Висячие мосты

Прототипами современных металлических висячих мостов являются известные уже в глубокой древности индусам, американцам и китайцам веревочные. Через ущелье, горный поток или овраг перекидывалось две или несколько толстых веревок, иногда просто лиан; пространство между ними застилалось или закладывалось досками, и мост был готов. Иногда протягивался еще один свободный канат, чтобы служить поручнем. Существенное отличие наших мостов от только что описанных, не говоря о разнице в совершенстве конструкции, заключается в способе прикрепления к канатам или цепям, проходной или прозжей части (полотна). Она не помещается более непосредственно на канатах, а прикрепляется к ним особыми прутьями, благодаря чему полотно может быть вполне горизонтально или иметь лишь желаемую кривизну, не зависящую от кривизны цепей или канатов. Мостовое полотно обыкновенно помещается под цепью, хотя есть несколько примеров с обратным расположением, причем вытянутые подвесные прутья заменяются сжатыми стойками. Висячие фермы (см. это сл.) могут быть сделаны или из металлических полос, соответственно соединенных шарнирами и образующих цепь, или из полос, а также проволок, обращенных в канат. Отсюда разделение В. мостов на цепные и канатные. Цепи или канаты поднимаются от точек, где они закреплены на берегах реки или оврага на высокие опорные быки, устроенные обыкновенно в виде башен, и образуют одну или несколько бухт, смотря по числу промежуточных опор.

В висячих мостах материал (железо, сталь) работает сообразно своим лучшим свойствам: подвергается вытягивающим усилиям; центр тяжести сооружения расположен ниже точек привеса, откуда устойчивость фермы; сборка ферм может быть произведена без подмостей или при помощи подмостей легкой конструкции; висячие фермы представляются вполне пригодными для перекрытия больших пролетов, глубоких долин, оврагов или рек, в которых устройство промежуточных опор или было бы невозможно, или обошлось бы крайне дорого. В настоящее время наибольший пролет в цепных мостах — 114 саж. (мост в Питсбурге, черт. 13), а из числа проволочных — 243,5 саж. (Бруклинский — в Нью-Йорке, черт. 14).

ВИСЯЧИЕ МОСТЫ

1, 2 и 3. Звенья цепи. 4. Связка и болт. 5. Серьга. 6. Сопряжение прутьев с цепью в мостах малых пролетов. 7. Сопряжение прутьев с цепью в Пантелеймоновском мосту в С.-Петербурге. 8. Деталь канатного моста. 9. Опорная тележка для цепей. 10. Устой. 11. Деталь Николаевского цепного моста через реку Днепр в Киеве. 12. Полупролет цепного моста через реку Великую в Острове. 13. Цепной мост в Питсбурге. 14. Проволочно-канатный мост через East-River в Нью-Йорке.

Но висячие фермы требуют высоких опор, весьма прочного закрепления удерживающих цепей в каменных устоях, достаточно массивных, чтобы сопротивляться опрокидыванию и скольжению. При сильном ветре или даже при энергичном движении по висячим мостам они легко деформируются, колеблются. Последнее обстоятельство было причиною тому, что фермы этого типа не получили широкого применения на железных дорогах.

Если б цепь была подвержена нагрузке, равномерно распределенной по длине цепи, то она приняла бы вид так называемой цепной линии. Если же нагрузка распределена равномерно по горизонтальной проекции цепи (напр., вес мостового полотна), то, если бы цепь не имела веса, — она расположилась бы по дуге параболы. При совместном действии собственного веса цепи и нагрузки, равномерно распределенной по мостовому полотну, цепь располагается по кривой, мало отличающейся от параболы, и тем менее, чем положе цепь и чем она легче по сравнению с грузом мостового полотна. На этом основании в висячих мостах с гибкою цепью и недостаточно жестким мостовым полотном цепь и под влиянием равномерно распределенной сплошной нагрузки принимает форму параболы; нагрузка не сплошная, но симметричная относительно середины провеса, вызывает изменение вида этой кривой, увеличивая или уменьшая стрелу провеса. При несимметричной, т. е. односторонней нагрузке, происходит не только повышение или понижение, но и горизонтальное перемещение наиболее пониженной точки цепи.

