Журавский, Дмитрий Иванович

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. 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].

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 1861 году был назначен заведующим работами по установке иконостаса в соборном храме Почаевской лавры[14].

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.

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.

Жена — Мария Петровна Воейкова (1830—25.08.1898[15]), в первом браке княгиня Вяземская. Умерла от болезни почек в По, похоронена рядом с мужем.

Данная формула и её вывод прочно вошли в учебники по сопротивлению материалов. Приведём эту формулу в современных обозначениях[18].

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)[18]. 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[18] вид:

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 ${\displaystyle h}$:

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

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.