Из какого камня строят мосты
Обновлено: 18.04.2024
К одному из главных чудес индустриального мира Франции можно смело отнести знаменитый на весь мир мост Мийо, который является обладателем сразу нескольких рекордов. Благодаря этому гигантскому мосту, протянувшемуся над огромной долиной реки под названием Тар, обеспечивается бесперебойное и скоростное передвижение из столицы Франции Парижа к небольшому городку Безье.
Многие туристы, которые приезжают посмотреть на этот самый высокий мост в мире, довольно часто задаются вопросом: «Зачем было строить такой дорогой и сложный в техническом плане мост, который ведет из Парижа к совсем маленькому городу Безье?».
Дело все в том, что именно в Безье расположено огромное количество учебных заведений, элитных частных школ и центр переподготовки для высококвалифицированных специалистов.
В эти школы и колледжи поступает учиться огромное количество парижан, а также жителей из других крупных городов Франции, которых привлекает элитарность образования в Безье. Кроме этого, городок Безье раскинулся всего в 12 километрах от живописного побережья теплого Средиземного моря, что, конечно же, в свою очередь, также не может не привлекать ежегодно в него десятки тысяч туристов со всего земного шара.
Мост Мийо, который можно по праву считать вершиной мастерства инженеров и архитекторов, пользуется популярностью среди путешественников, как одна из самых интересных достопримечательностей Франции. Во-первых, с него открывается роскошный вид на долину реки Тар, а во-вторых, он является одним из излюбленных объектов для современных фотографов. Фото моста Мийо, длина которого составляет почти два с половиной километра, а ширина 32 метра, выполненные лучшими и самыми авторитетными фотохудожниками, украшают многочисленные офисные здания и отели не только Франции, но и всего Старого Света.
Особенно фантастическое зрелище мост представляет собой тогда, когда под ним собирается облачность: в этот момент кажется, будто виадук завис в воздухе и не имеет под собой ни одной опоры. Высота моста над землей в самой верхней его точке составляет чуть более 270 метров. Виадук Мийо был построен с единственной целью – разгрузить национальную трассу под номером 9, на которой в сезон постоянно образовывались огромные пробки, и туристы, путешествующие по Франции, а также водители грузовых автомобилей, были вынуждены часами простаивать в заторах.
Как уже говорилось выше, мост, являющийся частью трассы под индексом А75, соединяет между собой Париж и город Безье, однако он довольно часто используется автомобилистами, которые едут в столицу страны из Испании и южной части Франции. Стоит отметить, что проезд через виадук, который «парит над облаками», является платным, что нисколько не влияет на его популярность среди водителей транспортных средств и гостей страны, приехавших посмотреть на одно из самых удивительных чудес индустриального мира.
Легендарный виадук Мийо, о котором знает каждый уважающий себя специалист по постройке мостов и который считается образцом технологического прогресса всего человечества, был разработан Мишелем Вирлажо и гениальным архитектором Норманом Фостером. Для тех, кто не знаком с работами Нормана Фостера, следует уточнить, что этот талантливый английский инженер, произведенный королевой Великобритании в рыцари и бароны, не только воссоздал, но и внес ряд новых уникальных решений в берлинский Рейхстаг. Именно благодаря его кропотливой работе, точно выверенным расчетам, в Германии в буквальном смысле из пепла был возрожден главный символ страны. Естественно, талант Нормана Фостера и сделал виадук Мийо одним из современных чудес мира.
Кроме архитектора из Великобритании, в работах над созданием самой высокой транспортной магистрали в мире приняла группа под названием «Eiffage», в которую входит знаменитая мастерская Эйфеля, которая разработала и построила одну из главных достопримечательностей Парижа. По большому счету, талант Эйфеля и сотрудников из его бюро возвел не только «визитную карточку» Парижа, но и всей Франции. В слаженном тандеме группа «Eiffage», Норман Фостер и Мишель Вирлажо разработали мост Мийо, который был торжественно открыт 14 декабря 2004 года.
Уже спустя 2 дня после праздничного мероприятия по конечному звену трассы А75 проехали первые автомобили. Интересен тот факт, что первый камень в строительство виадука был заложен 14 декабря, только 2001 года, а начало масштабного строительства стартовало 16 декабря 2001 года. Видимо, в планах строителей было приурочить дату открытия моста к дате начала его строительства.
