Сэр Бенджамин Бейкер: Инженер Викторианской эпохи

Введение

Британский инженер (1840–1907)

Сэр Бенджамин Бейкер (31 марта 1840 – 19 мая 1907) был английским инженером-строителем, работавшим в середине и конце викторианской эпохи. Он принимал участие в разработке первых линий лондонского метрополитена вместе с сэром Джоном Фаулером, но наибольшую известность получил благодаря работе над мостом Форт. Он внес множество других значительных вкладов в область гражданского строительства, в том числе выступал в качестве эксперта на публичных слушаниях по расследованию катастрофы на железнодорожном мосту Тей. Позже он участвовал в проектировании и строительстве первой Асуанской плотины.

Ранние годы и карьера

Он родился в Кифорде, который сейчас является частью Фрома в графстве Сомерсет в 1840 году, сыном Бенджамина Бейкера, главного помощника на металлургическом заводе Тонду, и Сары Холлис. На их доме на Баттс-Хилл установлена мемориальная доска. Он получил образование в гимназии Челтенхема и в возрасте 16 лет стал учеником в компании Price & Fox на металлургическом заводе Neath Abbey. После завершения учебы он два года работал помощником у мистера У. Х. Уилсона. Позже он сотрудничал с сэром Джоном Фаулером в Лондоне. Он принимал участие в строительстве лондонской Metropolitan Railway. Он также был ключевым экспертом в расследовании катастрофы на железнодорожном мосту Тэй в 1879 году. Он спроектировал цилиндрический корпус, в котором игла Клеопатры, ныне установленная на набережной Темзы в Лондоне, была перевезена из Египта в Англию в 1877–1878 годах. Он создал обширную профессиональную практику, охватывающую практически все области гражданского строительства, и был в той или иной степени причастен к большинству крупных инженерных проектов своего времени.

Мосты

В 1870-х годах он опубликовал своевременную книгу о длинных железнодорожных мостах, в которой отстаивал использование стали и продемонстрировал, что с этим материалом можно строить значительно более длинные пролеты. Книга поразительно прозорлива в отношении возможностей применения свойств стали в строительных конструкциях.

Катастрофа на мосту Тей

В 1880 году Бейкер был вызван в качестве эксперта для участия в расследовании катастрофы на железнодорожном мосту Тей, в результате которой часть моста обрушилась в воду. Хотя он представлял интересы Томаса Буха, строителя первого железнодорожного моста через реку Тей, он выполнял свою работу независимо и с упорством. Он выступил против теории о том, что мост был сбит ветром в ту ночь. Он провел тщательный осмотр конструкций на самом мосту и вблизи него и пришел к выводу, что скорость ветра в ночь катастрофы не была чрезмерной. Официальный анализ обрушения показал, что для опрокидывания конструкции требовалось давление ветра более 30 фунтов на квадратный фут. Бейкер исследовал более мелкие сооружения в окрестностях моста и заключил, что давление не могло превышать 15 фунтов на квадратный фут в ночь обрушения моста. К таким сооружениям относились стены, балласт на путях моста и оба сигнальных поста, расположенные на мосту или в непосредственной близости от него. В своем свидетельстве в суде Бейкер заявил, что построил более 19 километров железнодорожных виадуков, имея в виду свой проект эстакадной железной дороги в Нью-Йорке в 1868 году, часть которой до сих пор существует на Манхэттене (в нерабочем состоянии). К тому времени он уже зарекомендовал себя как авторитет в области строительства мостов. Вскоре после этого он приступил к работе, которая принесла ему известность среди широкой публики: проектированию и строительству моста Форт (1890) в сотрудничестве с сэром Джоном Фаулером и Уильямом Арролом. Это был почти уникальный проект большого консольного моста, полностью построенного из стали, что также было беспрецедентным достижением в мостостроении. Жесткость конструкции обеспечивалась полыми трубами, соединенными заклепками для создания прочных узлов. Бейкер активно продвигал свой проект, выступая с многочисленными публичными лекциями и организуя демонстрации устойчивости консольной системы, используя своих помощников в качестве наглядных пособий.

