Наша сеть партнеров Banwar
Побудувати міст в Сан-Франциско було необхідно, щоб вирішити складну транспортну проблему. Поромна переправа через протоку Золоті Ворота вже не могла перевезти всіх жителів Сан-Франциско, які бажали відпочити на природі і помилуватися мальовничими ландшафтами Північної Каліфорнії. Людям доводилося годинами, а іноді навіть цілодобово стояти в черзі на березі.
Як завжди, в першу чергу постало питання: де будувати? У підсумку вибір зупинили на місці в самій вузькій частині протоки. Але незважаючи на це, розмір центрального прольоту майбутнього моста повинен був стати більше всіх відомих на той момент в світі. За рішення непростого завдання - спроектувати унікальну споруду - взявся інженер Джозеф Страусс. Спочатку він запропонував не дуже вдалу конструкцію, в якій поєднувалися консольні вежі і підвісні прольоти.
Втім, Страусс разом з інженерами Львом Мойсеєвим і Чарльзом Альтону Еллісом швидко виправили допущені помилки. Вони допрацювали проект і запропонували будувати повністю підвісний міст.
Міст Золоті Ворота в Сан-Франциско, штат Каліфорнія, США, 1930 р
Головні складові підвісного моста, крім дорожнього полотна, - це опорні башти, троси та анкерні конструкції. Дорожнє полотно мосту підвішено на тросах. Якби троси кріпилися на вершинах опорних веж, то їх власну вагу, а також вага полотна і проїжджаючого по ньому транспорту змушували б вежі кренитися назустріч один одному. Щоб цього не сталося, троси пропускають через вершини веж і прикріплюють до анкерів (кріпленням), забетонованих в скельну породу на берегах. Таким чином, натяг тросів, тягнуть вниз до анкерних конструкцій з двох сторін від веж, створює потужне вертикальне тиск на вежі і придавлює їх до землі.
Принцип роботи підвісного моста
Після того як влада і проектувальники визначилися з місцем розташування моста, почався пошук відповідних ділянок для зведення двох опорних веж. Вони повинні були розташовуватися, по можливості, максимально близько один до одного, щоб центральний проліт не довелося робити занадто довгим. З боку округу Марін дно протоки різко йде вниз, на велику глибину. Тут вежу можна було звести тільки поруч з берегом, на мілководді. Фундамент інший вежі, з боку Сан-Франциско, потрібно було побудувати на дні затоки, поглибивши його, як і в першій вежі, в товщу скельної породи на 5 метрів. Робочі могли перебувати під водою на максимальній глибині в 30 метрів. Тому пілон довелося розміщувати там, де відстань до дна становило 25 метрів. У підсумку, з урахуванням всіх цих обставин, інженери вирахували протяжність центрального прольоту. І вона склала 1280 метрів!
Щоб уникнути зайвих дорогих підводних робіт, крайню опору - пілон з боку Сан-Франциско - розмістили на березі якомога ближче до башти. Інженери залишили таку ж відстань між пілоном і вежею з іншого боку протоки, щоб міст був симетричним. Анкерні конструкції, до яких повинні були кріпитися троси, розташовувалися за пілонами в скелі.
Після того як проектувальники визначилися з розташуванням всіх опор, їм потрібно було розрахувати висоту веж. Висоту полотна майбутнього моста над морем - в центрі головного прольоту (67 метрів) і близько веж (64 метра) - встановлювали представники Військово-морського флоту США. Вони зажадали, щоб міст не перешкоджав проходженню військових кораблів. Середня висота конструкції дорожнього полотна повинна була складати 9 метрів. Основний трос в нижній точці прогину повинен був проходити над полотном на висоті 3 метрів. Оптимальна глибина прогину троса при рівномірному розподілі навантаження на проліт - 140 метрів. Взявши за основу всі ці параметри, розрахувати приблизну висоту опорних веж Золотих Воріт було нескладно: вона становила 219 метрів. Після проведених розрахунків визначили і ширину дорожнього полотна - 27 метрів. Більш вузьке полотно в спорудженні такого розміру виглядало б ненадійно.