Несмотря на группу лучших архитекторов и инженеров построить самый высокий автотранспортный мост в мире было необычайно трудно. По большому счету, на нашей планете есть еще два моста, которые расположены выше Мийо над поверхностью земли:Royal Gorge Bridge в США в штате Колорадо( 321 метр над землей) и китайский мост, соединяющий два берега реки Сыдухэ. Правда, в первом случае речь идет о мосте, который могут пересекать только пешеходы, а во втором, о виадуке, опоры которого расположены на плато и их высота не в состоянии сравниться с опорами и пилонами Мийо. Именно по этим причинам французский мост Мийо считается наиболее сложным в конструктивном решении и самым высоким автомобильным мостом в мире.
Некоторые опоры конечного звена А75 находятся на дне ущелья, которое разделяет «красное плато» и плато Лазарка. Чтобы сделать мост полностью безопасным, французским инженерам пришлось по отдельности разрабатывать каждую опору: практически все они разного диаметра и четко рассчитаны на определенную нагрузку. Ширина самой большой опоры моста достигает у своего основания почти 25 метров. Правда, в том месте, где опора соединяется с дорожным полотном, ее диаметр заметно сужается.
Рабочим и архитекторам, которые разрабатывали проект, во время строительных работ пришлось столкнуться с целой массой трудностей. Во-первых, потребовалось укрепить места в ущелье, где размещались опоры, а во-вторых, приходилось затрачивать довольно много времени на транспортировку отдельных частей полотна, его опор и пилонов. Стоит только представить себе, что главная опора моста состоит из 16 секций, вес каждой из них составляет 2 300 (!) тонн. Забегая немного вперед, хотелось бы отметить, что это один из рекордов, который принадлежит мосту Мийо.
Естественно, транспортных средств, которые могли бы доставить такие массивные части опор моста Мийо в мире пока не существует. По этой причине архитекторы приняли решение доставлять части опор по частям (если так конечно можно выразиться). Каждая часть весила около 60 тонн. Довольно трудно даже вообразить, сколько времени у строителей ушло только на доставку 7 (!) опор к месту возведения моста, и это еще не считая того, что каждая опора имеет пилон высотой чуть более 87 метров, к которому крепится 11 пар высокопрочных вант.
Однако доставка строительных материалов к объекту – не единственная трудность, с которой столкнулись инженеры. Дело все в том, что долина реки Тар всегда отличалась суровым климатом: тепло, быстро сменяющееся пронизывающим холодом, резкие порывы ветра, крутые обрывы – лишь малая часть того, что предстояло преодолеть строителям величественного французского виадука. Существуют официальные данные о том, что разработка проекта и многочисленные исследования продолжались чуть более 10 (!) лет. Работы над возведением моста Мийо были закончены в таких сложнейших условий, можно даже сказать, в рекордно короткие сроки: 4 года понадобилось строителям и другим службам, чтобы воплотить в жизнь замысел Нормана Фостера, Мишеля Вирлажо и архитекторов из группы «Eiffage».
Дорожное полотно моста Мийо, как и сам его проект является инновационным: для того чтобы избежать деформации дорогостоящих металлических полотен, которые довольно трудно будет в будущем отремонтировать, ученым пришлось изобретать ультрасовременную формулу асфальтобетона. Металлические полотна довольно крепкие, но вот их вес, относительно всей гигантской конструкции, можно назвать незначительным («всего» 36 000 тонн). Покрытие должно было защитить полотна от деформации (быть «мягким») и в то же время отвечать всем требованиям европейских стандартов (противостоять деформации, использоваться в течение продолжительного времени без ремонта и препятствовать, так называемым, «сдвигам»). Даже самым ультрасовременным технологиям решить эту задачу в короткие сроки попросту невозможно. Во время строительства моста состав дорожного полотна разрабатывался почти три года. К слову, асфальтобетон моста Мийо признан уникальным в своем роде.
Мост Мийо — резкая критика
Несмотря на длительную разработку плана, четко выверенные решения и громкие имена архитекторов, строительство виадука изначально вызвало резкую критику. По большому счету, во Франции любое строительство вызывает резкую критику, вспомнить хотя бы базилику Сакре-Кер и Эйфелеву башню в Париже. Противники возведения виадука говорили о том, что мост будет ненадежен из-за сдвигов на дне ущелья; никогда не окупится; применение таких технологий на трассе А75 неоправданно; объездная трасса уменьшит поток туристов к городу Мийо. Это лишь малая часть лозунгов, с которыми обращались к правительству ярые противники возведения нового виадука. К ним прислушались и на каждый негативный призыв к общественности дали авторитетное разъяснение. Справедливости ради отметим, что оппоненты, к числу которых относились влиятельные ассоциации, так и не успокоились и продолжали свои акции протеста практически все время пока возводился мост.