Фортский мост

Сэром Джоном Фаулером он спроектировал и построил мост Форт после обрушения моста Тей. Это был консольный мост, и Бейкер прочитал многочисленные лекции о принципах, лежащих в основе его конструкции. Первоначально контракт был заключен с Томасом Бухом, но он потерял его после расследования причин обрушения моста Тей, результаты которого были опубликованы в июне 1880 года. Мост был построен полностью из стали, значительно прочнее чугуна. Он использовал полые стальные трубы для создания консольной конструкции, и это был самый большой мост такого типа в мире. Мост считается инженерным чудом. Его длина составляет 2529 м, а двойной путь возвышается на 46 м над уровнем прилива. Он состоит из двух основных пролетов длиной 521 м, двух боковых пролетов длиной 206 м, 15 пролетов длиной 51 м и пяти пролетов длиной 8 м [3]. Каждый главный пролет состоит из двух 210-метровых (680 футов) консольных рук, поддерживающих центральный 110-метровый (350 футов) пролетный балочный мост. Три больших четырехбашенных консольных сооружения имеют высоту 104 м (340 футов), каждый фундамент диаметром 21 м (70 футов) опирается на отдельное основание. Южная группа фундаментов была построена в виде кессонов под сжатым воздухом на глубине 27 м (90 футов). На пике строительства было задействовано около 4600 рабочих. Первоначально сообщалось о 57 погибших, однако после тщательного исследования, проведенного местными историками, эта цифра была увеличена до 98. Восемь человек, упавших с моста, были спасены лодками, находившимися под рабочими зонами. Было использовано более 55 000 тонн стали, 18 122 м³ гранита и более восьми миллионов заклепок. Мост был открыт 4 марта 1890 года принцем Уэльским, впоследствии королем Эдуардом VII, который забил последний, позолоченный и надписанный, заклепку. Анализ материалов моста, проведенный около 2002 года, показал, что сталь в конструкции имеет хорошее качество и незначительные отклонения. Использование консольной системы в мостостроении не было новой идеей, но масштаб проекта Бейкера был новаторским и впоследствии получил развитие в различных частях мира. Многие работы, выполненные при строительстве, не имели прецедентов, включая расчеты напряжений, возникающих при монтаже, меры по снижению будущих затрат на обслуживание, расчеты ветровых нагрузок, выявленные в результате катастрофы на мосту Тей, влияние температурных напряжений на конструкцию и т.д. По возможности, при строительстве моста использовались природные особенности, такие как остров Инчгарви, мысы по обе стороны фьорда в этом месте, а также высокие берега. На острове также можно увидеть остатки первых попыток Томаса Буха построить свой мост. Ограничение скорости на мосту составляет 80 км/ч для пассажирских и 32 км/ч для грузовых поездов. Максимальный вес поезда на мосту составляет 1422 тонны (1 442 000 кг), однако это ограничение не распространяется на регулярные угольные поезда, при условии, что два таких поезда не находятся одновременно на мосту. Код доступности маршрута – RA8, что означает, что любой современный британский локомотив может использовать мост, который был спроектирован для работы с более тяжелыми паровозами. В 2006 году по мосту ежедневно проходило от 190 до 200 поездов. Мост Форт требует постоянного обслуживания, и вспомогательные сооружения включают не только ремонтные мастерские и склады, но и железнодорожную "колонию" из около пятидесяти домов на станции Далмени. Выражение "покраска моста Форт" используется для обозначения бесконечной задачи (современная интерпретация мифа о Сизифе), возникшего из ошибочного убеждения, что в какой-то момент истории моста перекраска требовалась и начиналась сразу после завершения предыдущей. Согласно отчету New Civil Engineer за 2004 год о современном обслуживании, такая практика никогда не существовала, хотя при управлении British Rail и ранее на мосту постоянно работала бригада по обслуживанию. Современная покраска моста началась в 2002 году по контракту, выполнение которого планировалось завершить в марте 2009 года, включая нанесение 20 000 м² краски по оценочной стоимости 13 миллионов фунтов стерлингов в год. Ожидается, что этот новый слой краски прослужит не менее 25 лет. В 2008 году общая стоимость была увеличена до 180 миллионов фунтов стерлингов, а сроки завершения работ перенесены на 2012 год. В отчете, подготовленном компаниями JE Jacobs, Grant Thornton и Faber Maunsell в 2007 году, в котором рассматривались альтернативные варианты строительства второго автомобильного перехода, указывалось, что расчетный срок службы моста Форт превышает 100 лет.

