Мосты системы Гау

Материал из Циклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Мост системы Гау через реку Сава (Словения)

Мосты системы Гау (или Гау-Журавского) — мосты с деревянно-металлическими сквозными фермами, применяемые для перекрытия пролётов[Комм. 1] от 20 до 50 метров[2]. Они имеют двурешетчатую схему, в которой пояса и раскосы[Комм. 2] от 20 до 50 метров[2] изготавливают из деревянных брёвен или брусьев, а вместо стоек используют металлические тяжи, натяжение которых можно регулировать[3]. Эти конструкции отличаются простотой устройства, жёсткостью ферм, удобством изготовления и сборки.

Ферменная схема, запатентованная американским инженером Уильямом Гау в 1840 году, быстро получила распространение в США, где за несколько десятилетий были построены сотни мостов, а также в Европе, Российской империи и Австралии. В конце XIX века деревянные и деревянно-металлические мосты системы Гау стали постепенно вытесняться металлическими мостами, особенно на железных дорогах. Тем не менее, деревянные мосты этой системы продолжали возводить для автомобильных дорог вплоть до 1960-х годов XX века. Мосты системы Гау считаются вершиной развития эпохи деревянного мостостроения[4][5][6].

История изобретения[править]

Уильям Гау

В начале XIX века в США деревянные фермы уже применялись для строительства мостов. Среди известных систем были конструкции Теодора Бурра и Итаила Тауна. В 1830 году американский военный инженер Стивен Харриман Лонг получил патент на деревянную ферму моста с параллельными поясами. Раскосы в ферме были предварительно напряжены с помощью клиньев, что позволяло сохранять их в сжатом состоянии даже после усадки деревянных элементов. Несмотря на прогрессивность конструкции с предварительно напряжёнными элементами, она оказалась сложной в изготовлении и требовала длительной финальной настройки, поэтому широкого распространения не получила[7]. Усилия, возникавшие в элементах фермы после забивки клиньев, невозможно было ни предсказать, ни рассчитать — всё основывалось исключительно на опыте и интуиции инженера[4].

Несколько лет спустя Уильям Гау, строительный подрядчик из Массачусетса, занимавшийся возведением церквей, предложил заменить в ферме Лонга вертикальные стойки, работающие на растяжение, металлическими тяжами с резьбой и гайками на обоих концах. Подкручивание гаек в процессе эксплуатации позволяло подтягивать конструкцию и уменьшать её прогибы. Использование железных тяжей с резьбой и гайками стало ключевым отличием фермы Гау от ферм Лонга. Железные стержни для увеличения жёсткости деревянных поясов ферм применялись в Европе ещё с 1823 года, однако нет свидетельств, что Гау каким-либо образом знал об этом[5]. Идея Уильяма Гау была чисто интуитивной и не подкреплялась какой-либо теорией, поскольку в то время ещё не существовало аналитических методов расчёта ферм[8]. Ещё одним нововведением стало существенное упрощение узлов фермы. Гау отказался от сложных соединений стоек и раскосов, заменив их треугольными деревянными подушками, в которые упирались раскосы и стойки. Все узловые подушки были одинаковыми, что упрощало их изготовление[4].

Гау предложил простое и элегантное решение проблемы, с которой сталкивались несколько поколений строителей деревянных мостов: как соединить два элемента, работающих на растяжение? Слабость деревянных ферм заключалась не в отдельных элементах, а в их соединении — в обеспечении минимальной подвижности и надёжности передачи растягивающих усилий. Гениальность Гау проявилась в замене вертикальных стоек на металлические стержни. Отказ от шиповых соединений значительно упростил работу плотников. Теперь ферму стало легче монтировать, а при замене отдельных элементов не требовалось полностью перекрывать движение по мосту[5].

Схемы деревянных мостов со сквозными фермами, распространённые в середине XIX века.
Baumgardener's Covered Bridge Inside Center 3008px.jpg
Guilford vermont bridge covered bridge interior.jpg
Eldean Bridge Troy Ohio 2.JPG
Truss P4230045 Houck CB.jpg
Мост системы Бурр.
Арочная ферма. 		Мост системы Тауна.
Решётчатая ферма. 		Мост системы Лонга.
Двурешетчатая ферма с параллельными поясами, между раскосами и подушками видны клинья для создания предварительного напряжения. 		Мост системы Гау.
Двурешетчатая ферма с параллельными поясами, вертикальные стойки заменены металлическими тяжами.


Впервые новая ферма была испытана при строительстве церкви в Брукфилде (Массачусетс)[5]. Гау основал фирму Howe Bridge Works и сумел убедить военных инженеров Мак-Нейла, Уистлера и Свифта внедрить его идею при строительстве 23-метрового моста через реку Квабог в Уоррене (1838)[9]. Конструкция оказалась удачной, и в августе 1840 года Гау запатентовал своё изобретение (патент № 1711), сразу получив заказ от тех же военных инженеров на строительство железнодорожного моста через реку Коннектикут в Спрингфилде (Массачусетс)[Комм. 3].

Стивен Лонг, рассчитывавший получить этот контракт, попытался оспорить патент Гау, утверждая, что тот нарушает его права, однако Ведомство по патентам и товарным знакам США встало на сторону Гау.

Новый мост стал событием в инженерных кругах и получил всеобщее одобрение специалистов. Состоящий из семи пролётов по 55 м каждый, он перекрывался фермами с перекрёстными раскосами в каждой панели[10]. Не имея точных расчётов, Гау интуитивно усилил крайние раскосы дополнительными элементами, предчувствуя их наибольшую нагруженность[8][10].

В отличие от большинства старых мостов, технические данные о которых отсутствовали или были утрачены, первый железнодорожный мост Гау получил детальное описание в журнале The Journal of the Franklin Institute (май 1842). В публикации отмечалось, что на его строительство потребовалось вдвое меньше древесины по сравнению с методом Лонга. Прогиб в середине пролёта под нагрузкой паровоза составлял всего четверть дюйма (6 мм)[Комм. 4]. В заключении утверждалось, что мосты новой системы прочнее, жёстче и долговечнее любых других деревянных мостов[8].

