Развитие строительной техники

Рассматриваемый период характеризуется крупными достижениями в области строительной техники. Развитие машинно-фабричного производства и в первую очередь таких отраслей капиталистического хозяйства, как металлургия, машиностроение, текстильная и химическая промышленность, открыло широкий простор для прогресса техники промышленного строительства. Большое влияние на строительную технику оказал бурный рост железнодорожного транспорта, превратившегося во второй половине XIX в. в одно из ведущих средств сухопутного сообщения. С развитием железнодорожного транспорта, а также со строительством новых каналов возросли требования к мостостроению, прокладке тоннелей, различным гидротехническим сооружениям. Интенсификация морских и речных перевозок, вызванная появлением в начале XIX в. парового флота, обусловила реконструкцию старых и строительство новых портов и доков.

На строительную технику второй половины XVIII-XIX вв. большое влияние оказало также городское строительство. Развитие и утверждение капитализма в большинстве экономически развитых европейских стран и США сопровождалось расширением и созданием новых городов. Развертывается широкое строительство принадлежащих буржуазии и аристократии дворцов, особняков, а также крупных административных зданий.

За период со второй половины XVIII до 70-х годов XIX в. в строительстве был сделан гигантский качественный и количественный скачок, оно превратилось в крупнейшую отрасль капиталистической промышленности. Многие выдающиеся достижения строительной техники XIX в. неразрывно связаны с формированием строительной науки, опирающейся на фундаментальные и прикладные исследования в области механики, сопротивления материалов, математики, физики и ряда других наук.

Промышленное строителъство. Одной из первых отраслей, повлиявших на развитие техники строительства в конце XVIII - начале XIX в., была текстильная промышленность. В это время в Англии были уже построены достаточно крупные фабрики с числом рабочих от 150 до 600 человек. Представление о зданиях машинных фабрик дает оставленное Даниэлем Дефо описание шелкопрядильни Джона Ломба, построенной еще в 1717 г. Кирпичное сооружение длиной 166 м и высотой в 6 этажей насчитывало 460 окон и производило впечатление огромной военной казармы. В России первым капитально построенным производственным предприятием текстильной промышленности была пущенная в 1714 г. недалеко от Москвы полотняная фабрика.

Фабрики с машинами Аркрайта, работавшими на водяном двигателе, могли быть построены только у плотин на реках с сильным и быстрым течением. Стали необходимы более прочные, чем в примитивных деревянных мельничных запрудах, плотины и гидротехнические сооружения, а также способы укрепления откосов и предотвращения фильтрации воды под основанием плотины. В 70-х годах XVIII в. К. Д. Фролов соорудил подпорную плотину длиной 128 м и высотой в 15,5 м для обслуживания системы водяных двигателей.

Принципиально новые решения потребовались от строительного дела в связи с введением паровой энергетики [2]. Для парового котла с давлением, достигшем к началу XIX в. 6 ат, с почти круглосуточно работающей топкой потребовалось отдельное помещение, кубатура которого в 27 раз превышала объем котла. Огнестойкие кирпичные стены и каменный пол, дымовая труба не ниже 20 м, обеспечивающая хорошую тягу в топке, стали непременными атрибутами такого помещения [3].

Собственно двигательная часть паровой машины, мощность которой вскоре возросла до 20 л. с., нуждалась в фундаменте, выдерживающем статистическую нагрузку в 700 кгс на каждую единицу мощности и динамическую нагрузку от вращения трехтонного маховика со скоростью 25 об/мин. Одним из первых предприятий, перешедших с водяного двигателя на паровой, была прядильня Аркрайта.

Мощные паровые двигатели потребовали устройства разветвленной ременно-шкивной трансмиссии, работающей при скорости вала не более 60 об/мин и движении ремня не ниже 1 м/сек. Такая трансмиссия вызывала динамическую нагрузку на подшипники, а тем самым и на несущие их стены и балки. Представление о размерах этой трансмиссии дает рисунок ткацкого зала, приведенный в книге Юра «Философия фабрики» (1835 г.), где ременно-шкивный привод обслуживает 40 станков [2].

Не меньшим требованиям должны были удовлетворять производственные помещения для рабочих машин и других отраслей промышленности, превратившихся, по выражению К. Маркса, в инструмент «циклопических размеров» (Mapкс К., Энгельс Ф. Соч.. т. 23, с. 397). Упоминавшийся ранее паровой молот, созданный в 1839 г. Джеймсом Несмитом, представлял собой, по словам К. Маркса, гигантское воспроизведение ручной кувалды, для которой требовалась огромная наковальня, укрепленная на мощном фундаменте.

