Примечание составителя:
Иллюстрация на обложке создана составителем и передана в общественное достояние.
СПРАВОЧНИК ПО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМУ СТРОИТЕЛЬСТВУ; ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ АМЕРИКАНСКИМИ ИНЖЕНЕРАМИ. СОДЕРЖАЩИЙ НЕОБХОДИМЫЕ ПРАВИЛА, ТАБЛИЦЫ И ФОРМУЛЫ ДЛЯ PАЗБИВКИ ТРАССЫ, СТРОИТЕЛЬСТВА, ОСНАЩЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ В ТОМ ВИДЕ, В КАКОМ ОНИ СООРУЖАЮТСЯ В СОЕДИНЕННЫХ ШТАТАХ. С 158 иллюстрациями
BY
GEORGE L. VOSE,
CIVIL ENGINEER
“Rules themselves oblige us to reflect, that we may see whether we have not departed from them.”—Napoleon.
BOSTON AND CAMBRIDGE:
JAMES MUNROE AND COMPANY.
1857.
Entered according to Act of Congress, in the year 1857, by
JAMES MUNROE AND COMPANY,
In the Clerk’s Office of the District Court of the District of Massachusetts.
CAMBRIDGE:
ALLEN AND FARNHAM, PRINTERS.
ПРЕДИСЛОВИЕ.
Цель данной работы — изложить в максимально доступной форме все указания, правила и таблицы, необходимые для разбивки трассы, строительства, оснащения и эксплуатации железных дорог.
Как правило, американские инженеры не получают специального образования для своей деятельности; и когда они обладают знаниями в области фундаментальной науки, они затрудняются применить их на практике.
Предполагается, что читатель знаком с элементами арифметики, геометрии, алгебры и механики: обладая этим, он, благодаря внимательному изучению последующего материала, сможет правильно рассчитывать пропорции мостов из дерева, камня и железа: устоев, опор, подпорных стен, верхнего строения пути и паровозов; а также проектировать, разбивать на местности, выполнять и оценивать любые виды работ, встречающиеся при постройке железных дорог.
Поскольку целью было принести пользу, а не проявить оригинальность, были проконсультированы лучшие авторы-инженеры и экспериментаторы, среди которых: Готе, Навье, Виа, Тредголд, Барлоу, Тоттен, Фэрберрн, Ходжкинсон, Кларк и Ларднер. А также большое количество отчетов американских инженеров-строителей по железнодорожным вопросам.
Если предположения заменяют собой демонстрацию, то они опираются на авторитетные источники. Читатели должны помнить, что эта работа является «справочником», а не «трактатом». Она предназначена скорее в качестве настольного пособия, чем учебника для студентов. Во всех случаях она дает необходимый фактический численный результат, будь то сечение пояса моста, толщина стены или размеры паровозного котла.
В связи с этим полезно использовать работы Траутвайна и Хенка по полевым работам: лейтенанта Смита — по топографии; Дэвиса — по геодезии; и Герли — по использованию приборов.
Всем, кто желает получить исчерпывающий трактат по принципам мостостроения, рекомендуется прекрасная работа Германна Гаупта.
Я пользуюсь этой возможностью, чтобы сердечно поблагодарить инженеров, которые тем или иным образом помогли сделать эту работу, как полагается, полезной.
G. L. V.
ОБЩЕЕ ОГЛАВЛЕНИЕ.
Page
Introduction 1
CHAPTER I.— Reconnoissance 12
II.— Survey 24
III.— Location 41
IV.— Preliminary Operations 55
V.— Laying out Work 89
VI.— Earthwork 97
VII.— Rockwork 115
VIII.— Wooden Bridging 122
IX.— Iron Bridging 192
X.— Stone Bridging 233
XI.— Masonry 248
XII.— Foundations 261
XIII.— Superstructure 272
XIV.— Equipment 302
XV.— Stations 403
XVI.— Management 413
Appendix 459
АНАЛИТИЧЕСКИЙ УКАЗАТЕЛЬ.
INTRODUCTION.
PAGE
Rise and progress of railroads 1
Influence of railroads 3
Safety of railroad travelling 5
Preliminary operations 5
Mechanical principles of locomotion 6
Determination of character of road 7
Gauge 8
General establishment of route 10
CHAPTER I. RECONNOISSANCE.
General topography 12
Barometrical levelling 18
CHAPTER II. SURVEY.
Topographical sketching 24
General establishment of grades 32
Equating for grades 34
Comparison of surveyed lines 39
CHAPTER III. LOCATION.
