Запас прочности
Стальной канат, которому в ноябре исполнилось 190 лет, стал без преувеличения одним из важнейших символов современной цивилизации, надежно работая и вглубь, и вдаль.
В начале XVIII века на германских рудниках в Гарце возникли технические трудности. Глубина шахт достигла 400 метров, и из-за возросшего веса обычных железных цепей, применяемых в подземном устройстве, участились аварии. Цепи испытывали слишком большую нагрузку и рвались. Эту проблему пытался решить, но безуспешно, знаменитый немецкий математик и философ Вильгельм Лейбниц.
Старший горный советник Вильгельм Альберт наблюдал за поведением бесконечной цепи в шахтах глубиной 330 горных саженей (около 630 м) в том же Гарце и Тюрингии. В 1820 году, после 20 недель работы, цепь неожиданно распалась сразу на 30 кусков. Многие звенья сломались в местах сочленения, обнаруживая мелкозернистый излом, как у стали. Боковые же их участки полностью сохранили прежние мягкость и гибкость, присущие железу, выбранному для изготовления цепи. И здесь Альберт, юрист по образованию, проявил незаурядную техническую интуицию. Он высказал предположение, что изгиб в сочленении, возникающий под действием груза, оказывает на материал такое же влияние, как удары молота при холодной ковке. В сжатых местах железо упрочняется, становится твердым, как пружинная сталь, и хрупким. Сначала к предположению Альберта отнеслись скептически. Тогда он сконструировал испытательную установку, провел на ней длительные опыты, и все сомнения отпали.
Исследователь пришел к выводу, что для подъемной машины необходима не цепь, а канат, который не делится на звенья и не имеет сварных соединений. Это позволило бы полностью использовать такое важное свойство железа, как прочность на растяжение. Изготовили канат из трех пучков по три проволоки диаметром около 3,5 мм каждая. Его использовали в подъемной машине с блоком диаметром 5 метров на той же шахте, и после 5000 циклов подъема на нем не было обнаружено никаких дефектов. С того времени проволочные канаты стали применять для шахтных подъемников во всем мире.
Сейчас (и уже почти два века) без изобретения Вильгельма Альберта невозможно ни уголь с рудой добыть, ни машину отбуксировать, ни мост построить, ни корабль пришвартовать. Так, в 1997 году в Японии между островами Авадзи и Хонсю построили мост Акаши-Кайкио, дважды попавший в Книгу рекордов Гиннесса: как самый длинный подвесной мост — общая протяженность этого уникального трехпролетного сооружения составляет почти 4 км — и как самый высокий мост, поскольку его пилоны поднимаются на 297 м, чуть ниже Эйфелевой башни. Несмотря на огромные размеры сооружения, его конструкция вполне прочна, чтобы выдержать порывы ветра до 80 м в секунду и землетрясения до 8 баллов.
Первый в Киеве крупный вантовый мост — Московский. При его возведении применены новые материалы и конструкции, оригинальные способы монтажа. Металлический пролет длиной 300 м поддерживается вантами из оцинкованных высокопрочных проволок диаметром 5 мм, закрепленными на 115-метровом железобетонном пилоне. Впервые в мировой практике использовали канаты из параллельных проволок с антикоррозийной защитой. Вообще, современные стальные тросы-ванты для висячих мостов, построенных по всему миру в последние десятилетия, достигают в поперечнике 1500 мм, а усилия их натяжения — 100 тыс. тонн и более.