Для уничтожения или уменьшения этих колебаний устраиваются те или другие приспособления с целью обеспечения известной жесткости. По роду этих приспособлений следует отличать фермы, в которых имеется:

а) жесткое мостовое полотно, что достигается взаимным соединением всех поперечин между собою продольными брусьями или решетчатыми фермами или независимым прикреплением полотна к наклонным вантам, перекинутым через опоры и прикрепленным к удерживающей цепи;

б) жесткая подвесная цепь, состоящая из двух отдельных ветвей (поясов), соединенных между собою раскосами; причем оба пояса могут быть равноотстоящие и гибкие или же один из них, жесткий, располагается по направлению хорд, а другой, гибкий, по направлению параболы; в последнем случае обе половины цепи соединяются помощью шарнира;

в) жесткое мостовое полотно и жесткая подвесная цепь;

г) раскосное (неизменяемое) соединение цепи с прогоном, причем между смежными привесными прутьями помещаются одиночные или взаимно пересекающиеся раскосы при сохранении цепи гибкою или же цепь составляется из непрерывного жесткого склепанного пояса с такими же прогоном, раскосами и стойками, имея шарнирные соединения смежных полуферм на опорах и в пониженной точке;

д) сложная висячая ферма, состоящая из соединения висячей и обыкновенной балочной фермы; в этом случае часть нагрузки принимается висячей фермой, а остальная часть — балочной фермой.

Общее расположение висячих мостов зависит от числа пролетов. Если имеется в виду перекрыть отверстие одним только пролетом, тогда применяется цельная висячая ферма. При двух пролетах пользуются двумя полуфермами с высокою промежуточной опорой. При трех и более пролетах — средние пролеты перекрываются цельными фермами, а крайние — полуфермами.

Пологость цепи делается от ¹/₁₈ до ¹/₁₀; угол наклонения, составляемый касательной к подвесной цепи у опор с горизонталью, изменяется в пределах от 17° до 21°; наиболее же выгодный угол наклонения для удерживающей цепи — 46°. В пониженной точке цепь касается иногда мостового полотна, что увеличивает жесткость моста. С целью увеличения жесткости относительно боковых качаний расстояние между подвесными цепями делается у опор шире, чем посередине пролета, а так как ширина мостового полотна сохраняется постоянной по всей длине моста, то привесные прутья принимают наклонное направление. При двух фермах достигается равномерное распределение нагрузки на каждую из цепей, причем для уменьшения размеров поперечин и ширины устоев тротуары устраиваются иногда на весу. Последнее расположение очень выгодно и может быть допущено в мостах небольших пролетов. При более деятельном размере движения, требующем значительной ширины проезжей части, пользуются тремя, четырьмя или пятью фермами (Пантелеймоновский мост в Петербурге близ Летнего сада), усиливая иногда поперечные балки шпренгелями. Тротуары помещают между цепями или с внешней стороны. Если каждая ферма имеет более одной цепи, то они располагаются или одна возле другой, или одна над другой, причем подвесные прутья прикрепляются поочередно к той или к другой цепи или паре цепей.

Цепи состоят из звеньев. В ширину их может быть одно или несколько; в последнем случае они располагаются одно возле другого и по концам соединяются болтами, продетыми сквозь проушины. Каждая такая отдельная часть цепи называется связкою. Звено состоит из железной полосы, представляющей по концам уширение, с проушинами для болтов, и имеет в поперечном сечении форму круглую (черт. 1) или прямоугольную (черт. 2); иногда же имеет продолговатое кольцеобразное очертание (черт. 3). Толщина звеньев изменяется от ³/₄ до 1¹/₄ дюйм. при полосовом железе и даже до 1⁷/₈ дюйм. в случае брускового железа; ширина же их не превосходит 8 дюйм. Число звеньев в связках бывает не более 12. Длина звеньев определяется расстоянием между поперечинами моста вследствие того, что подвесные прутья, поддерживающие поперечные балки, прикрепляются к цепям в соединениях связок. Для увеличения жесткости фермы следует делать звенья по возможности длиннее, что достигается помещением нескольких цепей и расположением звеньев в перевязку. В существующих мостах крайний предел длины звеньев — 18 футов, наиболее употребительная длина от 7 до 12 футов. Болты, соединяющие связки, имеют с одного конца головку, а на другом навинчивается гайка (черт. 4) или закладывается чека. К тому же болту прикрепляется посредством серьги прут, к которому подвешена поперечная балка. Серьги имеют вид проушины (черт. 5) и располагаются между звеньями или по концам болта. Для мостов с малыми пролетами употребляют сопряжение прутьев с цепью, показанное на черт. 6. (Египетский мост) или на черт. 7. (Пантелеймоновский мост, построенный Треттером в 1824 г.) — оба в С.-Петербурге.