Транспортное строительство. Под влиянием развития капиталистического производства произошли большие качественные сдвиги в технике строительного дела. Запросы транспорта обусловили проведение ряда важнейших строительных работ. Среди них необходимо отметить сооружение в 1755 г. англичанином Джоном Смитоном Эдистонского маяка и прокладку затем его соотечественником Джеймсом Бриндли судоходного канала. Это потребовало применения гидравлических, твердеющих в воде вяжущих материалов.

В России строительство каналов началось с прокладки в 1719 г. каменного фарватера в Финском заливе от Кронштадта к Петербургу и с возведения вскоре после этого А. И. Толбухиным маяка на острове Котлин.

Серьезное внимание уделяли мостостроению. При этом стремились увеличить длину пролетов мостов, которые при каменных арках не превышали 60 м, а при деревянных фермах 105 м. В 1776 г. Лондонское Королевское общество объявило Международный конкурс на 274-метровый мост, который «состоял бы из одной дуги или сводов без свай и опирался иы своими концами только на берега реки» [4, с. 230]. Сооруженный в 1738 г. Большой лондонский мост через Темзу, которая имеет здесь ширину 283 м, потребовал 9 арок.

В ответ на этот конкурс русский механик И. П. Кулибин разработал в 1777 г. проект 299-метрового арочного деревянного многораскосного моста через Неву, 30-метровая модель которого была успешно испытана в присутствии российского академика Леонарда Эйлера.

С развитием железнодорожного транспорта требования к мостостроению еще более возросли. Там, где раньше передвигались на небольших скоростях (до 5 км/ч), главным образом четырехконные повозки с грузом до 3 т, предстояло двигаться тяжелым поездам (весившим не менее 140 т) со скоростью в 8 раз больше. К первым сооружениям, удовлетворяющим этим требованиям, относится возведенный в 1848 г. Робертом Стефенсоном металлический трубчатый мост через Менейский пролив.

Сооружение железнодорожных мостов в России было связано с постройкой в 1851 г. дороги из Петербурга в Москву. Все строительные работы осуществлялись под руководством ргаженера Д. И. Журавского.

Новые строительные материалы. Применение в строительстве сооружений из кирпича и тесаного камня на так называемом древнеримском кладочном растворе из воздушной извести навело Смитона на мысль использовать известняки с содержанием более 6 % глинистых примесей, считавшихся ранее непригодными. Эта твердеющая во влажной среде известь, получившая название гидравлической, повысила активность вяжущего вещества (прочность его на сжатие) с 5 до 50 кгс/см². Но изготовленный на ней бетон давал прочность все же не более 32 кгс/см² [5, с. 188]. В нашей стране гидравлическая известь была введена в употребление в 1821-1822 гг. и впервые применена при строительстве моста через р. Нарву.

Продолжавший изыскания Смитона его соотечественник Джеймс Паркер в 1796 г. обнаружил, что обожженные известняки с содержанием более 20% глинистых примесей при помоле после обжига дают вяжущее, которое, начав твердеть на воздухе, потом может продолжать этот процесс и под водой. Затем он перешел к изготовлению вяжущего из искусственной смеси чистого известняка и 23-30% глины. Названное изобретателем римским цементом (романцементом), это вяжущее достигло активности 100 кгс/см² и, следовательно, повысило, прочность бетона до 66 кгс/см². Год спустя сырье для производства естественного романцемента обнаружил на берегах Волхова работавший тогда в Главном управлении путей сообщения французский инженер Б. П. Клапейрон.

В 1823 г. англичанин Джозеф Аспдин, повысив температуру обжига до спекания (1450° С) и доведя тонкость помола до преобладания в порошке зерен размером 30 мкм и ниже, получил цемент активностью выше 200 кгс/см², дающий при твердении в воде большую прочность, чем на воздухе. Это позволило изготовлять бетон, обеспечивший прочность 180 кгс/см². Увеличение впоследствии тонкости помола (зерна мельче 20 мкм), позволило удвоить активность цемента. В том же году начальник Московской военно-строительной команды Е. Г. Челиев, не зная о работах Аспдина, изготовил отечественный искусственный цемент, более совершенный, чем вяжущие Паркера, и близкий к современному роман-цементу. Наряду с романцементом в практике строительного дела большое значение приобрел также так называемый портландцемент (от города. Портленд в Великобритании), состоящий главным образом из силикатов кальция. Производство портландцемента в России началось с организации в 1863 г. в Петроковской губернии (ныне Польская Народная Республика) завода И. И. Цехановского.

