.), плотник из кантона Аппенцель, возвел, к примеру, мост на реке Лиммат возле Веттингена протяженностью 60 м и без промежуточных опор. Он спроектировал даже 100-метровый мост, который должен был перекрыть Рейн около Шафхаузена. Однако отцы города сочли его проект слишком смелым. Они не верили в несущую способность такого моста и настояли на возведении промежуточной опоры. Говорят, что Грубенман построил ее, но мост возвышался над ней. Правда, через несколько недель дерево слегка прогнулось, и проезжая часть мягко опустилась на опору. К сожалению, нам не дано увидеть это необыкновенное сооружение, так как в 1799 г. французские войска сожгли его.

Деревянные леса и кружала Чертова моста на автомагистрали Гера - Йена (1937 г.) - шедевр плотницкого искусства

Несмотря на опасность пожаров, в Центральной Европе еще и ныне существует около 200 больших деревянных мостов. Большинство из них покрыто черепичной крышей для защиты проезжей части от непогоды. Особенно впечатляет 200-метровый мост через Рейн в Зеккингене, соединяющий Германию со Швейцарией. Старейшим же остается возведенный еще в 1330 г. 200-метровый Часовенный мост в Люцерне (Швейцария). Важную роль сыграли деревянные мосты в развитии железных дорог Северной и Южной Америки. Из-за обилия рек и каньонов, вдоль и поперек пересекавших необъятные территории, необходимо было возводить множество мостов; строительство каменных мостов требовало бы колоссальных затрат, а дерево было доступным и дешевым строительным материалом. Так возникли гигантские конструкции из деревянных балок, например мост через реку Портидж южнее озера Эри в штате Огайо.

Крытый деревянный мост через Рейн в Зеккингене имеет 200 м в длину

Часовенный мост в Люцерне - старейший из больших деревянных мостов. Сооружен в 1330 г.

Правда, прочность таких мостов оставляла желать лучшего: между 1878 и 1895 гг., по американской статистике, под поездами обрушилось 502 моста, то есть происходило в среднем по 29 аварий в год; еще больше мостов сгорело при пожарах. Строительство первых железных дорог в Германии тоже потребовало высоких мостов. Однако лишь немногие из них были деревянными, большинство возводили из камня и кирпича. Самые блистательные из этих огромных строений - используемые и поныне виадуки через долины рек Гельцш и Эльзен в Саксонии. Их соорудили в середине прошлого века для железной дороги из Лейпцига в Нюрнберг, и они считались в свое время самыми высокими в мире. Одна только опалубка для виадука через Гельцш потребовала 23 000 бревен. Оба моста по форме напоминают Римский мост в Ниме. Конечно, они превосходят его по несущей способности (хотя и незначительно), по длине и высоте. Но потребовалось два тысячелетия, чтобы современные мостостроители достигли уровня римских мастеров.

Виадук через ущелье Верруга в Андах, филигранная конструкция из дерева

От тех, кто работал на этих стройках, требовалось крайнее напряжение. На строительстве виадука через Гельцш, к примеру, временами трудилось до 10 000 плотников и неквалифицированных рабочих. Летом им приходилось оставаться на работе с 5 утра до 9 вечера. Платили им мало, условия труда были скверными, и мало кто заботился о технике безопасности. Одно лишь строительство виадука через Гельцш унесло 30 человеческих жизней, и более тысячи работников были вынуждены обратиться к врачам.

Виадук через р. Гельцш неподалеку от г. Плауэна в Саксонии построен из кирпича

Мосты из железа и стали

Чем лучше мосты из железа?

Американский конструктор мостов Вашингтон Роблинг в результате кессонной болезни был парализован, однако продолжал руководить строительством Бруклинского моста в Нью-Йорке, сидя в инвалидной коляске и наблюдая за работами в подзорную трубу

Арочный мост из естественного камня мог столетиями выдерживать тяжесть людей и лошадей, экипажей и телег. Но когда новое средство сообщения - железная дорога - начало завоевывать мир, сразу же выяснилась ограниченность прежней мостостроительной техники. Вес поездов, скорость, да и сами трассы стали причиной совершенно непривычных требований, выдвигаемых при строительстве новых железных дорог. Проезжие дороги, пролегающие по холмистому ландшафту, извивались, сбегая с гор в долины, пересекали по сравнительно небольшим мостам реки и вновь петляли по склонам, чтобы преодолеть следующую возвышенность. На рельсовой трассе, напротив, не должно быть ни больших подъемов, ни крутых спусков. Поэтому железнодорожное полотно вспарывает ландшафт, буравит туннелями горы и пересекает долины по высоким виадукам. Для каждого ручья, каждой поперечной дороги, каждого оврага нужен мост; а поскольку их требуется так много, они должны быть недорогими и выдерживать супертяжелые грузы. Сначала думали строить железнодорожные мосты из того же материала, который шел на рельсы и локомотивы. Но во время первого расцвета железнодорожного строительства, около 1850 г., высококачественная сталь была еще вещью редкой и дорогой. Потому поначалу большинство европейских стран и США предпочитали использовать дерево или камень. Исключение составляла Англия, в те времена самый крупный в мире производитель железа.

В течение тысячелетий производство железа было трудоемким делом, и получали металл в небольших количествах. Истинный «железный век» начался лишь в 1735 г. Тогда на металлургическом заводе в английском городке Колбрукдейле на реке Северн удалось получить желанный металл в доменной печи с помощью кокса (дегазированного угля) - чугун. Лишь теперь стало возможным его массовое производство.

Удаление углерода из чугуна в грушевидной реторте по методу Бессемера. Прогресс в сталелитейном деле сказывался и на мостостроении

Там же, в Колбрукдейле, в 1779 г. появился и первый в мире мост из металла, построенный доменщиком Абрахамом Дерби и инженером Джозефом Уилкинсоном. Мост соединял берега реки Северн; как исторический памятник он находится сейчас под охраной государства. Чугун - материал хрупкий; как и естественный камень, он выдерживает лишь силы сжатия. Поэтому создатели моста применили уже испытанную арочную конструкцию. Детали арок пролетом 21 м были отлиты на заводе Дерби. На строительной площадке их предстояло лишь собрать.

