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 . Строитель знаменитого Веребьинского моста и Николаевской железной дороги (в настоящее время — Октябрьская железная дорога ) . Лауреат Демидовской премии Петербургской академии наук (1855) .

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 . В том же году поступил в Институт Корпуса инженеров путей сообщения , где его учителем был М. В. Остроградский . Институт окончил в 1842 году с отличием и с занесением его имени на мраморную доску .

Николаевская железная дорога

По окончании института Журавский получил назначение на работу в Северную дирекцию Николаевской железной дороги между Петербургом и Москвой . 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 . 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 . 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 .

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) . Предложения Журавского были поддержаны Уистлером и использованы во всех мостах на дороге .

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 .

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 . 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» , стала выдающимся вкладом в строительную науку. Сочинение «О мостах раскосной системы Гау» , 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 .

Работа в других проектах

Весной 1855 года Д. И. Журавского командировали на изыскания железной дороги от Москвы до Орла .

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 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 . Разработка технологического процесса получения крупносортного железа в качестве материала была проведена металлургом А. А. Иосса . 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 .

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 , проходившего в Санкт-Петербурге, и был избран вице-председателем коммерческой статистики .

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. ; в непосредственном ведении Журавского находился технически-инспекторский комитет департамента . 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 ), 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 . Его работы в области строительной механики носили основополагающий характер . 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 ) . В ходе проектирования железнодорожных мостов Журавский обнаружил, что касательные напряжения, возникающие в деревянных балках прямоугольного сечения, достаточно велики . 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 ; 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 .

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. 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 .

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

Формула Журавского

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

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

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

${\displaystyle \tau ={\frac {Q\,S_{z}(y)}{J_{z}b_{y}}},\quad \quad S_{z}(y)=y_{c}F,}$

где ${\displaystyle F}$ — площадь отсечённой части поперечного сечения, ${\displaystyle y_{c}}$ — 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 ${\displaystyle b}$ и высотой ${\displaystyle h}$ :

${\displaystyle \tau ={\frac {6Q}{bh^{3}}}\left({\frac {h^{2}}{4}}-y^{2}\right),\quad \quad -{\frac {h}{2}}\leq y\leq {\frac {h}{2}}}$ ,

${\displaystyle \tau _{max}=\tau _{y=0}={\frac {3}{2}}\cdot {\frac {Q}{F}},\quad \quad F=b\cdot h}$ .

Для круглого поперечного сечения радиуса ${\displaystyle R}$ :

${\displaystyle \tau ={\frac {4Q}{3\pi R^{2}}}\left(1-{\frac {y^{2}}{R^{2}}}\right),\quad \quad -R\leq y\leq R}$ ,

${\displaystyle \tau _{max}=\tau _{y=0}={\frac {4}{3}}\cdot {\frac {Q}{F}},\quad \quad F=\pi \cdot R^{2}}$ .

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

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

Литература

• // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (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.
• Орловский Б. Шеренга великих инженеров строителей и гидростроителей. — Варшава: Наша Ксенгарня, 1971. — 176 с.

Ссылки

• Статья на сайте