Мост Тей обеспечивает железнодорожное сообщение через залив Ферт-оф-Тей в Шотландии между Данди и пригородом Вормит в Файфе . Его пролет составляет 2,75 мили (4,43 километра). Это второй мост, занимающий это место.
Планы по строительству моста через реку Тэй для замены паромной переправы появились в 1854 году, но первый мост через реку Тэй открылся только в 1878 году. Это была легкая решетчатая конструкция относительно низкой стоимости с одним путем . 28 декабря 1879 года мост внезапно рухнул из-за сильного ветра, когда по нему проходил поезд, в результате чего погибли все находившиеся на борту. Этот инцидент является одной из самых страшных инженерных катастроф, связанных с мостами, в истории. Расследование показало, что мост был недостаточно спроектирован, чтобы выдерживать сильные ветры.
Его заменил второй мост, построенный из железа и стали, с двойной колеей , параллельно остаткам первого моста. Работы начались 6 июля 1883 года, а открытие моста состоялось в 1887 году. Новый мост подвергся всесторонним испытаниям со стороны Торговой палаты , которые дали положительный отчет. В 2003 году мост был укреплен и отремонтирован, получив премию British Construction Industry Engineering Award , отметившую масштаб и сложность проекта.
Предложения о строительстве моста через реку Тей датируются 1854 годом, но только 15 июля 1870 года Акт о мосте через реку Тей на северо-британской железной дороге получил королевское одобрение . 22 июля 1871 года был заложен первый камень в фундамент моста. [ необходима цитата ]
Мост был спроектирован инженером Томасом Бушем , который получил рыцарское звание после завершения строительства моста. [1] Мост представлял собой решетчатую конструкцию, сочетающую литое и кованое железо . Такая конструкция была использована Томасом У. Кеннардом в виадуке Крамлин в Южном Уэльсе в 1858 году после использования чугуна в Хрустальном дворце . Хрустальный дворец не был так сильно нагружен, как железнодорожный мост. Более ранняя чугунная конструкция, мост Ди , рухнула в 1847 году из-за ненадлежащего использования чугунных балок. Гюстав Эйфель использовал похожую конструкцию для создания нескольких больших виадуков в Центральном массиве в 1867 году.
Первоначальный проект был для решетчатых балок, поддерживаемых кирпичными опорами, покоящимися на коренной породе, которая, как показали пробные бурения, не залегает на большой глубине под рекой. На обоих концах моста одиночный путь проходил поверх балки моста, большая часть которой лежала ниже вершин опор. В центральной части моста (высокие балки) железная дорога проходила внутри балки моста, которая находилась выше вершин опор, чтобы обеспечить зазор для прохода парусных судов. Для компенсации теплового расширения между балками и опорами были нежесткие соединения. [ необходима цитата ]
Когда мост выдвинулся в реку, к декабрю 1873 года стало ясно, что коренная порода залегает гораздо глубже, слишком глубоко, чтобы служить фундаментом для опор моста. [2] Буш перепроектировал мост, чтобы уменьшить количество опор и увеличить пролет балок. Фундаменты опор больше не опирались на коренную породу; вместо этого они были построены путем погружения облицованных кирпичом кованых кессонов в русло реки, удаления песка до тех пор, пока они не опирались на консолидированный слой гравия, который был ошибочно принят за камень, а затем заполнения кессонов бетоном. [3]