Из-за недостатка поддающегося теске камня, а также квалифицированных каменщиков строители вспомнили о римском бетоне, подробное описание состава и изготовления которого было найдено в сочинениях Л. Б. Альберти «Десять книг о зодчестве» [6, с. 79] и А. Палладио «Четыре книги об архитектуре» [7, с. 22]. Производство бетона описал французский инженер Б. Белидор. Он подробно рассмотрел технологию изготовления бетона, применявшеюся при сооружении мола в Тулоне в 1748 г. Это был бетон «жирного» состава с соотношением цемента, песка и щебня 1: 0,5: 0,5 на известково-пуццолановом растворе [1; 13].

Широкое применение цементного бетона в России началось с постройки в Петербурге в 1848 г. завода Роше, организовавшего производство романцемента. Цементный бетон применялся также в Москве и особенно в Кронштадте. Стремление повысить качество бетона определило основные направления развития производства этого важного строительного материала. Необходимость получить из гетерогенной смеси гомогенную массу потребовала интенсивного ее перемешивания. Во времена Белидора известково-песчаный раствор перемешивали лопатами со щебнем в течение целого часа. Ту же роль играло ручное трамбование. Уплотненный бетон был на 30% прочнее не подвергшегося этой операции. Производство бетона было механизировано благодаря изобретенной в 1856 г. англичанином Ж. Джеффри бетонной мешалке, сократившей процесс его получения с 15 до 3 мин. В результате производительность повысилась с 1 до 5 м³ бетона в час, а расход рабочей силы на 1 м³ смеси снизился с 11 до 5,5 чел/ч.

Широкое употребление гидравлических вяжущих, твердеющих в отличие от воздушной извести и гипса не вследствие высыхания, а, наоборот, благодаря непременному сохранению влажности, вызвали интерес к природе твердения этого вида у строителей и химиков, которые внесли в технологию много технических новшеств и изобретений.

На развитие строительной техники большое влияние в рассматриваемый период оказали достижения в области черной металлургии. Высокая прочность на сжатие у чугуна (не менее 70000 кгс/см²) по сравнению с естественным камнем (не более 2200 кгс/см²), кирпичом (150 кгс/см²) и бетоном (200 кгс/см²) явилась причиной использования его с середины XVIII в. в качестве не только материала для декоративных решеток, как это было раньше, но и в качестве конструкционного материала [8]. Чугун применяли для изготовления металлических деталей и конструкций, работающих преимущественно на сжатие. Из него отливали колонны и сооружали арочные конструкции. Наиболее ранней и значительной из них был возведенный в 1777-1779 гг. англичанами Рейнольдсом и Дерби мост через р. Северн около Кольбрукделя. Если предел пролетности чугунной балки, работающей на изгиб, не превышал 7 м, то в этой арке пролет достиг 30 м.

В России начало широкому применению чугуна в строительстве было положено постройкой в 1806 г. 22-метрового моста в Петербурге через р. Мойку, а шедевром явился сооруженный в 1848-1850 гг. С. В. Кербедзом Николаевский мост через Неву (теперь мост лейтенанта Шмидта) с пролетом 47 м.

К числу оригинальных металлических сооружений, выполненных из чугуна и железа, относится конструкция купола Исаакиевского собора в Петербурге, построенного по проекту архитектора А. А. Монферрана в 1818-1858 гг. Желая создать более долговечный, легкий и дешевый купол, он предложил коническую и сферическую часть покрытия диаметром 22,15 м, имеющую общие опоры в основании, изготовить из 24 чугунных ребер. Ребра располагались в конической и сферической части покрытия и были составлены из двутавровых отдельных косяков, соединенных между собой болтами. Для поддержания наружного медного золоченого купола автор предусмотрел 48 криволинейных железных ребер, соединенных с конической частью покрытия железными стержнями и образующих треугольные системы. Сооружение купола было завершено в 1842 г.

Развитие производства пудлингового железа и процесса сортовой прокатки создали благоприятные условия для распространения металла в строительстве. Хорошо работающее на растяжение пудлинговое железо составило основу принципиально новых (висячих) конструкций. Одной из первых таких конструкций был сооруженный в 1822-1826 гг. в Англии мост через р. Меней, имевший пролет 165 м.