Мост Мийо — революционное решение
На строительство самого знаменитого французского виадука ушло, по самым скромным подсчетам, не менее 400 миллионов евро. Естественно, эти деньги необходимо было вернуть, поэтому проезд по виадуку сделали платным: пункт, где можно оплатить «путешествие по чуду современной индустрии», находится неподалеку от небольшой деревеньки Сен-Жермен. Только на его строительство было затрачено более 20 миллионов евро. В пункте оплаты находятся огромный крытый навес, на строительство которого ушло 53 гигантские балки. В «сезон», когда поток машин по виадуку резко увеличивается, задействуются дополнительные полосы, которых к слову, на «пропускнике» 16. На этом пункте существует и электронная система, позволяющая отслеживать количество автомобилей на мосту и их тонажность. Кстати, срок концессии «Eiffage» продлится всего 78 лет, именно столько времени выделило группе государство на покрытие своих расходов.
Скорее всего, даже вернуть себе все затраченные на строительство средства «Eiffage» не удастся. Однако на такие неблагоприятные финансовые прогнозы в группе смотрят с долей иронии. Во-первых, «Eiffage» далеко не бедствует, а во-вторых, мост Мийо послужил еще одним доказательством гениальности ее специалистов. Кстати, разговоры о том, что компании, построившие мост, потеряют деньги – не более чем вымысел. Да, мост не строился за счет государства, но через 78 лет, если мост не принесет прибыли группе, Франция обязана будет выплатить убытки. А вот если «Eiffage удастся заработать на виадуке Мийо 375 миллионов евро раньше, чем через 78 лет, мост безвозмездно станет собственностью страны. Период концессии продлится, как уже говорилось выше – 78 лет (до 2045 года), а вот гарантию на свой величественный мост группа компаний дала на 120 лет.
Проезд по четырехполосной трассе виадука Мийо не стоит «заоблачных» сумм, как могут подумать многие. Проезд легкового автомобиля по виадуку, высота главной опоры которого выше самой Эйфелевой башни (!) и лишь немного ниже небоскреба Эмпайр-стэйт-билдинг, обойдется всего в 6 евро (в «сезон» 7,70 евро). А вот для грузовых двухосных авто, цена на проезд составит уже 21,30 евро; для трехосных — почти 29 евро. Платить приходится даже мотоциклистам и людям, передвигающимся по виадуку на скутерах: стоимость путешествия по мосту Мийо обойдется им в 3 евро и 90 евроцентов.
Мост Виадук Мийо включает восьмипролетное стальное дорожное полотно, поддерживаемое восемью стальными столпами. Вес дорожного полотна 36 000 тонн, ширина – 32 метра, длина – 2460 метров, глубина – 4,2 метра. Длина всех шести центральных пролетов – по 342 метра, а два крайние имеют длину 204 метра каждый. Дорога с небольшим уклоном – в 3%, спускается от южной стороны к северу, ее кривизна радиусом 20 км для того, чтобы дать возможность водителям на лучший обзор. Передвижение транспорта происходит в две полосы во всех направлениях. Высота колонн колеблется в пределах от 77 до 246 м., диаметр одной из самых длинных колонн составляет 24,5 метров у основания, а у дорожного полотна – одннадцать метров. Каждая основа имеет в своем составе шестнадцать секций .
Одна секция имеет вес 2 тысячи 230 тонн. Секции собирали на месте из отдельных частей. Каждая отдельная часть секции имеет массу шестьдесят тонн, семнадцать метров длины и четыре метра ширины. Кадая опора должна поддерживать пилоны, имеющие высоту 97 метров. Вначале собрали колонны, которые были вместе с временными опорами, потом части полотна двигались по опорам с помощью домкратов. Домкратами управляли со спутников. Полотна двигались по шестьсот миллиметров за четыре минуты.
Выбравшись из пленок и твердо став на ноги человечество стало строить дороги. Сначала они соединяли храмы, дворцы и дома, потом столицы с провинцией, и наконец страны. Когда на их пути появлялись препятствия они обходили их или преодолевали. Так появились тоннели и мосты. Они тоже соединяли – берега рек, края пропасти, позволяя дорогам продолжать свой бег. Материалы для их строительства обычно находились в ближайших окрестностях – дерево, гранит, песчаник, базальт, известняк, габбро, а архитектура отражала особенности национальной культуры.