Чтобы уменьшить вес, который должен был выдерживать грунт под кессонами, кирпичные опоры были заменены открытыми решетчатыми железными каркасными опорами. Каждая опора имела несколько чугунных колонн, принимающих на себя вес мостовых балок, с горизонтальными распорками из кованого железа и диагональными стяжками, связывающими колонны для придания жесткости и устойчивости. Основная концепция была хорошо известна, поскольку была использована Кеннардом в виадуке Крамлин в Южном Уэльсе в 1858 году. [4] Буш использовал эту технику для виадуков, включая виадук Бела (1860) на линии South Durham & Lancashire Union Railway через Стейнмор , но для моста Тей, даже с самыми большими из возможных кессонов, размеры опор были ограничены их размером. Конструкция опоры Буша устанавливала шесть колонн в шестиугольнике, максимизируя ширину опоры, но не количество диагональных распорок, непосредственно противостоящих боковым силам. [ требуется ссылка ]
Инженерные детали моста Тей были значительно проще, легче и дешевле, чем на более ранних виадуках. Обработанное основание каждой секции колонны надежно стыковалось с обработанной увеличенной секцией верхней части секции ниже. [10] Затем соединение было закреплено болтами через соответствующие отверстия на выступах (Crumlin [4] ) или фланцах (Belah) на двух секциях. Эта конфигурация «втулка и кран» использовалась, по-видимому, без обработки, на некоторых опорных колоннах моста Тей, но на некоторых болты были рассчитаны на обеспечение правильного выравнивания. В этом случае соединения были сделаны с использованием болтов меньшего размера, меньшего диаметра, чем тот, который просто проходил бы через отверстие. Это упростило сборку колонны, так как отверстия для болтов не нужно было точно совмещать перед вставкой болта. Однако это позволяло двум соединенным таким образом элементам двигаться относительно друг друга под нагрузкой, ослабляя колонну.
На мосту Тэй диагональное крепление было выполнено с помощью плоских стержней, идущих от верха одной секции колонны по диагонали вниз к низу соседней секции колонны. Верхнее соединение было с выступом, который был неотъемлемой частью отливки колонны. [11] Нижнее соединение было с двумя пластинами строп, прикрепленными болтами к основанию эквивалентной секции на соседней колонне. Стержень и пластины строп имели соответствующие продольные пазы. Стяжной стержень был помещен между пластинами строп, так что все три паза были выровнены и перекрывались. Клинья были пропущены через все три паза и закреплены. Затем были установлены два шплинта, металлические клинья, чтобы заполнить оставшуюся часть перекрытия пазов, и вбиты с силой, чтобы натянуть стяжку. Горизонтальное крепление было обеспечено кованым железным швеллером. [12] Различные головки болтов были слишком близко друг к другу и к колонне для легкой затяжки гаечными ключами; это в сочетании с недостаточной точностью изготовления железных распорок канала привело к различным подгоночным работам на месте (одну из них свидетель расследования описал как «самую неряшливую работу, какую я когда-либо видел в своей жизни» [13] .
Однако на виадуках Крамлин и Белах горизонтальные связи обеспечивались прочными чугунными балками, надежно прикрепленными к колоннам, а диагональные связи затем прикреплялись к балкам. [14] Председатель следственного суда процитировал длинную цитату из современной книги [15], восхваляющую детальную разработку опор виадука Белах и описывающую виадук как один из самых легких и дешевых из когда-либо возводимых.
... Отличительной чертой этого виадука является то, что крестовые или дистанционные балки [16] опор окружают колонны, которые в этой точке загнуты вверх, причем балки просверлены, чтобы соответствовать загнутой части с большой точностью. Во всей конструкции не использовался никакой цемент, и опоры после завершения, а также вертикальные и горизонтальные кованые связи, закрепленные на шпонках, почти так же жестки, как если бы они были одним целым...