В нашей стране применение висячих конструкций началось со строительства в 1824 г. инженерами В. К. Треттером и В. А. Христиановичем Пантелеймоновского цепного 43-метрового моста через р. Фонтанку. В 1879 г. инженер Струве построил в Петербурге «Литейный мост», формы которого были сходны с чугунным Николаевским мостом.

Более высокий, чем у камня и кирпича, объемный вес железа (7,85 вместо 2,8 и 1,8) подсказал строителям идею использовать разработанные задолго до этого в деревянных сооружениях стержневые конструкции. Но слабое сопротивление тонких стержней продольному изгибу, которое выявилось в раскосах начавших строиться (с 1829г.) железобетонных мостов (где выполненные из полосового металла раскосы безупречно работали на растяжение, но при сжатии выпучивались), стимулировало замену плоских профилей фасонными (тавровыми и уголковыми), длинных элементов - короткими, решетчатых композиций - висячими.

Рациональность сложного профиля стержней обосновал англичанин И. Ходкинсон в статье «Теоретические и экспериментальные исследования по определению прочности и наилучшей формы железных балок» (1830). В 1840 г. он установил, что для предотвращения продольного изгиба отношение толщины стержня к его длине не должно превышать 1: 15. Его соотечественник В. Фейрберн, показав опытным путем, что сварочное железо работает на растяжение на 25% лучше, чем на сжатие, выявил преимущества висячих конструкций из этого материала.

В 1849 г. К. Кульман (Германия) показал, что для придания конструкции устойчивости ее необходимо снабдить специально фермой жесткости, р

Испытания сварочного железа на растяжение, предпринятые англичанином Тельфордом перед сооружением Менейского моста, позволили установить, что этот материал при растягивающем усилии, равном половине его предела прочности, перестает «подчиняться» закону пропорциональности Гука и становится текучим. Изобретенный в 1829 г. французом Понселе графический способ выражения результатов испытания (диаграмма растяжения) дал возможность установить чрезвычайно важное для практики отношение предела текучести к пределу прочности, получившее название «коэффициента использования». Было выяснено, что сталь по сравнению со сварочным железом имеет более высокий коэффициент использования, что стимулировало ее возросшее проникновение в строительство. Изобретение новых способов изготовления стали (бессемеровского и мартеновского) привело к распространению стальных конструкций в строительстве.

В России применение стали в качестве строительного материала было связано с начатой в 1866 г. Н. А. Белелюбским заменой деревянных мостов на Николаевской железной дороге.

После того, как немецкие инженеры В. и Ф. Сименсы в 1858 г. сконструировали регенеративную газовую отражательную стекольную печь, обеспечивающую температуру до 1400° С, резко изменилась роль в строительстве стекла. Большое значение имела здесь замена при изготовлении листового стекла старого, так называемого богемского способа простого выдувания «халяв» французским методом, состоявшим в удлинении стеклянного пузыря при его раскачивании. В результате была открыта возможность производства листов длиной до 2 м, и стекло широко распространилось в строительстве. В 1851 г. на Международной Лондонской выставке демонстрировался сооруженный англичанином Д. Пэкстоном «Хрустальный дворец», металлический каркас которого был одет 81 тыс. м2 листового стекла.

В нашей стране аналогичное сооружение появилось в 1870 г. в результате перестройки бывшего Соляного городка для 14-й мануфактурной выставки в Петербурге.

Изменения конструктивных форм зданий и сооружений. Трансформация строительных сооружений началась с развития стержневых конструкций в металле [9, с. 222]. Ведущая роль принадлежала здесь мостовым фермам, где начали воспроизводить разработанные ранее для дерева многораскосную систему Кулибина - Тауна (1776 и 1820 гг.) и перекрестную - Палладио - Лонга (1570 и 1830 гг.). В 1839 г. Гау создал деревянно-металлическую конструкцию подобного типа. В 1840 г. его соотечественник Уиппл выполнил из металла всю схему Гау, целесообразно распределив элементы между двумя модификациями железа: в сжатых частях - чугуном, в растянутых - сварочным металлом. В 1845 г. американец Уоррен установил, что жесткость может быть обеспечена простым сочетанием одних треугольников, образуемых сходящимися раскосами и отрезками обоих горизонтальных поясов. Таким образом вошла в употребление треугольная решетка, оказавшаяся наиболее выгодной по затратам материала и положенная в основу стержневых металлических конструкций.

