Журавский, Дмитрий Иванович
Дмитрий Иванович Журавский | |
---|---|
Место рождения | Белый Колодезь, Щигровский уезд, Курская губерния, Российская империя |
Известен как | Строитель Веребьинского моста |
Дми́трий Ива́нович Жура́вский (17 [29] декабря 1821, село Белый Колодезь, Курская губерния — 18 [30] ноября 1891, Санкт-Петербург) — русский учёный-механик и инженер, специалист в области мостостроения и строительной механики[1]. Строитель знаменитого Веребьинского моста и Николаевской железной дороги (в настоящее время — Октябрьская железная дорога)[2]. Лауреат Демидовской премии Петербургской академии наук (1855)[3].
Биография
Родился в селе Белый Колодезь Щигровского уезда Курской губернии (ныне — в Золотухинском районе Курской области).
В 1838 году окончил Нежинский физико-математический лицей; во время учёбы в лицее был учеником К. А. Будзынского, возглавлявшего с 1834 по 1838 годы. в этом лицее кафедру прикладной математики и читавшего там курс механики[4]. В том же году поступил в Институт Корпуса инженеров путей сообщения, где его учителем был М. В. Остроградский[5]. Институт окончил в 1842 году с отличием и с занесением его имени на мраморную доску[1][6].
Николаевская железная дорога
По окончании института Журавский получил назначение на работу в Северную дирекцию Николаевской железной дороги между Петербургом и Москвой[6]. Там он занимался изысканиями, проектированием и строительством этой первой крупной российской железной дороги, положившей начало созданию в России железнодорожной сети общегосударственного значения. Дорога строилась по прямому варианту, что потребовало возведения 278 искусственных сооружений (в их числе — 184 моста, 69 каменных и чугунных труб и 19 путепроводов).
Руководил строительством мостов американский инженер Д. В. Уистлер. В качестве базового проекта использованы чертежи американского инженера и изобретателя У. Гау[англ.]. Суть проекта заключалась в том, что мостовой пролёт являлся деревянной фермой с раскосами, стянутой поперечными железными стержнями (использование двух материалов в несущих конструкциях было новшеством). Металлические элементы сделали мост значительно прочнее без существенного увеличения веса сооружения.
В те времена ещё не существовало теории расчёта ферм, и П. П. Мельников в 1844 году поручил Журавскому изучить свойства мостов с решётчатыми фермами системы Гау. Проведя теоретические и экспериментальные исследования усилий в элементах фермы Гау, Журавский выяснил, что в случае равномерного распределения нагрузки по длине консоли распределение касательных напряжений на нейтральной плоскости равномерным не является: они растут по мере удаления от свободного конца[7]. Поэтому усилия, которые испытывают стержни и раскосы, ближайшие к середине пролёта, меньше, чем усилия в элементах, расположенных вблизи опор; значит, в качестве элементов первой группы можно брать стержни с меньшим поперечным сечением. В ходе своих исследований Журавский впервые разработал общий метод расчёта ферм с параллельными поясами[6].
Таким образом, Журавский теоретически перепроверил и усовершенствовал систему Гау, предложив делать элементы фермы разной толщины в зависимости от их расположения. В результате был предложен один из первых методов научно обоснованного расчёта мостовых ферм (1850)[8]. Предложения Журавского были поддержаны Уистлером и использованы во всех мостах на дороге[9].
Наиболее крупные железнодорожные мосты на трассе Николаевской железной дороги были спроектированы и построены под руководством Журавского. По окончании этих работ ему было поручено подготовить проекты новых мостов, что заняло несколько лет[2].
Д. И. Журавскому была поручена и постройка полуверстового Веребьинского моста. В 1851 году этот особо сложный проект был успешно воплощён в решётчатой конструкции, состоящей из 9 пролётов по 54 м; для которых Журавским было найдено оптимальное отношение крайнего и среднего пролетов неразрезной фермы. Позднее была проверена и признана правильность его расчётов и неоспоримость его приоритета; данные доказательства были подкреплены трудами французского инженера Ж. Бресса.
Успешное окончание строительства Веребьинского моста послужило началом пути учёного и прославило Журавского как мостостроителя[2]. Теория расчёта мостовых ферм, основы которой Журавский изложил в статьях, опубликованных в «Журнале Главного управления путей сообщения и публичных зданий», а также в работе «О мостах раскосной системы Гау»[10][11], стала выдающимся вкладом в строительную науку. Сочинение «О мостах раскосной системы Гау»[10][11], над которым Журавский работал около десяти лет, было в 1854 году представлено на конкурс, проводимый Петербургской академией наук; в 1855 году академия удостоила автора этого сочинения большой Демидовской премии[3][7].
