Весь расчет моста, который сделал Кулибин, был выполнен настолько грамотно, что если произвести его сейчас, по всем правилам современной науки, получатся те же результаты. (Такой расчет приведен в трудах Академии наук: «Архив истории науки и техники» за 1936 год.)
Конструкция моста Кулибина была совершенно новой. Впервые в мире Кулибин применил решетчатую ферму. Всё строение моста состояло из перекрестно скрепленных деревянных стержней. Это и являлось системой решетчатых ферм.
Из таких решетчатых ферм были построены все три модели Кулибинского моста.
Позднее решетчатые фермы стали применяться во многих мостах как у нас, так и за границей.
Но, хотя Кулибин первый построил решетчатую ферму, она неверно называлась «американской фермой Тауна», несмотря на то, что американский инженер Таун предложил решетчатую ферму на пятьдесят лет позднее Кулибина.
В конце 1772 года Кулибин построил вторую модель. Последние свои гроши он тратил на опыты и модели, а сам жил очень бедно. Свои расчеты и модели Кулибин представил в Академию наук. Но некоторые академики не доверяли расчетам Кулибина. «Какие расчеты может сделать «плотник», не знающий математики и механики!» — рассуждали они. Над Кулибиным открыто смеялись. И хотя модели его выдержали все испытания, академики нашли их «сумнительными».
Может быть, другой человек сдался бы и бросил всю затею. Но Кулибин был не из таких. Он убежден в правильности своих расчетов. Они подтверждены многими опытами. Можно говорить об улучшении конструкции, но в основном задача решена правильно.
Однако Кулибин видел, что перед ним выросла стена равнодушия. Эту стену труднее пробить, чем решить самую сложную техническую задачу.
Он пишет письма разным высокопоставленным лицам. Старается их уверить, что проект моста им сделан правильно. Приводит пример о том, что строителю московского Каменного моста вначале тоже «мало доверяли». Наконец он просит денег, чтобы можно было построить третью, ещё лучшую модель моста. Но всё напрасно. Ему просто не отвечают или отшучиваются.
В это время Кулибин прочел в «Санкт-Петербургских ведомостях» о том, что Лондонская академия наук объявила конкурс на модель моста через Темзу. Мост, согласно условиям конкурса, должен был состоять из одной дуги, без свай, и концами своими опираться на берега реки. За лучшую модель назначалась большая премия.
Модель Кулибина полностью отвечала требованиям лондонского конкурса. Он мог бы послать свой проект в Англию и приобрести известность и деньги. Но Кулибин этого не сделал. Он думал о Неве, а не о Темзе, и хотел строить мост в России, а не в Англии. И он продолжал доказывать и просить.
Лишь через три года ему удалось пробить брешь в стене равнодушия и то только потому, что его моделью заинтересовался всесильный в то время граф Потемкин.
По императорскому указу Кулибину выдали на построение модели тысячу рублей.
Кулибин приступил к изготовлению своей третьей модели. Он работал над ней семнадцать месяцев.
К концу 1776 года модель была готова. Она по величине была в десять раз меньше моста. Длина модели равнялась почти тридцати метрам, а высота — почти трем метрам. По сравнению с предыдущими, в эту модель был внесен ряд конструктивных улучшений. Прежде всего, в середине модель была сделана легче, а к концам — тяжелее. Это достигалось тем, что сечение всех элементов конструкции было к середине модели меньшего размера, а к концам — большего. Такое расположение материала увеличивало устойчивость моста. Оно оказалось настолько правильным, что употребляется до сих пор при строительстве арочных мостов.
В третьей модели было увеличено также число решетчатых ферм, которые скреплялись теперь мощными поясами из брусьев. Для соединения деревянных частей применялись железные болты с шайбами. Всё это придавало крепость и устойчивость мосту, сопротивляемость его боковым толчкам и ветру.