Первый чугунный мост был сооружен в Колбрукдейле (Англия) через р. Северн

Первую попытку соорудить по английскому образцу чугунный мост в Германии предпринял спустя 15 лет некий граф в своем имении, находившемся в Нижней Силезии. Через два года отливка деталей была завершена, но собрать их не удалось.

В конце концов граф пригласил техника из Англии, и тот с грехом пополам построил небольшой мостик с 11-метровым пролетом.

Некоторые из множества малых чугунных мостов, построенных по образцу Колбрук-дейлского, со временем обрушились, потому что арки не выдержали. Эпоха больших мостов наступила лишь после того, как из доменного чугуна научились производить железо и сталь. Сталь и кованое железо значительно более вязкие, чем чугун, материалы и выдерживают также растягивающие напряжения. Итак, мосты всех форм и строительных типов - и висячие мосты на цепях и стальных тросах, и арочные из клепаных стальных профилей, и знакомые со времен деревянных мостов каркасные конструкции - стали возводить из нового материала: железа.

Как строили мост Британия?

Группа инженеров во главе с Робертом Стефенсоном, строителем моста Британия. Сам мост виден на заднем плане

Одним из лучших английских мостостроителей был Роберт Стефенсон (1803–1859), сын знаменитого изобретателя и пионера железнодорожного транспорта Джорджа Стефенсона. Известнейшим творением Роберта Стефенсона стал железнодорожный мост через 400-метровый Менейский пролив между Уэльсом и о. Англси. Сначала Стефенсон собирался построить здесь чугунный арочный мост, но тот мог бы помешать проходу большегрузных кораблей. Тогда инженер придумал совершенно необычную для того времени конструкцию: мост должен был состоять из двух склепанных из листового кованого железа параллельных балок в виде труб прямоугольного сечения, внутри которых проходили бы поезда. Такая конструкция называется рамной и обладает высокой прочностью на изгиб. Каждая прямоугольная труба имеет 9 м в высоту и 4,4 м в ширину. На соединение элементов моста ушло более 1,7 млн. заклепок! Мост установлен на каменных опорах и имеет два главных судоходных пролета по 141 м каждый. В 1850 г. во входной проем в египетском стиле с каменными львами по сторонам вкатился первый состав. Новый мост гордо нарекли именем «Британия».

Строительству предшествовало множество экспериментов, обмеров и расчетов, результаты которых Стефенсон опубликовал в двухтомном труде. Он распорядился не только провести всевозможные испытания на прочность различных сортов металла, но и математически вычислил несущую способность различных строительных форм. Провел он также опыты на изгиб при нагрузке на 20-метровой модели моста. При строительстве Стефенсон тоже действовал новаторски. Так, трубы клепались на берегу из заранее заготовленных частей, затем грузились на понтоны и на плаву доставлялись к быкам, куда подавались при помощи гидравлических подъемников. Большинство теперешних автодорожных мостов - потомки моста Британия. Их основа - длинные стальные или железобетонные рамы, несущие на себе проезжую часть.

Новый материал - новые строительные конструкции: железо и сталь работают также и на растяжение и позволяют размещать проезжую часть не только поверх, но и внутри или под аркой

Многие автодорожные мосты имеют рамную конструкцию: на переднем плане - с параллельным верхним и нижним поясом, на заднем - с вогнутым нижним поясом

Что такое «балка Гербера»?

В дальнейшем многие инженеры стремились изучить все возможности стали как материала, используемого при создании новых конструкций. Все самые совершенные конструкции 2-й половины XIX в. возводились на основе опыта мостостроения; даже такое «чудо света», как Эйфелева башня в Париже, была создана знаменитым мостостроителем Густавом Эйфелем (1832–1923 гг.).

Первые металлические мосты довольно точно копировали уже знакомые нам по каменным мостам арки. Однако вскоре мостовики научились использовать преимущества стали, выдерживающей также и растягивающие напряжения. В то время как у каменных мостов проезжая часть всегда укладывалась над арками, в металлических ее можно было подвесить на стальных тросах. Тогда она «парила» либо снизу стальной фермы, либо внутри нее. Появилась возможность моделировать различные арки. Например, в ферме с верхним прямолинейным и нижним выгнутым поясами (по-немецки такая ферма называется «Fischbauch» - «рыбье брюхо») верхняя прямая часть принимает на себя сжимающие усилия, в то время как нижняя дуга работает на растяжение.

Немецкий инженер Генрих Гербер (1832–1912 гг.) разработал такую систему, при которой между далеко выступающими консольными конструкциями, сооруженными из железных или стальных ферм, висит относительно небольшая балка, получившая название «балки Гербера». Мосты, построенные по такой системе, благодаря этому сравнительно маленькому соединительному элементу могут перекрывать огромные расстояния. Примером может служить строившийся с 1882 по 1890 г. мост в устье реки Форт в Шотландии. Это гигантское сооружение имеет в длину 2500 м, ширина его пролетов 521 м. В течение 27 лет этот мост держал рекорд по протяженности пролета. Только в 1917 г. мост через реку Св. Лаврентия в Канаде пролетом 549 м отодвинул шотландское чудо на второе место.

Форма многих каркасных конструкций того времени продиктована лишь математическими расчетами. Балочные мосты производят особо элегантное впечатление, они легкие и прямые, как стрела. И арка, расположенная под проезжей частью, тоже кажется нам красивой. Некоторые же фермы, наподобие описанного выше «рыбьего брюха», выглядят просто безобразно.