Работа в других проектах
Весной 1855 года Д. И. Журавского командировали на изыскания железной дороги от Москвы до Орла[2].
По возвращении Журавского в Петербург на него возложили перестройку шпиля на соборе Петропавловской крепости с заменой деревянных конструкций металлическими. Эти работы выполнялись в 1857—1858 годах совместно с архитектором К. А. Тоном и инженерами А. С. Рехневским и П. П. Мельниковым.
В ходе указанных работ Д. И. Журавский предложил конструкцию металлического шпиля собора и метод её расчёта, воплотив результаты расчёта в проект и реализовав его[12]. Разработка технологического процесса получения крупносортного железа в качестве материала была проведена металлургом А. А. Иосса[13]. За данную работу Д. И. Журавскому был присвоен чин полковника Корпуса инженеров путей сообщения.
В 1861 году был назначен заведующим работами по установке иконостаса в соборном храме Почаевской лавры[14].
В 1869 году Журавский работал над восстановлением сгоревшего Мстинского моста. Эта работа стала одним из последних проектов Журавского в области мостостроения.
В том же году для изучения железнодорожного дела Журавский был направлен в США. По возвращении из этой заграничной командировки он был назначен членом в совет управления Главного общества российских железных дорог. Вице-президентом этого общества он состоял несколько лет и в то же время являлся председателем строительного отдела Императорского технического общества и сотрудничал в его «Записках». В 1873 году Журавский участвовал — в качестве представителя Министерства путей сообщения — в работе Международного статистического конгресса, проходившего в Санкт-Петербурге, и был избран вице-председателем коммерческой статистики[2].
В 1871—1876 годах Журавский активно участвовал в переустройстве Мариинского водного пути, руководил проектированием обводного Ладожского канала, Морского Петербургского канала и Либавского порта. В эти же годы он вёл активную научную работу, исследовал прочность дерева при различных типах нагружения, а также изучал прочность рельсов при низкой температуре.
Руководящая работа
В 1877 году Д. И. Журавский был назначен директором департамента железных дорог и занимал этот пост в 1877—1889 гг.[3]; в непосредственном ведении Журавского находился технически-инспекторский комитет департамента[2]. В этот период Журавский осуществил ряд важных мероприятий по увеличению провозной способности российских железных дорог.
В 1883—1889 годах Журавский также был членом Совета Министерства путей сообщения (с 1886 года назывался Совет по железнодорожным делам).
Умер Журавский в 1891 году, являясь признанным авторитетом в области мостостроения. Похоронен на Митрофаниевском кладбище Санкт-Петербурга.
Жена — Мария Петровна Воейкова (1830—25.08.1898[15]), в первом браке княгиня Вяземская. Умерла от болезни почек в По, похоронена рядом с мужем.
Научная деятельность
Научные труды Д. И. Журавского посвящены строительной механике и применению математических методов к строительному делу[3]. Его работы в области строительной механики носили основополагающий характер[5]. Применяя на практике разработанные им теории, Журавский стал одним из основоположников научного подхода к строительству мостов.
Видным вкладом в теорию сопротивления материалов стал проведённый Д. И. Журавским анализ действия касательных напряжений в балке при её изгибе, в результате чего он, в частности, вывел формулу для определения этих напряжений, которая и по сей день носит его имя (формула Журавского)[8]. В ходе проектирования железнодорожных мостов Журавский обнаружил, что касательные напряжения, возникающие в деревянных балках прямоугольного сечения, достаточно велики[7]. Согласно Журавскому, существование в стенках изгибаемых балок косых усилий, направленных под углом к продольной оси балки, способно при недостаточной устойчивости привести к выпучиванию стенки балки[3]; поэтому детальный анализ действия касательных напряжений в изогнутой балке оказывается весьма важным. Постепенно усложняя случаи закрепления и нагружения консоли, затем — балки на двух опорах, Журавский вывел формулы для расчёта касательных напряжений в различных сечениях балки. Метод Журавского, высоко оценённый А. Сен-Венаном, вскоре вошёл в учебники по сопротивлению материалов[16].
