Волгоградский мост

neznaika_nalune — 23.05.2010 (читатели просили прокомментировать).

Когда я увидел нашумевшие ролики с качающимся мостом через Волгу, и затем некоторые фотографии этого моста, (ещё), у меня возникло недоумение. Я удивился не тому что этот мост качается; а тому что он не качался заметно до сих пор.

Этот мост должен качаться, именно таким образом. Это не является следствием плохого качества строительства. Судя по имеющимся данным, само строительство производит вполне благоприятное впечатление. Но мост должен качаться, потому что он именно так спроектирован.

Первое впечатление, которое возникает при взгляде на это мост (статичном, не то что видео его колебаний) - что у него полностью отсутствует какая-либо жёсткость. Мост представляет собой тонкую железобетонно-асфальтовую ленту, точечно положенную на опоры, расположенные на достаточно большом, регулярном расстоянии друг от друга - около 150 м. Соединение с опорами чуть ли не шарнирное, не имеет никакой жёсткости к поперечным колебаниям основной моды - качанию вокруг места соединения с опорами. Именно так он и качается - стоячая волна, с полудлиной волны равной просвету между опорами. Точно так же как струна закреплённая между двумя точками. Других мод колебаний практически не заметно.

Какие двоечники проектировали это чудо в перьях? Едва ли не первое правило, которое должен знать проектировщик больших конструкций (я не проектировщик, просто вполне неплохо знаю механику и сопромат) - это то что длинные тяжёлые обьекты, в силу их природы, подвержены низкочастотным автоколебаниям поперечным к их основной оси; они должны иметь "рёбра жёсткости" или какие-то другие конструктивные средства, повышающие их жёсткость и гасящие эти автоколебания. Идея рёбер жёсткости состоит в том что эти дополнительные элементы конструкции удлиняются или укорачиваются при основных автоколебаниях обьекта, и таким образом препятствуют большой амплитуде этих колебаний (пример - диагональная планка в прямоугольную раму из четырёх досок, не дающая ей легко превращаться из прямоугольника в параллелепипед).

Сравните, например, с более старым мостом в Саратове, соседнем с Волгоградом городе. Видите разницу? Жёсткость его конструкции достигается за счёт стальных арок на опорах, на которые, собственно, и положен мост. Ещё один соседний мост через Волгу - железнодорожный мост ниже Саратова. Здесь жёсткость достигается довольно высокой стальной надстройкой над полотном моста. Ещё один вариант - длинная многокилометровая эстакада через озеро Пончатрейн в Новом Орлеане. Она, вроде бы, обходится без явных рёбер жёсткости. Но там могут работать другие факторы - более частые пролёты, ограничиващие длину основной стоячей волны, более тяжёлое полотно, и низкая высота, уменьшающая воздействие ветра.

Мост в Волгограде, безусловно, опасен для эксплуатации. Но он вовсе не обязательно должен скоро разрушиться: угловая амплитуда колебаний остаётся относительно небольшой, в десятки раз меньше чем в случае знаменитого моста в Такоме, разрушенного ветром.

Что можно сделать? Во-первых, у меня большие сомнения в том, что строительство запланированной второй параллельной ветки радикально улучшит ситуацию. Да, это может улучшить аэродинамику, но мост имеет принципиальные конструктивные недостатки (отсуствие жёсткости), не связанные непосредственно с воздействием ветра. Вторая ветка никак не устраняет их, и даже наоборот, может добавить новую моду колебаний: крутящую (когда волны на одной и другой ветках находятся в противофазе).

Но радикально повысить жёсткость моста вполне можно, не слишком дорогими средствами. Например, следующее: оставить два центральных пролёта для основной навигации, и добавить по дополнительной опоре (такой же как существующие) в периферийные пролёты - это резко уменьшит основную моду колебаний. Причём лучше всего поставить их не точно посередине пролётов, а варьируя около соотношения 0.4/0.6 (идеально - что-то близко к "золотому сечению"): это будет способствовать демпфированию более высоких мод колебаний. Лучше всего ещё добавить жёсткость к каждой опоре: например, прикрутить по паре диагональных стальных швеллера длиной 5-7 метров от опоры по обе стороны моста под углом 45 градусов. Это несколько изменит внешний вод моста, но в данном случае не до первоначальной эстетики: не до жиру, быть бы живу.

В общем, мост спасти вполне можно, и не очень дорогим способом. Но делать это должны не те люди которые изначально проектировали его: грубейшими ошибками они поставили окончательный приговор своей компетентности.

Оставить комментарий

Популярные посты:

• Ранее
• Архив