2500-метровый мост в устье реки Форт в Шотландии (внизу его строительство) имеет высокие стальные фермы, между которыми подвешена «балка Гербера»

Мы можем лишь восхищаться мужеством тогдашних инженеров, которые стремились создавать все новые и новые конструкции, раздвигая границы технических возможностей человека. Но случались и неудачи - некоторые сооружения обрушивались.

Одной из самых тяжких по последствиям катастроф можно считать крушение моста в устье реки Тей - заливе Ферт-оф-Тей на восточном побережье Шотландии между городами Эдинбургом и Данди. Газеты и иллюстрированные журналы подробно сообщали тогда о ней, мост попал даже в художественную литературу: немецкий инженер Макс Эйт в своем романе «За плугом и тисками» описал обстоятельства трагедии, а известного писателя Теодора Фонтане она побудила к созданию баллады «Мост на реке Тей».

Мост был торжественно открыт в 1878 г., его протяженность была 3155 м, и он был объявлен самым длинным мостом в мире. 86 быков из шести сплоченных чугунных колонн каждый, установленных на каменных фундаментах, поддерживали стальные фермы и балки трубчатого поперечного сечения с одноколейным рельсовым путем, который широкой дугой простирался над заливом.

После полудня в воскресенье 28 декабря 1879 г. с моря налетел ураган. Вечером направлявшийся из Эдинбурга состав с 75 пассажирами въехал на мост. Внезапно дежуривший у моста охранник потерял из виду задние красные огни последнего вагона. Он тут же попытался по телеграфу связаться с постом противоположного берега, чтобы выяснить, прошел ли его поезд, но ответа не получил. Это было верным признаком того, что произошло что-то непредвиденное: не могла же буря просто разорвать телеграфный кабель, находившийся внутри мостовой фермы. Служитель побежал сам проверять, что же случилось, и остолбенел, обнаружив вместо моста пропасть. Исчезла мощная, почти километровой длины, балка центрального пролета. Внизу бушевало море, и лишь ряд вспененных мест указывал след от пролета. Бесследно исчез и сам поезд, увлеченный в бездну рухнувшим мостом. Его опоры не выдержали двойной нагрузки - идущего состава и ураганного ветра. Не спасся ни один из пассажиров.

Крушение моста через р. Тей в Шотландии в ураганную ночь увлекло в бездну проходивший по нему поезд - никто из 75 пассажиров не спасся. В то время этот мост протяженностью 3155 м был самым длинным в мире

В то время многие свято верили в победу технической мысли над природой, поэтому катастрофа на Тейском мосту повергла людей в настоящий шок, как и несколькими десятилетиями позже гибель «Титаника». Началось скрупулезное расследование причин катастрофы; их оказалось несколько. Ответственный за строительство инженер Томас Буч недооценил те силы, которые воздействуют на мост при ураганном ветре. Были ошибки как при конструировании, так и при строительстве, - желание быстро и дешево возвести такое гигантское сооружение сыграло не последнюю роль. Инженера Буча освободили от всех его должностей, и через год он умер в возрасте всего 58 лет.

Катастрофа на Тейском мосту трагически отозвалась через несколько лет в судьбе одного немецкого инженера, построившего Мюнгстенский мост через реку Вуппер высотой 107 м недалеко от города Золингена. Этот самый высокий в то время железнодорожный арочный мост строился методом наращивания конструкций - от упоров к середине пролета, то есть без установки кружал, - и был возведен в рекордные сроки: всего лишь полгода длился монтаж стальной арки. Однако во время открытия моста в июле 1897 г., на котором присутствовал сам наследник германского императора, когда украшенный венком локомотив уже был готов пересечь новую переправу, главному инженеру показалось, что при расчетах он допустил роковую ошибку, и он в ужасе бросился с моста в реку. Трагическая смерть: уже почти сто лет функционирует этот мост, отвечающий даже современным требованиям.

Мюнгстенский железнодорожный арочный мост, самый высокий в Германии, пересекает около г. Золингена на высоте 107 м долину р. Вуппер

Рекорды протяженности пролетов, как правило, принадлежат не каменным или бетонным мостам, не балочным и арочным. Все они уступают пальму первенства «королю мостов» - висячему мосту на стальных тросах. Еще 2000 лет назад китайцы подвешивали мосты с довольно большими пролетами на цепях из кованого железа. Один из них, мост Лу-Дин через реку Даду в провинции Сычуань, например, имеет длину 101 м. Правда, его проезжая часть провисает.

В современных висячих мостах проезжая часть подвешена на стальных штангах или тросах разной длины, что позволяет ей оставаться горизонтальной. Первый такой мост построил еще в 1801 г. в штате Пенсильвания американец Джеймс Финлей. Длина пролета составляла всего 21 м, но он стал образцом для многих последователей Финлея. К числу самых протяженных из существующих поныне относится автодорожный мост через Менейский пролив (Англия) с его 175-метровым пролетом. А ведь еще в 1826 г. по нему торжественно проследовала первая почтовая карета. Мост через Менейский пролив построил английский инженер Томас Телфорд. В юности он был пастухом и искусством мостостроения овладел самостоятельно.

Один из первых мостов на проволочных тросах был построен через р. Зане около Фрибурга (Швейцария). Гравюра на стали 1850 г.

Несущий трос Северинского моста в Кельне. Он состоит из 34 жил, каждая из которых спирально скручена из стальных проволок

В современных висячих мостах применяются не цепи, а тросы, сплетенные из тысяч тонких стальных проволок. Такой трос изобрел около 1820 г. швейцарец Анри Дюфор. А в 1834 г. мост на проволочных тросах был перекинут через долину реки Зане, неподалеку от города Фрибурга.