Після того як проект моста був остаточно затверджений, будівельники почали роботу над анкерними конструкціями. Кожна з них складалася з трьох частин: нижньої базової плити, намертво «влитий» в скельну породу, що фіксує плити, яка відливалася поверх базової і утримувала натягнуті троси, а також верхньої плити, яка, в свою чергу, відливалася вже поверх фіксує. (Величезний вага анкерної конструкції протидіє горизонтальної тягне силі троса, що діє на вежі.) Кінці тросів, на яких тримається полотно мосту, кріпилися до гігантських металевих тягам. Тяги були вмонтовані в кріпильні балки фіксуючого блоку. Після того як троси прикріплялися до тягам, вони разом з кріпильними балками заливалися бетоном. Так будували анкерні конструкції.
Ще більш складним був процес зведення веж. Дві сталеві вежі моста Золоті Ворота встановлені на масивні бетонні опори. Вежа з боку Сан-Франциско розташована в 335 метрах від берега. Тому спочатку від берега до місця будівництва в море отсьш али тимчасову дамбу. По ній підвозили матеріали, обладнання та робочих. В кінці греблі було побудовано гігантське еліптичне кільце з бетону - так званий кранец, що захищає фундамент майбутньої опори від впливу води. Підстава Кранца йшло на глибину 6 метрів в тверду породу на дні затоки, а верхній край височів над водою на 4,5 метра. Ця конструкція не тільки виконувала функцію тимчасової дамби під час будівельних робіт, але в подальшому захищала готову опору від впливу морської води.
Оскільки велика частина бетону заливалася під дві «ноги» кожної з веж, центральну частину опори залишили порожнистої. Це простір, як і простір між Кранц і опорою, було заповнене водою для збільшення ваги конструкції. Сталевий каркас з куточків, забетонований в опорі на глибину 15 метрів, надавав їй додаткову міцність. Кінці каркаса, випущені з бетону, згодом були вмонтовані в «ноги» вежі, що додало їй ще більшу стійкість.
Опора вежі з боку округу Марін зводилася на мілководді, близько берега, тому побудувати її було набагато простіше. З боку затоки навколо місця будівництва звели масивну стіну з дерев'яних ящиків, заповнених камінням. Потім конструкцію з'єднали з берегом насипом з каменів. Потім по периметру дамби були забиті металеві шпунти Ларсена і відкачано воду. Після цього в центрі вибрали грунт до скельної основи, на якому і звели опору.
Дві металеві вежі моста абсолютно однакові. У кожної з них дві «ноги», з'єднані поперечними балками. Ці балки збільшують жорсткість конструкції, якої доводиться постійно протистояти вітрам. «Ноги» веж змонтовані з з'єднаних разом сталевих труб. Кожна така труба, або «осередок», має висоту 14 метрів і в перерізі являє собою квадрат зі стороною близько 1 метра. Труби склепати між собою куточками і пластинами. Щоб збільшити площу спирання «ніг», а також щоб бетон в їх підставі не кришиться, осередки кріпилися на товсті сталеві плити, приклепані до опор. Частини металевих «ніг» із сполучених разом труб-осередків піднімалися нагору за допомогою мостового крана, який у міру зведення конструкції рухався вгору за допомогою домкратів.
Як і очікувалося, опорна вежа з боку округу Марін виявилася далеко не таким складним об'єктом, як її пара з протилежного боку моста, і на її будівництво пішло набагато менше часу.
Після зведення веж через протоку від однієї анкерної конструкції до іншої перекинули тимчасові дерев'яні пішохідні мости. Це були настили із соснових дощок, викладені поверх сталевих тросів. Робочі користувалися мостами, коли простягали основні троси. Приблизно на висоті одного метра над пішохідними мостами були натягнуті два каната, вигин яких в точності повторював вигин основних тросів.
