Чтение онлайн

Сначала все было в порядке — транспорта на мосту не было, нагрузка только от собственной массы предполагала чистое сжатие в верхнем поясе. Конструкция работала как арка, а горизонтальное усилие воспринимал нижний пояс-затяжка. Внезапно он разорвался. Конструкция «пыталась» продолжать работать как арка, передавая горизонтальную силу на фундаменты, которые, разумеется, не были рассчитаны на такую ситуацию. В результате вершины фундаментов были срезаны (рис. 22). Горизонтальная сила исчезла, исчез и эффект арки. С этого момента конструкция (вернее, ее верхний пояс), стала работать как свободно опертая балка (хотя и с параболическими очертаниями, что, впрочем, несущественно). Появились огромные изгибающие моменты, которые верхний пояс был не в состоянии выдержать. Балка, естественно, переломилась и рухнула в канал.

В середине 1976 г. в Японии был сдан в эксплуатацию самый большой из современных висячих мостов. После строительства моста между островами Хонсю и Кюсю, объявленного рекордсменом азиатского континента, и еще нескольких событий такого рода специалисты заговорили о висячих мостах как об одной из интереснейших областей техники, у которой едва ли не самая драматичная история.

Остановимся немного на искусственно раздуваемом межнациональном соперничестве и конъюнктурных амбициях, которые в развитых капиталистических странах часто накладывают свой отпечаток на развитие техники. Займем позицию беспристрастного наблюдателя. Однако в случае висячих мостов нам вряд ли это удастся, потому что история этой области строительства неминуемо вызовет у нас всевозможные эмоции. Несмотря на свой невероятно тонкий ажурный силуэт, они легко и естественно преодолевают огромные расстояния, как будто для них не существует законов гравитации. По эстетическому воздействию этот род мостов уникален: нет другого технического сооружения, где конструкция, демонстрируемая в столь чистом, первичном виде, вызывала бы такое впечатляющее ощущение мощи, легкости и изящества. И если мосты вообще являются наиболее ограниченной формой симбиоза техники и искусства, то висячие мосты — вершина этого симбиоза.

Висячие мосты строились еще первобытными людьми: их строят и сейчас некоторые полудикие племена, обитающие в джунглях Амазонки. В принципе это антитеза арочных конструкций. Их напряженное состояние тоже является безмоментным, но только на базе растягивающего усилия. Это предопределяет и единственно применимый для цепей и канатов материал — сталь. Равновесная форма провисшей дуги весьма изменчива, склонна к самоадаптации в условиях каждой новой конфигурации нагрузок. Арочным конструкциям такая гибкость недоступна, поэтому и их безмоментное состояние возможно только при строго определенной нагрузке. Висячие конструкции реагируют на изменение нагрузки изменением линий своих очертаний, что обеспечивает постоянное и абсолютно чистое безмоментное состояние. Но это имеет и другую сторону медали: такие вариации висячей равновесной формы связаны с деформациями путевого полотна. Поэтому висячие системы в чистом виде в мостовых конструкциях практически не встречаются. Цепи всегда сочетаются с жесткой конструкцией на уровне мостового полотна, которая воспринимает как определенные поперечные силы, так и определенные изгибающие моменты (вследствие ограничения свободных деформаций).

Материал висячей дуги, будь то лиана, веревка, цепь или стальной канат, работает в режиме постоянного растяжения. Именно по этой причине наиболее рационально используется все сечение элемента. Каждый грамм, каждый квадратный сантиметр материала может быть полностью вовлечен в работу по восприятию нагрузки и ее передаче береговым опорам. Этим обусловлена большая легкость висячих мостов, благодаря которой они (и только они) в состоянии преодолевать «за один раз», без промежуточных опор огромные расстояния. В случаях очень глубоких и очень широких препятствий, когда возведение каких бы то ни было промежуточных опор сложно, дорого, а часто и невозможно, висячий мост оказывается единственно возможным решением.