Канаты для висячих мостов употребляются или обвязные, или проволочные (кабели). Обвязные канаты состоят из тонких полос прокатного железа, связанных железными или чугунными коробками. Проволочные канаты (кабели) состоят или из проволок толщиною от 3 до 5 млн., сложенных параллельно и стянутых местами обвязными отожженными проволоками, навитыми в нагретом состоянии, или же из проволочных прядок, расположенных спиралью около средней прямой прядки, причем каждая прядка в отдельности состоит из спирального тонкого каната. Канат Бруклинского моста, толщиной в 400 миллим., имеет 19 параллельных прядок, которые, в свою очередь, также составлены из параллельно сложенных 331 стальных проволок; как каждая прядка, так и канат обвязаны по всей длине проволокой в 4,3 мм толщины. Проволочный витой канат на 10% слабее каната с параллельными прядками. Проволоки стараются делать цельными, не сращенными: в Ниагарском мосту длина отдельных проволок доходила до 273,8 саж.; каждая такая проволока была вытянута из бруска длиною 4,57 метр., площадью в 11 кв. сант., весом в 63,42 килогр.

Подвесные прутья надеваются на канат помощью особых вилок или муфт. Сопряжение подвесок с поперечинами делается в висячих мостах очень разнообразными способами. Один из простейших показан на черт. 8. В большинстве петербургских цепных мостов подвески поддерживают не поперечину, а продольную, поставленную на ребро, железную полосу, на которую ставятся деревянные поперечины.

При переходе через опоры цепи лежат на чугунных коробках или на катках. Первое расположение имеет то неудобство, что ввиду значительного трения происходит неодинаковая натянутость подвесной и удерживающей цепей, подвергающая опору изгибу. Более выгодно проведение цепи по каткам, соединенным общей рамой и помещенным на чугунной доске (черт. 9); часто катки не имеют поступательного движения, а вращаются в неподвижных подшипниках. Вместо тележки употребляют иногда двойной сектор или еще иное устройство. Проволочные канаты пропускаются через опоры на катках или прикрепляются к качающемуся сектору помощью железной обоймы и шарнира.

Закрепление цепей может быть сделано при малых пролетах — непосредственно в грунте, а при более значительных — в каменном массиве. Устои эти должны быть, вообще, таких размеров, чтобы могли сопротивляться как вертикальному поднятию, так и горизонтальному сдвигу. Для увеличения сопротивления перемещению по горизонтальному направлению прибегают к различным искусственным мерам. Удерживающая цепь продолжается в устое (в массиве) по прямому направлению (черт. 10), или цепь принимает ломаное направление, или, наконец, она огибает устой внутри. Иногда удерживающие цепи взаимно соединяются, чем достигается одинаковость натянутости обеих цепей. Собственно закрепление цепи или каната состоит в том, что в нижней части вертикального или наклонного колодца помещается чугунная доска, опирающаяся на края колодца, и сквозь эту доску пропускаются звенья удерживающей цепи, закладываемые чекой.

Опоры, через вершины которых проходят цепи, бывают каменные, металлические, а иногда и деревянные. Металлические употребляются только при малых пролетах. Цепи помещаются или на отдельных столбах, выведенных на общем основании, причем столбы соединяются иногда арками, или же каждый столб выводится на отдельном основании, как в Ниагарском мосту. В Бруклинском мосту опора представляет общий массив с двумя сводчатыми пролетами; на крайние стенки опираются крайние кабели, а на среднюю — два средних кабеля. Наиболее замечательные из русских мостов находятся в Киеве и Острове.

