Панорама Благовещенского моста
Проект постоянного моста через Неву был разработан выдающимся инженером Станиславом Валериановичем Кербедзом.
См. фото 6.
Чугунный арочный мост имел семь пролетов длиной от 32,6 до 47,2 м и разводной пролет длиной 22 м у берега Васильевского острова – там в то время проходил фарватер. Мост пересекал Неву у Благовещенской площади, откуда и произошло его первое название. Второе название – Николаевский мост приобрел в честь Николая I в 1885 году. В 1918 году мост получил третье название в память лейтенанта П. П. Шмидта, а в 2007 году после реконструкции вновь обрел свое первое название - Благовещенский.
Век XIX вошел в историю как век «железный», характеризующийся появлением и бурным развитием железных дорог. Усиленное строительство большепролетных мостов через многоводные реки заставило задуматься о выборе системы металлического пролетного строения, рассчитанного на воздействие высоких динамических нагрузок подвижного состава. Мостостроители обратили внимание на балочную систему, выгодную отсутствием распора при высоких опорах и слабых грунтах.
Небольшие мостики из чугунных балок пролетами до 20 метров входят в обиход с самого начала строительства американских, английских, французских железных дорог. Для увеличения перекрывающей способности их снабжали усиливающей конструкцией в виде шпренгеля. Элементы, работающие в нем на растяжение, изготавливали из круглого или полосового железа.
См. фото 7.
Однако недостаточные механические свойства не позволили использовать чугун в элементах, работающих на изгиб и растяжение, и он не получил распространения в пролетных строениях крупных мостов.
Первым большим балочным ж.д. мостом из металла считается мост Британия, через Менейский залив в Англии, возведенный известным инженером Робертом Стефенсоном в 1850 г. Он состоял из двухпролетных неразрезных балок пролетами по 140 и 70 м (всего четыре пролета). Поперечное сечение имело вид замкнутой прямоугольной трубы, внутри которой двигались поезда.
Панорама моста Британия
Возможность устройства большепролетных трубчатых балок на мосту Британия была доказана опытами, произведенными Стефенсоном, Гудкинсоном, Фейрнберном над моделями трубчатых балок.
Наилучшую форму и параметры сечения трубчатых балок в то время отыскивали исключительно опытным путем. Назначения частей сооружения и их формы для строителей того времени не были достаточно ясны, и они лишь по интуиции, иногда ценой ошибок, находили правильные формы и сечения элементов.
Одновременно с сооружением балочных мостов трубчатого сечения со сплошной стенкой шла работа в области сооружений с решетчатыми фермами. Первые из них были явным подражанием многорешетчатым деревянным фермам Тауна, иногда Гау, как по внешнему очертанию, так и по некоторым конструктивным деталям. Можно отметить два больших ж.д. моста такой системы – через реки Вислу в Диршау и Ногат в Мариенбурге (оба 1857 г.). Первый из них имел шесть пролетов по 131 м, второй – два по 103 м.
В 1845 году бельгийским инженером Невиллем были предложены и в некоторых мостах внедрены фермы с простой треугольной решеткой. Этот тип ферм, улучшенный английским инженером Уорреном (введение болтовых узлов) был перенесен впоследствии в США. Там же применяли различные различные типы ферм Уипла, Пратта, Поста, Финкла и др.
Первый в России металлический ж.д. балочный мост по неразрезной схеме 2х55,3 м через реку Лугу построил Станислав Валерианович Кербедз в 1857 году, внеся в его конструкцию ряд улучшений, по сравнению с известными в то время типами балочных металлических ферм.
Впоследствии в 1870-1880 г.г. по проекту Николая Аполлоновича Белелюбского на первой в России ж.д. магистрали Санкт-Петербург-Москва деревянные пролетные строения с фермами Гау пролетами 54,41 и 61,17 м заменили на соответствующие металлические.
Отметим, что для больших мостов середины XIX века применяли уже не чугун, а сварочное железо. Для мостостроения его появление существенно повлияло на конструктивные решения пролетных строений и позволило перекрывать существенно большие пролеты, нежели ранее при использовании чугуна.
В дальнейшем при совершенствовании металлургической промышленности появилось литое железо – фактически сталь, получаемая в бессемеровских и томасовских конверторах, а также в мартенах.
Для понимания логичности конструкций металлических мостов прошлого на этапах их исторического развития полезно знать свойства металла и возможности металлургии соответствующей эпохи. Историю материала металлических мостов Е.О.Патон разделял на три периода:
1780-1850 г.г. – чугун;
1850-1900 г.г. – сварочное железо;
С 1890 г. – стали.
Чугун – сплав железа с углеродом, с содержанием углерода от 2 до 4,5%. Производится из чугуна-сырца, выплавляемого из железной руды и кокса в доменных печах. Руда и кокс послойно загружаются в доменную печь. Температура плавки 1100-1200 градусов достигается за счет горения углерода кокса. Кокс, который состоит на 90% из углерода, получают из каменного коксующегося угля нагреванием без доступа воздуха до температуры близкой к 1000 градусов. Продукты горения кокса восстанавливают из руды железо и в то же время науглероживают его, превращая в чугун. Свойства чугуна зависят от примесей и способа охлаждения отливок. У чугуна в явном виде отсутствуют предел упругости и удлинение при разрыве. Все сорта чугуна отличаются хрупкостью. Разрушение происходит без видимых деформаций. Нет линейной зависимости деформаций от напряжений. Остаточные деформации появляются даже при малых напряжениях. Средний модуль упругости около 100000 МПа, т.е. в 2 раза меньше, чем у стали. Временное сопротивление чугуна сжатию, растяжению и изгибу различно, поэтому чугун пригоден только для сжатых частей. В XIX веке были достигнуты следующие временные сопротивления чугуна:
При сжатии 290-980 МПа;
При растяжени 70-300 МПа;
При изгибе 100-350 МПа.
Внутренние напряжения при остывании отливок могут привести к разрушению отливки даже при слабом ударе. Внутри чугунной отливки часто образуются пустоты.
Сварочное железо – неоднородный волокнистый материал научились получать в середине XIX века из чугуна. Чугун варили, перемешивая в течение двух и более часов, удаляя таким образом графит из расплава. Масса перемешивалась со шлаком и изливаясь остывала с его включениями. Этот пористый материал разогревали и проковывали паровым молотом, уплотняя и сваривая проковкой отдельные куски железа между собой. Затем прокованные листы прокатывали на вальцах. Уплотненные остатки шлака внутри железа приобретали вид нитей-строчек, сообщая сварочному железу волокнистую структуру и неоднородность свойств вдоль и поперек прокатки. Механические характеристики были следующими:
Временное сопротивление вдоль волокон 230-490 МПа;
Поперек волокон 180-390 МПа;
Предел упругости вдоль волокон 130-230 МПа;
Удлинение при разрыве вдоль волокон 30-10%;
Поперек волокон 6-2%.
Сталь - сплав железа с углеродом, содержание углерода в котором не превышает 2,14 %, но не меньше 0,02 %. Углерод придаёт сплавам железа прочность и твёрдость, снижая пластичность и вязкость. Сталь, в отличие от сварочного железа, могла закаливаться, обрабатываться механическим способом. Кроме того появилось стальное литье. Механические свойства сталей в XIX веке близки современным углеродистым сталям.
Временное сопротивление 380 МПа;
Предел упругости 240 МПа;
Удлинение при разрыве 22-24%;
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.