.... Вся подгонка была выполнена машинами, специально разработанными для этой цели, и завершила работу с математической точностью. Все фланцы колонны были обращены вверх, а их края обточены, и каждая колонна была вставлена в ту, что была ниже, с выступом глубиной около 5/8 дюйма [17] , причем выступ и гнездо для него были фактически обточены и просверлены. Та часть колонны, на которую опирались поперечные балки, также была обточена. Все эти операции были выполнены за один раз, колонна была центрирована в полом токарном станке с оправкой. После обточки колонны перешли к сверлильному станку, в котором все отверстия в каждом фланце были одновременно просверлены в сплошном материале. И поскольку это было сделано со всеми ними на одном станке, отверстия, конечно, идеально совпали, когда колонны были помещены одна на другую в процессе возведения. Подобная осторожность была проявлена и с поперечными балками, которые были просверлены на концах машинами, разработанными для этой цели. Таким образом, когда части виадука пришлось собирать на месте возведения, буквально не потребовалось ни одного инструмента, ни долбления, ни подпиливания, которые могли бы замедлить ход работ. [18]
Председатель сказал, что либо виадук Белах был переусложнен, либо мост Тей был недоустроен. [19]
Пока Буш пересматривал свой проект, компания, получившая контракт на строительство моста, Messrs De Bergue из Кардиффа , обанкротилась. [20] В июне 1874 года был выдан новый контракт на выполнение работ компании Hopkin Gilkes and Company , преемнице компании Middlesbrough , которая ранее поставляла металлоконструкции для виадука Бела. [2] [21] [22] Первоначально Gilkes намеревался изготовить все металлоконструкции моста в Тиссайде, но в итоге продолжил использовать литейный завод в Вормите для производства чугунных компонентов и выполнения ограниченных операций по обработке после литья. [ необходима ссылка ]
Изменение конструкции увеличило стоимость и потребовало задержки, которая усугубилась после того, как две высокие балки упали во время подъема на место ночью в пятницу, 3 февраля 1877 года. [3] [23]
Упавшие балки должны были быть удалены и построены новые. [24] и опоры должны были быть возведены снова; и это серьезно угрожало помешать ожиданию завершения моста для пропуска поезда к сентябрю. Теперь оставалось только восемь месяцев для возведения и наплавки из шести, и подъема десяти 245-футовых [75-метровых] пролетов. Пять и семь соответственно из 145-футовых [44-метровых] пролетов еще должны были пройти тот же процесс. Семь больших и три малых опоры еще не были построены. Вес железа, которое должно было быть установлено на его место, составлял 2700 длинных тонн [3000 коротких тонн], и казалось невероятным, что все это можно было сделать за восемь месяцев. Многое зависело от погоды, но она была далеко не благоприятной. [3]
Несмотря на это, первый паровоз проехал по мосту 22 сентября 1877 года, и после его завершения в начале 1878 года мост Тей стал самым длинным в мире. Посещая город, Улисс С. Грант заметил, что это был «большой мост для маленького города».
Как и все железнодорожные линии Великобритании, мост Тей был подвергнут инспекции Совета по торговле, прежде чем он мог перевозить пассажирские поезда. Инспекция была проведена 25–27 февраля 1878 года [25] генерал-майором Хатчинсоном из Железнодорожной инспекции, который измерил прогиб балок моста длиной 245 футов (75 м) под распределенной нагрузкой 1,5 тонны на фут (5 т/м) из-за тяжелых локомотивов, движущихся со скоростью до 40 миль в час (64 км/ч), как менее 2 дюймов (51 мм). Он сообщил, что «эти результаты, по моему мнению, следует считать удовлетворительными. Боковое колебание [грубо говоря, ритмичное движение из стороны в сторону], наблюдаемое теодолитом, когда двигатели двигались на скорости, было незначительным, а конструкция в целом показала большую жесткость». [26]