Особым своеобразием отличаются мосты древнего Китая, где философские учения оказали существенное влияние на взгляды строителей. Здесь главную роль играет единство с природой и все сооружения органично в нее вписываются. Такой подход оказался необычным для европейцев, тем не менее его влияние на архитектуру мостов в Европе весьма значительно.
Мастерство древних строителей поражает точностью расчетов, технологиями строительства, изобретательностью и смелостью решений. Живые свидетельства тому — сохранившиеся до наших дней образцы каменного зодчества.
Мост Хаджу (Khaju Bridge) Иран 1650
Почти 400 лет назад дорога, которую называют Великим шелковым путем, пришла на берег иранской реки Заянде в городе Исфахан и продолжила свой путь уже через удивительный по своей красоте мост Хаджу. Построенный в арочном стиле он предназначался не только для перехода через реку, но и для отдыха шаха и его семьи, для чего в первом ярусе были предусмотрены отдельные помещения. Верхний ярус – собственно сам мост, украшает 24 арки с мозаичной отделкой и брусчатка из гранита в качестве покрытия.
Мост и поныне выполняет функции переправы и плотины, став к тому же местом паломничества многочисленных туристов.
Мост Риальто (Ponte di Rialto) Венеция 1591
Сегодня не найти человека, который бы не знал о Венеции – городе дожей, гондол, каналов и многочисленных мостов, соединяющих их берега и одновременно заменяющих городские улицы. Однако было время, когда мостов еще не было и жители перебирались через каналы по сцепленным между собой лодкам. Мост Риальто стал первой попыткой постройки перехода через Гранд-канал. Судьба не была благосклонна к нему – почти каждые сто лет пожары уничтожали деревянную конструкцию и лишь к концу XVI века он обрел каменную основу (12000 свай) и плоть (крытый арочный свод), которые прекрасно сохранились до наших дней.
Мост Джендере (Сendere Köprüsü) Турция 200-198 до н.э.
Еще один древний мост – Джендере — построен римлянами у подножия горы Немурт (Турция). Примерно во II веке до н.э. дорога привела сюда XVI легион Флавия, который принял участие в его сооружении. Опирающаяся на скалы по обеим берегам реки Кяхты огромная арка, сложенная из 10 тонных блоков, хорошо сохранилась и в наши дни используется для движения пешеходов (проезд с недавних пор запретили). Дорожное полотно моста в лучших римских традициях покрывает черная брусчатка из габбро (разновидность базальта), а на въезде и выезде установлены колонны в честь римского императора Лущия Септимия Севера.
Горбатый Мост Магдалины (Ponte della Maddalena) Италия XI-XII век
Оригинальный памятник итальянского зодчества – мост Магдалены, созданный еще в начале XII века в местечке Борго а Моццано напоминает формой спину ослика – одна большая высокая арка для прохода кораблей и три — размером поменьше. Как и многие уникальные сооружения имеет свою легенду, согласно которой сам дьявол принял непосредственное участие в его строительстве и не получив желаемую плату бросился с моста в реку. Мост пешеходный и, хотя с момента его последней перестройки прошло не одно столетие, выглядит неплохо. Аккуратные каменные плиты, устилающие его, прекрасно сохранились и напоминают по форме современные плиты мощения из гранита.
Мост Ракотцбрюке (Rakotzbrücke) Германия 1860
Создание этого удивительного моста по легенде также не обошлось без участия потусторонних сил. Возведенный из базальта, привезенного из Швейцарии, он является украшением ландшафтного парка Кромлау на берегах озера Ракоц в Саксонии. Поражает высокая точность, с которой выложена полукруглая арка моста. При определенном уровне воды отражение составляет с оригиналом идеальную окружность. В сочетании с невероятно красивым пейзажем это явление порождает фантастические предположения о возможности использования всей конструкции для перемещения в другой мир, как через портал.
Мост Святого Ангела (Ponte Sant’Angelo) Рим, Италия 135 год н.э.
Названный изначально Мост Элия (Понто Элио) в честь императора Публия Элия Адриана, по чьему приказу он был построен, получил свое второе имя в 590 году. Легенда говорит, что именно на этом мосту святой Архангел Михаил явился папе римскому и известил об окончании эпидемии чумы. В честь этого события мост переименовали, а на расположенном неподалеку мавзолее установили статую ангела. Реставрации и перестройки мало изменили облик моста Святого Ангела и сегодня опирающийся на пять арок украшают скульптуры апостолов и ангелов, символизирующих страсти Христовы.