Амаса Стоун

Первый железнодорожный мост Гау, хотя и был лёгким и имел неидеальные пропорции, прослужил 13 лет, после чего был заменён усовершенствованным мостом той же системы. Последний простоял 21 год и в 1874 году уступил место металлическому[10].

Шурин Гау — Амаса Стоун, руководивший строительными работами в его компании, — в 1842 году выкупил права на патент за 40 тысяч долларов (эквивалентно $1,024,400 в ценах 2019 года)[12]. При финансовой поддержке партнёра Азарии Буди Стоун основал фирму Boody, Stone & Co., построившую множество мостов в Новой Англии[12][Комм. 5]. Амаса также несколько упростил конструкцию фермы, оставив только по два раскоса в каждой панели (в оригинальной запатентованной ферме раскосы пересекали сразу две панели, создавая по четыре раскоса в каждой)[4].

Впоследствии Гау усовершенствовал конструкцию моста и в 1846 году получил на неё новый патент[14]. В последующие годы Уильям Гау получал отчисления за каждый построенный по его патентам пролёт моста.

Внедрение новой системы не всегда проходило гладко. В 1855 году обрушился мост через Миссури (43 погибших, 70 пострадавших). В следующем году искры от парохода подожгли мост Гау через Миссисипи. Несмотря на эти неудачи, фермы Гау стали вершиной эпохи деревянных мостов, а его патент — самым прибыльным среди всех патентов на ферменные конструкции[5].

Конструкция ферм Гау[править]

Конструкция фермы Гау (без проезжей части)

Расчётная схема[править]

Фермы мостов системы Гау являются статически неопределимыми. Сжимающие усилия воспринимаются двумя перекрещивающимися раскосами, работающими в паре. Это обеспечивает определённый запас прочности и надёжности, поскольку при разрушении одного из раскосов мост сохраняет частичную работоспособность (хотя и с пониженной несущей способностью)[15].

Предварительное напряжение критически важно для работы моста. Раскосы соединяются с узлами посредством шкантов (металлических стержней) и функционируют только при постоянном сжимающем усилии. Поэтому растягивающие усилия, передаваемые на раскосы от временной (подвижной) нагрузки, должны быть меньше предварительного напряжения сжатия[16].

Наибольшие усилия в сферах возникают, когда движущийся груз размещается посередине прогона (автомобиль), или занимает весь прогон (поезд с вагонами). При этом наиболее нагруженными оказываются тяжи и раскосы приопорных панелей[17].

Усилия, возникающие в перекрестных раскосах, зависят от соотношения постоянной (собственный вес моста) и временной (подвижной) нагрузки на единицу длины прогона и от размещения временной нагрузки в поперечном сечении моста. Равномерно распределённая нагрузка (например, вагоны поезда без паровоза) не вызывает усилий в обратных раскосах. Они работают только при расположении подвижной нагрузки на одной половине моста[17].

Обычно такие мосты перекрывают прогоны до 50 м. Температурно-деформационные швы в них не предусматриваются[18].

Пояса фермы[править]

Основными элементами фермы Гау являются пояса (верхний и нижний). Почти всегда они параллельны, однако для больших прогонов есть примеры полигональных. В этом случае конструкция фермы значительно усложняется и она теряет одно из своих преимуществ — простоту изготовления и монтажа. Кроме того, в полигональных фермах невозможно устраивать дополнительные тяжи, поскольку раскосы пересекаются не посередине панелей[19][20].

В балках ферм верхний пояс всегда находится в состоянии сжатия, а нижний — в состоянии растяжения. Параллельные пояса деревянных ферм Гау состоят из нескольких коротких бревен (брусьев) диаметром 25-38 см, соединенных двусторонними металлическими накладками с приваренными шпонками (обычно по три на бревно), которые вставляются во врубки, точно соответствующие размеру шпонок, и крепятся болтами. Аккуратность соединения особенно важна для нижнего пояса, работающего на растяжение: неправильные врубки приводят к продольному сколу древесины и ослаблению соединения. Если сложно обеспечить точность, металлические накладки заменяют деревянными, располагая их сверху и снизу соединения[21]. Стыки отдельных бревен должны быть расположены вразбежку со стыками соседних. В верхнем поясе стыки должны быть ближе к узлам, учитывая устойчивость при продольном сжатии, а в нижнем — посередине панелей, поскольку нижние пояса ослаблены вырезами узловых подушек и подгайковых брусков[22][18][23].

Для обеспечения в поясе совместной работы параллельных бревен их скрепляют болтами с интервалом 1,0-1,2 м по всей длине[10], причем между бревнами вставляют прокладки, чтобы удерживать прозор 2-3 см для более быстрого высыхания древесины после дождя. Горизонтальное пространство между бревнами нижнего пояса (3-5 см) позволяет пропустить вертикальные тяжи[10].

В металлических фермах отдельные элементы поясов равны длине панели. Их выполняют из угловой или швеллерной прокатной стали. В узлах металлические элементы пояса и раскосов соединяют накладками из листовой или уголковой стали с помощью болтов, шплинтов или заклепок[10][21].

Средняя треть нижнего пояса подвергается наибольшим растягивающим усилиям, поэтому её часто усиливают добавлением одного или нескольких бревен, прикрепленных болтами к другим. Дополнительный элемент имеет сечение, равное 1/6 сечения основного нижнего пояса[24].

Раскосы[править]

Схема распределения усилий в элементах фермы от равномерно-распределенной нагрузки.
Толщина линий пропорциональна величине усилия. Красный цвет — растяжение, синий — сжатие.
Неработающие раскосы обозначены пунктиром.
Вертикальные тяжи и раскосы наиболее загружены по краям фермы,
а верхний и нижний пояса — посередине.
Схема распределения усилий в элементах фермы при частичной загрузке.
В третьей и четвертой панелях работают обратные раскосы.

