Журавский, Дмитрий Иванович

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Дмитрий Иванович Журавский
Zhuravsky.jpg
Дата рождения:

17 декабря (29 декабря) 1821({{padleft:1821|4|0}}-{{padleft:12|2|0}}-{{padleft:29|2|0}})

Место рождения:

Белый Колодезь, Курская губерния, Российская империя

Дата смерти:

18 ноября (30 ноября) 1891({{padleft:1891|4|0}}-{{padleft:11|2|0}}-{{padleft:30|2|0}}) (69 лет)

Место смерти:

Санкт-Петербург, Российская империя

Страна:

Российская империя

Научная сфера:

механика, строительство

Альма-матер:

Институт Корпуса инженеров путей сообщения

Научный руководитель:

М. В. Остроградский

Известен как:

Строитель Веребьинского моста

Жура́вский, Дми́трий Ива́нович (17 [29] декабря 1821, село Белый Колодезь Щигровского уезда Курской губернии — 18 [30] ноября 1891, Санкт-Петербург) — русский учёный-механик и инженер, специалист в области мостостроения и строительной механики[1]. Строитель знаменитого Веребьинского моста Николаевской железной дороги (в настоящее время — Октябрьская железная дорога)[2]. Лауреат Демидовской премии Петербургской академии наук (1855)[3].

Биография[править | править вики-текст]

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 гг. 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[править | править вики-текст]

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[en]. 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[править | править вики-текст]

Петропавловский собор

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 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[править | править вики-текст]

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.

Бюст Журавского установлен в Колонном зале ПИИПС в 1897 году. Его именем названа улица в Донецке (Украина).

Научная деятельность[править | править вики-текст]

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[14].

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 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 гг. 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[15].

В «Журнале Министерства путей сообщения», «Русском вестнике», «Современнике» и других журналах печаталось немало статей Д. И. Журавского по железнодорожному делу[2].

Формула Журавского[править | править вики-текст]

Данная формула и её вывод прочно вошли в учебники по сопротивлению материалов. Приведём эту формулу в современных обозначениях[16].

Для этого рассмотрим случай плоского изгиба прямой балки, материал которой подчиняется закону Гука, и выберем некоторое её поперечное сечение с моментом инерции J_z относительно нейтральной линии. Направим ось Oz вдоль этой линии, а ось Oy — перпендикулярно ей (то есть по направлению поперечной силы Q).

Примем (это правомерно для большинства поперечных сечений), что касательные напряжения \tau равномерно распределены по ширине сечения (то есть они зависят только от расстояния y текущей точки сечения от нейтральной линии)[16]. Отсечём прямой y={\rm const}  часть поперечного сечения, и пусть ширина сечения по указанной линии равна b_y, а статический момент отсечённой части относительно нейтральной оси Oz равен S_z(y);  тогда формула Журавского для касательных напряжений имеет[16] вид:

\tau=\frac{Q\, S_z(y)}{J_z b_y}, \quad\quad S_z(y)=y_c F,

где F — площадь отсечённой части поперечного сечения, y_c — 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 b и высотой h:

\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},
\tau_{max}=\tau_{y=0}=\frac{3}{2}\cdot\frac{Q}{F},\quad\quad F=b\cdot h.

Для круглого поперечного сечения радиуса R:

\tau=\frac{4Q}{3\pi R^2}\left( 1-\frac{y^2}{R^2}\right),\quad\quad -R\le y\le R,
\tau_{max}=\tau_{y=0}=\frac{4}{3}\cdot\frac{Q}{F},\quad\quad F=\pi\cdot R^2.

Пример.  Приведём распределения касательных напряжений для прямолинейных балок постоянных прямоугольного (b= 2 см, h= 4 см) и круглого поперечных сечения при Q= 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.

Zhur.png

Публикации[править | править вики-текст]

  • 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.

Примечания[править | править вики-текст]

Литература[править | править вики-текст]

  • Журавский, Дмитрий Иванович // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона: В 86 томах (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
  • Боголюбов А. Н. Математики. Механики. Биографический справочник. — Киев: Наукова думка, 1983. — 639 с.
  • История механики в России / Под ред. А. Н. Боголюбова, И. З. Штокало. — Киев: Наукова думка, 1987. — 392 с.
  • Моисеев Н. Д. Очерки истории развития механики. — М.: Изд-во Моск. ун-та, 1961. — 478 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[править | править вики-текст]