Однако самые протяженные висячие мосты появились в Америке, где для перекрытия многочисленных широких рек требовались особенно большие пролеты. Самым знаменитым строителем североамериканских мостов стал Джон Август Роблинг. Он родился в Берлине, а в 1831 г. эмигрировал в США. Там Роблинг основал фермерскую колонию, затем работал инженером-геодезистом на строительстве канала, наконец, построил завод для производства стальных тросов и занялся мостостроением. К тому времени из-за ветров рухнуло уже несколько висячих мостов. Поэтому главной заботой Роблинга стали поиски надежных жестких креплений, которые придали бы его сооружениям ветроустойчивость. Его первым большим успехом стал висячий мост на реке Ниагаре, ниже всемирно известного водопада. Пролет моста 246 м, он двухэтажный - один этаж для автотранспорта, другой для локомотивов. Славу Роблингу принес Бруклинский мост в Нью-Йорке, соединивший через Ист-Ривер городские районы Бруклин и Манхэттен. Сооружение поистине колоссально: уже сам пролет в 486 м был для того времени невероятным, а сложенные из гранитных блоков порталы, несущие стальные тросы толщиной до 40 см, выше, чем многие колокольни церквей и храмов.

Первый большой мост инженера Джона Августа Роблинга: двухъярусный висячий автомобильно-железнодорожный мост через р. Ниагару

Сам Роблинг погиб от несчастного случая в 1869 г., вскоре после начала работ. Однако все его расчеты и планы были претворены в жизнь его сыном Вашингтоном. К сожалению, наследника Роблинга тоже постигла трагическая участь. Он использовал для установки опор новый по тем временам кессонный метод: герметическая, но открытая снизу деревянная камера, несколько напоминающая колокол, опускалась на дно, и силой сжатого воздуха из нее вытеснялась вода; рабочие попадали в кессон через специальную переходную камеру с воздушным шлюзом. Им приходилось работать при свете керосиновых ламп и повышенном атмосферном давлении, а это было небезопасно. Они страдали от одышки, если слишком быстро заканчивали шлюзование. У них возникали горловые и носовые кровотечения, многие теряли сознание, а иных даже разбивал паралич. Некоторые погибали от неизвестной тогда кессонной болезни. Жертвой ее стал и сам Вашингтон Роблинг: в 35-летнем возрасте его парализовало. Прикованный к инвалидной коляске, он все-таки продолжал руководить строительством, наблюдая за работами в подзорную трубу из окон своего дома. Его жена служила «связным» между ним и строительной площадкой, передавая указания мужа. Воля Вашингтона Роблинга к жизни была поразительной. И вот после 14 лет строительства, в 1883 г., президент США торжественно открыл мост. 20 лет висячий Бруклинский мост оставался самым длинным в мире и считался чуть ли не восьмым чудом света.

Мощные опоры держат проволочные тросы, на которых висит Бруклинский мост

Висячий Бруклинский мост, которому уже больше 100 лет, над Ист-Ривер на фоне нью-йоркских небоскребов

«Король мостов» - висячий мост - в разных обличьях: слева - мост через Золотые Ворота в Сан-Франциско, справа вверху - мост через Босфор, под ним - мост Джорджа Вашингтона через р. Гудзон в Нью-Йорке

Кессон в разрезе. Через вертикальную шахту с переходным воздушным шлюзом рабочие попадают в находящееся под давлением помещение

США вскоре стали страной висячих мостов. В 1931 г. в Нью-Йорке построили мост Джорджа Вашингтона, пролет которого был уже больше километра. В 1937 г. в Сан-Франциско возведен мост через пролив Золотые Ворота с четырехступенчатыми стальными рамочными пилонами высотой 210 м. Многие считают его самым красивым мостом мира. Мост через Босфор, возведенный в 1973 г., не столь огромен, как эти висячие сооружения, но это первое такое соединение между Европой и Азией. Рекорд же протяженности пролета с 1981 г. принадлежит мосту через реку Хамбер на востоке Англии - его длина 1410 м, высота 162 м.

Уже идут работы по строительству моста, который в 1998 г. свяжет японские острова Хонсю и Сикоку. Его пролет составит 1990 м.

Хотя висячий мост и стал «королем мостов», оставались проблемы, которые надо было решать. Висячие мосты очень восприимчивы к боковому ветру; если они начинают раскачиваться из стороны в сторону, то легко разрушаются. Около дюжины висячих мостов рухнули по этой причине.

В 1940 г. обвалился пятый тогда по величине висячий мост через пролив Тэкома-Нэроуз в американском штате Вашингтон. Это стало сенсацией для всей прессы. Трагедия была запечатлена даже на кинопленке: поскольку сомнения в прочности этого сооружения возникали и раньше, за мостом велось постоянное наблюдение. К 7 ноября он находился в эксплуатации всего лишь четыре месяца. Дул сильный боковой ветер, и вдруг 800-метровая проезжая часть главного пролета стала раскачиваться все сильнее и сильнее. Автомобиль, переезжавший мост в этот момент, был отброшен к перилам ограждения. Ехавшие в нем Джо Арлингтон и его жена успели выскочить и поползли вдоль ограды к спасительному берегу, цепляясь за перила, чтобы не сорваться в воду. В тот момент, когда они добрались до твердой земли, от все усиливавшихся колебаний лопнули тросы, и все сооружение с ужасающим грохотом рухнуло в бездну.

Крушение моста через Тэкома-Нэроуз

Ферма коробчатой конструкции восстановленного моста Тэкома-Нэроуз

Эта катастрофа послужила уроком для инженеров-мостовиков. Вскоре в Америке стали строить крутильно-жесткие (не подверженные колебаниям) фермы коробчатой конструкции. В Европе же, после многочисленных опытов в аэродинамической трубе, где имитировали давление ветра на модель конструкции, решили делать в теле мостов горизонтальные отверстия, чтобы устранить причину колебаний - завихрения воздуха возле преграды.

Что такое вантовый мост?