Пояса и раскосы устраиваются из дерева, вертикальные стержни — из металлических тяжей. При постоянной (собственный вес моста) и временной нагрузке, равномерно-распределенной вдоль всего пролета, восходящие (от концов к середине) раскосы сжимаются. При загрузке половины пролета восходящие раскосы, расположенные в свободной от временной нагрузки половине пролета, испытывают сжатие, а в загруженной половине — растяжение. Наиболее сложный случай, если собственный вес фермы невелик и на половину пролета действует временная нагрузка. Тогда растягивающие напряжения в раскосах средних панелей могут оказаться больше, чем сжимающие напряжения от только одной постоянной нагрузки, и раскос будет растянут. Раскос не жестко связан с узлом, он лишь в него упирается и не может работать на растяжение. Вместо раскоса, который должен был бы воспринимать растяжение, начинает работать на сжатие обратный (перекрестный) раскос. В крайних панелях прямые раскосы всегда сжаты, и нет необходимости в обратных раскосах. Если же их ставят, то только для уменьшения свободной длины сжатого прямого раскоса и повышения его устойчивости[25][26].

Фермы Гау в железнодорожных мостах применяют для пролетов до 34 м. Автомобильные мосты могут перекрывать пролеты до 50 метров (при стандартах нагрузок, принятых в нормах 1962 года — СН-200-62)[27]. Высоту фермы принимают 1/5 — 1/7 от длины пролета. Длину панели выбирают с условием, чтобы угол наклона раскосов был 45-65°[28].

Чем выше ферма, тем легче пояса, но при этом увеличивается длина раскосов и тяжей, увеличивается расход материалов на эти элементы. Высота фермы связана также с размером панели. При соблюдении рациональных углов наклона раскосов, при высоких фермах панели получаются слишком большие, что усложняет конструкцию проезжей части. Уменьшение высоты фермы упрощает проезжую часть, но при этом увеличивается прогиб моста. Возможный компромисс в размерах фермы достигается добавлением вертикальных стоек посередине между узлами фермы. Дополнительные стойки, высотой равной половине панели, работают только на местную нагрузку (в пределах данной панели)[29].

Фермы Гау строят из бревен или брусьев. Круглые бревна имеют преимущество при обработке материала на месте работ — это значительно уменьшает количество необходимой рабочей силы. В то же время, в круглых бревнах сложнее вырубать фаски и сопряжения. Из прямоугольных брусьев легче монтировать ферму, и можно выявить дефекты древесины, но они дороже[28].

Вертикальные элементы всегда растянуты, поэтому выполняются из металлических тяжей с гайками на концах. Гайки позволяют подтягивать тяжи и регулировать прогибы фермы в процессе эксплуатации[27].

Фермы Гау строят со строительным подъемом, равным 1/300 длины пролета — для автодорожных мостов, и 1/500 — для железнодорожных[30].

Раскосы удерживаются на месте с помощью узловых подушек, которые упираются в пояса фермы. Усилия на подушки передаются перпендикулярно волокнам древесины подушки, поэтому ее изготавливают из прочных пород дерева[21]. Иногда подушки выполняют из металла[22][31]. Поверхность подушек должна быть строго перпендикулярна торцу раскоса[32][10]. Последние ничем не крепятся к подушкам, только металлические шканты центрируют размещение раскосов.

В центре подушек высверливают отверстия для пропуска тяжей. Каждая подушка имеет с противоположной стороны пояса подгаечный брус, металлическую прокладку и гайку.

Для придания мосту Гау жесткости в поперечном направлении, фермы соединяют бревнами на уровне верхнего и нижнего поясов. Таким образом, образуют еще две плоские полураскосные фермы, и мост приобретает коробчатую форму[33][34].

Тяжи[править]

Деталь крепления раскосов к узловым подушкам
Деталь нижнего узла фермы Гау.
Поперечная балка, сложенная из четырёх брёвен, опирается на узловую подушку.

Вертикальные тяжи стягивают верхний и нижний пояса и делят ферму на панели. Они всегда работают на растяжение[22]. В фермах Гау тяжи железные или стальные[35], круглого сечения[10][31]. Американские рекомендации предусматривают уменьшение сечения тяжей на концах, где нарезана резьба[35]. В советских книгах, наоборот, к концам тяжей предлагали приваривать более толстые стержни, чтобы резьба не ослабляла сечение[31].

Тяжи проходят через центр узловой подушки и между балками поясов[10][18]. Натяжение осуществляется гайками на обоих концах тяжей. Иногда для натяжения используют талрепы. Под гайки или концевые упоры всегда подкладывают шайбы или металлические пластины и подгаечные подушки — для равномерной передачи усилия от тяжей к балкам верхних и нижних поясов[35][10][31].

Раскосы — диагональные балки, передающие усилие между подушками соседних тяжей[22][21]. Они расположены в той же плоскости, что и пояса фермы. Американские нормы требуют, чтобы в прямых (восходящих в направлении к центру) раскосах количество брёвен было на одно меньше, чем в поясах фермы[22]. Например, если нижний пояс фермы сложен из четырёх брёвен, то прямые раскосы должны иметь три бревна[36]. Нечётное количество брёвен в раскосах усложняет их крепление. В советских нормах такого требования не было[37].

Раскосы всегда работают на сжатие, предельный случай — они ненагружены и удерживаются на месте только с помощью штырей. В пределах каждой панели прямые и обратные раскосы могут быть одновременно сжаты, или только один элемент сжат, а другой — ненагружен. Они никогда не бывают одновременно ненагружены[22][21]. Когда на мосту отсутствует временная (подвижная) нагрузка, то усилие сжатия раскосов регулируют натяжением тяжей[38][7][31].

Обратные раскосы обычно выполняют из одного бревна[18]. Это позволяет пропускать их между основными раскосами и соединять их болтами посередине[22]. Такое соединение вдвое уменьшает свободную длину брёвен и значительно повышает их устойчивость[18]. В малых мостах (длиной до 25 м) с шестью или менее панелями обратные раскосы могут отсутствовать. В 8-ми и 10-ти панельных мостах обратные раскосы могут отсутствовать в крайних панелях, а в остальных панелях они должны иметь сечение не менее, чем соответственно, одна четверть и половина сечения прямых раскосов. Однако, если усилие в ферме от подвижной нагрузки более чем вдвое больше усилия от собственного веса, все панели должны иметь обратные раскосы[17][27].