Мост Ан Цзы «мост безопасной переправы» пров. Хэбэй Китай
Китай – страна с историей и философией длительность и глубина которых исчисляется тысячелетиями. Столь же древними предстают перед нами памятники архитектуры, среди которых мост Ан Цзы через реку Сяо самый старый из существующих на сегодняшний день. Использованные при его строительстве технические решения и сегодня поражают специалистов – облегченная за счет дополнительных перемычек и боковых арок конструкция, закрепленные металлическими шипами известковые плиты – все это подарило мосту долгую жизнь и почетное место среди памятников старины.
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
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.
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.
ДЕРЕВЯННЫЕ МОСТЫ, мосты, основным материалом которых служит дерево. В настоящее время деревянные мосты строятся из сосны, лиственницы, ели. Дуб применяется преимущественно для подушек, нагелей, иногда - для свай и прогонов. Лесной материал д. б. зимней рубки, прямостойный, с небольшим числом сучьев, без круговых и радиальных трещин (морозобой, метик, отлуп), без синевы и гнили. Предпочитается так называемая рудовая сосна , т. е. выросшая на сухих песчаных холмах.
В деревянных мостах под обыкновенную дорогу ширина ездового полотна: на полевых проселочных дорогах - от 3 м; для прогона скота 4,5—6,5 м; на шоссейных дорогах 4,7—6,4 м; на дорогах важного значения и в городах до 12 м и более. Настил, образующий ездовое полотно, укладывается на поперечины; последние - на балки или т. н. прогоны, ординарные или составные. Расстояние между прогонами зависит от назначения моста, его конструкции (в связи с этим) и размеров материала. Прогоны поддерживаются опорами из свай или стоек. В мостах солидной конструкции применяется двойной настил. Верхний ряд досок настила предназначается для предохранения нижнего ряда от истирания. Толщина досок верхнего ряда 5—7 см, нижнего 8—10 см. Доски верхнего ряда укладывают или вдоль моста, или поперек, или под углом (в елку). При расположении досок вдоль моста получается более ровное, но более скользкое полотно; этот способ заслуживает предпочтения при преобладающем легковом движении; при преобладающем грузовом движении лучше укладывать доски настила поперек моста. Нижний ряд досок настила иногда делается из пластин, уложенных поперек моста, и заменяет собой поперечины.
Вместо устройства езды по дощатому настилу можно применить щебеночную кору на одиночном настиле из пластин или накатника.
Простейшим типом моста под обыкновенную дорогу является балочный мост, состоящий из опор и пролетных строений, перекрывающих пролеты (промежутки между опорами) моста. Каждая опора состоит из ряда свай, связанных поверху насадкой (горизонтальным бревном), для чего на головах свай нарубают шипы, а в насадке выдалбливают гнезда. По насадкам укладываются, как выше указано, прогоны, поперечины и настил. В простейших случаях поперечный дощатый настил прикрепляют с боков прижимными брусьями или так называемыми пажилинами , используемыми обыкновенно для установки на них перил . При значительной высоте моста или глубине воды опоры ставят реже, т. е. с большими пролетами.
Значительные пролеты могут вызываться также требованиями судоходства. В этих случаях применяется подкосная (фиг. 1) система, или шпренгельная (фиг. 2), или комбинированная (фиг. 3).
Наилучший угол наклона подкосов в этих системах 40—45°, от которого по местным условиям иногда приходится сильно уклоняться. Для поддержания стыков прогонов применяются под ними так называемые подбалки .
В шпренгельной системе брус под прогоном, в который упираются верхние концы подкосов, называется ригелем и делается длиной около 0,4 расстояния между опорами.
Ряды свай в опоре соединяются горизонтальными (продольными и поперечными) и диагональными схватками из пластин, брусьев или досок (фиг. 4).
Арочная система (фиг. 5) позволяет перекрывать пролеты до 20—25 м и больше.
В деревянных мостах под железную дорогу рельсы укладывают на поперечинах. Настил состоит из двух досок, уложенных между рельсами, и 4—5 досок - с одной или с обеих сторон пути. На случай схода поезда с рельсов укладывают охранные брусья . Для небольших пролетов пригодны балочная и подкосная системы. Шпренгельная система для железнодорожных мостов менее применима вследствие значительных деформаций, возможных в этой системе при большой временной нагрузке. Балочная система имеет пролеты в 2—4, реже до 6 м. При этом в соответствии с давлением на свайную опору располагают один или два ряда свай. Если высота железнодорожной насыпи превышает 8 м, ряды свай в опоре раздвигают на 1,5—2 м ось от оси и соединяют крестообразными схватками и тяжами (фиг. 6).