Замена толстых деревянных стержней (7,5X30 см в фермах Тауна и 22,5X22,5 см в фермах Гау) плоскими железными (3,5X17,5 см) обнаружила непригодность последних для сжатых элементов конструкции. Началась разработка сложных жестких профилей. Уже в 1824 г. англичанин Т. Тредгольд предложил двутавровое сечение. Учитывая разницу сопротивления чугуна сжатию и растяжению, его соотечественник Ходкинсон в 1849 г. стал уширять нижнюю растягиваемую полку. Но переход к сварочному железу, достаточно хорошо работающему на сжатие и растяжение, послужил в 1850 г. основанием Брюнелю (Англия) установить сохранившийся до сих пор профиль с равными полками.

Стержневая металлическая конструкция получила широкое применение с 50-х годов для сооружения железных арочных мостов. Одним из первых таких решений был построенный в 1855 г. в Париже инженером Одри Аркольский мост. Затем стержневые элементы стали употреблять в опорах мостов и эстакадах железных дорог. Эстакады состояли из нескольких ярусов с перекрестными раскосами в каждом. Примером наиболее смелой для того времени конструкции может служить открытый для движения в 1857 г. Крумлинский виадук (США).

Максимальный для начала XIX в. 66-метровый пролет мостовой балочной фермы требовал для перекрытия широких рек сооружения дорого стоивших опорных быков, расход на которые, например в 300-метровых мостах, поглощал до 40% общих затрат. Это вызвало уже тогда интерес к арочным и висячим конструкциям.

Д. И. Журавский в 1844 г. при помощи модели со звучащими под действием смычка струнами открыл, что усилия в стойках и раскосах фермы Гау возрастают от середины пролета к опорам, а в поясах - в противоположном направлении.

Дмитрий Иванович Журавский (1821-1891 гг.)

Высокое сопротивление сварочного железа растяжению широко использовалось в якорных цепях и затяжках каменных арок. Идея подвешивания мостового строения к достаточно прочной нити, работавшей по принципу «гирлянды», была известна давно. Замена каната из растительных волокон кованой железной цепью позволила строителям Индии довести в середине XVIII столетия пролет до 180 м. Но это были пешеходные мосты.

Первый железный мост для гужевого транспорта пролетом в 81 м был сооружен в Северной Америке в 1809 г. через р. Меррилук. В 1818-1826 гг. англичанин Тельфорд построил 117-метровый мост через р. Мереей [9, с. 104, 108, 125].

Для цепной конструкции такая величина оказалась предельной. Преодолеть этот барьер дал возможность железо-проволочный канат, широкое распространение которого стало возможным благодаря крупным сдвигам в металлургии и металлообработке. Проволочный трос при том: же диаметре, что и круглое железо цепи, уступая ему на Vs в прочности, тем не менее имел втрое меньший вес. Переход от цепи к проволочному тросу, начало которому положила постройка в 1832 г. моста в Сюлли, дал работавшему в США немецкому инженеру Реблингу возможность перекрыть в 1870-1883 гг. в Бруклине пролет в 485 м.

Наиболее крупной висячей металлической конструкцией был возведенный в 1847 г. 143-метровый мост в Киеве. Сооружение висячих мостов позволило подойти к решению проблемы пролета, однако первые мосты обнаружили большую подверженность волновым колебаниям под действием гравитационных и ветровых динамических нагрузок. Когда же колебания вступали в резонанс с собственными вибрациями конструкции, нередко происходили катастрофы. Сенсационным было обрушение в 1850 г. 120-метрового кабельного моста в Анжере, случившееся во время сильного ветра с дождем при прохождении по мосту воинской части.

Исаакиевский собор в Ленинграде. Архитектор А. А. Монферран. 1818-1858 гг

Изучая опыт сооружения первых висячих мостов, француз Л. М. Навье в 1823 г. разработал основы теории расчета их конструкций, доложив результаты своих исследований во Французской академии наук.

Опыт усиления в 1840 г. проезжей части висячего моста в Монтерозе (Италия) мощной балкой подсказал идею борьбы с зыбкостью этих сооружений. Если в появлении новых стержневых конструкций решающую роль сыграла замена шарнира жестким узлом, то в развитии арочных решений можно отметить обратный процесс. Шарнир кардинально преобразовал эту конструкцию.