Alignment 41
Final adjustment of grades 46
Comparison of located lines 47
CHAPTER IV. PRELIMINARY OPERATIONS.
Specification 55
Contract 81
Solicit 84
Bid 85
Comparison of bids 87
CHAPTER V. LAYING OUT WORK.
Slopes 89
Culverts 90
Masonry 91
Tunnels 95
CHAPTER VI. EARTHWORK.
Form of railroad sections 97
Excavation and embankment 104
Transport of material 106
Average haul 106
Drainage 109
Method of conducting construction operations 111
CHAPTER VII. ROCKWORK.
Rock excavation 115
Blasting and quarrying 115–117
Tunnelling 118
CHAPTER VIII. WOODEN BRIDGING.
Of the forces at work in bridges 122
Extension 123
Compression 123
Cross strain 124
Detrusion 126
Strength of materials 126
Rules for practice 131
Of the truss 139
Of the arch 169
Of the road-way 174
Lateral bracing 175
Pile bridging 178
Trestling 180
Draw bridges 181
Centres 182
CHAPTER IX. IRON BRIDGES.
Nature and strength of iron 192
Classification of iron bridges 194
Iron truss frames 195
Suspension bridges 203
Boiler plate bridges 223
CHAPTER X. STONE BRIDGING.
Of the water-way 233
Form of the arch 236
Thickness of voussoirs 238
Form and thickness of abutments 239
Form and dimensions of piers 245
CHAPTER XI. MASONRY.
Stone 248
Cements, mortars, and concretes 249
Construction of arches, wings, and parapet 253
Culverts and drains 255
Retaining walls 256
CHAPTER XII. FOUNDATIONS.
Pile driving, common system 262
Mitchell’s screw pile 266
Potts’s atmospheric system 266
Coffer-dam 267
Caisson 269
CHAPTER XIII. SUPERSTRUCTURE.
Timber work 273
Rail section 276
Chairs and joints 282
Frogs 290
Switches 294
Sidings and crossings 298
Elevation of exterior rail 298
CHAPTER XIV. EQUIPMENT. PART I. LOCOMOTIVES.
Introduction 302
Birth and growth of the locomotive 302
The English locomotive of 1850 304
The American locomotive of 1855 305
General description 306
Mechanical and physical principles 312
Resistance to the motion of trains 312
Traction and adhesion 316
Fuel 317
Generation of steam 330
Application of steam 336
Boiler proportions and dimensions 340
Rules and tables for practice 354
Adaptation of locomotives to the movement of trains 360
Classification of engines 371
PART SECOND. CARS.
Wheels and axles 396
Classification of cars 400
Retarding of trains 401
CHAPTER XV. STATIONS.
Classification of buildings 403
Location of buildings 403
Terminal passenger house 403
Terminal freight house 405
Engine house and appurtenances 405
Way passenger and freight house 407
Wood shed and tank 407
CHAPTER XVI. MANAGEMENT.
Organization of employees 413
Duties of employees 415
Number of trains to be used 418
Amount of service of engines 418
Expenses, receipts, profits 420
Express trains 428
Comparative cost of working heavy and light trains 434
Branch roads 436
Reproduction of road and of stock 437
Working railroads by contract 439
Classification of freight 439
Time tables 443
Locomotive registers 444
Electric telegraph 454
New York and Erie Railroad 456
APPENDIX.
A.—Decimal Arithmetic 459
B.—Algebraic formulæ 461
C.—Weights and measures 464
D.—Value of the Birmingham gauges 465
E.—Locomotive boilers 466
F.—Effect of grades on the cost of working 468
G.—Form for a locomotive specification 471
H.—Relative cost of transport by railroad and by stage 476
I.—Form for experimental trips with locomotives 478
K.—Proper weight for locomotives 479
ДОПОЛНЕНИЯ, ИЗМЕНЕНИЯ И ИСПРАВЛЕНИЯ.
Читателю настоятельно рекомендуется учесть следующие опечатки перед чтением работы. Часть из них представляет собой типографские ошибки, а часть — ошибки в оригинальной рукописи. Единственное оправдание, которое автор может привести в отношении их количества, заключается в том, что, находясь в Миссури, в то время как его издатели находились в Бостоне, он был лишен возможности увидеть хоть один корректурный лист вовремя для его исправления.
Страница 5, строка 7, вместо «499.999» читать «499,999».
— 5, стр. 9, вместо «49.999» читать «49,999».
— 10, стр. 1, вместо «can be» читать «can never be».
— с 12 по 23, в колонтитулах, вместо «reconnoitre» читать «reconnoissance».
