Журавский, Дмитрий Иванович

В Википедии есть статьи о других людях с такой фамилией, см. Журавский; Журавский, Дмитрий.

Дмитрий Иванович Журавский
Дата рождения	17 (29) декабря 1821
Место рождения	Белый Колодезь, Щигровский уезд, Курская губерния, Российская империя
Дата смерти	18 (30) ноября 1891 (69 лет)
Место смерти	Санкт-Петербург, Российская империя
Страна	Российская империя
Род деятельности	математик, инженер, машинист локомотива
Научная сфера	механика и строительство^[вд]
Альма-матер	Институт Корпуса инженеров путей сообщения
Научный руководитель	Михаил Васильевич Остроградский
Известен как	Строитель Веребьинского моста Автор формулы Журавского
Награды и премии

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^[1]. Строитель знаменитого Веребьинского моста и Николаевской железной дороги (в настоящее время — Октябрьская железная дорога)^[2]. Лауреат Демидовской премии Петербургской академии наук (1855)^[3].

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^[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

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^[англ.]. 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

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.

См. также: Петропавловский собор § История

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.

Руководящая работа

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.

Научная деятельность

Дмитрий Иванович Журавский

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^[16].

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.^[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 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^[17].

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

Формула Журавского

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:

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

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

1. Боголюбов, 1983, с. 186.
2. Журавский, Дмитрий Иванович // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
3. Боголюбов, 1983, с. 187.
4. История механики в России, 1987, с. 161.
5. История механики в России, 1987, с. 172.
6. История механики в России, 1987, с. 189.
7. История механики в России, 1987, с. 189—190.
8. Моисеев, 1961, с. 366.
9. * Статья «Петербургские „американцы“» Архивная копия от 28 августа 2018 на Wayback Machine — на сайте «Помогаем преодолевать трудности» Архивная копия от 28 августа 2018 на Wayback Machine
10. Журавский, 1855.
11. Журавский, 1856.
12. Боголюбов, 1983, с. 186—187.
13. Иосса Александр Андреевич // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978.
14. Сказание историческое о Почаевской Успенской лавре бывшего наместника Лавры архимандрита Амвросия, с дополнительными главами о позднейших покойных священно-архимандритах Лавры, архиепископах: Агафангеле, Димитрие и Тихоне - архиепископ Агафангел (Соловьев) - читать, скачать  (рус.). azbyka.ru. Дата обращения: 24 июня 2021. Архивировано 17 апреля 2021 года.
15. ЦГИА СПб. ф.19. оп.126. д.1555. с. 116. Метрические книги православных церквей за границей.
16. Тюлина, 1979, с. 214.
17. История механики в России, 1987, с. 190.
18. Сопротивление материалов, 1969, с. 230.

Литература

• Журавский, Дмитрий Иванович // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1894. — Т. XII. — С. 53.
• Журавский Дмитрий Иванович / Скрябина Т. А. // Железное дерево — Излучение. — М. : Большая российская энциклопедия, 2008. — (Большая российская энциклопедия : [в 35 т.] / гл. ред. Ю. С. Осипов ; 2004—2017, т. 10). — ISBN 978-5-85270-341-5.
• 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.