Доставшаяся металлической арке в наследство от ее каменной и деревянной предшественниц бесшарнирная форма, т. е. решение с укрепленными пятами, обнаружила в эксплуатации ряд существенных недостатков. Она оказалась неудобной, во-первых, из-за малой пологости, требовавшей сооружения длинных подъездных эстакад; во-вторых, из-за сильного увеличения распора ввиду расширения элементов под действием повышения температуры воздуха; в-третьих, из-за большого расхода материала, и, наконец, из-за статической неопределимости. Для расчета опорных реакций арки приходилось вычислять шесть неизвестных составляющих, в то время как статика дает для определения реакций опор только три уравнения.

Конструкция купола Исаакиевского собора

Французский исследователь Ж. А. Бресс в 1854 г., работая над расчетом бесшарнирной арки, установил, что переход к двум жестким элементам, соединенным в середине пролета шарниром, устраняет неопределимость расчета и уменьшает влияние температуры на напряжение материала сечений. Продолжая свои работы, он нашел, что арка с двумя шарнирами в пятах, в 6 раз менее деформируется под действием температуры и что при дуге более 60 град этим действием при расчетах можно пренебречь. Наконец, австриец Э. Винклер в 1872 г. установил, что самой совершенной является трехшарнирная конструкция, вполне статически определимая, свободная от вредных действий температурных деформаций, наиболее экономная по расходу материала и обеспечивающая максимальную пологость.

Экспериментальное изучение разрушения каменных арок привело француза Купле еще в 1730 г. к выводу, что они представляют собой кинематическую цепь с пятью односторонне раскрывающимися шарнирами: двумя в пятах, двумя в четвертях образованной аркой дуги и одним в замке конструкции. Продолжая эти исследования, его соотечественник Ш. О. Кулон в 1773 г. установил, что для запирания шарниров линия, соединяющая центры тяжести клиньев, которую он назвал линией давления, должна проходить внутри сечения, не выходя из него ни вверх, ни вниз. Л. М. Навье в 1825 г. выяснил, что одного кинематического подхода для расчета равновесия арки недостаточно, так как в ней может разрушаться камень на концах клиньев и разрываться раствор в швах. Поэтому он признал, что шарниры расположены не на верхней и нижней границе сечений, а в пределах их средней трети, которую его продолжатели назвали ядром сечения.

Трудность учета упругих свойств конструкции в целом в связи с наличием в каменных арках швов, заполненных слабым раствором, заставляла инженеров воздерживаться от точного расчета и страховать себя от опасности катастроф большими запасами прочности. Но развитие строительства сплошных бетонных и стержневых металлических мостов резко изменило положение вещей.

Л. М. Навье положил начало совершенно новому представлению об арке как об упругом кривом брусе. Он исходил из гипотезы академика Л. Эйлера (1744 г.), что при изгибе первоначально искривленного бруса изгибающий момент пропорционален приращению кривизны. Навье вывел уравнение, позволившее решать статически неопределимые задачи изгиба кривого бруса. Таким образом он рассчитал двухшарнирную арку, а его продолжатель Бресс (1851 г.) - бесшарнирную.

Применение заклепочного шва позволило достичь необходимой жесткости узлов, и стойки, до того выполнявшие лишь опорную функцию, стали испытывать также на изгиб. Это решение, получившее название рамы, дало возможность уменьшать конструктивную мощность самого перекрытия и увеличивать перекрываемый пролет [3, с. 1879].

Основу его составило сделанное французом Ф. Мариоттом еще в XVII в. открытие, что балка, заделанная обоими концами в опорах, выдерживает в середине вдвое большую предельную нагрузку, чем такая же балка, свободно лежащая на опорах. Его соотечественник Клозе в 50-х годах XIX в. рассчитал, что балка, склепанная из котельного железа, при заделке концов в опоры требует при одинаковых пролете, нагрузке и качестве почти в два раза меньше материала.

Одним из рекордных применений рамы было построенное французом Г. Эйфелем для Международной выставки 1867 г. в Париже перекрытие «Галереи машин», а в России - сооруженный в 1857-1866 гг. С. В. Кербедзом городской мост в Варшаве.

Механизация строительного дела. Механизация производства, охватившая различные отрасли промышленности, преобразовала и весь комплекс строительных процессов.

С 1836 г. в земляных работах стали применять сконструированный американцем Отисом паровой экскаватор с ковшом емкостью 1,5 м³ и производительностью до 49 м3/ч, которая при ручной работе не превышала 0,5 м3/ч.