В обычном висячем мосту несущие тросы, перекинутые через пилоны, закрепляются на берегах. Вся конструкция держится на этих дугообразно провисающих между опорами тросах. Наряду с этим существуют и вантовые висячие мосты, где проезжая часть подвешивается на множестве косых тросов, крепящих ее к высоким пилонам. При этом тросы натянуты не от верхней точки пилона, а с разных его уровней и расходятся веерообразно или параллельно, подобно струнам арфы.

Несущие тросы вантового моста почти прямые, у традиционного висячего моста они имеют форму дуги

Они предельно натянуты, так что почти не провисают. При такой конструкции балка моста под проезжей частью может быть непривычно тонкой.

К исходу второй мировой войны все мосты через Рейн были разрушены. Когда в начале 50-х гг. их начали восстанавливать, наиболее выгодной и экономичной была признана редко до того применявшаяся вантовая конструкция. Первым из вантовых мостов, которые стали строить на Рейне, был мост Теодора Хойса в Дюссельдорфе.

Во Франции, неподалеку от Онфлера, в устье Сены строится вантовый мост с пролетом уже 856 м.

Автодорожный мост в Дюссельдорфе - Флее. Его пролет 368 м, это большой вантовый мост в Германии

Бывают ли подвижные мосты?

Много веков назад, когда владелец замка хотел защититься от врагов, он просто приказывал поднять мосты над крепостным рвом. Похожие подъемные мосты можно встретить и на каналах Нидерландов, и в Восточной Фрисландии. Но здесь они служат не защитой от врагов, а лишь для того, чтобы дать проход судам.

В низменной стране, где так много каналов, было бы слишком накладно строить множество виадуков, способных пропускать суда с мачтами, к тому же пришлось бы насыпать длинные пандусы. Поэтому проще пользоваться разводными, или подъемными, мостами. Самый знаменитый из них находится, однако, не в Нидерландах, а на юге Франции около города Арля. А известен он тем, что вдохновил Винсента Ван Гога на одну из его самых замечательных картин, Разводные мосты - разновидность подвижных мостов. Современная форма разводного моста - это раскрывающийся мост, наподобие того, что в 1964 г. был построен через портовый канал в Любеке. Когда корабль подходит к нему, гидравлические подъемники за несколько минут поднимают разделенную на четыре платформы проезжую часть весом по 280 т каждая.

На одном из всемирно известных полотен Винсента Ван Гога запечатлен мост в Арле, на юге Франции

Подъемные мосты из дерева и стали сегодня еще используются в Северной Германии и Нидерландах

Мост Тауэр с 1895 г. известен как символ Лондона, но немногие знают, что он тоже раскрывается. Его нижняя проезжая часть состоит из двух половин по 30 м длиной каждая, и они поднимаются на полторы минуты.

Мост Тауэр в Лондоне. Нижняя проезжая часть может разводиться. Сверху находится пешеходный мост

В Любеке применено еще одно техническое новшество - подъемно-разводной мост: за три минуты 350-тонное сооружение можно поднять и повернуть на 56 градусов, чтобы пропустить судно. И здесь за передачу энергии тоже отвечает гидравлика; рабочей жидкостью служит обыкновенная речная вода. С 1892 г. делает она свое дело, связывая центр города с районом Св. Лаврентия.

Особой проблемой являются железные дороги на территории портов. С одной стороны, для прохода большегрузных морских судов нужны высокие мосты, с другой стороны - железным дорогам противопоказаны крутые подъемы, а для устройства длинных пандусов в портах не хватает места.

В Гамбурге возникла идея построить для железной дороги современный подъемный мост через реку Зюдерэльбе, которая в этом месте имеет ширину до 280 м. Мост назвали Катвикским. Когда судно приближается к нему, железнодорожная колея перекрывается, и подвижная часть моста длиной 106 м между двумя 70-метровыми башнями вздымается вверх на 46 м при помощи электромоторов, стальных тросов и противовесов.

Разводные мосты могут отводиться в сторону, чтобы дать дорогу судну

Катвикский мост через р. Зюдерэльбе в Гамбурге. Средний пролет поднимается вверх на 46 м

Мосты из бетона

Новый метод возведения мостов: полудуги моста через р. Арген в местности Альгей на юге Германии сначала нарастили бетонированием в вертикальном положении, затем их на прочных тросах опустили и состыковали

Как бы велико ни было восхищение гигантскими стальными фермами арочных мостов и их создателями, сегодня эти конструкции уже устарели и выглядят памятниками прошлого. При строительстве современных мостов и эстакад предпочтение отдается такому строительному материалу, как бетон, хотя эпоха стали в мостостроении отнюдь не миновала.

Современные мосты создаются из комбинации материалов, соединяющей лучшие качества камня и стали, - из железобетона. Ведь сколь идеальной ни кажется современная вязкая сталь, у нее все же есть два существенных недостатка: она по-прежнему дорога и требует каждые несколько лет нового антикоррозийного покрытия, что тоже обходится недешево.

«Искусственный камень» придумал в 1824 г. английский предприниматель и строитель Джозеф Эспдин. Новое вяжущее средство он назвал «портландским цементом». Цемент смешивали с водой и щебенкой и заливали в деревянную опалубку, где он затвердевал. Этот бетон очень прочен при сжатии. Он послужил, к примеру, материалом для 50-метрового арочного моста через Дунай возле Мундеркингена и железнодорожного моста через Иллер возле Кемптена в земле Баден-Вюртемберг.

Но лишь изобретательному садовнику, французу Жозефу Монье, в 1867 г. пришла идея сделать бетонные конструкции прочнее, закладывая в них железные стержни.

Камень и металл как бы поделили между собой работу: силы сжатия взял на себя бетон, а растягивающие усилия - железо или сталь.

Монье делал вначале лишь вазоны для цветов, которые благодаря его методу получались легче и прочнее. С тех пор закладываемая в раствор цемента и песка железная арматура получила название «железо Монье» (хотя сегодня арматуру изготовляют из стали). Но с 1873 г. он стал добиваться более широкого внедрения своего изобретения, и после нескольких лет скептического отношения к новшеству мостостроители признали этот материал и стали строить арочные и небольшие балочные мосты из железобетона.