Мера эта имеет целью увеличить продольную жесткость конструкции. То же назначение имеют и продольные схватки. В части моста, которая заходит в насыпь, соединяют пролеты горизонтальными схватками и подкосами, что создает как бы устой. В поперечном направлении необходимая жесткость опоры достигается забивкой подкосных свай, постановкой подкосов и схваток (фиг. 7).
Под каждый рельс в состав прогона назначается от 1 до 6 брусьев или бревен. В подкосной системе подкосы образуют одну или несколько промежуточных опор для прогонов, что позволяет при том же числе и тех же размерах брусьев в прогонах увеличить расстояние между опорами. Пример моста подкосной системы показан на фиг. 8.
Важным элементом деревянных мостов подкосной системы является затяжка , т. е. горизонтальный брус, или бревно, или пластина, соединяющие соседние опоры в уровне нижних концов подкосов. Назначение затяжки - принять на себя горизонтальную составляющую давления подкосов, т. н. распор . Здесь, безусловно, необходимо иметь достаточное число врубок, через которые передается горизонтальная составляющая давления подкосов на затяжку, а вертикальная составляющая - на сваи. Если грунт не допускает забивки свай, применяют ряжевые опоры или опоры на лежнях .
Выбор системы деревянных мостов (балочный, подкосный, шпренгельный, арочный) зависит преимущественно от высоты железнодорожной насыпи, глубины воды, судоходных требований, ледохода и других местных условий. Согласно утвержденным НКПС правилам, величины наименьших судоходных пролетов для деревянных мостов следующие: на реках малосудоходных (4-я категория) - 25 м, на реках со сплавом россыпью и в плотах (5-я категория) - 15 м, на реках со сплавом только россыпью (6-я категория) - 6 м. При невысоких железнодорожных насыпях уместны балочные мосты. С технической стороны балочная система, как наиболее простая и имеющая наименьшее число глубоких врубок, - наилучшая и наиболее долговечная.
Для перекрытия больших пролетов (от 20 до 40 м и более) в деревянных мостах применяют фермы . Фермы делаются из брусьев, бревен или досок. Различают системы, в которых все основные части сделаны из дерева, и системы с металлическими тяжами. К последней группе относится система Гау, а к первой группе - фермы из досок системы Тауна и Лембке. Мосты с фермами Гау под железную дорогу м. б., в зависимости от местных условий, с ездой поверху и с ездой понизу. В мостах с ездой поверху полотно моста укладывают на фермы сверху. При небольшом расстоянии между фермами (2—2,5 м) часто расположенные подрельсовые поперечины могут опираться непосредственно на фермы. Если расстояние между фермами большое, применяют тяжелые и редко положенные на фермы поперечные балки, которые поддерживают продольные балки, уложенные в расстоянии около 2 м друг от друга и служащие основанием для подрельсовых поперечин. В мостах с ездой понизу наличие тяжелых поперечных и продольных балок обязательно. На фиг. 9 показана ферма Гау с ездой поверху.
Ферма состоит из верхнего и нижнего поясов, из прямых и обратных перекрещивающихся раскосов и из вертикальных железных тяжей. Места присоединения раскосов к поясам называются узлами ; расстояние между узлами - панелью . Верхний пояс работает на сжатие, нижний же - на растяжение; восходящие раскосы считая от концов фермы к ее середине, являются главными и подвержены сжатию, обратные раскосы у концов фермы служат для поддержания главных сжатых раскосов против выпучивания; в середине же при проходе поезда работает то одна система раскосов, то другая, в зависимости от положения нагрузки. Для удобства пересечения раскосы одного направления делают двойными, а другого - одиночными; присоединение раскосов - посредством подушек из дуба или чугуна, впритык.
Стыки поясов перекрывают металлическими планками со шпонками, стянутыми болтами. Между фермами ставят в горизонтальных плоскостях верхние и нижние и в вертикальных плоскостях - поперечные связи, составленные из перекрещивающихся диагоналей и железных болтовых стяжек. По мере увеличения пролета фермы Гау принимают более сложный вид: число систем раскосов увеличивается. В фермах Тауна как пояса, так и раскосы составлены из досок (фиг. 10).
