Как инженеры построили бы мост Золотые Ворота сегодня?

  • 29-12-2020
  • комментариев

Что может быть лучше? Пекселс

С тех пор, как 27 мая 1937 года мост Золотые Ворота открылся для движения, он стал культовым символом американского ландшафта.

К 1870 году люди осознали необходимость строительства мост через пролив Золотые Ворота, соединяющий город Сан-Франциско с округом Марин. Однако прошло еще полвека, прежде чем инженер-строитель Йозеф Штраус представил свой проект моста. Планы претерпели изменения, и окончательный проект был утвержден как подвесной мост, на строительство которого потребовалось более четырех лет.

Когда мост Золотые Ворота был возведен, это был самый длинный пролет подвесного моста в мире - тросы удерживают проезжую часть между двумя башнями без промежуточных опор. И сеттинг имел ряд присущих ему проблем. В то время это стоило около 37 миллионов долларов США; строительство такого же сооружения сегодня обойдется примерно в миллиард долларов. Итак, как эта конструкция сохранилась за последние 80 лет - и поступили бы мы по-другому, если бы начинали с нуля сегодня?

Схема подвесного моста. Красные поддерживающие тросы передают силы от черных подвесных тросов на синие башни и якоря. Разговор

Мост Золотые Ворота - это подвесной мост, то есть он опирается на тросы и подвески, находящиеся под натяжением, а также на башни под сжатием, чтобы преодолевать большие расстояния без каких-либо промежуточных опор. Настил проезжей части подвешен на вертикальных подвесках, которые соединяются с двумя основными тросами, проходящими между башнями и анкерами на конце. Подвески передают автомобильные силы и собственный вес на поддерживающие тросы, закрепленные на опорах и на твердой земле.

Простой тканый подвесной мост. Rutahsa Adventures

Первые мосты этого типа, вероятно, соединяли два утеса гибкими веревками, чтобы пересечь долину или реку. Сотни лет назад эти веревки были сделаны из растительного волокна; железные цепи появились позже. Бруклинский мост в Нью-Йорке, открытый в 1883 году, был первым, в котором использовались стальные тросы, которые затем стали стандартом.

Башни, вероятно, начинались как простые скалы по обе стороны долины; со временем инженеры использовали массивные каменные или стальные опоры. Мост Золотые Ворота, например, поддерживается по одной опоре на каждом конце и двумя башнями, которые размещаются над фундаментом, встроенным в морское дно.

Два поддерживающих троса моста Золотые Ворота - это почти единственное, что нужно это не изменилось с тех пор, как мост был открыт для движения в 1937 году. Каждый главный трос образован 27 572 стальными проволоками толщиной примерно с карандаш. Строительные бригады протянули почти 80 000 миль проволочных тросов от одной стороны моста до другой.

Практически невозможно изготовить длинный и толстый кабель в виде одного куска без каких-либо дефектов для выполнения этой работы. И что очень важно, если мост удерживал один-единственный большой трос и с ним что-то случалось, произошел бы катастрофический отказ. Если полагаться на провода меньшего диаметра, то любой отказ будет происходить медленнее, и останется время отвлечься от катастрофы.

С тех пор, как люди впервые начали размышлять о мосте в заливе Сан-Франциско, возникли огромные опасения по поводу способности конструкции выдержать удары в этом месте. сильный ветер, бурная вода и возможные силы землетрясения. Сан-Франциско расположен на пересечении двух активных тектонических плит - очевидно, что никто не хотел, чтобы землетрясение обрушило мост, по которому в настоящее время перевозится около 112 000 автомобилей в день.

Чтобы избежать этой проблемы, строители также расположенные амортизаторы на каждом конце моста для поглощения энергии ветра или сейсмических сил. Эти специально разработанные гасители вибрации представляют собой цилиндры метрового диаметра, изготовленные из свинцового сердечника, покрытого резиной. Размещенные в стратегически важных местах, они поглощают энергию, которая в противном случае могла бы привести к обрушению моста.

Согласно общепринятому мнению, инфраструктурный проект завершается вскоре после его открытия. Но поддержание моста Золотые Ворота в отличном состоянии требует постоянного и тщательного обслуживания. На протяжении 80 лет специализированные бригады технического обслуживания обслуживают мост, перекрашивая и заменяя корродированные или сломанные компоненты, где это необходимо.