— 18, стр. 24, вместо «36.9» читать «36.8».
— 19, стр. 6, вместо «table B» читать «table D».
— 24, стр. 1, вместо «any thing» читать «every thing».
— 25, стр. 17, вместо «horizontal line m m m» читать «line 1, 2, 3» и т. д.
— 26, стр. 2, вместо «land» читать «level».
— 27, стр. 1, вместо «at the place» читать «at the right place».
— 28, стр. 29, вместо «reconnoitre» читать «reconnoissance».
— 30, стр. 3, вместо «A c d B» читать «A C D B».
— 32, стр. 2, точка m на рисунке находится на одно целое деление выше C; она должна быть только на три четверти деления.
— 38, стр. 10 снизу, вместо «276» читать «268».
— 39, стр. 10 снизу, вместо «142.13» читать «143.13»; а в последней строке вместо «58.46» читать «48.46».
— 40, стр. 7, вместо «10310,667» читать «10,277,333».
— 42, стр. 9, вместо «Thus» читать «These».
— 42, стр. 8 снизу, вместо «2°.81 или 2° 48′.6» читать «2°.86 или 2°.51.6».
— 43, стр. 27, вместо «Hencke» читать «Henck».
— 47, 48, 49, for “McCullum,” read “McCallum.”
— 47, стр. 18, вместо «distance» читать «resistance».
— 48, стр. 6, вместо «infringing» читать «impinging»; строка 9, вместо «slacking» читать «shackling»; стр. 8 снизу, вместо «increased» читать «increases».
— 50, стр. 17, вместо «110 + 15.60» читать «110 + 15.62».
— 52, стр. 15, вместо «45.59» читать «45.49»; а также стр. 17, вместо «1132» читать «11.32».
— 58, стр. 10, вместо «of size» читать «and size».
— 58, стр. 5 снизу, вместо «one cent» читать «100 of a cent».
— 61, стр. 3, вместо «are necessary» читать «are not necessary».
— 63, стр. 28, вместо «stretches» читать «stretchers».
— 65, стр. 15, вместо «spanded» читать «spandrel».
— 71, стр. 6 снизу, вместо «left» читать «let».
— 73, стр. 19, вместо «chains» читать «chairs».
— 74, стр. 5, вместо «across ties» читать «on cross-ties».
— 74, стр. 12, вместо «28 inches» читать «27 inches».
— 75, стр. 18, вместо «land» читать «haul».
— 76, стр. 8, вместо «top» читать «bottom», и вместо «charred when» читать «charred where».
— 76, стр. 11, вместо «twopenny» читать «tenpenny».
— 78, стр. 1 и 2, вместо «base» читать «basis».
— 84, стр. 13, вместо «as» читать «or».
— 89, стр. 6, вместо «Whenever» читать «Wherever»; стр. 12, вместо «Letting» читать «Setting».
— 90, стр. 4, вместо «cost» читать «cut».
— 93, стр. 6, вместо «37 and 38» читать «36 and 37».
— 95, стр. 1, вместо «beach» читать «bench»; стр. 3, вместо «to so» читать «so to»; стр. 13, вместо «b being 10 ft. back of 2 is ... 100.00» читать «b being 10 ft. back of 2 is 0.1 ft. higher than 2, or ... 100.10».
— 102, стр. 1, заголовок сред. кол., вместо «Slopes 1¼» читать «Slopes 1½».
— 103, стр. 4 снизу, вместо «and ten feet» читать «and one end ten feet».
— 104, стр. 9, вместо «any» читать «very».
— 108, стр. 9, вместо «Elwood» читать «Ellwood».
— 115, стр. 5, вместо «a loam» читать «a berm»; стр. 16, вместо «a rent» читать «a vent».
— 117, стр. 7, вместо «volcanic» читать «voltaic».
— 117, стр. 9, вместо «Round Drum» читать «Round Down».
— 117, стр. 18, вместо «Col. Puseling» читать «Col. Pasley».
— 118, стр. 2, вместо «Maillefaut» читать «Maillefert».
— 118, стр. 16, вместо «insert» читать «invert».
— 118, стр. 25, вместо «quointed» читать «grouted».
— 119, стр. 30, вместо «furnished» читать «finished».
— 120, в таблице вместо «Nochistingo» читать «Nochistongo»; вместо «Supperton» читать «Sapperton»; и вместо «Black Rock, W. S.» читать «Black Rock, U. S.».
— 121, стр. 19, вместо «Belchingly» читать «Blechingly».