Установка двох тросів мосту Золоті Ворота була складною і дуже трудомісткою операцією. Кожен трос моста складається з 61 пучка, скрученого з дротяних ниток.
Дротова нитка, намотана на величезні котушки, спочатку пропускалася через систему противаг, щоб забезпечити рівномірний натяг, а потім проходила через велике передавальне колесо.
Кінець нитки намотувався на спеціальний пристрій (коуш) і фіксувався. Передавальне колесо кріпилося до натяжної канату. За сигналом останній приходив в рух і піднімав передавальне колесо з ниткою до вершини вежі.
Нагорі кожної з «ніг» башти знаходилися спеціальні пристрої, які називають сідлами. Сідло - це ідеально підігнана до металевих «ногам» вежі конструкція з жолобом, куди згодом ляже трос.
Через свого величезного ваги кожне сідло було розділено на частини і піднімалося нагору в три етапи.
Спочатку на кожне передавальне колесо надягалось по чотири нитки (пізніше їх кількість збільшили до шести, щоб прискорити будівництво). На малюнку зліва показана операція з двома нитками.
Два окремих передавальних колеса, кожне з яких розмотує свою нитку, рухалися назустріч один одному. В середині центрального прольоту вони зустрічалися, і робочі перекидали петлі тросів з одного колеса на інше. Колеса поверталися назад - і нитка виявлялася на протилежному боці мосту. Коли колеса досягали мети, петлі знімали і надягали кожну на свій коуш.
Потім на місце, що звільнилося пусте колесо накидали нову петлю, і все повторювалося знову. Пучки, що складали основний трос, складалися з нитки, складеної 400 раз (а її загальна довжина сягала 800 кілометрів!). Коли одна котушка повністю розмотувати, до кінця однієї нитки за допомогою сполучної муфти прикріплювалася нова.
Перед початком роботи з тросами на анкерних конструкціях встановили останні елементи - тяги з отворами на кінцях. З одного боку вони були забетоновані в фіксуючу плиту. Коли пучки ниток були готові, коуши (тимчасово зафіксовані перед тягами таким чином, щоб на них можна було перекидати чергові петлі) закріпили на своїх місцях між тягами.
Як тільки на своє місце встав останній шістдесят перший, коуш, тяги забетонували, а зверху над фіксує плитою була відлита верхня, «придавлює» плита. Чотири анкерні конструкції були готові! Залишалося тільки обнести кожну з них високою огорожею, а зверху перекрити бетонної дахом.
Після цього почалися роботи з установки дорожнього полотна. Спочатку навколо кожного троса недалеко від вершини вежі була встановлена стягуюча муфта. У міру того як вона повільно рухалася вниз по тросу, кілька поршнів, вмонтованих в неї, пригнічували нитки, притискаючи їх один до одного. Коли муфта закінчила рух, окремі нитки в пучках перетворилися в єдиний трос круглого перетину діаметром більше 90 сантиметрів.
На готовий трос через кожні 15 метрів були встановлені металеві хомути, до яких кріпилися підвіси - сталеві троси близько 5 сантиметрів в діаметрі, що підтримують дорожнє полотно. Щоб забезпечити потрібну висоту і прогин полотна, кожен підвіс був строго певної довжини.
Коли підвіси були укріплені на основних тросах, на їх кінці наділи сталеві циліндри-замки. Кінець кожного підвісу вставляли в розширюється донизу отвір в замку і розплітали на окремі нитки. Виходило щось на зразок дротяної щітки. Потім циліндр заповнювали розплавленим цинком, який міцно з'єднував трос з корпусом замка.
Кожна група з чотирьох замків опускалася всередину 7,5-метрових стійок, до яких кріпилося дорожнє полотно. Так стійка утримувалася на вазі замками, не будучи пригвинченої або привареною до них. Кожна стійка з'єднувалася зі своєю парою на іншій стороні дорожнього полотна за допомогою горизонтальної балки. Горизонтальні балки, в свою чергу, скріплювалися між собою поздовжніми балками меншого розміру. Таким чином, замки є єдиним кріпленням, що з'єднує основні несучі троси моста з дорожнім покриттям.