Недостатки у железобетонных мостов все-таки оставались: при растягивающей нагрузке бетон не поспевал за сталью, и потому в балках появлялись трещины, пропускавшие влагу, и арматуре угрожала ржавчина.

Кроме того, строительство большого моста требовало очень крупных дополнительных затрат. Как и при возведении моста из естественного камня, плотникам приходилось сколачивать прочные дорогостоящие деревянные кружала. На них опирали деревянную опалубку, по форме похожую на ванну, затем внутрь ее укладывали «железо Монье». Наконец, формы заполняли бетоном, ждали, пока он затвердеет, и лишь тогда разбирали опалубку и кружала.

Дорогостоящие кружала, которые использовались только во время строительных работ, с одной стороны, давали возможность возвести нужные конструкции, с другой стороны - добавляли трудности в работу мостостроителей. Только в конце XIX в. Жозеф Мелан сконструировал стальные кружала, которые при бетонировании служили арматурой. Однако мечта мостостроителей о том, чтобы совершенно избавиться от кружал, осуществилась лишь после того, как француз Эжен Фрейсине изобрел предварительно напряженный железобетон.

На нижней стороне бетонной балки при нагрузке образуются трещины. Стальная арматура принимает это растягивающее усилие на себя, особенно в том случае, если она предварительно напряжена

Идея в своей основе проста. Если бетонную мостовую балку нагрузить, то сначала она лишь немного прогнется, но вскоре на ее нижней стороне возникнут такие большие растягивающие напряжения, что балка даст трещины и сломается. Если же балка сделана из железобетона, то на этой стадии вмонтированная в нее стальная арматура принимает растягивающие усилия на себя. Однако образование трещин можно предотвратить и другим способом: бетонную балку в продольном направлении стягивают так сильно, что силы сжатия превышают растягивающие усилия, возникающие при нагрузке. В этом случае в опалубку нижней части балки, где растяжение особенно велико, закладывается несколько труб, а в них - тросы из высокопрочной стальной проволоки, которые до затвердения балки еще свободны. Только после затвердевания бетона эти тросы с помощью гидравлических прессов натягивают и концы их закрепляют (см. рис. вверху). Так в бетоне возникает так называемое внутреннее напряжение сжатия. После этой операции трубы, куда введены тросы, тоже заполняют цементным раствором, который прочно соединяет тросы с бетоном и одновременно защищает их от коррозии. Теперь балку можно нагружать, и она не даст трещин.

Сегодня с помощью этой техники строятся очень легкие и элегантные мосты, так как при одинаковой несущей способности балки из предварительно напряженного бетона тоньше и легче, чем железобетонные.

Мосты Санкт-Петербурга

Когда большой город расположен на множестве островов, то мосты, конечно, играют в нем очень важную роль. Именно так обстоит дело в Санкт-Петербурге: он лежит в дельте реки Невы, состоящей из нескольких рукавов и изрезанной сетью естественных и искусственных каналов, так что без огромного количества мостов (сейчас их около 800!) городская жизнь здесь была бы просто невозможной. И однако начиналась она без всяких мостов.

Царь Петр I в начале XVIII в. перенес столицу России из Москвы на берега Невы для выхода в Балтийское море и решил сделать из русских нацию мореходов. Чтобы приучить их жить на воде, жителям новой столицы было запрещено передвигаться внутри города по суше, а велено только по рекам и каналам. Образцами для Санкт-Петербурга царь избрал Амстердам и Венецию. Оба эти города были прорезаны таким множеством каналов, что жители их передвигались в основном по воде. Но и мостов там было очень много. Самый первый мост был и самым простым: на деревянных сваях и с бревенчатыми пролетами. Его берегут и по сей день как историческую ценность и все время подновляют - ведь дерево быстро гниет в пресной воде. Позже царь велел делать мосты по голландскому образцу - подъемными, чтобы пропускать суда. Мосты эти были очень похожи на те, что показаны на с. 40. Поскольку они были деревянными, то к концу XVIII в. совсем обветшали. В 1780-х гг. при императрице Екатерине II многие мосты построили заново, уже из камня, хотя средний пролет делали опять деревянным и подъемным. В конце XIX в. его всюду заменили неподвижным - каменным или металлическим, но на память о старине оставили цепи, которыми раньше поднимался деревянный пролет. Два таких удивительно красивых моста, Чернышев и Старо-Калинкин, с башенками (в них когда-то работал подъемный механизм) и цепями, стоят на Фонтанке.

Аничков мост в Санкт-Петербурге

Один из таких мостов, Аничков, имел необычную судьбу. Сперва он тоже был с башенками и цепями. Но скоро он стал тесен - ведь по нему Фонтанку пересекала главная улица Петербурга, Невский проспект. Около 1840 г. его построили заново, во всю ширину улицы, но уже без башенок. Вместо них по углам моста поставили четыре крупные скульптурные группы, изображающие борьбу человека с конем. Их отлил из бронзы скульптор барон Петр Клодт. Эти замечательные скульптуры делают Аничков мост одним из красивейших в мире.

Вообще форме и убранству петербургских мостов придавали в XIX в. такое большое значение, что до сих пор они - лучшее украшение города. Каждый старинный мост - настоящее произведение искусства. Были среди них и арочные, и подвесные на цепях, с устоями в виде львов (Львиный мостик) или грифонов (Банковский). На многих стояли красивые фонари и ограждающие решетки. Благодаря этим небольшим, изящно выгнутым мостикам, переброшенным через многочисленные каналы, Петербург еще 200 лет назад прозвали Северной Венецией. Среди петербургских мостов был один - в XVIII в. его называли Зеленым, в XIX в. Полицейским, а сейчас Народным, - который собрали в 1808 г. из стандартных чугунных ячеек - кессонов, точнее - его пологую сегментную арку, составлявшую маленький отрезок очень большой окружности. Кессоны изобрел шотландский инженер Уильям Гесте. Кессон похож на ящик или открытую коробку от торта, только с разными стенками - из них две противоположные чуть-чуть наклонены к центру. Если кессоны перевернуть вверх дном и наклонные стенки стянуть болтами, то кессоны составят арку. Ее прямые боковые стенки можно стянуть болтами со следующей точно такой же аркой, и так образуется мост нужной ширины. Кессоны для этого моста отлили на заводе, а соединили уже на месте. Строить было удобно, быстро, мост получился прочный, но годился только для небольших пролетов. Поэтому мостов такой конструкции много на узких петербургских речках.