Раскосы работают на растяжение и на сжатие; пояса - как обычно: верхний - на сжатие, нижний - на растяжение. Раскосы прикрепляются нагелями и болтами. Толщина досок 5—7 см, ширина 25—30 см. Нагели представляют собой дубовые цилиндры, диаметром 3—6 см. В досках высверливают дыры диаметром несколько менее диаметра нагеля. Между фермами располагают, как указано выше, поперечные и продольные связи. Нагрузка передается на фермы продольными и поперечными балками или поперечинами, уложенными на верхние пояса. Фермы Лембке (фиг. 11) похожи по конструкции на фермы Тауна.
Различие в том, что в фермах Лембке доски раскосов поставлены вплотную друг к другу. Получается ферма со сплошной стенкой. Стенка ферм, во избежание выпучивания раскосов, обжимается вертикальными, а при высоте ее более 2 м - кроме того, и горизонтальными брусками. Недостаток ферм Тауна и в особенности Лембке - быстрое загнивание досок. В последнее время находят применение для деревянных мостов фермы, в которых соединение частей выполнено при помощи металлических колец Тухшерера . Подобного рода фермы, в виде балки, усиленной шпренгельной системой из досок, для пролетов в 20 м применялись, между прочим, германской концессией «Мологолес».
Число ферм в железнодорожных мостах с ездой поверху - 2 или 3, в зависимости от пролета; с ездой понизу - 2. Расстояние между крайними фермами определяется из условия устойчивости пролетного строения на опрокидывание ветром и для достаточной боковой жесткости пролетного строения должно быть не менее 1/12 пролета. Коэффициент запаса на опрокидывание ≥1,40. В мостах под обыкновенную дорогу с ездой поверху число ферм и расстояние между ними зависят от ширины полотна, от перекрывающей способности поперечных балок и из экономических соображений. Наиболее употребительные расстояния 2—2,5 м. В мостах с ездой понизу расстояние между фермами обусловлено габаритом, шириной проезда. Большое расстояние между осями ферм требует особо сильных поперечных балок. Применяются шпренгельные балки. Высота ферм назначается от 1/4,5 до 1/9 длины пролета и должна быть согласована с углом наклона раскосов в 45—50°.
Вес пролетных строений с фермами Гау, спроектированных под декапод (паровоз с давлением на ось 16 т, общим весом 16x5 + 10 т), дан в табл. 1.
Вес пролетных строений с фермами Тауна под ту же нагрузку дает табл. 2. Езда - поверху.
Вес пролетных строений с фермами Лембке, рассчитанными на нормальный поезд 1907 года (20 т на ось паровоза), приводится в табл. 3.
Опоры деревянных мостов с фермами делаются свайные, рамные, ряжевые или каменные. В последнем случае деревянное пролетное строение укладывается временно вместо металлического или железобетонного. Свайная опора состоит из нескольких рядов свай. Для придания устойчивости служат боковые подкосы и схватки. Ряж представляет собой ящик с вертикальными стенками и сквозным полом. Все стены ряжа образованы венцами из горизонтально уложенных бревен, скрепленных в углах врубками; верхние и нижние постели этих бревен стесаны для достижения большей плотности швов. Стенки ящика соединяют горизонтальными распорками, образующими как бы вертикальные сквозные перегородки. Для укрепления стен ряжа ставят стойки. Ряж заполняют камнем.
Для предохранения опор от действия ледохода устраивают ледорезы . Ледорез состоит из наклонно положенного на сваи бревна (ребра) и двух сходящихся к ребру под углом плоскостей. Плоскости образованы досками или брусьями, поддержанными системой стоек, подкосов и свай. Уклон ребра от 1:1 до 1:2. Этот тип ледореза называется шатровым. При слабом ледоходе и тонких быках ледорезы имеют более простую конструкцию: один ряд свай с наклонным ребром (плоские ледорезы), или кусты свай (палы).
Расчет железнодорожных деревянных мостов долговременного типа, согласно «Техническим условиям проектирования и сооружения железнодорожных деревянных мостов», производится на наиболее тяжелый состав, который может обращаться на данной линии в период предположенной работы моста, но во всяком случае на нагрузку не ниже схемы О-1925 г. в отношении схем паровоза и тендера и не ниже 7 т на п. м. в отношении вагонной нагрузки. Для расчета временных деревянных мостов на срок не свыше 3 лет принимается самый тяжелый состав, который будет фактически обращаться по мосту. Давление ветра считается равным 250 кг/м 2 в отсутствии поезда и 150 кг/м 2 при наличии на мосту поезда. Деревянные мосты под обыкновенную дорогу рассчитываются на нагрузку, специально установленную для этих мостов. Допускаемые напряжения для деревянных мостов даны в табл. 4.
