Подобно многим европейским мостам, Каменный мост был обитаемым и стал одним из центров городской жизни. Чего только там не находилось: и жилые палаты, и таможня, и кабак, и даже тюрьма! К опорам были пристроены мельницы. Со стороны Замоскворечья мост защищала настоящая боевая башня. Каменный мост просуществовал до середины XIX века, когда его заменили металлическим. Современный мост был возведён в 1930-х годах и по-прежнему называется Большим Каменным, хотя построен из стали и железобетона.
Веками арочные мосты строили из камня или кирпича, реже из дерева. Но промышленная революция, начавшаяся в Западной Европе в XVIII веке, привнесла в строительство новые материалы – чугун и сталь.
Английский город Колбрукдейл в конце XVIII века стал крупным центром угольной промышленности. Однако места добычи полезного ископаемого находились на одном берегу реки Северн, а жители – на другом. Нужен был мост. Поначалу строители собирались сооружать его по классической технологии, из камня. Однако местному металлургу Абрахаму Дарби III пришла в голову оригинальная мысль: раз уж Колбрукдейл специализируется на выплавке чугуна и он тут дёшев, значит, и мост надо строить из этого материала!
Так в 1781 году появился Айронбридж (что в переводе с английского и означает «чугунный мост»). Пролёт его составлял всего 30,5 метра. Тем не менее этот мост произвёл настоящую революцию в мире инженерии: после его постройки чугун и железо стали всё чаще использоваться в строительстве мостов, зданий и башен. В 1796 году в английском городе Сандерленд из чугуна был построен Вермутский мост, который установил мировой рекорд длины пролёта – 72 метра.
XIX век стал эпохой чугуна и железа. Новые материалы предоставили возможность строить ферменные, консольные, висячие и вантовые мосты, о которых мы поговорим в следующих главах.
1. Каждая из 482 деталей моста изготавливалась на заводе в полукилометре от стройплощадки. Сперва делали полноразмерную модель детали из дерева.
2. Эта модель «вдавливалась» в смесь глины и песка, создавая контрформу, в которую затем заливали расплавленный чугун. После его застывания деталь была готова. Такой способ производства называется литьём.
3. Готовые детали доставлялись на место строительство на баржах. Строители соединяли детали между собой не болтами или сваркой, а традиционным способом из деревянного строительства: концы деталей вставлялись в пазы и фиксировались с помощью чугунных клиньев.
Римские инженеры разрабатывали не только арочные, но и балочные конструкции. Они обнаружили, что можно уменьшить изгиб балки, если расположить под ней другие балки вертикально или по диагонали. Такая конструкция обладала большой жёсткостью и получила название ферма (от латинского «firmus» – жёсткий). В основном римляне использовали фермы для строительства перекрытий, но порой создавали с их помощью и мосты. Например, мост Траяна через Дунай состоял из арочных деревянных ферм пролётом 35 метров.
В эпоху Возрождения фермы вновь стали популярны. В XVI веке знаменитый итальянский архитектор Андреа Палладио разработал основные типы балочных и арочных ферм, которые используются до сих пор. Один из построенных им ферменных мостов сохранился в итальянском городе Бассано-дель-Граппа.
Однако подлинное возрождение ферменных конструкций произошло в XIX веке. В это время началось активное строительство железных дорог, для которых требовались длинные и прочные мосты. Поначалу их строили из камня в виде арок, но это было дорого и долго. И тогда инженеры обратились к фермам.
Проведём эксперимент. Соединим две длинные планки конструктора в одну более длинную. В месте соединения наша балка сейчас легко изгибается. Теперь разберём этот узел и прикрепим к нему третью планку, но покороче, чтобы получилась своего рода буква Т с короткой ножкой и длинной перекладиной.
К одному концу перекладины привяжем верёвку или нитку, пропустим её через конец ножки и закрепим на другом конце перекладины. У нас должна получиться конструкция, чем-то похожая на лук со стрелой.
Теперь изогнуть перекладину в направлении ножки не получится. В нашей простой ферме изгибающее усилие в перекладине, которая называется поясом, превращается в усилие сжатия в ножке (она называется стойкой). В свою очередь, стойка оказывает растягивающее усилие на верёвку (она называется затяжкой).
Ферма – это конструкция, во всех элементах которой возникают только усилия растяжения и сжатия. Из главы про балки мы узнали, что изгиб не позволяет увеличить пролет. Если же мы избежим изгиба, превратив его в растяжение и сжатие, то сможем спокойно построить балочные мосты большого пролёта.