Большие или меньшие висячие мосты есть во всех странах мира. В последние годы дорожно-строительный «бум» в Японии привел к необходимости замены паромного сообщения между некоторыми островами мостовыми связями, а определенные особенности в рельефе дна обусловили неизбежность применения висячих систем. Классической страной висячих мостов, однако, считаются Соединенные Штаты. Грандиозные каньоны на крайнем западе, широкие полноводные реки и глубокие проливы Тихоокеанского побережья служат объективной предпосылкой расцвета висячих систем именно в этом районе земного шара.

В течение первого десятилетия минувшего века в США были построены шесть первых больших мостов с пролетами до 72 м, выполненные с применением кованых железных цепей. Один из них мост на р. Меримей просуществовал целых сто лет. Над Ниагарой возник мост с пролетом 252 м, а в 1848 г. на р. Огайо — мост с пролетом 336 м. Девятнадцатью годами позже был построен Бруклинский мост в Нью-Йорке, который «сразу» преодолел 487 м. Вместо цепей давно уже стали применять стальные канаты, а пролеты продолжали расти со средними темпами 10 м в год, достигнув в 1931 г. максимальной величины 1068 м (мост на р. Хадсон, Нью-Йорк). Через четыре года над проливом Золотые Ворота у Сан-Франциско началось строительство исключительно большого для этого времени сооружения, или, как его называли, моста века. Один из моментов его строительства запечатлен двумя очевидцами — советскими писателями Ильей Ильфом и Евгением Петровым, находившимися тогда в Калифорнии.

Это сооружение с центральным пролетом в 1280 м в течение 27 лет оставалось единственным в своем роде. Только в 1965 г. его рекорд на 30 м «перекрыл» мост Верозано, построенный у входа в нью-йоркский порт. А еще через десять лет мировой рекорд перекочевал за Тихий океан, в Японию (может быть, ненадолго).

Мало кто знает, что история висячих мостов, в сущности, представляет собой длинную вереницу катастроф. В истории техники нет другого примера, чтобы конструктивное решение завоевывало свое право на жизнь при столь противоречивых обстоятельствах и было оплачено столь дорогой ценой.

В 1864 и 1889 гг. жертвами ветра стали два моста на Ниагаре. В США только за период с 1876 по 1888 г. рухнул 251 мост. Большинство из этих больших и маленьких мостов были висячими. Один из первых документированных примеров катастрофы датируется 1854 г., когда во время сильного ветра разрушился 336-метровый мост на р. Огайо близ Уилинга. «В течение нескольких минут, — писал один из очевидцев, — мы с тревогой наблюдали за мостом, который напоминал качку корабля во время шторма. Внезапно мост поднялся почти до высоты пилонов, потом резко опустился; огромная конструкция сильно изогнулась, почти перевернувшись, и с ужасным грохотом рухнула с головокружительной высоты в реку».

Динамическая устойчивость висячих мостов — их слабая сторона. Легкость и гибкость, будучи их неоспоримым преимуществом, во время сильного ветра превращается в серьезный недостаток. Часто мост оказывается в роли качающейся и прыгающей корабельной палубы. Отсутствие жесткой конструкции и нужных килограммов превращает сооружение в игрушку для мощных порывов ветра. Стабилизация достигается с помощью балок жесткости, находящихся под путевым полотном, а чаще сами перила моста трансформируются в силовую конструкцию. Однако на протяжении десятилетий их роль была недостаточно ясна, и в тех случаях, когда они ставились, конструкторы делали это чисто интуитивно.

Особенно трагическими событиями было отмечено английское мостостроение тех лет. За относительно короткое время последовал целый ряд катастроф с висячими мостами над Менайским проливом, на р. Туид, у города Монтро и снова над Менайским проливом. Во Франции висячие мосты были надолго запрещены как опасные и непрочные конструкции после трагического случая на р. Майенн близ Анже, когда под действием сильного ветра и маршировавших по путевому полотну войск внезапно обрушился мост такой конструкции и в результате катастрофы погибли 226 человек. Египетский мост в Петербурге, превратившийся в инженерный курьез, тоже представлял собой висячую конструкцию.