Допускаемые напряжения для железных частей в деревянных мостах: а) на растяжение в болтах, одиночных тяжах и накладках - 900 кг/см 2 , б) на растяжение в тяжах при 2, 3 и 4 тяжах, работающих совместно, - 750 кг/см 2 , в) на растяжение тяжей со стяжными муфтами - 600 кг/см 2 , г) на срез заклепок и болтов 0,8x900 = 720 кг/см 2 . При расчете на одновременное действие вертикальной нагрузки и ветра допускаемые напряжения повышаются на 15%. Для временных сооружений - повышаются на 20%.
Сжатые части проверяются на устойчивость, причем коэффициент уменьшения допускаемого напряжения вычисляется по формуле:
для значений l/i > 5 и < 100, и по формуле:
для значений l/i > 100.
В этих формулах: l - длина стержня, i - радиус инерции, Е - модуль упругости дерева (Е = 110000 кг/см 2 для сосны и дуба), kd - допускаемое напряжение на простое сжатие, s=5 - коэффициент надежности. Свободная длина сжатых раскосов в фермах Гау = μ·l, где
I0 - момент инерции основного сжатого раскоса, I1 - момент инерции обратного раскоса. Прогоны рассчитываются или как свободно лежащие балки или как неразрезные. При расчете составных балок на шпонках коэффициент понижения прочности принимается равным 0,70 для двух брусьев и 0,5 для трех. Давление на опоры определяют в предположении, что прогоны разрезаны на опорах. При расчете сложных ферм, с несколькими пересечениями раскосов, допускается разложение их на простые системы с делением нагрузки на число систем. Сваи как стойки должны быть проверены на продольный изгиб. Наибольший допускаемый отказ (е) в см определяется по формуле:
где n - число ударов в залоге, которое составляет для ручного копра 20, для машинного и парового - 10, F - площадь поперечного сечения сваи в см 2 , Q - вес бабы в кг, Р - расчетная нагрузка на сваю в кг, Н - высота подъема бабы в см и q - вес сваи в кг (с подбабком, если таковой применяется).
Срок службы деревянных мостов 8—15 лет. Для предохранения от загнивания применяют осмолку горячей древесной смолой, пропитку разными составами или окраску.
Примерная стоимость деревянных мостов указана в табл. 5 и 6.
Стоимость мостов под обыкновенную дорогу: небольших отверстий 9—20 руб. на м 2 полотна, больших отверстий (200—300 м) - 25—50 руб. на м 2 полотна (по ценам до 1914 года).
Под катом интересное видео, которое реконструирует этот процесс.
В эпоху Средневековья коффердамы строили из нескольких рядов брёвен, вбитых в грязь. Его делали водонепроницаемым с помощью грязи и укрепляли песком. Затем воду откачивали из ямы, используя водяное колесо. Грунт, скорее всего, укрепляли деревянными сваями, забиваемыми сваебойными машинами. Далее устанавливали деревянную решётку из дубовых балок и досок. Она фиксировалась с помощью больших круглых камней, которые соединялись между собой коваными железными прутьями. Как только основание было готово, можно было приступать к кладке столба.
Для строительства арок возводили деревянные подмости, поверх которых укладывали блоки песчаника или гранита. После того как был заложен краеугольный камень, подмости убирали; арку удерживал её собственный вес. Арки укрепляли несколькими слоями камней, которые достигали уровня мостового настила. В самом конце прокладывали мощёную дорогу из твёрдого камня.
Этот процесс воссоздали с помощью 3D-анимации в рамках проекта Praha Archeologicka, запущенного Институтом археологии при Чешской академии наук (Прага) и Институтом национального наследия. Пример, выбранный для анимации – настоящий средневековый мост – Карлов мост через реку Влтаву в Праге (Чешская Республика).
Строительство Карлова моста началось в 1357 году под покровительством короля Карла IV, но оно было завершено лишь в начале 15-го века. Мост состоит из 16 арок и 15 столбов. Его длина составляет 512 метров, а ширина – 10 метров. Балюстрада украшена 30 статуями и статуэтками, изображающими различных святых и покровителей: они были установлены гораздо позже, в период между 1683 и 1714 годами. Чтобы сохранить эти статуи, в 1960-х годах их заменили копиями. Оригиналы хранятся в Национальном музее Праги.
До середины 19-го века Карлов мост был единственной переправой через реку Влатву, что делало его важным связующим звеном между Пражским Градом и Старым Городом с прилегающими районами.
Читайте также: