Чарльз Эллис: забытый герой Золотых Ворот
Красный гигант из стали, который с рекордными размерами протянулся через вход в залив Сан-Франциско. Имя, стоящее за этим несравненным инженерным достижением, долгое время казалось известным. Но историки доказали: истинным техническим гением, стоящим за мостом Золотые Ворота, был никто иной, как Чарльз Эллис!
Мы подробнее рассмотрим историю этого инженера и погрузимся в мир страсти к статике, соперничество, мастерское сооружение и туман забвения над заливом Сан-Франциско. Кто был Чарльз Эллис? И почему без него мост Золотые Ворота был бы невозможен? Оставайтесь с нами!
Аплодисменты мосту Золотые Ворота — но не Чарльзу Эллису
В 1937 году мост Золотые Ворота был открыт. Произведение инженерного искусства. После более чем четырёх лет строительства гигантский стальной мост наконец оказался над входом в залив Сан-Франциско.
С пышной вечеринкой отметили умных людей, стоящих за мостом.
Аплодисменты, слава и громкие овации шеф-инженеру Джозефу Строссу. Но одного важного человека не хватало: Чарльза Эллиса. Его имя даже десятилетия спустя почти неизвестно. Инженер Чарльз Эллис никогда не был в центре внимания. Его даже не пригласили на открытие. Между тем, мост Золотые Ворота, возможно, никогда бы не был построен без Чарльза Эллиса.
Чарльз Эллис: строительство невозможного моста
В начале XX века запрос на особенный мост стал громким. Он должен был соединить Сан-Франциско и полуостров Марин: ключевой узловой пункт для торговли. Как по воде, так и на суше. Долгое время считалось, что его невозможно построить. Слишком сильные ветра, слишком большая пролётность. В то время это казалось почти немыслимым.
Шеф-инженер Джозеф Стросс с 1921 года представил свои первые проекты. Гибридный мост из висячего моста и ферменных конструкций. Инженеры среди вас, должно быть, уже качают головой. Это бы не сработало. На самом деле, у Стросса было мало опыта с экстремально большими пролётами.
Его проекты были слишком тяжёлыми, неэффективными и также не очень эстетичными. Однако это малоудивительно, ибо пролёт больше планируемых 1280 м был больше всего, что было построено до сих пор. На этом этапе ответственные лица решили привлечь настоящего эксперта для подобных случаев: Чарльза Эллиса.
Роль Чарльза Эллиса в строительстве моста Золотые Ворота
Почему Чарльз Эллис был так важен для проекта? Всё просто, он был лучшим в своей области. Почти никто не подходил для этой работы лучше него. Чарльз Эллис был профессором строительной статики в Университете Иллинойса и его основные дисциплины:
- теория упругости
- расчёт висячих мостов
- сложные модели нагрузок.
Именно то, в чём нуждался проект моста Золотые Ворота. Его задачей было переводить идеи Джозефа Стросса в исчисляемую реальность. Он должен был определять все важные данные, от диаметра основного каната до высоты башен и поведения под воздействием ветра.
Прорыв для Чарльза Эллиса: Теория отклонения
На то время Теория отклонения уже существовала несколько десятилетий, но для практического применения она была относительно новой. Принцип прост. Ранее мосты строили с максимально возможной жёсткостью, чтобы предотвратить отклонение. Тем не менее, было много катастроф, когда такие висячие мосты разрушались.
Один из самых ярких примеров — мост подвесной Бротон недалеко от Манчестера, о котором мы коротко рассказали в этом материале: Миллениум Бридж: почему мосты раскачиваются . Он рухнул из-за известной проблемы с авто-колебаниями. Более старые мосты строили крайне жёсткими, чтобы минимизировать отклонение. Но, согласно Теории отклонения, это было ошибочным путём.
С 1888 года эта теория постепенно распространялась. Ключевой момент: определённая гибкость конструкции более безопасна и экономически выгодна. Отклонение мостовой палубы и деформация соответствующего несущего каната работает вместе.
Таким образом стало возможно использовать более лёгкие и более стройные несущие конструкции. Жёсткость несущего каната дополнительно вносила вклад в несущую способность. Наконец-то висячие мосты оставались стабильными даже при деформациях, вызванных, например, колебаниями и силами ветра.
Эллис использовал эту теорию для своих расчётов. Он определил, насколько сильно мост мог эластично деформироваться под нагрузкой трафика, не разрушаясь. Это позволило мосту, в отличие от проектов Стросса, быть более лёгким, снизить материальные затраты и достичь желаемой гигантской пролётности. Без этих расчётов мост был бы либо слишком дорогим, либо небезопасным для утверждения.
Расчёты Чарльза Эллиса для моста Золотые Ворота
Перейдём к сути дела. Что именно Чарльз Эллис доказуемо рассчитал для моста Золотые Ворота? Короткий ответ: всё. Для тех, кто интересуется деталями, небольшой обзор.
Чарльз Эллис определил необходимый диаметр несущих канатов в 92 см, максимальные тяговые силы около 90 000 тонн на канат, а также общую нагрузку. Также башни находились под его вычислительным надзором. С высотой 227 м над уровнем моря они уже были чем-то особенным. Здесь было важно учесть множество аспектов:
- размеры поперечного сечения
- устойчивость к изгибу
- собственный вес
- силы на канаты
- ветровые нагрузки
И поскольку мы говорим о нагрузках: мост Золотые Ворота имеет ферменный распрягательный пояс с высотой около 7,6 м. Хотя он может казаться маленьким по сравнению с мостом, его роль крайне важна. В прямом смысле. Поскольку этот пояс отвечает за предотвращение опасных колебаний.
Эллис рассчитывал его жёсткость, напряжения под нагрузкой трафика и следил за должным уровнем устойчивости к ветру. Поскольку ветер был одним из наибольших рисков во всём проекте Золотых Ворот. Чарльз Эллис знал это и подробно изучил данную тему.
Ведь улица Золотые Ворота до сих пор выделяется экстремальными ветрами и постоянно меняющейся экстремальной погодой. Учтите: тогда не было ни тестов в аэродинамической трубе, ни компьютеров. Чарльз Эллис строил все ветровые нагрузки теоретически.
Будь то боковые нагрузки или силы закручивания: он рассчитывал всё с помощью карандаша, бумаги и логарифмической линейки. Многие из вас, наверное, догадываются, какой это был труд. Но усилия того стоили! Для сравнения: всего через три года после открытия моста Золотые Ворота мост Такома Нарроус рухнул из-за сильных ветровых нагрузок. Об этом рассказывается в этом материале: Миллениум Бридж: почему мосты раскачиваются . А мост Чарльза Эллиса стабильно стоит и по сей день.
Чарльз Элтон Эллис: вся суть в форме
Также окончательный дизайн моста Золотые Ворота принадлежит Чарльзу А. Эллису. Например, на основе своих расчётов он определил провисание канатов около 152 м. Это был ключевой параметр для моста. Почему это так важно?
Если канаты слишком натянуты, на них воздействует слишком большая сила. В результате они могут в конечном итоге порваться под нагрузкой. А что, если канаты слишком свободны? Тогда мост будет слишком гибким, будет сильно двигаться и в конечном итоге может не выдержать. Чарльз Эллис оптимизировал этот параметр, чтобы длина канатов была точно верной.
Объём работы Чарльза Эллиса
Инженеры среди вас, вероятно, уже догадываются. Полностью рассчитать такую сложную конструкцию моста — и сделать это вручную: это была гигантская задача. Чарльз Эллис создал более 10 000 страниц расчётов, всё лишь с бумагой, карандашом и логарифмической линейкой.
Для этого он работал два года без остановки. День и ночь, семь дней в неделю, и часто до полного изнеможения. Он стал центральным техническим мозгом всего проекта моста. Его документы были основой для строительства моста Золотые Ворота: невероятно сильное достижение. Наверняка оно было соответствующим образом оценено. Или?
Чарльз Эллис: увольнение из проекта
Иметь такого технически одарённого человека в команде: главный инженер Стросс наверняка гордился этим. На самом деле, всё было иначе. Для Стросса всё длилось слишком долго и стало слишком дорогим. И это, несмотря на то, что Чарльз Эллис уже работал дни и ночи напролёт. Объём и сложность, с которыми Эллис делал расчёты, были для его начальника слишком.
Они поссорились, и в 1931 году Эллис был уволен, за два года до начала строительства. Официальная причина: Стросс обвинил его в траты времени. И это, несмотря на то, что расчёты Чарльза Эллиса были уже полностью завершены. Вероятно, в этом была замешана зависть. Это мнение укрепилось тем, что Стросс удалил имя Эллиса из всех документов.
Как обстояли дела с расчётами Чарльза Эллиса?
Ирония в том, что инженеры на месте строительства использовали все документы Чарльза Эллиса. В конце концов, окончательный мост в основном соответствовал расчётам профессора статики. Более того, они лежали в каждом отдельном элементе.
Например, Чарльз Эллис определил необходимое количество проволоки, которое затем использовалось на месте для плетения канатов. Канаты, кстати, поставлялись компанией Roebling, за которой стоял John A. Roebling, также интересная личность, о которой мы уже говорили здесь: Джон А. Реблинг: трагическая история, стоящая за Бруклинским мостом .
Также для разных стадий строительства Эллис всё рассчитал заранее. Например, нагрузки, когда мост был наполовину построен. Асимметричные нагрузки, которые даже при малейших отклонениях могли бы привести к катастрофическим последствиям.
Даже поведение моста Золотые Ворота под нагрузкой трафика основывалось на его моделях. Чарльз Эллис рассчитал максимальное отклонение под полной транспортной нагрузкой около 3 м, что не должно было нанести вреда стабильности моста. До сих пор видно: его прогнозы удивительно точно соответствуют реальному поведению моста Золотые Ворота.
Чарльз Алтон Эллис: забытый гений
Не только его имя было удалено из всех документов по проекту. Эллиса даже не пригласили на открытие моста Золотые Ворота в 1937 году. Также на оригинальной памятной табличке его имя не упоминалось. Никто больше не упоминал его в этом контексте.
Чарльз Эллис вернулся в университет и позже открыл собственное консультационное бюро. В течение всей своей жизни он никогда не получил признания за свои достижения. Когда он умер в 1949 году, в его некрологе упоминалось, что он был истинным дизайнером моста Золотые Ворота, но официального подтверждения этому не было.
Прошли десятилетия, прежде чем что-то изменилось. В 2007 году, к 70-летию открытия, Golden Gate Bridge District в своём отчёте официально признал, что Эллис имел главный вклад в дизайн. С тех пор известно, что Стросс был проектным руководителем и политическим двигателем, в то время как Чарльз Эллис играл роль центрального теоретического инженера. Так это указано с 2012 года на табличке на южной башне моста.
Итог: Чарльз Алтон Эллис и мост Золотые Ворота
Строссу удалось приуменьшить вклад многих из своих важных коллег, не только Эллиса, в проект моста Золотые Ворота. Он позиционировал себя как единственного автора и создателя моста. Но многие из вас, вероятно, знают: с видимостью инженеров в строительных проектах всегда трудно.
Поскольку общественность видит только башни, массивные канаты и дорожное полотно, но не расчёты, лежащие за всем этим. Возможно, известен ещё и имя архитектора, который получает похвалу за свою работу. Люди, стоящие за тем, чтобы сделать чертежи реальными конструкциями, остаются обычно невидимыми.
Есть конструктора, чьё участие в крупных проектах открыто демонстрируется, например: Легендарный инженер Гюстав Эйфель . Затем есть более тихие герои строительной отрасли, как, например: Фриц Леонхардт: инженер, который сделал бетон парящим . И, конечно, такие как Joseph Monier: Как садовник изобрёл железобетон , которые своей случайной значимой изобретательностью внесли огромный вклад в строительную отрасль.
Чарльз Эллис определённо был особенным среди важных личностей в строительстве. У него тогда не было компьютера, но он решал сложные нелинейные задачи, а также одни из самых сложных вызовов того времени в мостостроении. Всё в теории, и в итоге всё получилось.
Мост Золотые Ворота стоит по сей день и выделяется своим ярким красно-оранжевым цветом даже в самых густых туманах. Независимо от землетрясений, штормов или наводнений: до сих пор она почти не пострадала. И всё это благодаря точным расчётам одного человека: Чарльза Алтона Эллиса.