Мост согласно модели должен был быть длиной около трехсот метров, высотой около тридцати метров. При такой высоте под мостом могли свободно проходить корабли с мачтами. Но, несмотря на кажущуюся крутизну моста, на самом деле въезд на него был очень пологим, проезд по мосту почти горизонтальным. Достигалось это тем, что подъем на мост должен был начинаться примерно за двести метров от моста, а проезд по самому мосту шел не по изгибу арки моста, а почти по прямой линии — у концов моста на уровне верха арки, в середине — на уровне низа арки. Такое расположение проезжей части и приводило почти к полной её горизонтальности, так что подъем в пределах моста был даже меньше, чем у многих современных мостов. Проезжая часть состояла из дощатого настила, укрепленного на поперечных связях. Тут же по бокам были сделаны дорожки для пешеходов. Но, кроме того, дорожки для пешеходов шли ещё и по верху арки. Были сделаны также различные архитектурные украшения моста. Концы моста должны были упираться в каменные фундаменты.
Кулибин предполагал строить свой мост приблизительно на том месте, где находился наплавной Исаакиевский. Он подробно продумал весь процесс постройки моста и какие при этом нужно будет выполнить дополнительные работы. Старался учесть все возможности и предугадать всякие случайности и неожиданности.
Пока мост будет строиться, Кулибин предполагал его удерживать с берега специальными тросами. Эти тросы должны быть перекинуты через особые башни, построенные для этой цели на берегу. Но тросы должны быть очень прочными, чтобы удержать такую громаду. Поэтому Кулибин наметил серию опытов по определению прочности тросов.
Однако ведь, безусловно, при строительстве моста придется работать не только на берегу, но и в пролете, над самой рекой. Чтобы сделать это возможным, Кулибин предполагал строить свой мост зимой. В лёд должны быть вморожены сваи и на них построен помост. Чтобы знать, насколько годен для этого невский лед, Кулибин подготовил исследование по определению прочности льда.
Для изготовления арочных ферм Кулибин хотел построить большую площадку, на которой сделать точный чертеж арок моста, их разметку и заготовку. Этот прием оказался настолько удобным, что употребляется и сейчас при строительстве мостов. Так, например, он был применен при постройке моста через канал имени Москвы у станции Химки.
Кулибин дает развернутый план работ, в какой последовательности должны идти строительство и сборка моста, методы выемки грунта под опоры. Ещё многие моменты предусматривал Кулибин и описывал их со всеми подробностями.
Свои расчеты, чертежи, описания вместе с моделью Кулибин представил в Академию наук. На этот раз его расчеты проверил Эйлер. Эйлер был поражен. Все расчеты оказались правильными. Позднее Эйлер в «Месяцеслове с наставлениями на 1776 год», изданном Академией наук, подтвердил точность вычислений Кулибина.
Был назначен день испытания модели.
Собралась специальная комиссия из академиков. Среди них Леонард Эйлер, Крафт, Румовский, Котельников и другие. Кое-кто из академиков насмешливо посматривал на Кулибина. Хотя Эйлер сказал, что всё вычислено правильно, всё равно они не верили. Недавно были проведены испытания двух моделей мостов, представленных иностранцами. Тоже как будто бы всё казалось на первый взгляд правильным, а когда положили на модели проверочный груз, они обе рухнули.
— Что ж, два моста изъездили, давайте доезжать третий, — шутили академики.
— Этот Кулибин скоро построит нам лестницу на самое небо.
Кулибин молчал. По расчету модель должна была выдержать три тысячи триста пудов груза.
Рабочие стали носить железо. Академики продолжали шутить. Количество железа на модели росло.
Когда груз превысил три тысячи пудов, наступила тишина. Никто больше не улыбался и не шутил. Вот уже три тысячи сто пудов груза, три тысячи двести… Академики прислушиваются: не раздастся ли где-нибудь скрип или треск ломающейся части. Осматривают модель со всех сторон. Но модель стоит неколебимо. Наконец три тысячи триста пудов!
— Кладите остальное железо, — спокойно говорит Кулибин рабочим.
Перенесли оставшееся железо.
— Там в углу двора есть ещё кирпичи.
Положили и кирпичи.
Теперь на модели было три тысячи восемьсот семьдесят пудов.
Больше класть было нечего.
Тогда Кулибин взошел сам на мост и пригласил всю комиссию.
Один за другим академики поднимались на мост. Они поздравляли Кулибина.
— От всего сердца поздравляю вас с желаемым успехом, — сказал Эйлер. — Теперь остается вам оправдать пророчество и сделать нам лестницу на небо.
Но этим комиссия не удовлетворилась. Решено было провести длительные испытания.
Около месяца стояла модель под нагрузкой. Всё это время ученые наблюдали за ней. Смотрели, не появились ли где трещины, не погнулась ли она.