Хатчинсон потребовал провести некоторые незначительные ремонтные работы, а также выдал «рекомендацию» ввести ограничение скорости в 25 миль в час (40 км/ч) для движения транспорта по мосту. [27] Впоследствии Хатчинсон объяснил Следствию, что он предложил это ограничение скорости из-за минимального уклона опор. В отчете об инспекции было добавлено: «Когда я снова поеду на это место, я хотел бы, если это возможно, иметь возможность наблюдать последствия сильного ветра, когда поезд вагонов движется по мосту». [28]
1 июня 1878 года мост Тей был открыт для пассажирского движения, [29] официальная церемония открытия состоялась в предыдущий день, в ходе которой Томас Буш был сделан гражданином Данди «в знак уважения к его заслугам в качестве инженера моста. ...» [30] 20 июня 1879 года королева Виктория пересекла мост во время своего возвращения на юг из Балморала ; Буш был представлен ей до того, как она это сделала. 26 июня 1879 года он был посвящен в рыцари королевой в Виндзорском замке . [31]
Ночью 28 декабря 1879 года в 7:15 вечера мост рухнул после того, как его центральные пролеты не выдержали сильных зимних штормов. Поезд с шестью вагонами, перевозивший семьдесят пять пассажиров и членов экипажа, пересекавший мост во время обрушения, упал в ледяные воды реки Тэй. Все семьдесят пять человек на борту погибли. Катастрофа ошеломила всю страну и вызвала шок в инженерном сообществе Виктории. Последующее расследование показало, что конструкция моста не была рассчитана на сильный ветер. Во время обрушения штормовой ветер силой десять или одиннадцать баллов (сила ветра тропического шторма: 55–72 мили в час (89–116 км/ч)) дул по устью реки Тэй под прямым углом к мосту. Локомотив поезда ( Северная Британская железная дорога № 224 ) был спасен из реки и впоследствии восстановлен для эксплуатации на железной дороге. [ необходима ссылка ]
Обрушение моста, несмотря на то, что он был открыт всего девятнадцать месяцев назад после того, как был признан безопасным Торговой палатой , имело долгосрочные последствия для общества в целом. По мнению некоторых комментаторов, оно до сих пор считается самой печально известной катастрофой моста , когда-либо произошедшей на Британских островах. Катастрофа была увековечена в « Катастрофе моста Тэй », одном из самых известных стихотворных произведений Уильяма МакГонагалла . Сегодня пни оригинальных опор моста все еще видны над поверхностью Тэй даже во время прилива.
В 2005 году шотландский драматург Майк Гибб и композитор Майри Пэтон представили свой мюзикл под названием Five Pound and Twa Bairns в Данди. Он посвящен трем вымышленным женщинам из очень разных слоев общества, которые теряют мужчин в катастрофе. Мюзикл имел еще несколько постановок, включая три отдельных аншлаговых показа в театре Dundee Rep Theatre. [ необходима цитата ]
Почти сразу после аварии моста Тей компания North British Railway начала разрабатывать планы по его реконструкции или замене. [32] В 1880 году, всего через шесть месяцев после аварии, в парламент был представлен законопроект о строительстве нового моста на Северной Британской железной дороге (мост Тей). Законопроект был рассмотрен специальным комитетом под председательством сэра Лопеса Мэсси Лопеса, 3-го баронета ; Лопес обратил внимание на существенное давление, оказываемое на факторы безопасности, которые необходимо учитывать в свете потери предыдущего моста, включая необходимость проверки пригодности местоположения. [32] В ответ на этот запрос г-н Уокер, генеральный менеджер North British Railway, высказал мнение, что нет более подходящего места, чем то, что было выбрано, подчеркнув относительно большую транспортную развязку в этом районе и важность того, чтобы сделать линию как можно более прямой. Кроме того, ряд местных свидетелей, среди которых были несколько ведущих торговцев из Данди, высказались в пользу предлагаемого местоположения. [32]