Банковский мост

Эрмитажный мост

Однако для Невы, ширина которой доходила до 1200 м, а в самом узком месте была около 400 м, требовалось что-то совсем другое. Сперва через Неву переправлялись только на лодках, но после смерти Петра I губернатор Петербурга князь Александр Меншиков построил в 1727 г. возле своего дворца наплавной (на баржах) Исаакиевский мост через Неву. В начале XIX в. навели еще несколько длинных мостов того же типа. Но на зиму их приходилось разбирать, иначе невский лед разнес бы их в щепки. Только в середине XIX в. по проекту известного российского инженера Станислава Кербедза был построен вблизи от Исаакиевского первый постоянный мост через Неву, Благовещенский (Николаевский), длиной 365 м, на чугунных арках и каменных опорах. Одно из его пролетных строений было разводным. В конце XIX - начале XX в. построены все крупные мосты через Неву в центральной части города. Самый оригинальный из них - мост Петра Великого (1908–1911 гг.). Его проезжая часть подвешена к металлическим аркам, имеющим пролеты около 150 м, а центральный короткий пролет разводной: он разрезан посередине, и его половины, как крылья, поднимаются кверху вместе с трамвайными рельсами и фонарями. Таким же образом разводятся и другие большие мосты. Происходит это по ночам, чтобы пропустить грузовые суда. Когда все невские мосты раскрыты, они представляют собой поразительное зрелище, и кто однажды видел это, уже не сможет забыть.

Мосты-рекордсмены

Старейшим из используемых поныне каменных мостов Германии является Каменный мост через Дунай в Регенсбурге.

Самый старый деревянный мост в Европе - 200-метровой Часовенный мост в Люцерне (Швейцария) через р. Реус.

Самый первый известный нам мост на территории стран СНГ был деревянный наплавной через Днепр в Киеве - летопись упоминает о нем в 1115 г.

Самый древний из существующих в СНГ мостов - каменный арочный однопролетный через р. Дебед возле селения и монастыря Санаин в Армении. Построен в 1192 г. Особенно интересен тем, что пяты его свода опираются на береговые скалы на разной высоте, поэтому одна половина моста, более крутая, сделана в виде ступеней.

Самый удивительный мост на территории стран СНГ был спроектирован гениальным конструктором-самоучкой Иваном Кулибиным в 1776 г. в Санкт-Петербурге. Мост деревянный арочный однопролетный, пролет был 298 м и мог перекрыть Неву! Это поражает даже сейчас, а в то время казалось чем-то просто фантастическим. Чтобы доказать, что такой мост реален, Кулибин сделал его модель в 1:10 натуральной величины, то есть длиной более 30 м, нагрузил его камнем и сам встал под аркой. Модель с блеском выдержала испытания, но мост построен так и не был.

Рекорд длины держит в Европе 210-метровый деревянный мост в Эссинге через канал Рейн-Майн-Дунай.

Самый длинный мостовой пролет в СНГ- 300 м - у вантового моста через Днепр в Киеве. Построен в 1976 г. Как видим, за двести лет рекорд Кулибина побить не удалось.

Самый насыщенный мостами город Европы вовсе не Венеция и не Амстердам, а Гамбург, где сегодня 2500 мостов.

Самым длинным стальным арочным мостом в мире является мост через долину р. Нью-Ривер в Фейетвилле, штат Западная Виргиния (США), пролетом 5118 м.

Самым большим каменным арочным мостом в мире считается Роквильский мост в Гаррисберге (штат Пенсильвания, США). Он установлен на 48 опорах, длина 1161 м. Открыт он был в 1901 г.

Самый большой пролет имеет Эстуарский мост через р. Хамбе (Англия). Высота опор этого висячего моста 162 м, а общая протяженность - 2220 м, из них 1410 м пролета. В Японии сейчас строится мост через пролив между островами Хонсю и Сикоку; он должен быть закончен в 1998 г.; его общая длина составит 3560 м, длина пролета - 1990 м.

Самый большой вантово-висячий мост в Европе возведен в 1975 г. около Сен-Назара (Франция) через устье Луары. Его основной пролет - 404 м. Высочайший мост мира пересекает на высоте 321 м Королевский каньон в штате Колорадо (США). Этот построенный еще в 1929 г. висячий мост имеет пролет 268 м.

Самый высокий мост в Европе длиной 820 м и высотой 190 м так и называется «Европа». Он пересекает р. Зилль южнее Инсбрука (Австрия) на автомагистрали, ведущей через перевал Бреннер. Он строился с 1959 по 1963 г. Колокольня Ульмского собора, самая высокая в мире (161 м), легко уместилась бы под ним.

Самый высокий мост в мире с железными решетчатыми фермами воздвигнут в Квебеке (Канада) через р. Св. Лаврентия. Его пролет - 549 м. При его строительстве, продолжавшемся с 1899 по 1917 г., погибло 87 человек.

Самый широкий мост на территории стран СНГ - Синий в Санкт-Петербурге через Мойку. Его ширина 99 м.

Акведук (от лат. aqua - вода и duco - веду) - специальное сооружение, возведенное для того, чтобы нести канал, по которому вода течет сама, без дополнительных приспособлений. Акведуки могут тянуться на десятки километров, доставляя воду в города без всяких насосов, только за счет небольшого уклона канала.