Журавским впервые был разработан эффективный метод расчёта многорешётчатых деревянных ферм с железными тяжами (так называемых ферм Гау), успешно применённый им при проектировании мостов через реки Веребью, Волгу, Волхов и др.[3] Благодаря этим исследованиям появилась возможность сооружать и безотказно эксплуатировать раскосные фермы пролётом до 60 м (размеры которых до этого назначались эмпирически, в связи с чем происходили обрушения построенных мостов).
Опираясь на теорию Журавского, С. В. Кербедз разработал в 1852—1853 годах проекты трёх мостов для Петербургско-Варшавской железной дороги с раскосами переменного сечения (причём конструкции растянутых и сжатых раскосов различались). Железные фермы этих мостов имели такую жёсткость, что не могли испытывать никакого изгиба — ни от собственного веса, ни от поездов, проезжающих по мосту[17].
В «Журнале Министерства путей сообщения», «Русском вестнике», «Современнике» и других журналах печаталось немало статей Д. И. Журавского по железнодорожному делу[2].
Формула Журавского
Данная формула и её вывод прочно вошли в учебники по сопротивлению материалов. Приведём эту формулу в современных обозначениях[18].
Для этого рассмотрим случай плоского изгиба прямой балки, материал которой подчиняется закону Гука, и выберем некоторое её поперечное сечение с моментом инерции [math]\displaystyle{ J_z }[/math] относительно нейтральной линии. Направим ось [math]\displaystyle{ Oz }[/math] вдоль этой линии, а ось [math]\displaystyle{ Oy }[/math] — перпендикулярно ей (то есть по направлению поперечной силы [math]\displaystyle{ Q }[/math]).
Примем (это правомерно для большинства поперечных сечений), что касательные напряжения [math]\displaystyle{ \tau }[/math] равномерно распределены по ширине сечения (то есть они зависят только от расстояния [math]\displaystyle{ y }[/math] текущей точки сечения от нейтральной линии)[18]. Отсечём прямой [math]\displaystyle{ y={\rm const} }[/math] часть поперечного сечения, и пусть ширина сечения по указанной линии равна [math]\displaystyle{ b_y }[/math], а статический момент отсечённой части относительно нейтральной оси [math]\displaystyle{ Oz }[/math] равен [math]\displaystyle{ S_z(y) }[/math]; тогда формула Журавского для касательных напряжений имеет[18] вид:
- [math]\displaystyle{ \tau=\frac{Q\, S_z(y)}{J_z b_y}, \quad\quad S_z(y)=y_c F, }[/math]
где [math]\displaystyle{ F }[/math] — площадь отсечённой части поперечного сечения, [math]\displaystyle{ y_c }[/math] — координата центра тяжести отсеченной части.
Из формулы следует, что касательные напряжения меняются по высоте сечения в соответствии с параболической зависимостью, причём максимальные значения, представляющие интерес, наблюдаются на нейтральной линии, проходящей через центр площади сечения.
Например, для прямоугольного сечения с шириной [math]\displaystyle{ b }[/math] и высотой [math]\displaystyle{ h }[/math]:
- [math]\displaystyle{ \tau=\frac{6Q}{b h^3}\left( \frac{h^2}{4}-y^2 \right),\quad\quad -\frac{h}{2}\le y\le \frac{h}{2} }[/math],
- [math]\displaystyle{ \tau_{max}=\tau_{y=0}=\frac{3}{2}\cdot\frac{Q}{F},\quad\quad F=b\cdot h }[/math].
Для круглого поперечного сечения радиуса [math]\displaystyle{ R }[/math]:
- [math]\displaystyle{ \tau=\frac{4Q}{3\pi R^2}\left( 1-\frac{y^2}{R^2}\right),\quad\quad -R\le y\le R }[/math],
- [math]\displaystyle{ \tau_{max}=\tau_{y=0}=\frac{4}{3}\cdot\frac{Q}{F},\quad\quad F=\pi\cdot R^2 }[/math].
Пример. Приведём распределения касательных напряжений для прямолинейных балок постоянных прямоугольного ([math]\displaystyle{ b= }[/math] 2 см, [math]\displaystyle{ h= }[/math] 4 см) и круглого поперечных сечения при [math]\displaystyle{ Q= }[/math] 10 кН. Красная линия на рисунках соответствует напряжениям в круглом сечении, синяя — в прямоугольном. На левом рисунке сравниваются балки одинаковой массы, на правом — одинакового момента сопротивления изгибу.