Проезжая часть[править]

Проезжая часть состоит из нескольких конструктивных уровней. Верхний — продольные доски, под ними — поперечные пластины. Пластины опираются на прогоны, идущие вдоль оси моста и размещенные на расстоянии не более одного метра друг от друга[Комм. 6]. Прогоны, в свою очередь, опираются на поперечные балки — обычно комбинированные блоки из четырех соединенных бревен. А поперечные балки опираются на узлы фермы, то есть их количество на одну больше, чем количество панелей. Одно верхнее бревно из поперечных балок делают более длинным, чтобы оно выступало на 1,5—2,0 м за плоскость ферм. На этих выступах-консолях устраивают тротуары. Тротуары выносят за фермы, чтобы уменьшить расчетный пролет поперечных балок и сделать их меньшего размера.

В железнодорожном мосте вместо настила из досок крепятся деревянные шпалы. В этом случае под каждой рельсой должен быть прогон, чтобы избежать изгибающих усилий в шпалах.

Использование мостов системы Гау[править]

Сравнение мостовых систем Гау и Пратта.
Штриховыми линиями показаны металлические тяжи.

Тысячи мостов с фермами Гау были построены для американских железных дорог. Профессор и инженер Horace R. Thayer, делая обзор известных мостовых конструкций (1913), отмечал, что фермы Гау являются лучшими типами деревянных фермовых мостов и наиболее распространенными системами в США на то время[39]. Популярность мостов Гау обусловлена, прежде всего, простотой их возведения. Мосты были очень экономичны, так как материалы были недороги, и строительство не требовало сложного оборудования и высококвалифицированных рабочих. Деревянные элементы могли быть выполнены с использованием самых простых плотницких и столярных строительных инструментов — угольника, стамески, тесла, ручной дрели, пилы, топора[10]. Отдельные элементы и целые панели можно изготавливать в заводских условиях или на строительных площадках и транспортировать к месту строительства моста[40]. Для монтажа элементов моста обычно возводили строительные леса или временный мост на высоких сваях[33].

Кроме того, мосты системы Гау были очень просты в обслуживании. Единственное регулирование заключалось в увеличении натяжения вертикальных тяжей[10]. Напротив, в мостах системы Пратта тяжей вдвое больше (они заменяли все раскосы) и их сложно поддерживать в сбалансированном напряженном состоянии. Именно поэтому Гау предпочитали при строительстве чисто деревянных[10] и переходных деревянно-металлических мостов[7].

Эрик ДеЛоуни, историк, писал[5]:

Ферма Гау, возможно, является наилучшим приближением деревянных мостов к совершенству. В простоте конструирования, скорости возведения и легкости замены элементов она не имеет конкурентов.

Оригинальный текст англ.

The Howe truss may be the closest that wooden-bridge design ever came to perfection. For simplicity of construction, rapidity of erection, and ease of replacing parts, it stands without rival.

Джефф Браун, описывая историю ферм Гау в статье «Фермы Гау: от дерева до железа» (англ. The Howe Truss: From Timber to Iron), сделал очень короткое резюме[41]:

Уильям Гау не изобрел мосты с деревянными фермами. Но он, возможно, сделал их совершенными.

Оригинальный текст англ.

William Howe did not invent the wooden truss bridge. But he may have perfected it.

Мосты Гау были основными сооружениями на железных дорогах США в середине XIX века. Самым большим в США был мост с пролетом 100 м (300 футов), построенный в 1866 году через реку Саскуеханна в Хавр-де-Грас (Мэриленд)[4][Комм. 7].

Система Гау очень быстро стала популярной в Европе. Многие специалисты посещали США, перенимали новые идеи и реализовывали их на железных дорогах Европы и России. Первым мостом в Европе был мост через реку Сульм в Штирии (Австрия), построенный в 1845 году[42]. Архитектор моста — Карл Риттер фон Гега — после визита в США (1842) издал первую в Европе книгу с анализом американских мостовых систем — «О североамериканском мостостроении и расчетах несущей способности мостов системы Гау» (нем. Über Nordamerikanischen Brückenbau Und Berechnung Des Tragungsvermögens Der Howe'schen Brücken)[43]. В книге содержалось подробное описание моста Гау и приведены примеры расчетов отдельных элементов на локальные усилия. Методов расчета ферм на тот момент еще не существовало.

Российская империя[править]

Железнодорожный мост через реку Лебяжью. Новосибирск (1899).
Пролет — 21 м.

В Российской империи первое применение мосты Гау нашли при строительстве Веребьинского моста на железной дороге Санкт-Петербург — Москва (1851). Павел Мельников — автор проекта железной дороги — в 1844 году поручил молодому инженеру Дмитрию Журавскому проверить свойства мостов системы Гау, которые еще были новинкой в России. Результатом теоретических и экспериментальных исследований стала работа «О мостах раскосной системы Гау» (1855). Журавский впервые создал теорию расчета решетчатых ферм, предложил метод определения усилий в отдельных элементах фермы. В частности, расчетами и испытанием модели он доказал, что тяжи у опор нагружены сильнее и должны быть большего диаметра, чем посередине моста. Обычно, из конструктивных соображений, элементы верхнего и нижнего поясов выполнялись с постоянным сечением — так было проще соединять бревна по длине моста. Однако в однопролетных (балочных) мостах только в середине пролета сечение пояса использовалось полностью. Ближе к опорам прочность поясов была избыточной[44].

Американский консультант Уитлер, который наблюдал за проектом железной дороги, не поверил расчетам русского инженера. Тогда Журавский изготовил модель фермы Гау, в которой все тяжи были сделаны из проволоки одинаковой толщины. Нагрузив модель, он проводил смычком скрипки по проводам. Тяжи у опор создавали более высокий звук, чем тяжи у середины моста, следовательно, они были более натянуты. Таким образом, теоретические расчеты были проверены экспериментально[44][Комм. 8].

В предисловии к изданию «О мостах…» Журавский писал[44]:

Исследование балок, что состоят из брусьев, раскошенных и связанных между собой, было сделано в России раньше, чем это было напечатано на английском, немецком или французском языках; произведения американского инженера Лонга и австрийского Гега вообще не давали понятия о распределении напряжений по всем частям составной балки.

Для Веребьинского моста Журавский предложил многопролетную неразрезную балочную схему, что позволяло более рационально использовать материал. Следует отметить, что это единственный задокументированный пример строительства многопролетного неразрезного моста с фермами Гау[44].

