Невидимый конфликт

Оксанович Людмил

В 1820 г. француз Навье полностью исследовал поведение прямой балки при изгибе и на основе всех известных в то время теоретических и экспериментальных данных вывел общие уравнения равновесия упругого твердого тела. Круг замкнулся — теперь налицо были все фундаментальные знания, которые положили начало развитию новой науки, которая называется «сопротивление материалов».

Закон Гука, формула Юнга и общие уравнения Навье — вот основа сопромата. Сопротивление материалов — это единственная наука, которая почти век назад взялась ответить на издавна волнующий человека вопрос: «Упадет или не упадет?» Это наука, позволяющая «предсказать», какими должны быть размеры конструктивных элементов, чтобы

обеспечивалась достаточная несущая способность и приемлемые деформации при минимальном расходе материала. В сущности, эта наука дала пищу для воображения крупнейшим математикам минувшего столетия, подвинув математику на несколько шагов вперед. Сопромат (вернее его «благородный» спутник — теория упругости) стал проблемным импульсом для Лагранжа, Коши, Адамара, Грийна, Ламе, Лейбница, Гаусса и многих других математиков прошлого. А в наши дни многочисленные отрасли строительной механики являются своеобразным «банком» идей для некоторых направлений современной математики.

«ПОЛОЖЕНИЕ ОТНЮДЬ НЕ КАТАСТРОФИЧЕСКОЕ …»

Но вернемся опять в прошлое, точнее — в недалекое прошлое. Во второй половине дня 29 августа 1907 г. разразилась одна из самых драматичных в истории техники и единственная в своем роде строительная катастрофа. Действие происходит в Канаде, в 14 км юго-западнее Квебека.

Двумя годами раньше в этом месте началось строительство одного из крупнейших мостов нашего времени. При общей длине около 1 км мощная стальная конструкция моста несла «на своих плечах» два железнодорожных пути, две трамвайные линии, два шоссейных полотна и два тротуара. Мост строился по проекту железнодорожной компании, финансировавшей строительство. Разработка рабочих чертежей и монтаж стальных конструкций были возложены на одну фирму, а устройство оснований и опор — на другую. Все контракты были уже заключены, когда по совету главного консультанта, американского инженера Купера, центральный пролет моста был увеличен с 488 до 549 м. Благодаря этому уменьшалась глубина заложения фундаментов и стоимость опор, а пролет становился рекордным.

О величине сооружения красноречиво говорит даже то, что у береговых опор высота конструкции достигала 96 м, а диаметр соединительных болтов равнялся 60 см! Оригинальность технологии возведения огромного центрального пролета состояла в следующем: сначала от обоих берегов навстречу одна другой монтировались мощные фермы-консоли, а затем на них водружалась 195-метровая центральная ферма, которая в готовом виде доставлялась по реке на баржах. При таком методе монтажа две консольные части соединялись в общую систему без промежуточных опор, преодолевая широкое русло реки.

Летом 1907 г. южная половина моста была уже готова; усиленно монтировалась консоль центрального пролета. На фермах находилось два крана: один массой 1100 т, а другой — 250 т. Однако в начале августа рабочие заметили, что стальные листы, из которых состоял наиболее мощный (сжатый) нижний пояс, обнаруживают признаки потери прочности. По этому поводу между строительной и финансирующей фирмами завязалась переписка. Возникли взаимные претензии монтажной организации и завода—изготовителя стальных конструкций.

За девять дней до катастрофы инспектор железнодорожной компании установил наличие сильного изгиба еще в трех панелях постепенно наращиваемой консольной части, но на его предупреждение не обратили достаточно серьезного внимания. На состоявшемся 27 августа совещании положение

было охарактеризовано как «серьезное, но не угрожающее». В тот же день крановщик получил распоряжение выдвинуть вперед еще одну секцию и ускорить монтаж. Строительный сезон и без того приближался к концу, и никому не хотелось прекращать его преждевременно. Однако все же было принято решение сообщить о странном положении главному консультанту.

Инженер Купер был одной из ведущих фигур в мостостроении тех лет. Специалист с многолетним опытом практической деятельности и безупречной международной репутацией, он владел всеми тонкостями своей профессии, и его советы воспринимались как закон. Однако, будучи в преклонном возрасте, он постоянно болел и за все время строительства ни разу не посетил объект.

На следующий день среди рабочих началось брожение, но, несмотря ни на что, работа продолжалась. 29 августа пришла долгожданная телеграмма из Нью-Йорка. «Положение отнюдь не катастрофическое», — бодро извещала она.

На следующий день, за четверть часа до окончания рабочего дня, произошла одна из самых крупных катастроф в истории техники. С громоподобным треском рухнули девять тысяч тонн стальных конструкций вместе с кранами и рабочими: за считанные секунды огромный мост превратился в кучу жалких обломков. Из 86 человек, работавших в это время на мосту, в живых остались лишь 11. Большая часть обломков погрузилась на глубину до 42 м. Чтобы очистить речное дно, понадобилось два года напряженного труда.

Для выяснения всех обстоятельств катастрофы была назначена правительственная комиссия. Мы не будем распространяться ни о работе комиссии, ни о причинах столь грандиозной катастрофы. Как обычно в таких случаях, причин было значительно больше, чем одна или две. Заслуживает внимания другое — этому мосту не «везло» с самого начала. Его злоключения не кончились описанными событиями. Девятью годами позже при не менее драматических обстоятельствах и на глазах у гораздо большего числа очевидцев с ним произошла новая катастрофа. После этого мост на р. Св. Лаврентия близ Квебека стал беспрецедентным случаем строительных катастроф в истории техники.

Но вернемся к теме нашего разговора. Человечество еще не имело опыта в строительстве столь масштабных сооружений, Инженерно-теоретический аппарат того времени хотя и стал значительно сильнее, чем во времена Навье и Кулона, все же был еще не совсем полным и содержал существенные пробелы, которые зачастую оказывались решающими.

Вообще говоря, конструкторское мышление всегда развивалось быстрее, чем инженерно-теоретический аппарат. Строительная механика рождена строительной практикой, и чтобы она могла разработать теоретический аппарат для расчета объекта, последний должен быть уже построен. Как теоретическая наука прямой практической ориентации, она черпает жизненные соки из нужд конструктивных идей и реализованных объектов строительства. Например, никогда бы не появилась теория тонкостенных пространственных конструкций, если бы не были созданы пионерные образцы, убедительно доказывающие свою конструктивную и технико-экономическую целесообразность.

К сожалению, в недалеком прошлом (и даже в наши дни) строительная механика не успевала угнаться за смелыми поисками практиков. Часто конструкторы почти вслепую работали на «территории», которую предстояло завоевать лишь в будущем. При таком положении вещей только аварии и катастрофы были основными индикаторами пробелов в инженерных знаниях. Однако мы вовсе не оправдываем грубых ошибок, допущенных на «освоенной земле». Мы хотим лишь подчеркнуть тесную связь и взаимозависимость между теорией и практикой, которая в строительстве проявляется значительно более отчетливо, чем в других инженерных специальностях.