Щоб основні троси не наражалися на критичному навантаженні, їх вигин повинен залишатися незмінним. Для цього по двом сторонам дорожнього полотна були встановлені ферми жорсткості висотою 7,5 метра, з'єднані один з одним гратами вітрової горизонтальної ферми. Її призначення - мінімізувати прогин полотна, що виникає під тиском вітру.
Будівництво дорожнього полотна почалося від веж і йшло одночасно з двох сторін, щоб навантаження на вежі і троси була рівномірною. Через шість місяців після того, як робітники почали монтувати металеві конструкції полотна, дві половини моста з'єдналися точно посередині центрального прольоту.
Підвісна конструкція не була закінчена, а троси не могли досягти потрібного вигину до тих пір, поки будівельники повністю не змонтували дорожнє полотно, включаючи бетонний настил, поручні і освітлення. Тільки після того, як троси опинилися під повним навантаженням, їх обмотали дротом, щоб зберегти форму і захистити від зовнішніх впливів.
При створенні будь-якої масштабної конструкції інженери повинні не тільки передбачити можливість впливу на неї сильних рвучких вітрів, але і врахувати деформацію, викликану сильною спекою або холодом. Оскільки міст Золоті Ворота спочатку був задуманий як автомобільний, а не залізничний, в ньому були допустимі коливання полотна. Тому його творці спроектували конструкцію, яка протистояла б впливу навколишнього середовища, а пристосовувалася до нього. Дорожнє полотно, по суті, підвішене до опорних башт; природно, що вся конструкція коливається при сильних поривах вітру. Для того щоб погасити занадто сильні і руйнівні руху, нижні кути двох ферм жорсткості близько веж спираються на амортизуючі колони, стабілізуючі полотно. Їх називають уравновешивающими важелями.
Під час спеки міст розширюється, прогин полотна зменшується, а його кінці незначно зсуваються до башт. Щоб це не впливало на дорожній рух, в покритті мосту з обох сторін - біля веж - передбачені компенсаційні шви. Вони являють собою розрізи, що розділяють полотно на частини і надають йому пружність. Для гідроізоляції шви заповнювали спеціальним матеріалом.
Міст Золоті Ворота звели менш ніж за п'ять років, і він був визнаний справжнім шедевром інженерної думки.
Сьогодні це як і раніше найвідоміший міст в світі, хоча і втратив право вважатися найдовшим підвісним мостом на планеті. Цей титул зараз належить мосту Акасі-Кайку в Японії (для порівняння він зображений поруч із Золотими Воротами).
Підвісні мости сьогодні стали не просто більш протяжними. При їх проектуванні і будівництві інженери, враховуючи новітні будівельні технології, розробляють нові підходи і конструктивні рішення. Великі мости - це надзвичайно дорогі проекти, і перед їхніми творцями завжди стоїть завдання будувати дешевше, але без шкоди якості.
На зміну фермам жорсткості приходять блокові елементи аеродинамічних форм, які скорочують тривалість будівельних робіт і знижують ступінь впливу вітру. Сьогодні можна виготовити потужні троси в заводських умовах і не витрачати час на їх монтаж на місці (якщо, звичайно, є можливість доставити на будмайданчик троси довжиною в два з половиною кілометри).
Одні інженери проектують опорні башти з бетону - важкі і дуже міцні. Інші вважають за краще зводити опори зі сталі, але з набагато меншим її витратою, ніж при будівництві моста Золоті Ворота. Нарешті, замість того щоб зупиняти коливання полотна, що викликаються поривами вітру, за допомогою потужних опорних веж будівельники встановлюють на них складні пристосування, які допомагають ці коливання гасити.
Девід Маколі. Як це побудовано: від мостів до хмарочосів. ілюстрована енциклопедія .
Як завжди, в першу чергу постало питання: де будувати?