В процессе работы над проектом железной дороги были созданы пять групп пролетных строений, длиной от 16,4 до 60,8 м. В современной терминологии это были пять типовых проектов мостов. Результаты своей работы над мостами Журавский опубликовал в монографии «Результат исследования системы Гау, применяемый к мостам Санкт-Петербургско-Московской железной дороги», которая была отмечена Демидовской премией[46].

В Российской империи мосты Гау быстро приобрели популярность. В первые годы больше всего их было построено на Николаевской железной дороге — через Обводный канал, через реки Волхов (5 пролетов по 51 м каждый), Волгу (3х59,6 м), Тверцу (3х59,6 м)[47].

До конца 40-х годов XX века в российской и советской технической литературе такие мосты называли «фермы Гау» или «американские мосты»[48][49][50][51]. Впоследствии они получили название «фермы Гау-Журавского»[52][53] и именно под таким названием они упоминаются в современных технических книгах и украинской нормативной литературе[54]. Впрочем, такой термин был в ходу только в России и Советском Союзе. В западных странах ферма всегда называлась «Гау», в соответствии с патентом, выданным на неё.

Другие известные мосты Гау, построенные в Российской империи и Советском Союзе:

  • В 1915 году в Каунасе, вместо разрушенного наплавного моста через Неман, немецкие войска построили новый мост (нем. Hohenzollernbrücke), в котором фермы Гау с ездой по низу перекрывали три средних пролета. Особенность моста в том, что его крайние панели фермы были полными — с двойными раскосами. В 1930 году мост был заменен на металлический[55];
  • Мост через Днепр в Могилёве на Бобруйском шоссе. Центральный пролет, длиной около 40 м, был перекрыт деревянными фермами Гау с ездой по низу[56];
  • Один из последних больших мостов системы Гау был построен в 1967 году через реку Моша в Архангельской области (езда по низу, пролет 31,5 м)[57].

В Украине мосты Гау не получили распространения. Вместо них строились деревянные мосты других систем[58][Комм. 9].

Австралия[править]

Идея мостов Гау добралась до Австралии позже. Строго по системе Гау были возведены только первые мосты: в 1853 в штате Виктория (мост Кейлор), в 1858 и 1859 годах — в штате Новый Южный Уэльс. Вскоре появились два варианта, приспособленные к австралийским условиям, — фермы Алана и Деа (англ. Allan truss, Dare truss)[59].

Особенности фермы Алана:

  • Все элементы фермы были парные — пояса, раскосы и тяжи; это позволяло заменять отдельные элементы моста, не прекращая движение по нему и без возведения временных опор;
  • обратные раскосы устанавливали только в серединных панелях;
  • узловые подушки изготавливали из металла;
  • почти все последующие мосты были с ездой по низу, с низкими фермами (до 2—3 м), без верхних поперечных связей;
  • нижние диагональные бревна/брусья тоже отсутствовали, вместо них служили поперечные балки под вертикальными тягами;
  • для обеспечения устойчивости фермы (поскольку верхние связи отсутствовали) добавляли косые стойки от верхних поясов ферм до консолей нижних поперечных балок; это делало невозможным устройство тротуаров с внешней стороны ферм;
  • в большинстве мостов прямые раскосы расширялись внизу для большей устойчивости свободных ферм.

Система Деа отличалась от Алана металлическим нижним поясом. Впрочем, она не приобрела популярности в Австралии[59].

Причины таких изменений — экономия древесины. Эвкалипт, который лучше всего подходил для строительства мостов, был важным экспортным материалом. Почти весь он вывозился в Европу для строительства парусников. В целом, во всех провинциях Австралии было построено более 200 мостов системы Гау и ее модификаций. Только одна провинция — Северная Территория — не имела таких мостов, поскольку местные термиты значительно сокращали срок службы деревянных конструкций[59]. Больше всего мостов Гау было в штате Новый Южный Уэльс, который иногда называли «Штат деревянных мостов» (англ. Timber Bridge State)[60].


Сохраненные мосты системы Гау в Австралии

Hampden bridge-wagga.jpg
Williams River NSW.JPG
Tharwa Bridge April 2012.JPG
MungindiBarwonRiver.JPG

Упадок популярности[править]

Век деревянных ферм на железнодорожных мостах был недолгим. Главные причины — увеличение веса поездов и опасность пожара, вызванная искрами из топки паровоза[61][Комм. 10]. Растущая нагрузка от поездов и автотранспорта требовала использования в мостах металлических элементов, а в системе Гау металлические пояса не очень хорошо работали[10]. Система с одинарными раскосными тяжами Томаса Пратта была дешевле, кроме того, в ней легко монтировались подрельсовые металлические подушки, поэтому первые металлические мосты чаще всего строили по этой системе[62][Комм. 11]. Полностью металлические мосты Гау начали строить после 1845 года[7]. Одним из первых был построен 15-метровый мост на железной дороге Boston and Providence Railroad[7][63] и 10-метровый мост через Канал Огайо — Эри в Кливленде[64][65].

Внедрение полностью металлических мостов произошло не сразу. Разрушение моста на железной дороге Erie Railroad (1850) и авария моста через реку Ди (Уэльс) (1847), сопровождавшиеся человеческими жертвами, сформировали сильное общественное недоверие к надежности металлических мостов[66]. Лишь немногие были построены в северо-восточных штатах Америки, большинство же металлических мостов были построены в южных штатах[62]. После окончания Гражданской войны в США металлические мосты начали приобретать популярность и на севере. Наиболее употребимыми были схемы Гау, Пратта, Болмана, Финка и Уоррена[10][Комм. 12]. Среди них преобладали системы Гау и Пратта, поскольку они требовали значительно меньше элементов конструкции, чем их конкуренты[62].

Попытки выполнить фермы Гау из металла иногда заканчивались катастрофами. Авария моста Эштабула 1876 года стала переломным событием в популярности системы Гау на железных дорогах. Амаса Стоун запроектировал и построил железнодорожный мост через реку в Эштабула (Огайо) по уже хорошо испытанной системе Гау, но нижние и верхние пояса выполнил из металлических двутавровых балок. По сути, это был экспериментальный мост, проект которого не был подкреплен никакими расчетами[13][Комм. 13]. При его строительстве отдельные элементы были выполнены неправильно, их вырезали и переустанавливали, а другие элементы деформированы, во время строительства добавляли балки усиления, которые значительно увеличили собственный вес моста. Однако при испытаниях мост вел себя удовлетворительно и был открыт для движения в 1875 году. А через год — в декабре 1876-го — произошла трагедия. Мост не выдержал веса пассажирского поезда с прицепленным дополнительным паровозом для пробивания заснеженной колеи. Все 11 вагонов и основной паровоз упали в реку. Лишь первый поезд смог удержаться на колее. Разрушение моста и пожар унесли жизни 92 человек.