Эта работа должна выполняться в соответствии со строгими стандартами. Например, когда требуется замена любого из тысяч болтов, соединяющих все части моста, одновременно снимаются не более двух, чтобы защитить мост от сильных ветров или землетрясений.

Есть и вопросы по содержанию конструкций. С течением времени и постоянными колебаниями температуры тросы и подвески удлиняются или сжимаются, и их необходимо периодически проверять и повторно натягивать. Этот тип регулировки называется «настройкой» и похож на то, как музыкант заставляет струнный инструмент звучать лучше всех.t.

Из-за огромных затрат на содержание некоторые люди предлагают реконструировать мост Золотые Ворота таким образом, чтобы ограничить текущие счета за техническое обслуживание и эксплуатацию. Если оставить в стороне политическую осуществимость, как бы инженеры спроектировали мост, если бы они собирались построить его с нуля сегодня?

Со временем исследователи разработали более легкие материалы. Использование армированных волокном полимеров (FRP) вместо стали или бетона - это способ уменьшить вес конструкции такой величины. Этот собственный вес обычно отвечает за использование от 70 до 80 процентов его сопротивления - это максимальная нагрузка, которую он может выдержать до выхода из строя. Уменьшая его, конструкция моста будет нуждаться в меньшей прочности, что позволит использовать более дешевые и простые варианты.

Например, дизайнеры начали использовать композитные материалы, армированные волокном (FRP), в таких мостах, как мост на Маркет-стрит на западе. Вирджиния. FRP использует пластиковую смолу для связывания стеклянных или углеродных волокон, которые придают материалу прочность. Будучи в четыре раза легче бетона, стеклопластик в пять-шесть раз прочнее.

Вероятно, первой целью проектировщика при замене моста Золотые Ворота будет состав кабелей. Используемая в настоящее время сталь является коррозионно-агрессивной, в четыре раза тяжелее новых материалов и может выйти из строя в суровых условиях влажности и температуры - точно так же, как и те, с которыми она сталкивается в этом месте. Углеродные кабели более инертны и уже используются во всем мире.

В вантовых мостах кабели подключаются напрямую от палубы к вышкам. Разговор

Эти материалы, которые легче стали, также могут быть использованы в других элементах моста, таких как проезжая часть. Использование пластикового композитного настила может снизить собственный вес настила моста Golden Gate в пять раз. Это позволило бы инженерам спроектировать и построить вантовый мост, а не висячий мост. Преимуществом будет возможность отказаться от подтяжек; в вантовом мосту силы передаются прямо с палубы на опоры по тросам. Первый автомобильный вантовый мост с тросами из углепластика - это швейцарский мост Stork, открытый в 1996 году.

Вантовый мост может иметь более длинный пролет, чем подвесной, поэтому его конструкция между опорами и берегом могло быть проще. Также строительство башен ближе к берегу, где водное дно более мелкое, помогло бы облегчить одну из основных проблем, когда мост Золотые Ворота был построен в первый раз: очень сложно и дорого работать на фундаменте башни на глубокой воде. с сильными токами.

Система демпфирования также может быть решена с помощью нового дизайна. Демпферы на основе свинцовых сердечников, которые использовались при строительстве Golden Gate, могут быть заменены более новыми технологиями, которые лучше противостоят ветру, движению и сейсмическим воздействиям. Это усовершенствование гарантирует, что сбой, подобный тому, что произошел на мосту Tacoma Narrows Bridge, - когда ветер сдувал мост в сторону, он искривился и рухнул, - будет предотвращено.

С учетом всего вышесказанного, мост Золотые Ворота безопасен. все еще в порядке. Даже с другими возможными и более дешевыми вариантами никто реально не работает, чтобы заменить икону ар-деко и ее всемирно известную «международную оранжевую» окраску. Мост Золотые Ворота находится под пристальным наблюдением, чтобы убедиться, что он не превышает допустимые пределы нагрузки из-за движения, ветра и сейсмических нагрузок. Мы с нетерпением ждем, по крайней мере, еще 80 лет этому шедевру инженерной мысли.

Хота Ганга Рао - профессор гражданской и экологической инженерии в Университете Западной Вирджинии, а Мария Мартинес де Лахидальга де Лоренцо - научный сотрудник в Западной Вирджинии. Университет Вирджинии. Эта статья изначально была опубликована в The Conversation. Прочтите оригинальную статью.

комментариев

Добавить комментарий