Николаевский мост через реку Днепр в Киеве имеет четыре пролета по 440 фут. каждый, два полупролета по 220 фут. и добавочный незначительный пролет, перекрытый поворотным мостом, открываемым для прохода судов во время высоких вод. Ширина мостового полотна 52¹/₂ фут. Из них 33²/₃ назначены для проезжей части, а остальные 18⁵/₆ для размещения цепей и тротуаров. На каждом из пяти быков сложено по две кирпичные опоры, соединенные арками. На опоры поставлены коробки, через которые проведены цепи из железных звеньев. Ребра полотна состоят из шпренгельных и решетчатых балок, привешенных к цепи железными прутьями. Полотно дощатое из двух рядов досок. Основанием промежуточных опор служит бетонный массив, заложенный прямо на грунте в огражденной перемычками котловине; глубина котловины доходит до 18 фут. Основание же устоев, в которых закреплены цепи, устроено из свай, перекрытых слоем бетона. Перемычки состоят из одного, двух и трех рядов четырехкантовых свай, промежутки между которыми заполнены тщательно перемешанной смесью из глины, навоза и щебня. Ложе реки в пределах моста укреплено фашинными тюфяками. Столбы опор, перекрытые сводом, имеют выше свода сплошную кладку, возвышающуюся на 38 ф. над полотном моста. На этой высоте положено два ряда гранитных камней, на которые опираются железные коробки, назначенные для провода цепей. Коробки прикреплены к кладке длинными 2¹/₂-дюймовыми болтами, пропущенными во всю вышину опоры; в каждом столбе помещено 14 болтов.

Всего имеется четыре цепи, по две с каждой стороны. Расстояние между крайними точками цепи равно 424 футам при стреле кривизны в 29¹/₄ фут. Каждая связка состоит из 8 звеньев длиною 12 фут., сечением 10¹/₄ х 1 дюйм; толщина болта, на который надеты звенья, — 5 дюймов. Проушины звеньев в двух цепях, поддерживающих одну сторону места, размещены в перевязку, так что проушины связки одной цепи приходятся против середины связки другой цепи (черт. 11). Общий вес цепей с болтами, гайками, клиньями и засовами 98000 пуд. Число привесных прутьев 672: из них по 238 в каждом пролете и по 60 в полупролетах; из числа последних прутьев 48 находятся выше пола, а 12 — ниже. Вес прутьев с гайками 3850 пуд. Ввиду значительной ширины моста поперечные балки одни решетчатые, а другие шпренгельные. Для увеличения жесткости моста поперечины связаны фермой Гау, одна половина которой находится над полотном, другая же половина под ним. Ферма прикрепляется к поперечинам двумя парами схваток, врубленных в раскосы и поперечины. Длина панели в решетке равняется удвоенному расстоянию между поперечинами, причем стяжные болты фермы пропущены сквозь поперечины. Так как поперечины через одну приходятся против середины панели фермы, то они встречают пересечение раскосов, а потому в этом месте на них надета чугунная коробка с гнездами для раскосов. Ферма поставлена в промежутке между парными цепями. Мост построен в 1853 г. Весьма замечательная модель его находится в музее института инженеров путей сообщения.

Мост через реку Великую в городе Острове состоит из двух отдельных пролетов, построенных через два рукава реки Великой; величина каждого из пролетов 43⁵/₇ саж. (черт. 12). Ввиду прямого направления удерживающей цепи массивы, в которых закреплены цепи, заложены отдельно от основания поддерживающих опор. Эти последние выведены на общем основании, заложенном на плите, на глубине 4³/₄ фута ниже межени. Вся высота сплошной части опор 22³/₄ фута, а высота столбов поддерживающих цепи — 32¹/₄ фута. Столбы не связаны аркой и имеют в основании 10,5х8 фут., а в вершине 8⁵/₁₂х6⁵/₂₄. Опоры выведены из отборной плиты и облицованы булыжным камнем. Три нижних и три верхних ряда отдельных столбов сделаны из гранита. Мостовое полотно привешено к четырем цепям, расположенным в два яруса по обеим сторонам моста; стрела кривизны 26 фут. 11 дюйм., что составляет ¹/₁₁ долю пролета. Каждая цепь состоит из шести полос толщиною ³/₄ дюйма и шириною 5 дюймов. Ширина мостового полотна между перилами 21¹/₆ фута; а между предохранительными брусьями — 8 фут. Расстояние между центрами сечения цепей — 24 фут. Мостовое полотно состоит из двойного дощатого пола толщиною 2¹/₂ дюйма, настланного на поперечинах длиною 25,5 фут., сечения 8,5х12,5 дюймов. Для уменьшения вертикальной качки перила заменены фермой Гау высотою 7 фут., нижний пояс которой помещен непосредственно под поперечинами. Мост построен в 1853 г.