Бык - массивный устой моста, опирающийся на дно или на твердое основание, лежащее ниже дна; на этот устой в свою очередь опирается пролетное строение моста.

Вантовая конструкция - изящное и экономное устройство мостов, состоящее из высоких пилонов и сильно натянутых тросов - вантов, на которых подвешено пролетное строение. Ванты все разной длины и натянуты либо от вершины пилона (и тогда идут веером), либо от разных точек по всей высоте пилона (и тогда идут параллельно).

Виадук (от лат. via - дорога и duco - веду) - специальное сооружение, возведенное для того, чтобы нести дорогу над какой-нибудь преградой - оврагом, железнодорожными путями, домами, другой дорогой и т. д.

Замок свода (арки) - клиновидный камень в самой верхней части свода (арки); устанавливается последним и замыкает всю ее конструкцию, состоящую из таких же клиновидных камней. Иногда делается крупнее других камней и чем-нибудь украшается.

Консольная конструкция - такой тип конструкции, когда один ее конец жестко закреплен в стене или опоре, а другой свободно висит в воздухе.

Коробовый свод (арка) - такой тип свода (арки), когда очерчивающая его кривая линия представляет собой лежачую половину овала. Эту линию можно вычертить не меньше чем из трех центров, потому иногда такие линии называют трех - или многоцентровыми. Длинная ось овала в данном случае равна величине пролета.

Кессон - имеет два разных смысла:

1) Камера вроде колокола или стакана, которая вверх дном опускается в воду, так что воздух остается в ней, и поэтому там может находиться человек; с давних времен используется для подводных работ при строительстве мостовых опор.

2) Стандартный элемент сводчатой конструкции, имеющий вид ящика со слегка наклонными (к центру) стенками; из таких кессонов можно собрать арку или свод, если прочно соединить их наклонные стенки.

Кружала - временная, обычно деревянная, конструкция, возводимая под будущим сводом и точно очерчивающая его поверхность. По кружалам выкладывается свод из камня или кирпича, а когда он затвердеет, то кружала убирают.

Неразрезная балка - длинное пролетное строение, лежащее одновременно на многих опорах, но представляющее собой единое тело, не имеющее разрывов над опорами. Как правило, у него по всей длине сохраняется одно и то же поперечное сечение.

Опалубка - временная емкость с внутренней поверхностью из досок, фанеры или металла. Туда помещают каркас из железной арматуры и заливают бетон, который специальными вибраторами сотрясают, чтобы он затек во все части и углы внутреннего объема опалубки. Очертания внутренней поверхности точно соответствуют очертаниям будущей железобетонной конструкции, так что, когда бетон полностью затвердеет, опалубку разбирают и получают готовую конструкцию. Если нужны одинаковые конструкции, то одну и ту же опалубку используют много раз.

Пилон - высокая опора подвесного моста, к которой крепятся натянутые ванты или провисающие тросы, держащие пролетное строение. Пилоны могут иметь форму столбов, стоящих парами, или буквы П, между ногами которой висит пролетное строение.

Полуциркульный свод (арка) - такой тип свода (арки), когда очерчивающая его кривая линия представляет собой половину окружности. Ее диаметр равен величине пролета.

Понтон - герметически заделанный пустой плавающий ящик, на который укладывается настил наплавного моста. Раньше были деревянные, в наше время металлические. В старину для этого использовали баржи, наглухо заколоченные сверху - их называли плашкоутами, а наплавные мосты - плашкоутными.

Рамная конструкция - жесткое скрепление балки со стойками, которые ее поддерживают. Получается рама - единое П-образное тело, все части которого можно сделать гораздо тоньше и легче, чем в случае отдельных стоек и свободно лежащей на них балки. Рама, конечно, может иметь форму, совсем не похожую на П. Из многих рам, соединенных между собой, можно собрать любой длины объемную конструкцию, внутри которой останется сквозная пустота, пригодная для устройства там проезжей части.

Сегментный свод (арка) - такой тип свода (арки), когда очерчивающая его кривая линия представляет собой отрезок (сегмент) окружности, диаметр которой значительно больше величины пролета.

Ферма - решетчатая конструкция для перекрытия пролетов. Состоит из жестко скрепленных деревянных, металлических или железобетонных стержней. Сложными комбинациями металлических ферм перекрывались пролеты в несколько сот метров. Сейчас чисто металлические фермы почти не используются, так как на них идет слишком много металла, и к тому же он требует постоянной защиты от коррозии. Если и применяют фермы, то более экономные - железобетонные, хотя ими и нельзя перекрыть такие гигантские пролеты.

Предисловие

Мост и человек

Когда люди начали строить мосты?

Почему раньше в мост замуровывали живое существо?

Почему мосты так важны для торговли и транспорта?

Какие существуют формы мостов?

Что такое арочный мост?

Почему по мосту нельзя идти в ногу?

Мосты из дерева и камня

Что такое наплавной, или понтонный, мост?

Как Юлий Цезарь форсировал Рейн?

Почему римляне прославились как строители мостов?

Как работали римские строители?

Что такое акведук?

Почему в средние века не строили мосты?

Как был построен Каменный мост в Регенсбурге?

Когда строительство мостов стало наукой?

Почему строили деревянные мосты?

Мосты из железа и стали

Чем лучше мосты из железа?

Как строили мост Британия?

Что такое «балка Гербера»?

Почему обрушился мост через реку Тей?

Кто построил Бруклинский мост в Нью-Йорке?

Что стало причиной катастрофы Тэкомского моста?

Что такое вантовый мост?

Бывают ли подвижные мосты?

Мосты из бетона

Что лучше для мостов - бетон или сталь?

Что такое преднапряженный бетон?

Мосты Санкт-Петербурга

Мосты-рекордсмены

Некоторые термины, встречающиеся в книге