— 125, в таблице внизу вместо «90 69» читать «90 66», и вместо «140, 20 140, 20 160 or 0.13» читать «111, 20 111, 20 131, or 0.15».
— 126, стр. 1, вместо «extensive» читать «extensile».
— 127, стр. 10, вместо «67,200» читать «65,251».
— 127, стр. 26, вместо «Hodgekinson» читать «Hodgkinson».
— 128, стр. 4, вместо «12000» читать «11000».
— 128, стр. 15 и 22, вместо «Hodgekinson» читать «Hodgkinson».
— 129, стр. 5, вместо «12000» читать «11000».
— 129, стр. 2 снизу, вместо «Sun Wood» читать «Ironwood».
— 130, стр. 7, вместо «WL 2 = 4 Sbd 2» читать «WL = 4 Sbd 2».
— 131, стр. 9, вместо «wood 143» читать «wood 133».
— 134, в ст. 164 вместо «700» читать «952».
— 136, вместо приведенного там примера поместить следующее:
Span 30 feet, Whence—
Length 34 feet, Length 34 feet,
Load 10 tons at centre. Span 30 feet,
Depth 25½ inches,
Lower flange 32.58 square inches,
Upper flange 5.34 square inches,
a = 6 × 10 × 12 × 30
26 × 34 × 12
16 = 32.58
и 32.58 6.1 = 5.34.
— 141, последняя строка, рис. 63 A был опущен; он такой же, как рис. 102, стр. 200, в перевернутом виде.
— 142, последняя строка, вместо «span» читать «spans».
— 146, заголовок кол. 7, вместо «Top Washer» читать «Thickness of Washer».
— 150, после строки 9 следует вставить рис. 67 D и 67 E (стр. 153).
— 151, стр. 3, вместо «W = 2249» и т. д. читать «W = 2240» и т. д.
— 151, стр. 18, вместо «opposite to 31,416, is the diam. 1⅝» читать «opposite to 41,415, is the diam. 1⅞».
— 151, стр. 19, вместо «1⅝» читать «1⅞».
— 154, последняя строка, вместо «tubular» читать «tabular».
— 156, стр. 4 снизу, вместо «washer band» читать «washer used».
— 164, стр. 10 по 14 включительно. Первое число отношений должно быть 20 вместо 15.
— 166, стр. 11, вместо «69 B» читать «69 A».
— 171, заголовок кол. 5 таблицы, вместо «Rod of Arch» читать «Rad. of Arch».
— 173, стр. 25, вместо «ability» читать «stability».
— 173, стр. 32, вместо «Whence» читать «Where».
— 175, стр. 8, вместо «triangular» читать «diagonal».
— 178, стр. 3, вместо «article» читать «outside».
— 184, стр. 4 снизу, вместо «barriers» читать «voussoirs».
— 187, рис. 96 перевернут; а также рис. 97, стр. 188, и рис. 98, стр. 189.
— 193, стр. 4, кол. 3 таблицы, вместо «.00000675» читать «.00000685»; а также стр. 16, кол. 5, вместо «straining» читать «shearing»; стр. 7 снизу, вместо «15,000» читать «18,000»; и стр. 6 снизу, вместо «75,000» читать «105,000».
— 199, стр. 7 снизу, вместо «20,132» читать «20,312».
— 200, стр. 4, вместо «A C» читать «A G»; и стр. 6, вместо «that on A R» читать «that on A K».
— 202, стр. 7, вместо «on page 193» читать «on page 138».
— 204, стр. 5 снизу, вместо «varied line» читать «versed sine».
— 207, стр. 5 и 6, вместо «F G, G E, in place of E F, E C» читать «G L, G E, in place of F L, F C».
— 210, вместо «f′ = π F 4 ph» вставить «D = √ ¾[ V 2 – d 2 ] – √ ¾[ l 2 – d 2 ].
where D = depression,
l = half length of curve before elongation,
V = half length of curve after elongation,
d = half distance between points of suspension.” Omit the remainder of the paragraph.
— 211, опустить 6-ю и 7-ю строки, и вместо приведенной там формулы использовать формулу на стр. 210 (с исправлениями), где V — длина полукривой в удлиненном от нагрева, а не от натяжения виде; причем удлинения как от нагрева, так и от натяжения определяются по таблице на стр. 193.
— 212, стр. 2, вместо «510.69» читать «510.80», каковой результат, разумеется, проходит через весь пример.