Ashtabula bridge.jpg
Ashtabula Train wreck.jpg
Ashtabula Bridge Disaster postcard.jpg
Мост через Эштабула перед аварией.
Разрушение моста.
Руины города и поезда.

Расследование причин аварии не выявило каких-либо недостатков в фермах моста, однако было очевидно, что ферма Гау хорошо работала с деревом, но не подходила для металлических мостов[Комм. 14]. Дальнейшее развитие структурного анализа и лучшее понимание свойств металлов способствовали появлению новых конструктивных форм, более пригодных для воплощения в железе и стали[4].

Сохраненные деревянные мосты системы Гау[править]

Срок службы мостов Гау 15—20 лет. Мосты, покрытые крышей и обшитые досками для защиты от дождя и снега, служили в несколько раз дольше[8]. Во время Второй мировой войны в Европе и на западных территориях Советского Союза было уничтожено или повреждено большинство деревянных мостов. Поврежденные деревянные фермы Гау временно усиливали металлическими нижними поясами. В обычных условиях использование отремонтированных ферм нецелесообразно, учитывая значительный расход металла и относительно недолгий срок службы пролетного строения. Впоследствии такие мосты заменяли на более капитальные металлические или железобетонные. В послевоенные времена мосты из деревянных ферм Гау почти не строили из-за большого расхода лесоматериалов и металла, а также необходимости монтажа фермы из отдельных элементов на месте[71].

Почти все мосты Гау, сохранившиеся до наших дней, относятся к памятникам истории, многие из них являются туристическими достопримечательностями. За небольшими исключениями, все они накрыты крышей и обшиты досками для защиты от атмосферных осадков. Часть из них были крытыми сразу при строительстве, другие — получили такую защиту позже, чтобы продлить их срок службы или сохранить как памятник архитектуры. В целом, во всем мире осталось 143 крытых мостов (англ. Covered Bridges) системы Гау. Они перекрывают пролеты от 6,1 до 63 м[72]. Мост с наибольшим пролетом — Бриджпорт, расположенный в округе Невада (Калифорния)[73][Комм. 15].

В Европе сохраненных мостов значительно меньше, и почти все они расположены в Швейцарии (12 крытых мостов)[74]. Только один непокрытый крышей мост системы Гау сохранился в Европе — Мост Короля Людовика (нем. König-Ludwig-Brücke, Кемптен, Алльгой, Германия). Обшивание его досками нецелесообразно, поскольку мост с ездой поверху. Это полностью бы закрыло деревянные фермы от человеческого взгляда, и мост потерял бы свою историческую привлекательность. В конце концов, было решено тщательно обработать древесину от гниения и соорудить внешнюю металлическую ферму, чтобы разгрузить деревянные конструкции. Кроме того, дорожное покрытие защищает деревянные фермы от дождя.

В Канаде два непокрытых моста. Первый — трехпролетный мост с ездой по низу через реку Ред-Дир, обслуживавший угольную шахту Atlas Coal Mine в Альберте (Канада), и сейчас находится в аварийном состоянии[75]. Второй мост — Вестгем Айленд вблизи города Делта в Британской Колумбии. Только один пролет из трех основных является деревянным, остальные два пролета — металлические фермы.

В США сохранился только один непокрытый мост Гау — через реку Чикалун (местность Чикалун на Аляске), длиной 38,7 м. Построенный в 1916 году, он служил железной дороге, но в конце 20-х годов был переделан для автомобильного движения. В 1985 году мост заменили железобетонным, а оригинальную деревянную ферму перенесли неподалеку и установили на обочине дороги Чикалун Бранч. Мосту придан статус «общественное достояние», но средств на реставрацию и консервацию не нашлось, и он продолжает понемногу разрушаться[76].

В Австралии фермы Гау были низкими и не перекрывались крышей. Тем не менее, более десятка мостов удалось сохранить в рабочем состоянии до наших дней[59].

Один из последних мостов Гау — крытый пешеходный мост через железную дорогу, построенный в 2003 году в Айленд-Понд (Вермонт). Мост был предварительно собран на строительной площадке и перевезен на место в готовом состоянии[77].

А одним из последних металлических мостов системы Гау является мост через реку Брюнгяде в Якутии, общей длиной 360 м, построенный в 2005 году[78].


Сохраненные мосты системы Гау

König-Ludwig-Brücke Obere Illerbrücken Kempten (Foto Hilarmont).jpg
Bridgeport covered bridge, longest in USA.jpg
Westham island bridge.jpg
Glenn Highway - The Old Chickaloon River Bridge - NARA - 7718623.jpg
Island Pond Pedestrian Bridge.JPG
Мост Короля Людовика (1851).
Пролет — 37,0+54,8+26,6 м.
Мост Бриджпорт (1862).
Пролет — 63 м. Мост усилен деревянными арками.
Вестгем Айленд (1910).
Пролет — 38 м.
Мост Чикалун (1916).
Пролет — 38,7 м.
Пешеходный мост в Айленд-Понд (2003).
Пролет — 34 м.

В массовой культуре[править]

Мост Бускирк в штате Нью-Йорк был выбран местом для съемочной площадки фильма «Скептик»[79].