Планы реконструированного моста были представлены инженером-строителем сэром Джеймсом Бранлисом . [32] Его предложенный проект включал бы удвоение опор первого моста путем установки новых колонн на восточной стороне каждой из существующих опор, в то время как арочная кирпичная кладка использовалась бы для соединения старых и новых элементов одинаково. Поверх этих фундаментов был бы уложен кирпичный настил, который был бы достаточно широким, чтобы нести два набора балок, а также двухколейную схему. [32] Бранлис предложил, чтобы постоянный путь был проложен по верхним поясам балок. Добавление балок-тетив, расположенных на высоте 20 футов (6,1 м) над фарватером, считалось, что гораздо меньше подвергается воздействию ветра и имеет большую боковую жесткость, чем балки первого моста. [32] Балки также были бы удвоены, чтобы выдерживать 200 фунтов (91 кг) давления ветра на квадратный фут, в то время как опоры, как было спроектировано, должны были выдерживать давление 900 фунтов на квадратный фут. В целом, предложенная Брунлисом конструкция обладала бы большей прочностью для сопротивления боковому давлению по сравнению с оригиналом. [32] Это предложение имело предполагаемую общую стоимость в 356 323 фунта стерлингов. Хотя оно было тщательно рассмотрено, Совет по торговле посчитал практику соединения старого моста с новым проектом опасной. Он отклонил как предложенный проект, так и общий счет. [32]
North British Railway, придавая большое значение соединению между Файфом и Форфарширом, была обязана разработать жизнеспособный проект. [32] В августе 1880 года известный инженер-железнодорожник Уильям Генри Барлоу из Barlow & Sons, Лондон, консультировался по этому вопросу. После экспериментов с остатками первого моста Барлоу высказал мнение, что нетронутые части следует оставить в пользу новой конструкции, соединяющей два берега. [32] Приняв это за основу своего следующего предложения, был поднят новый законопроект, который был представлен на рассмотрение избранного комитета Палаты общин 10 мая 1881 года. С небольшими изменениями или предложениями он был вскоре принят. [32] В ноябре 1881 года контракт на строительство нового моста был присужден господам William Arrol & Co из Глазго. Для проектирования нового моста господа Барлоу решили воздержаться от использования любых непроверенных инженерных принципов, вместо этого решив строго придерживаться установленной методологии. [32]
Второй мост Тей — это простой мост с опорами и решетчатыми балками; помимо его значительной длины, у него нет никаких отличительных характеристик. [32] Его общая длина составляет 10 780 футов (3 290 м), что покрывается в общей сложности 85 пролетами. Эти пролеты представляют собой обычные кирпичные арки, подкрепленные цементным бетоном и установленные на вершине опор, которые поддерживаются парами колонн. [32] Желая избежать повторения судьбы Первого моста Тей, основным намерением проекта является устойчивость, за которой по важности следуют меры по минимизации веса моста и принятие эстетически приятной формы, где это возможно, без ущерба для прочности конструкции. [32]
Опоры, которые в основном построены из кирпича и бетона, окружены кессоном из кованого железа до отметки низкого уровня воды, выше которой используется кирпичная внешняя часть, которая не может быть пропитана водой. [32] Подводные части облицованы синим керамическим кирпичом. Выше отметки высокого уровня воды каждая пара опор имеет соединительную секцию каменной кладки, заканчивающуюся у основания надстройки. [32] Из-за высокой доли каменной кладки на опорах они были чрезвычайно тяжелыми, что означало, что господа Барлоу работали над тем, чтобы минимизировать вес конструкции, не ослабляя опоры. Таким образом, была принята изящная железная надстройка. [32]
Над кирпичной кладкой две прочно скрепленные восьмиугольные колонны продолжались вверх, чтобы встретиться с внутренними элементами в форме арки. [32] Другие элементы использовались для обеспечения ложа для балок, чтобы обеспечить прочный пирс, который отводил большую часть своего веса от базовой области. После завершения строительства Второго моста Тей, расположение решетчатых балок стало обычной чертой, почти повсеместно принятой для строительства мостов. [32] Конфигурация обеспечивает высокий уровень деформации сжатия, несмотря на то, что балки сравнительно легкие. Настил состоит из стали и окружен с обеих сторон моста плотно сплетенной решеткой, которая выполняет функцию ветрового экрана, а также в некоторой степени защищает рабочих. [32]