Память и наследие
Бюст Журавского установлен в Колонном зале ПИИПС в 1897 году.
Его именем названы улицы в городах Украины — Донецке и Нежине (возвращено историческое название в 2016 году), а также в Омске.
Публикации
- Журавский Д. И. О мостах раскосной системы Гау. Ч. 1. — СПб., 1855. — xii + 114 с.
- Журавский Д. И. О мостах раскосной системы Гау. Ч. 2. — СПб., 1856. — 161 с.
- Журавский Д. И. Замечания относительно сопротивления бруса, подверженного силой нормальной к его длине. — 1855.
Примечания
- ↑ 1,0 1,1 Боголюбов, 1983, с. 186.
- ↑ 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 Журавский, Дмитрий Иванович // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
- ↑ 3,0 3,1 3,2 3,3 3,4 3,5 Боголюбов, 1983, с. 187.
- ↑ История механики в России, 1987, с. 161.
- ↑ 5,0 5,1 История механики в России, 1987, с. 172.
- ↑ 6,0 6,1 6,2 История механики в России, 1987, с. 189.
- ↑ 7,0 7,1 7,2 История механики в России, 1987, с. 189—190.
- ↑ 8,0 8,1 Моисеев, 1961, с. 366.
- ↑ * Статья «Петербургские „американцы“» Архивная копия от 28 августа 2018 на Wayback Machine — на сайте «Помогаем преодолевать трудности» Архивная копия от 28 августа 2018 на Wayback Machine
- ↑ 10,0 10,1 Журавский, 1855.
- ↑ 11,0 11,1 Журавский, 1856.
- ↑ Боголюбов, 1983, с. 186—187.
- ↑ Иосса Александр Андреевич // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978.
- ↑ Сказание историческое о Почаевской Успенской лавре бывшего наместника Лавры архимандрита Амвросия, с дополнительными главами о позднейших покойных священно-архимандритах Лавры, архиепископах: Агафангеле, Димитрие и Тихоне - архиепископ Агафангел (Соловьев) - читать, скачать . azbyka.ru. Дата обращения: 24 июня 2021. Архивировано 17 апреля 2021 года.
- ↑ ЦГИА СПб. ф.19. оп.126. д.1555. с. 116. Метрические книги православных церквей за границей.
- ↑ Тюлина, 1979, с. 214.
- ↑ История механики в России, 1987, с. 190.
- ↑ 18,0 18,1 18,2 Сопротивление материалов, 1969, с. 230.
Литература
- Боголюбов А. Н. Математики. Механики. Биографический справочник. — Киев: Наукова думка, 1983. — 639 с.
- Журавский, Дмитрий Иванович // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
- История механики в России / Под ред. А. Н. Боголюбова, И. З. Штокало. — Киев: Наукова думка, 1987. — 392 с.
- Малинин С. Н. Дмитрий Иванович Журавский: Мосты повисли над водами // Русские инженеры. История инженерных школ и научных про-рывов: XVII–XX вв. Транспорт: железнодорожный, водный, воздушный, космиче-ский . — М.: URSS, 2023. — С. 43—50. — 296 с. — (НАУКУ — ВСЕМ! Шедевры научно-популярной литературы (инженерные науки). Выпуск 360). — ISBN 978-5-397-08036-1.
- Моисеев Н. Д. . Очерки истории развития механики. — М.: Изд-во Моск. ун-та, 1961. — 478 с.
- Орловский Б. Шеренга великих инженеров строителей и гидростроителей. — Варшава: Наша Ксенгарня, 1971. — 176 с.
- Сопротивление материалов / Под общ. ред. А. Ф. Смирнова. — 2-е изд. — М.: Высшая школа, 1969. — 600 с.
- Тюлина И. А. . История и методология механики. — М.: Изд-во Моск. ун-та, 1979. — 282 с.
Ссылки
- Статья на сайте
- Персоналии по алфавиту
- Родившиеся в Золотухинском районе
- Родившиеся в Щигровском уезде
- Учёные по алфавиту
- Механики по алфавиту
- Механики Российской империи
- Механики России
- Механики XIX века
- Выпускники Нежинского лицея (гимназии)
- Выпускники института Корпуса инженеров путей сообщения
- Инженеры по алфавиту
- Инженеры Российской империи
- Строители мостов
- Лауреаты Демидовской премии
- Похороненные на Митрофаниевском кладбище