Текст книги "Мосты"
Автор книги: Райнер Кете
сообщить о нарушении
Текущая страница: 1 (всего у книги 4 страниц)
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
Когда люди начали строить мосты?
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.
Почему раньше в мост замуровывали живое существо?
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
Почему мосты так важны для торговли и транспорта?
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.
Какие существуют формы мостов?
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.
Почему по мосту нельзя идти в ногу?
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
Что такое наплавной, или понтонный, мост?
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.
Как Юлий Цезарь форсировал Рейн?
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.