См. также[править]

Примечания[править]

Комментарии[править]

  1. ↑ Расстояние между осями опор сооружений[1].
  2. ↑ Деревянный брус, соединяющий концы вертикальных и горизонтальных элементов и усиливающий прочность рамных и фахверковых конструкций[1].
  3. ↑ Семья Гау славилась своими инженерными талантами. Его брат Элайас изобрел швейную машину, а другой брат - Тайлер - запатентовал пружинную кровать[8].
  4. ↑ Современные нормы для железнодорожных мостов аналогичного пролёта устанавливают предельные прогибы в 92 мм[11].
  5. ↑ Сын фермера Амаса Стоун не имел никакого профессионального образования. Начав с подсобных работ на строительстве, к 20 годам он приобрёл начальный опыт возведения церквей и вскоре, основав собственную фирму, занялся строительством железных дорог. Отсутствие формального образования в конечном итоге привело к одной из крупнейших железнодорожных катастроф в США[13].
  6. ↑ Расчетное расстояние между опорами моста и продольная балка под досками покрытия моста имеют одинаковое название — «прогон».
  7. ↑ Позже этот мост был заменен на металлический, так же построенный по системе Гау.
  8. ↑ Это не первый пример экспериментальной модели моста. Несколько десятилетий назад, в 1776 году, Иван Кулибин выполнил и успешно испытал модель деревянного арочного моста через Неву[45].
  9. ↑ Хотя в Украине мостов Гау нет, однако они упоминаются в нормативных документах и входят в программу обучения студентов дорожных специальностей вузов[54].
  10. ↑ Один из первых мостов Гау на Николаевской железной дороге — Мстинский Мост — сгорел в 1869 году.
  11. ↑ Впоследствии эта система была улучшена перекрестными тяжами. Она получила название «фермы Линвиля», «Мерфи» или «Виппи»[10].
  12. ↑ Система Уоррена была разработана в 1848 году[67], Болмана — в 1852[68], Финка — в 1854[69].
  13. ↑ В России, начиная с 1851 года, подобные мосты сооружались на основе теоретических расчетов Д. Журавского, а не на основе лишь практического опыта.
  14. ↑ После аварии покончил жизнь самоубийством главный инженер. Амаса Стоун, страдая от чувства вины, отошел от дел, занялся филантропией, но через несколько лет тоже совершил самоубийство[70].
  15. ↑ Второе место по величине пролета занимает деревянный мост системы Лонга — Old Blenheim Bridge в штате Нью-Йорк, который лишь на несколько сантиметров короче.

Источники[править]

  1. ↑ 1,0 1,1 Термінологічний словник-довідник з будівництва та архітектури, 2010, с. 161
  2. ↑ 2,0 2,1 Цыганков, 2007, с. 228
  3. ↑ Гибшман, 1976, с. 128
  4. ↑ 4,0 4,1 4,2 4,3 4,4 4,5 Borwn, Jeff L. (June 2012). «The Howe Truss: From Timber to Iron». Civil Engineering. Проверено 10 вересня 2020. англ.
  5. ↑ 5,0 5,1 5,2 5,3 5,4 5,5 History of a Truss Bridge. Tennessee Department of Transportation. Архивировано из первоисточника 22 жовтня 2020. Проверено 10 вересня 2020. англ.
  6. ↑ A Context For Common Historic Bridge Types (October 2002). Архивировано из первоисточника 6 жовтня 2011. англ.
  7. ↑ 7,0 7,1 7,2 7,3 7,4 Gasparini, Fields, с. 109
  8. ↑ 8,0 8,1 8,2 8,3 8,4 Griggs, Frank Jr. (November 2014). «Springfield Bridge for Western Railroad». Structure. Проверено 19 січня 2016. англ.
  9. ↑ Knoblock, 2012, с. 60
  10. ↑ 10,00 10,01 10,02 10,03 10,04 10,05 10,06 10,07 10,08 10,09 10,10 10,11 10,12 10,13 10,14 10,15 "Bridge Superstructure" at Engineering News, 1879, с. 204
  11. ↑ ДБН В.2.3-14:2006, 2006, с. 14
  12. ↑ 12,0 12,1 Haddad, 2007, с. 3
  13. ↑ 13,0 13,1 Einsturz der Ashtabula River Bridge. Проверено 10 вересня 2020. нем.
  14. ↑ Johnson, 1879, с. 360
  15. ↑ Åkesson, 2008, с. 22
  16. ↑ Åkesson, 2008, с. 24
  17. ↑ 17,0 17,1 17,2 Army Corps of Engineers, 1917, с. 252
  18. ↑ 18,0 18,1 18,2 18,3 18,4 Thayer, 1913, с. 69
  19. ↑ Гибшман, 1976, с. 129—130
  20. ↑ Цыганков, 2007, с. 231
  21. ↑ 21,0 21,1 21,2 21,3 21,4 Гибшман, 1976, с. 136
  22. ↑ 22,0 22,1 22,2 22,3 22,4 22,5 22,6 Army Corps of Engineers, 1917, с. 251
  23. ↑ Гибшман, 1976, с. 134
  24. ↑ Army Corps of Engineers, 1917, с. 253
  25. ↑ Теплицкий, 1937, с. 96-97
  26. ↑ Петропавловский, 1978, с. 59
  27. ↑ 27,0 27,1 27,2 Петропавловский, 1978, с. 61
  28. ↑ 28,0 28,1 Теплицкий, 1937, с. 97
  29. ↑ Петропавловский, 1978, с. 61-62
  30. ↑ Мосты с фермами Гау – Журавского. Архивировано из первоисточника 6 липня 2020. Проверено 3 вересня 2020.рус.
  31. ↑ 31,0 31,1 31,2 31,3 31,4 Гибшман, 1976, с. 137
  32. ↑ Army Corps of Engineers, 1917, с. 251-252
  33. ↑ 33,0 33,1 Army Corps of Engineers, 1917, с. 233
  34. ↑ Гибшман, 1976, с. 143
  35. ↑ 35,0 35,1 35,2 Thayer, 1913, с. 68
  36. ↑ Thayer, 1913, с. 75
  37. ↑ Гибшман, 1976, с. 139
  38. ↑ Åkesson, 2008, с. 21-22
  39. ↑ Thayer, 1913, с. 67
  40. ↑ Åkesson, 2008, с. 21
  41. ↑ The Howe Truss: From Timber to Iron (June 2012). Проверено 7 жовтня 2020. англ.
  42. ↑ Die Holzbrücke über die Sulm (5. Mai 2019). Проверено 10 вересня 2020. нем.
  43. ↑ Carl von Ghega, 1845
  44. ↑ 44,0 44,1 44,2 44,3 Гумилевский Лев Иванович Русские инженеры. Проверено 11 вересня 2020. рус.
  45. ↑ Рославлев, 1925
  46. ↑ Мезенин, 1987
  47. ↑ Мосты в истории России. Проверено 8 вересня 2020. рус.
  48. ↑ Митропольский, 1935, с. 71
  49. ↑ Теплицкий, 1937, с. 96-101
  50. ↑ Гибшман, 1942, с. 185
  51. ↑ Журавский Дмитрий Иванович. Проверено 15 вересня 2020.рус.
  52. ↑ Гибшман, 1976, с. 128-134
  53. ↑ Петропавловский, 1978, с. 59-63
  54. ↑ 54,0 54,1 ДБН В.2.3-14:2006, 2006, с. 202
  55. ↑ Didžiojo tiltas per Nemuną Kaune (iki 1948 m.) (Neišlikęs) // Architektūros ir urbanistikos tyrimų centras лет.
  56. ↑ Сардаров, 2009, с. 138-139
  57. ↑ Русские деревянные мосты. Архивировано из первоисточника 1 лютого 2020. Проверено 31 серпня 2020. рус.
  58. ↑ Дерев’яні та кам’яні мости України – пам’ятки науки і техніки (2014). Проверено 11 вересня 2020.
  59. ↑ 59,0 59,1 59,2 59,3 The history and service of timber Howe truss bridges in Australia (2011). Архивировано из первоисточника 19 січня 2022. Проверено 15 вересня 2020. англ.
  60. ↑ Heritage & Conservation Register. NSW Government-Roads and Traffic Authority. Архивировано из первоисточника 6 квітня 2011. Проверено 15 вересня 2020.
  61. ↑ Почему на железной дороге всё решают мосты. Архивировано из первоисточника 29 жовтня 2020. Проверено 31 серпня 2020. рус.
  62. ↑ 62,0 62,1 62,2 "Bridge Superstructure" at Engineering News, 1879, с. 206
  63. ↑ James, J.G. (1980). «The Evolution of Iron Bridge Trusses to 1850». Transactions of the Newcomen Society 52: 67–101. DOI:10.1179/tns.1980.005. англ.
  64. ↑ Brockmann, 2005, с. 208
  65. ↑ Simmons, David A. (June 1989). «Fall from Grace: Amasa Stone and the Ashtabula Bridge Collapse». Timeline: 34–43. англ.
  66. ↑ Rider Bridge Failure, New York & Erie Railroad 1850 (June 2019). Проверено 28 серпня 2020. англ.
  67. ↑ Kurrer, 2018, с. 73
  68. ↑ Berlow, 1998, с. 196
  69. ↑ Berlow, 1998, с. 210
  70. ↑ A TRAGIC FALL FROM GRACE. Crain's Cleaveland Business (30 вересня 1996). Архивировано из первоисточника 29 січня 2021. Проверено 24 січня 2021. англ.
  71. ↑ Петропавловский, 1978, с. 63
  72. ↑ (April 2005) «Covered Bridge Manual» (US Department of Transportation): 328. Проверено 2 вересня 2020. англ.
  73. ↑ Jackson Donald C. Great American Bridges and Dams. — Wiley, 1988. — P. 268–269. — ISBN 0-471-14385-5. англ.
  74. ↑ «SWISS TIMBER BRIDGES». Проверено 2 вересня 2020. англ.
  75. ↑ Sylvester, Erin Alberta bridge among endangered historic sites 328. Calgary Herald (26 травня 2015). Архивировано из первоисточника 2 квітня 2016. Проверено 2 вересня 2020. англ.
  76. ↑ Glenn Highway - The Old Chickaloon River Bridge. U.S. National Archives. Проверено 10 травня 2021. англ.
  77. ↑ Timber Framing. Архивировано из первоисточника 4 грудня 2004. Проверено 14 вересня 2020. англ.
  78. ↑ Бегун, Сергей Мосты Севера — это серьезная работа (12.11.2012). Архивировано из первоисточника 10 травня 2021. Проверено 10 травня 2021. рус.
  79. ↑ Leon, Matt Cameras start rolling in Buskirk (21 жовтня 2005). Архивировано из первоисточника 10 травня 2021. Проверено 10 травня 2021. англ.