— 213 и 214. Замечания в разделе «Закрепление кладки» очевидно неверны повсеместно: во-1х, все натяжение следует делить на два, а не на четыре, так как половина общего натяжения действует в каждой точке подвеса; во-2х, не следует делать никаких поправок на направление тягового усилия. Половина натяжения составляет 3 321 250 фунтов, чему противостоит колонна кладки объемом 3 321 250 / 160 = 20 758 кубических футов, или 20 × 20 × 52 фута, либо масса размером 15 × 15 × 91 фут.
— 214, стр. 6, вместо «561,527» читать «562,542».
— 215, стр. 14 снизу, вместо «STIFFENING TOWERS» читать «STIFFENING TRUSSES».
— 225, стр. 14, вместо «194» читать «193».
— 226, стр. 3, вместо «see page 128» читать «see page 193».
— 227, стр. 4, вместо «detensional» читать «detrusional».
— 228, вместо уравнений на стр. 16 вставить «R × a = R′ × (2 d × t)».
whence d = R × a
2R′ × t;
where a = area of rivet,
d = distance,
t = plate thickness.
— 229, в ст. 242 прочность «ковкого железа» была принята как прочность «котельного железа»; то есть 11 000 вместо 7 500 и 15 000 вместо 12 740, что неверно.
— 231, стр. 21, вместо «chopped» читать «dropped».
— 234, стр. 4, вместо «joint» читать «just».
— 235, стр. 14, вместо «0.016 feet» читать «0.047 feet».
— 236, стр. 9, вместо «care» читать «ease».
— 237, стр. 3 снизу, вместо «representing» читать «separating».
— 241, стр. 2, вместо «localities» читать «locality».
— 242, стр. 7, опустить «and c e, the parapets».
— 243, стр. 9, вместо «embankment» читать «abutment».
— 244, стр. 9, вместо «is thus» читать «is found thus».
— 245, стр. 17, вместо «latter» читать «batter».
— 249, стр. 23, вместо «common hydraulic» читать «common mortar, hydraulic».
— 249, стр. 27, вместо «argyle magnesia» читать «argil, magnesia».
— 251, стр. 16, вместо «7½ to 2» читать «1½ to 2».
— 254, последняя стр., вместо «corners» читать «courses».
— 256, стр. 13, вместо «formed» читать «found».
— 258, ст. 276, вместо «20 2 × 15 × 1 × 100 × 20 3» подставить «20 × 15 × 1 × 100 × 2 × 20 3», где 2 представляет отношение между C a 6 и 6–2; таким образом, 20 × 15 × 1 × 100 × 6.6 12 × 20 3 = 111 111 для опрокидывающего усилия вместо 100 000. Опрокидывающее усилие столь велико потому, что было принято, будто максимальный вес земли давит на стену всей своей силой без учета трения. На практике установлено, что для стен, удерживающих обычный грунт, вполне достаточна толщина, равная 4/10 высоты.
— 262, предпоследняя стр., вместо «superstratum» читать «substratum».
— 264, в примере, стр. 5, вместо «26,667» читать «48,000».
— 266, стр. 25, вместо «Godwin» читать «Goodwin».
— 266, стр. 26, вместо «There, sands» читать «These sands».
— 267, стр. 22, вместо «bottom» читать «proper level».
— 281, стр. 4 снизу, вместо «curve» читать «cone».
— 282, стр. 20, вместо «Daniel» читать «David».
— 282, стр. 4 снизу, вместо «cup» читать «cap».
— 284, стр. 10 и 285, стр. 8, вместо «compressed rails» читать «compound rails».
— 285, стр. 5, вместо «extension» читать «extensile».
— 289, инвертировать столбец 1 таблицы так, чтобы читалось следующим образом:
At 100° place the rails in contact.
At 90° at a distance of .00136 feet, or 0.016 inches.
At 80° at a distance of .00272 feet, or 0.032 inches Etc.
— 289, последняя стр., вместо «levelled» читать «bevelled».
— 291, последняя стр., вместо «a c, 4.8» читать «a c, L 8».
— 292, стр. 9, вместо «e h и d k» читать «e L и d k»; на той же стр., стр. 6 снизу, вместо «a, 9 is three, etc.» читать «a b is three» и т. д.
— 293, стр. 6 и 7, вместо «i g, e h, b b, 8, 9, A s 79» читать «i g, e h, a c, b c».
— 296, стр. 14, вместо «R 2 – R – 8 2» читать «R 2 – R – g 2».
— 303, ст. 299, вместо «M. Leguire» читать «M. Seguin».
— 306, стр. 2, вместо «R. R. & G.» читать «R. K. and G.».