Запас міцності
Сталевий канат, якому в листопаді виповнилося 190 років, став без перебільшення одним із найважливіших символів сучасної цивілізації, надійно працюючи і вглиб, і вдалину.
На початку XVIII століття на німецьких рудниках у Гарці виникли технічні труднощі. Глибина шахт досягла 400 метрів, і через більшу вагу звичайних залізних ланцюгів, застосовуваних у підземному пристрої, почастішали аварії. Ланцюги зазнавали занадто високого навантаження й рвалися. Цю проблему намагався вирішити, але безуспішно, відомий німецький математик і філософ Вільгельм Лейбніц.
Старший гірничий радник Вільгельм Альберт спостерігав за роботою нескінченного ланцюга в шахтах глибиною 330 гірських сажнів (близько 630 м) у тому же Гарці й Тюрінгії. У 1820 році, після 20 тижнів роботи, ланцюг раптом розпався відразу на 30 шматків. Багато ланок зламалися в місцях зчленування, виявляючи дрібнозернистий злам, як у сталі. Бічні ж їхні ділянки зберегли колишні м’якість і гнучкість, властиві залізу, обраному для виготовлення ланцюга. І тут Альберт, юрист за освітою, виявив неабияку технічну інтуїцію. Він висловив припущення, що вигин у зчленуванні, що виникає під дією вантажу, впливає на матеріал так само, як удари молота під час холодного кування. У стиснутих місцях залізо зміцнюється, стає твердим, як пружинна сталь, і крихким. Спочатку до припущення Альберта поставились скептично. Тоді він сконструював випробну установку, провів на ній тривалі досліди, і всі сумніви відпали.
Дослідник дійшов висновку, що для піднімальної машини необхідний не ланцюг, а канат, який не ділиться на ланки й не має зварених з’єднань. Це дозволило б повністю використовувати таку важливу властивість заліза, як міцність на розтягнення. Виготовили канат із трьох пучків по три дроти діаметром близько 3,5 мм кожна. Його використовували в піднімальній машині із блоком діаметром 5 метрів на тій же шахті, і після 5000 циклів підйому на ньому не було ніяких дефектів. Відтоді дротові канати почали застосовувати для шахтних підйомників в усьому світі.
Зараз (і вже майже два століття) без винаходу Вільгельма Альберта неможливо ні вугілля з рудою видобути, ні машину відбуксирувати, ні міст побудувати, ні корабель пришвартувати. Так, у 1997 році в Японії між островами Авадзі й Хонсю побудували міст Акаші-Кайкіо, який двічі потрапив до Книги рекордів Гіннесса: як найдовший підвісний міст — загальна довжина цієї унікальної трипрогонової споруди становить майже 4 км, і як найвищий міст, оскільки його пілони сягають 297 м, трохи нижче Ейфелевої вежі. Попри величезні розміри споруди, її конструкція досить міцна, щоб витримати пориви вітру до 80 м на секунду й землетруси до 8 балів.
Перший у Києві великий вантовий міст — Московський. Його споруджували, застосовуючи нові матеріали й конструкції, оригінальні способи монтажу. Металевий прогін 300 м завдовжки підтримується вантами з оцинкованих високоміцних дротів діаметром 5 мм, закріпленими на 115-метровому залізобетонному пілоні. Уперше у світовій практиці використовували канати з паралельних дротів з антикорозійним захистом. Узагалі, сучасні сталеві троси-ванти для висячих мостів, побудованих в усьому світі в останні десятиліття, досягають у поперечнику 1500 мм, а зусилля їхнього натягу — 100 тисяч тонн і більше.