With Sir John Fowler, he designed and engineered the Forth Bridge after the Tay bridge collapse. It was a cantilever bridge and Baker gave numerous lectures on the principles which lay behind his design. Thomas Bouch had originally been awarded the contract but he lost it after the Tay Bridge Inquiry reported in June 1880. The bridge was built entirely in steel, much stronger than cast iron. He used hollow steel tubes to create the cantilever, and it was then the largest bridge of its kind in the world. The bridge is regarded as an engineering marvel. It is 8296 feet (2529 m) in length, and the double track is elevated 151 feet (46 m) above high tide. It consists of two main spans of 1710 feet (521 m), two side spans of 675 feet (206 m), 15 approach spans of 168 feet (51 m) and five of 25 feet (8 m) ). [3] Each main span comprises two 680 ft (210 m) cantilever arms supporting a central 350 ft (110 m) span girder bridge. The three great four tower cantilever structures are 340 ft (104 m) tall, each 70 ft (21 m) diameter foot resting on a separate foundation. The southern group of foundations had to be constructed as caissons under compressed air, to a depth of 90 ft (27 m). At its peak, approximately 4,600 workers were employed in its construction. Initially, it was recorded that 57 lives were lost however after extensive research by local historians, the figure has been revised upwards to 98. Eight men who fell from the bridge were saved by boats positioned in the river under work areas. More than 55,000 tons of steel were used, as well as 18,122 m³ of granite and over eight million rivets. The bridge was opened on 4 March 1890 by the Prince of Wales, later King Edward VII, who drove home the last rivet, which was gold plated and suitably inscribed. A contemporary materials analysis of the bridge, c. 2002, found that the steel in the bridge is of good quality, with little variation. The use of a cantilever in bridge design was not a new idea, but the scale of Baker's undertaking was a pioneering effort, later followed in different parts of the world. Much of the work done was without precedent, including calculations for incidence of erection stresses, provisions made for reducing future maintenance costs, calculations for wind pressures made evident by the Tay Bridge disaster, the effect of temperature stresses on the structure, and so on. Where possible, the bridge used natural features such as Inchgarvie, an island, the promontories on either side of the firth at this point, and also the high banks on either side. The remains of Thomas Bouch's first attempts at his bridge can also be seen on the island. The bridge has a speed limit of 50 mph (80 km/h) for passenger trains and 20 mph (32 km/h) for freight trains. The weight limit for any train on the bridge is 1,422 tonnes (1,442,000 kg) although this is waived for the frequent coal trains, provided two such trains do not simultaneously occupy the bridge. The route availability code is RA8, meaning any current UK locomotive can use the bridge, which was designed to accommodate heavier steam locomotives. Up to 190–200 trains per day crossed the bridge in 2006. A structure like the Forth Bridge needs constant maintenance and the ancillary works for the bridge included not only a maintenance workshop and yard but a railway "colony" of some fifty houses at Dalmeny Station. "Painting the Forth Bridge" is a colloquial term for a never ending task (a modern rendering of the myth of Sisyphus), coined on the erroneous belief that, at one time in the history of the bridge, repainting was required and commenced immediately upon completion of the previous repaint. According to a 2004 New Civil Engineer report on contemporary maintenance, such a practice never existed, although under British Rail management, and before, the bridge had a permanent maintenance crew. A contemporary repainting of the bridge commenced with a contract award in 2002, for a schedule of work expected to continue until March 2009, involving the application of 20,000 m2 of paint at an estimated cost of £13M a year. This new coat of paint is expected to have a life of at least 25 years. In 2008 the total cost was revised upwards to £180M, and projections for finishing the job to 2012. In a report produced by JE Jacobs, Grant Thornton and Faber Maunsell in 2007 which reviewed the alternative options for a second road crossing, it was stated that the estimated working life of the Forth Bridge was in excess of 100 years.

Почетные звания и старая Асуанская плотина

По завершении этого предприятия в 1890 году он был удостоен звания рыцаря-командора Ордена Святого Михаила и Святого Георгия (KCMG), а в том же году Королевское общество отметило его научные заслуги, выбрав его своим членом. В 1892 году Французская академия наук признала вклад Фаулера и Бейкера, присудив им совместно премию Понселе; Бейкер получил 2000 франков, поскольку размер премии был удвоен. Десять лет спустя, на торжественном открытии первой Асуанской плотины, где он выступал в качестве инженера-консультанта, он был удостоен звания рыцаря-командора Ордена Бани (KCB). Он занимал пост президента Института гражданских инженеров с мая 1895 года по июнь 1896 года. В 1899 году он был избран иностранным почётным членом Американской академии искусств и наук, а в 1902 году – почётным членом Королевского общества Эдинбурга.

Подземные железные дороги

Бейкер также сыграл большую роль в внедрении широко распространенной в Лондоне системы строительства подземных железных дорог в глубоких трубчатых туннелях, возведенных из чугунных сегментов. Он также участвовал в неудачном проекте 1899 года, предложенном Северо-Западной лондонской железной дорогой по строительству линии метро на северо-западе Лондона.

Написание

Бейкер также был автором множества работ по инженерным вопросам. В 1872 году Бейкер опубликовал серию статей под названием «Прочность кирпичной кладки». В этих статьях Бейкер утверждал, что прочность цемента на растяжение не следует игнорировать при расчете прочности кирпичной кладки. Он писал, что если бы прочность цемента не принималась во внимание, то ряд сооружений его времени должны были бы обрушиться.

Смерть

Он умер в своем доме, Боуден-Грин, в Пангборне, графство Беркшир, где провел последние годы жизни и был похоронен в деревне Идбери, графство Оксфордшир, рядом с матерью. В его память в Вестминстерском аббатстве установлено витражное окно на северной стороне нефа.