ячеистую конструкцию.
Четыре стальных листа с помощью клёпок прикрепили к уголкам, чтобы получилась квадратная труба со стороной один метр и высотой более десяти метров. Несколько таких труб устанавливали рядом друг с другом, образуя сегмент опоры. Каждая труба сама по себе обладала большой жёсткостью, а собранные в пучок, они составляли особенно жёсткую конструкцию.
Для возведения пилонов использовали самоподъёмные краны, которые крепились прямо на самом пилоне. Эти краны «карабкались» вверх по построенной секции с помощью домкратов – и приступали к следующей.
Как протягивали тросы?
После возведения пилонов инженерам предстояло протянуть основные тросы. Поскольку Золотые Ворота были самым большим висячим мостом в мире, то и тросы у него были соответствующие. Длина каждого из них составляла рекордные 2332 метра, а вес – 11 тысяч тонн! Каждый трос состоял из 27,5 тысячи проволочных нитей общей длиной 65 тысяч километров. Этого бы хватило, чтобы обвязать Землю по экватору полтора раза.
Такой длинный и тяжёлый трос не смог бы поднять ни один кран. Оставалось одно решение – собрать его сразу в окончательном положении, прямо на пилонах. Такой способ появился ещё в XIX веке, но на мосту Золотые Ворота он был воплощён в небывалом масштабе.
Первым делом строители перекинули через пилоны лёгкий временный трос – леер. По нему ходили передаточные колёса, на которые надевались проволочные нити. Одно передаточное колесо тянуло нить до середины главного пролёта, в это время с противоположного берега другое колесо тянуло другую нить сюда же. В середине пролёта нити перебрасывали с одного колеса на другое, и колёса возвращались обратно. Таким образом, в течение нескольких месяцев от берега к берегу протянули все нити будущих тросов. Затем по пучку нитей прошла стягивающая муфта, которая прижала нити друг к другу, – получился круглый в сечении трос диаметром чуть меньше метра. После его защитили от влаги оболочкой из стальных труб.
Под весом пролётного строения и машин в главных тросах возникает значительное растягивающее усилие. Его необходимо передать на анкеры – огромные железобетонные блоки на берегах, в которых «заякорены» тросы.
Подготовив основания будущих анкеров, строители установили в них тяги – стальные балки, к которым прикрепляли каждую из прядей проволок, формирующих главные тросы. После того как все пряди были закреплены на тягах, конструкцию залили бетоном. Получились громадные блоки весом 60 тысяч тонн каждый.
Как строили ферму жёсткости?
Наконец, оставалось построить ферму жёсткости, по которой будут двигаться машины. По проекту она должна была находиться на высоте 67 метров над водой – примерно 22-этажного здания.
Как возвести конструкцию длиной более километра на такой высоте? Построить такие колоссальные леса было невозможно. И даже если бы это получилось, их бы непременно сносили штормовые ветра, а вход в пролив для кораблей был бы перекрыт.
В главе «Виадук Гараби» мы рассказывали о том, как Гюстав Эйфель решил проблему с лесами – использовал навесной способ. Его же использовали и здесь: ферму висячего моста логично было строить в висячем положении.
Чтобы обеспечить равномерную нагрузку на тросы, строительство начали одновременно с обеих сторон главного пролёта. Краны поднимали стальные балки, и рабочие сразу подвешивали их к вертикальным тросам и соединяли друг с другом. Боковые фермы были связаны поперечными балками и Х-образными ветровыми связями, чтобы конструкция работала как единое целое.
По мере строительства кран двигался по уже построенной части фермы жёсткости всё ближе и ближе к середине моста. Через полгода две рабочие бригады встретились ровно посередине. Ферма была готова – оставалось только уложить на неё дорожное полотно.
Что может разрушить мост?
На первый взгляд любой мост кажется незыблемым сооружением. На самом деле, помимо постоянной нагрузки от собственного веса и временных нагрузок от машин или поездов, на мост значительно воздействует окружающая среда. Самый опасный фактор – это ветер. Под действием сильных порывов ветра пролётное строение висячего моста чувствует себя как белье, развешанное на просушку.
Давайте проведём эксперимент. Возьмите полоску бумаги за два конца и подуйте на торец. Полоска начнёт раскачиваться. Поток воздуха, врезаясь в полоску, срывается то вниз, то вверх – то поднимая, то опуская её. То же самое происходит и с мостом – только в бóльших масштабах.
Для того чтобы уменьшить колебания, в мосте Золотые Ворота используется ферма жёсткости. Однако мост Такома-Нэрроуз в США, тоже спроектированный Львом Моисеевым, оказался более уязвимым. Вместо фермы инженер использовал балку жёсткости не очень большой высоты – всего 2,4 метра. С самого своего открытия в 1940 году мост часто раскачивался от сильных порывов ветра, за что местные жители прозвали его «Галопирующая Герти».
