Первой в России железной дорогой стала Царскосельская дорога, которая открылась в 1837 году. В 1841 году началось проектирование Петербурго-Московской железной дороги протяжённостью 645 километров. На этой дороге было построено 8 больших и 182 малых и средних моста. Для них понадобились фермы.
Главным консультантом на стройке был американский инженер Джордж Уистлер. Он предложил строить мосты с помощью ферм системы инженера Гау. В них использовались деревянные пояса и подкосы, а затяжки делались из железа. При этом толщина подкосов и затяжек была одинаковой.
Молодой русский инженер Дмитрий Журавский обратил внимание, что нагрузка на затяжки и подкосы возрастает ближе к опорам, и предложил делать элементы фермы разной толщины в зависимости от их расположения. Существует красивая легенда о том, как Журавский наглядно доказал верность своих расчётов. Он сделал деревянную модель моста, а в качестве металлических затяжек использовал струны. Затем он нагрузил модель и провёл по струнам смычком. Разные струны издавали звуки разной высоты, что доказывало их неравномерное натяжение.
По проекту Журавского был построен Веребьинский мост через реку Веребья в Новгородской области, один из крупнейших мостов Петербурго-Московской железной дороги. Он состоял из семи каменных арочных пролётов и девяти пролётов по 50 метров, перекрытых фермами Гау – Журавского. Опоры моста были деревянными, на каменном основании. Расстояние от воды до низа моста составляло 53 метра, что равносильно высоте 16-этажного дома. Представьте, сколько камня понадобилось бы для строительства арочного каменного моста такой высоты!
В то время как в России или США ферменные мосты строили из доступного дерева, в Англии делали ставку на железо. В 1850 году британский инженер, строитель паровозов и железных дорог Роберт Стефенсон возвёл мост Британия через Менайский пролив.
Обычные балки, даже в виде фермы, при небольшой высоте сечения были недостаточно жёсткими и прочными на изгиб. Из-за этого на железнодорожных мостах часто случались аварии и катастрофы с человеческими жертвами. Как в таком случае можно обеспечить бóльшую прочность?
Проведём эксперимент. Возьмём деревянную или пластиковую линейку и расположим её между двумя опорами, например книгами. Когда мы нажимаем на линейку, она легко гнётся. Однако, если мы поставим линейку на ребро, согнуть её не удастся. Получается, чем больше высота сечения балки, тем она прочнее на изгиб.
Стефенсон учёл это и запроектировал пролёты моста в виде прямоугольных чугунных труб длиной 140 метров и высотой 9 метров. Такая конструкция называется коробчатой фермой. Поезд при этом шёл прямо внутри трубы!
Стефенсон не только придумал хитроумную конструкцию моста, но и разработал новаторский способ установки ферм.
1. Пролёты моста строили на берегу. Это было удобнее, чем вести строительство на большой высоте над водой.
2. Затем собранные пролёты закатывали на баржи и доставляли на нужное место.
3. Для установки ферм использовались специально сделанные в опорах пазы. В них устанавливали домкраты (специальные устройства для подъёма тяжестей), с помощью которых фермы поднимали на нужную высоту и закрепляли на месте.
Помимо балочных, существуют и арочные фермы. В 1884 году французский инженер Гюстав Эйфель (чуть позже он прославится на весь мир своей работой над Эйфелевой башней) построил на юге Франции железнодорожный мост Гараби через реку Трюйер.
Река эта не широка, но протекает в глубоком ущелье. Естественно, железная дорога не могла спускаться к ущелью, а должна была идти почти прямо, с небольшими уклонами. По этой причине пришлось соорудить мост длиной более полукилометра и рекордной высотой 124 метра над водой (примерно как 40-этажный дом). Кроме того, в ущелье часто дули сильные ветры, поэтому конструкцию надо было сделать устойчивой к ветровой нагрузке.
Эйфель предложил проект моста в виде стальной арочной фермы, через которую мог свободно проходить ветер. Арка имела рекордный для того времени пролёт 165 метров.
Как построить самую большую арку в мире на самой большой высоте? Обычно арки строили с помощью лесов-кружал (см. главу «Акведук Пон-дю-Гар»). Но строить леса высотой в 40 этажей – крайне непрактично!
Эйфель придумал оригинальный способ решить эту проблему – он сделал арку навесной. Она строилась с обеих сторон одновременно, без лесов. Готовые части арки поддерживались тросами, закреплёнными на двух ближайших опорах моста.
Самой длинной железной дорогой в мире до сих пор является Транссибирская магистраль в России. Она была построена более ста лет назад, на рубеже XIX и XX веков. Её протяжённость от Москвы до Владивостока составляет 9288 километров. Строительство этой дороги велось в тяжёлых условиях, потому что строителям приходилось преодолевать густые леса тайги и великие сибирские реки.