В 1848 г. изобретатель парового молота англичанин Дж. Несмит использовал его как свайный копер, позволивший увеличить вес бабы с 0,6 до 3 т, а число ударов с 30 до 100 в минуту. С 1862 г. старинный кран-укосина стал приводиться в действие паровой машиной - в результате его грузоподъемность возросла до 1 т.

В 1839 г. англичанин Г. Модели изобрел делавшую в минуту до 30 отверстий дыропробивную машину, которую стали применять при сооружении металлических мостов. Вручную рабочий мог просверлить за минуту максимум 2 отверстия. В 1850 г. англичанин Фейрберн приспособил для установки заклепок паровой молот, значительно повысивший производительность труда.

К 70-м годам XIX в. относится изобретение англичанином Колладоном пневматического перфоратора, работающего от парового компрессора и приспособленного для уплотнения бетона. Перфоратор заменил пять ручных трамбовщиков.

В России механизация строительных работ была связана главным образом с железнодорожным строительством. В 40-х годах на прокладке Николаевской (ныне Октябрьской) железной дороге были применены паровые экскаваторы и копры. В конце 50-х годов русский военный инженер К. И. Константинов независимо от Джеффри усовершенствовал бетономешалку.

ИЗМЕНЕНИЯ В ВОЕННОЙ ТЕХНИКЕ

С развитием капитализма неизмеримо возросла роль вооруженных сил как главного и решающего средства для достижения политических целей. «В применении к войнам, - указывал В. И. Ленин, - основное положение диалектики... состоит в том, что «война есть просто продолжение политики другими» (именно насильственными) «средствами» (Ленин В. И. Полн. собр. соч., т. 26, с. 224).

К. Маркс и Ф. Энгельс, давшие материалистическое объяснение истории, впервые показали, что развитие военного дела определяется не только деятельностью полководцев, а главным образом политикой господствующих классов. Вопросы развития военной техники в период становления и утверждения капитализма в Европе получили отражение в ряде произведений К. Маркса и Ф. Энгельса, написанных в условиях ожесточенной борьбы с буржуазной военной историографией.

В статьях «Армия», «Пехота» и других, написанных Ф. Энгельсом для «Новой американской энциклопедии», впервые дано материалистическое освещение теоретических и практических вопросов военной истории, показана зависимость развития военной техники и военного искусства от роста производительных сил, развития общественных отношений и крупных революционных потрясений общества. Эти положения сформулированы Ф. Энгельсом в виде закона: «...вся организация армий и применяемый ими способ ведения боя, а вместе с этим победы и поражения, оказываются зависящими от материальных, т. е. экономических, условий: от человеческого материала и от оружия, следовательно - от качества и количества населения и от техники» (Маркс К., Энгельс Ф. Соч., т. 20, с. 175).

Огромный интерес представляют историко-технические исследования Ф. Энгельса, среди которых «История винтовки» занимает особое место. Эта работа, написанная Ф. Энгельсом в виде серии статей в период с конца октября 1860 г. - первой половины января 1861 г., была опубликована в английском журнале «The Volunteer Journal, for Lancashire and Cheshire» (1860 и 1861 гг.) и в сборнике «Essays Addressed to Volunteers» (1861 г.) (Маркс К., Энгельс Ф. Соч., т. 15, с. 201-234).

В условиях капитализма повысилось значение экономического факт, ра и участие народных масс в войне. До XIX в. войны имели сравнительно узкую экономическую базу и велись обычно немногочисленными профессиональными армиями. Впоследствии войны потребовали больших экономических затрат воюющих сторон, в длительную борьбу были втянуты огромные массы народа.

История развития капитализма связана с вооруженными конфликтами и войнами, среди которых в первую очередь следует отметить захватнические войны государств и коалиций государств за гегемонию (например, семилетняя война 1756-1763 гг.) или войны колониальные за порабощение народов Азии, Африки, Америки и Океании.

Утверждение капитализма в передовых странах Европы сопровождалось наращиванием и совершенствованием военной техники и развитием отраслей промышленности, непосредственно или косвенно связанных с производством вооружения. Изобретение и распространение универсального парового двигателя, изменение базы машиностроения и переход к производству машин с помощью машин, развитие металлургии, химической технологии и транспорта - все это способствовало бурному развитию производства вооружения.