9 марта 1882 года начались работы по второму мосту, расположенному на 18 метров (59 футов) выше по течению и параллельно первоначальному мосту. [32] Первые части моста, которые должны были быть возведены, были построены на южном берегу; работа продолжалась некоторое время, прежде чем строительные работы были начаты на северном берегу. [32] Несмотря на это, большая часть моста была возведена одновременно с обоих концов, продолжаясь до тех пор, пока не были соединены центральные балки и не было завершено соединение. Только некоторые из балок старого моста были повторно использованы для новой конструкции, и ни одна не использовалась без предварительного значительного испытания. [32] Считается, что во время строительства моста погибло четырнадцать человек, большинство из них утонули. [ необходима цитата ]
При строительстве моста было использовано большое количество материалов. Что касается кованого железа, то для опор и балок было использовано 16 300 тонн; если также включить 118 балок с предыдущего моста, то общий вес, как полагают, составит примерно 19 000 тонн. [32] Также было использовано 3 500 тонн стали, в то время как чугунные элементы опор весят 2 500 тонн, в общей сложности было использовано 25 000 тонн железа и стали. Около 10 миллионов кирпичей, общим весом 37 500 тонн, были использованы для строительства как подходов к мосту, так и цилиндров. [32] Общий вес использованного бетона составляет 70 000 тонн. Кроме того, мост содержит около 3 000 000 заклепок . [32] [33]
Предполагаемая стоимость второго моста составила £640,000, что эквивалентно £84,266,666.67 в 2023 году; хотя эта цифра была превышена, она не оказалась слишком оптимистичной. Когда строительные работы были разобраны, было подсчитано, что основание опор обошлось в £282,000, установка балок и парапетов — в £268,000, в то время как £90,000 было потрачено на создание подходов и арок. [32] Некоторые дополнительные расходы в размере около £16,000 были понесены для улучшения подхода к мосту из Ньюпорта; ветка была реконструирована на расстоянии полумили к востоку. В сочетании со стоимостью первого моста через Тей в размере £350,000, North British Railway потратила около миллиона фунтов на мост через Тей. [32]
Перед вводом в эксплуатацию готовое сооружение было подвергнуто тщательному осмотру инспекторами, работающими на Совет по торговле. [32] Стремясь избежать повторения катастрофы первого моста Тей, второй мост был подвергнут строгим испытаниям, которые в некоторых случаях имитировали условия, намного превосходящие любые, которые когда-либо могли встретиться в течение всего срока его службы. Согласно представленным отчетам, результаты этих испытаний были удовлетворительными, открывая путь для эксплуатационного использования. [32] 11 июня 1887 года по второму мосту Тей прошли первые пассажирские поезда. 20 июня 1887 года, что также совпало с 50-й годовщиной вступления на престол королевы Виктории, мост был открыт для общего движения. [32] [34]
Второй мост Тей используется и по сей день. Чтобы защитить конструкцию от повреждений, на поездах, пересекающих мост, запрещено движение локомотивов в двух направлениях ; было установлено, что некоторые комбинации последовательных локомотивов должны быть разделены по крайней мере на 60 футов (18 м) с помощью барьеров или ричвагонов. [35]
В 2003 году проект по укреплению и реконструкции моста стоимостью 20,85 млн фунтов стерлингов выиграл премию British Construction Industry Civil Engineering Award , принимая во внимание ошеломляющий масштаб и задействованную логистику. Более 1000 метрических тонн (1100 коротких тонн) птичьего помета были соскоблены с металлической решетки моста с помощью ручных инструментов и упакованы в 25-килограммовые (55 фунтов) мешки. В то же время были сняты и заменены сотни тысяч заклепок , и все это было сделано рабочими, которые находились в незащищенных условиях, находясь высоко над заливом с быстрыми приливами. [ необходима цитата ]
Движение по мосту Тей в двух направлениях запрещено… если спереди оказывается помощь… между