Утром 7 ноября 1940 года ветер в проливе достиг скорости 64 км/ч и колебания стали настолько сильными, что вертикальные тросы не выдержали и оборвались. Балка жёсткости длиной 850 метров обрушилась в воду. Это была, пожалуй, самая крупная авария в истории мирового мостостроения. К счастью, ни один человек не пострадал, хотя по мосту в это время проезжала машина. Её владелец, редактор местной газеты по имени Леонард Коутсворт, успел выпрыгнуть из салона и доползти по качающемуся мосту до пилона. Но вот его пса по кличке Табби спасти, увы, не удалось.
Инженеры всего мира извлекли из этой аварии важный урок – пролётные строения мостов должны быть достаточно жёсткими. С тех пор их стали проектировать в виде ферм или балок с большой высотой сечения.
Мост акаси-кайкё
В 1998 году в Японии был построен висячий мост Акаси-Кайкё, установивший рекорд длины пролёта – 1991 метр. В этом проекте нашли воплощение множество решений, которые мы рассмотрели. Опоры Акаси-Кайкё – это огромные кессоны, изготовленные заранее и затопленные в проливе. Его пилоны имеют ячеистую структуру, а пролётное строение устроено в виде фермы жёсткости. На создание двух главных тросов диаметром 112 сантиметров ушло 300 тысяч километров проволоки – этого бы хватило, чтобы обогнуть земной шар семь раз.
Однако в Японии одно обстоятельство усложняет строительство таких больших мостов – землетрясения. Как защитить пилоны высотой со стоэтажный дом от подземных толчков? Для этого внутри каждого пилона были подвешены 20 массивных противовесов, которые инженеры называют гасители колебаний. Принцип их работы чем-то похож на игрушку неваляшку. Когда пилон отклоняется в сторону, тяжёлый стальной гаситель, удерживаемый оттяжками, не успевает отклониться так быстро и стремится вернуть пилон назад.
Для того чтобы проверить надёжность работы гасителей, строители провели любопытный эксперимент: несколько десятков рабочих поднялись на пилоны и по команде стали раскачивать их, двигаясь то влево, то вправо.
Природа не заставила себя ждать. В 1995 году, во время строительства моста, в этой части Японии случилось страшное землетрясение. Уже достроенные к тому моменту пилоны выстояли.
Вантовые мосты
Несмотря на все плюсы, висячие мосты не лишены минусов. Во-первых, даже самый массивный главный трос – это гибкая конструкция, поэтому висячие мосты не могут похвастаться такой жёсткостью, как, например, балочные фермы. Во-вторых, протяжка главного троса и строительство анкеров для него – весьма дорогой и трудоёмкий процесс. Однако можно подвесить балку жёсткости не к основному тросу, а напрямую к пилонам – такой мост называют вантовым.
Впервые идея подвесить дорожное полотно к башням моста металлическими цепями пришла в голову хорватскому учёному и изобретателю Фаусту Вранчичу ещё в XVI веке. Вранчич значительно опередил своё время – тогдашний уровень развития металлургии не позволял создать такие конструкции.
Строить вантовые мосты начали во второй половине XIX века. Впрочем, по величине пролёта они значительно уступали висячим. Построенный в 1873 году в Лондоне мост Альберта имел пролёт всего 117 метров.
А вот на рубеже XX–XXI веков, благодаря появлению высокотехнологичных вант, вантовые мосты обрели популярность и стали стремительно расти в пролёте. Если мост Скарнсунд в Норвегии в 1991 году первым преодолел отметку в полкилометра, то мост Сутонг в Китае, построенный в 2008 году, имел пролёт уже в 1088 метров.
Русский мост
В 2012 году был завершён Русский мост во Владивостоке – обладатель рекордного среди вантовых мостов пролёта в 1104 метра. Пилоны Русского моста имеют высоту 321 метр – они выше небоскрёба в сто этажей. Балка жёсткости имеет форму крыла, которая лучше противостоит воздействию ветра.
Каждая ванта моста имеет от 13 до 85 прядей диаметром примерно 16 миллиметров. Для лучшей защиты от ржавчины каждая прядь упакована в оболочку из полиэтилена. Вся ванта одета в двойную оболочку: нижний слой – для защиты, наружный – для красоты. После установки ванты пряди натягивают, чтобы они начали нести нагрузку. Причём каждую прядь можно натягивать отдельно от остальных, как струны на гитаре. Если необходимо, можно заменить отдельную прядь или целую ванту без остановки движения по мосту.
Виадук мийо
Шоссе между Францией и Испанией было бы удобным способом путешествия между странами, если бы не «бутылочное горлышко» в районе городка Мийо – здесь машины выстраивались в многочасовые пробки. Правительство решило построить мост, который бы позволил автомобилистам не просто огибать городок, но и избежать спуска в долину реки Тарн.
Инженер Мишель Верложе спроектировал мост с высотой дорожного полотна 270 метров над рекой, а его общая длина составила 2,5 километра. Поднимать секции балки жёсткости на такую высоту с земли было бы крайне сложно – поэтому здесь решили применить способ