Из висячих мостов, построенных вне России, в Европе, заслуживают внимания: мост через Дунай между Пештом и Офеном, м. через Молдаву в Праге, м. через Мур в Граце, цепной мост через Менэйский пролив у Вангора, Гаммисмитский и Гунгерфорский мосты через Темзу, проволочный мост через Шаранту в Рошфоре, м. через Дордонь в Кюбзаке, м. через Саану в Фрейбурге, знаменитый своим крушением мост через Виллэну в Ла-Рош-Бернар и проч. Все эти мосты предназначены для обыкновенного движения. Первый мост, приспособленный к пропуску железнодорожных поездов, был построен в Америке в 1851-1855 гг. Это проволочно-канатный мост через Ниагару. Пролет его 117,7 саж. Он имеет четыре каната, расположенные попарно, один над другим. Каждый канат, 10 дюймов в диаметре, составлен из семи прядок по 526 проволок толщиной в 3,4 мм. К обоим парным канатам подвешена пролетная часть балочной системы с решетчатыми фермами; по верхнему ярусу этой трубы расположена железная, а по нижнему обыкновенная дорога. Второй железнодорожный висячий мост, уже цепной, построен Шнирхом (1859-1860) через канал р. Дуная около Вены; величина пролета 39,2 саж. После осмотра его в 1884 г. пришлось его перестроить. В настоящее время он заменен новым, арочной системы. Наконец, третий висячий мост, приспособленный к железнодорожному движению, был построен также в Америке в 1876-1885 гг. Это знаменитый мост, соединяющий Нью-Йорк с Бруклином. Он имеет три пролета (см. черт. 14): средний в 243,5 саж. и крайние в 136,1 саж. Полотно на 36,6 метра выше высоких вод, так что мачтовые суда свободно проходят под ним. Быки поднимаются над водой на 82,7 м. Мост имеет 4 каната в 400 мм толщины. Поезда пропускаются без паровоза, а при помощи бесконечной цепи и постоянной паровой машины. Америка в деле устройства висячих мостов стоит вообще далеко впереди Европы. В числе других очень замечателен висячий мост в Питсбурге через р. Моногагелу, изображенный на черт. 13.

Литература: Л. Николаи, "Мосты" (с атласом в 69 листов чертежей, СПб., 1890); Усов, "Строительное искусство", часть II. "Построение мостов" (СПб., 1859); Navier. "Rapport et mémoire sur les ponts suspendus" (Париж, 1823); Traitteur. "Description des ponts en chaîne exécutés à St.-Pétersbourg etc. en 1824" (СПб., 1825); v. Mitis, "Die Sophienbrucke" (Вена, 1830); v. Gerstner, "Handbuch der Mechanik" (т. I, Прага, 1832); v. Wiebeking, "Mémoire sur les ponts suspendus construits en Angleterre et en Russie" (Мюнхен, 1835); Clark, "An account of the Suspension Bridge across the River Danube" (Лондон, 1853); Langer, "Die bogenformigen Brücken" (Вена, 1859); Malte. "Sammlung eisernen Brücken constructionen" (Штутгарт, l860); Fanta, "Die erste Kettenbrücke für den Locomolivbetrieb" (Вена, 18ßl); Rohling, "Long and shortspan Railway Bridges" (Нью-Иорк, 1869); Heinzerling, "Die Brücken in Eisen" (Лейпциг, 1870); Ritter, "Elementare Theorie und Berechnung der Dach und Brücken-Construction" (Ганновер, 1870); Bauernfeind, Dohlemann und Frauenholz, "Vorlegeblätter zur Brückenbaukünde" (1872); Becker, "Der Brückenbau" (Штутгардт, 1873); Jodl, "Strassen und Brückenbau" (Берлин, 1873); Heinzerling, "Berechnung der Brücken" (Лейпциг, 1874); Rziha Franz, "Eisenbahn-Unter-und Oberbau" (т. II, Вена, 1877); Steiner, "Brückenbausen von Nordamerica" (Вена, 1878); Schäffer und Sonne, "Der Brückenbau" (Лейпциг, 1882) и мн. др.

В. Е. Тимонов.