Технический прогресс в сфере материального производства охватил практически все области военной техники - стрелковое вооружение, артиллерию, военно-морской флот и фортификацию. Крупные достижения были сделаны во второй половине XIX в. в области получения и использования в военной технике новых взрывчатых веществ. Под влиянием развития военной техники на новый уровень поднялось военное искусство, которое в рассматриваемый период сформировалось в военную науку.

В арсенале стрелкового вооружения длительное время главную роль играли гладкоствольные кремневые ружья. Их широко применяли в армиях многих государств в конце XVIII - начале XIX в. и даже до 60-х годов XIX в., когда на смену им пришли ружья с винтовой нарезкой канала ствола. Кремневые гладкоствольные ружья заряжались с дула и имели небольшую скорострельность: 1 выстрел в минуту. Калибр этих ружей (русских образцов) колебался от 17,5 до 21,5 мм, дальность стрельбы немногим превышала 140 м; ружья весили 4-5,6 кг.

Русское пехотное кремневое ружье образца 1808 г. и его детали

В совершенствовании кремневого ружья большое значение имело введение винтовой нарезки в канале ствола, придавшей пуле вращательное движение, в результате чего увеличилась дальность (до 800 м), повысилась точность, возросла мощность стрельбы. Однако эти ружья ввиду трудности их заряжания с дульной части обладали небольшой скорострельностью (один выстрел в пять минут). Изобретательная мысль непрерывно работала над проблемой усовершенствования способов заряжания и конструкции ружей с винтовой нарезкой, получивших впоследствии название винтовок.

Существовало несколько способов заряжания. Самый старый способ - забойное заряжание с дула, осуществляемое сильными ударами молотка по шомполу, усилия которого йередавались плотно пригнанной пуле, обернутой в пластырь. Пуля входила в нарезы ствола с большим усилием. К 60-м годам XIX в. способ ударного заряжания боевого оружия почти вышел из употребления.

Другой способ состоял в сплющивании свободно входящей в ствол пули. Для этого французский офицер и военный изобретатель А. Г. Дельвинь в 1828 г. сконструировал винтовку с «каморой» в казенной части. Диаметр канала каморы, куда вкладывался порох, был меньше, чем остальной ствол. В камору насыпали порох, затем с дульной части посылали пулю, которая свободно скатывалась в ствол. Когда она доходила до края каморы, несколькими резкими ударами шомпола ее сплющивали и свинец, расширяясь, входил в нарезы. Недостаток такого способа заряжания состоял в том, что пуля при ударах шомпола изменяла свою сферическую форму и становилась сплющенной, теряя после выхода из ствола правильное винтообразное вращение. Чтобы избавиться от этого недостатка, Дельвинь предложил продолговатую пулю, которая впоследствии получила распространение в армиях многих стран (Маркс К., Энгельс Ф. Соч., т. 15, с. 206-207).

Более совершенную систему заряжания предложил французский изобретатель Л. Э. Тувенен. В его винтовке диаметр каморы соответствовал диаметру канала ствола. В центре болта, запирающего канал, Тувенен сделал короткий стальной стержень (или чеку), выступающий в канал; вокруг стержня помещался порох. Пуля, поддерживаемая притупленным концом стержня, ударом шомпола вгонялась в нарезы. При этой системе между каналом ствола и пулей имелся больший зазор, и поэтому пуля свободней входила в канал ствола, облегчая заряжание. В 40-х годах XIX в. винтовка Тувенена быстро распространилась во французской и прусской армиях (Там же, с. 208-209).

Дальнейшее усовершенствование винтовки связано с работами многих военных изобретателей, предлагавших различные способы повышения ее боевых качеств. В 1849 г., французский офицер К. Э. Минье предложил так называемую расширяющуюся пулю. Со стороны основания у нее имелась полость, закрытая: железной чашеобразной втулкой, которая в момент выстрела силой пороховых газов вгонялась в пулю, расширяя ее так, что она при движении в стволе заполняла углубления нареза. Англичане в 1851 г. изготовили 28 тыс. винтовок конструкции Минье. Эти винтовки были введены также в русской, бельгийской (1854 г.), испанской (1853 г.), прусской (1855-1856 гг.) и некоторых других армиях (См.: Маркс К., Энгельс Ф. Соч., т. 15, с. 210-212).

Образцы ружей а - крепостное рушье (1839 г.); б - 6-линейная стрелковая винтовка (1856 г.); в - 6-линейная, казачья винтовка (1860 г.)

Известны и другие способы увеличения диаметр