Литература[править]

На английском
На русском
  • Гибшман Е. Е. Деревянные мосты на автомобильных дорогах. — Москва, Ленинград: Наркомхоз РСФСР, 1942. — 408 с. — ISBN 0-385-65844-3.
  • Гибшман Е. Е. Проектирование деревянных мостов. — Москва: «Транспорт», 1976. — 272 с. — ISBN 0-385-65844-3.
  • Теплицкий А. В. Деревянные мосты. — Ленинград: Всесоюзная академия железнодорожного транспорта, 1937. — 172 с.
  • Петропавловский А. А. Проектирование деревянных и железобетонных мостов. — Москва: «Транспорт», 1978. — 360 с.
  • Сардаров А. C. Путетворение. История и культура белорусских дорог. — Минск: Белорусский Дом печати, 2009. — 192 с. — ISBN 978-985-08-1046-5.
  • Рославлев М. И. «Старый Петербург» — «новый Ленинград». — Ленинград: Издательство Академии художеств, 1925. — 59 с.
  • Мезенин Н. А. Лауреаты Демидовских премий Петербургской Академии наук. — Ленинград: Наука. Ленинградское отделение, 1987. — 208 с.
  • Митропольский Н. М. Примеры проектирования мостов на автогужевых дорогах. — Москва: Государственное транспорное издательство, 1935. — 488 с.
  • Цыганков А. В. Проектирование и расчет деревянных автодорожных мостов. — Пермь: Пермский государственный университет, 2007. — 434 с.
На украинском

Ссылки[править]

Руниверсалис

Одним из источников, использованных при создании данной статьи, является статья из википроекта «Руниверсалис» («Руни», руни.рф) под названием «Мосты системы Гау», расположенная по адресу:

—«https://руни.рф/index.php/Мосты_системы_Гау»

Материал указанной статьи полностью или частично использован в Циклопедии по лицензии CC BY-SA.

Всем участникам Руниверсалиса предлагается прочитать «Обращение к участникам Руниверсалиса» основателя Циклопедии и «Почему Циклопедия?».

Источник — http://cyclowiki.org/w/index.php?title=Мосты_системы_Гау&oldid=2327366