Мостостроение

Содержание
  1. История проектирования мостов
  2. Ранние деревянные и каменные мосты
  3. Античный мир
  4. Балочные мосты
  5. Римские арочные мосты
  6. Азиатские консольные и арочные мосты
  7. Средний возраст
  8. Ренессанс и после него
  9. Каменные арочные мосты
  10. Деревянные ферменные мосты
  11. Железные и стальные мосты, 1779-1929 годы
  12. Железо
  13. Ранние проекты
  14. Железнодорожный мост
  15. Подвесной мост
  16. Сталь
  17. Железнодорожный мост
  18. Подвесной мост
  19. Бетонный мост
  20. Железобетонный
  21. Ранние мосты
  22. Инновации Майяра
  23. Предварительно напряженный бетон
  24. Эжен Фрейссине
  25. Ульрих Финстервальдер
  26. Кристиан Менн
  27. Стальные мосты после 1931 года
  28. Большепролетных висячих мостов
  29. Такома Сужается
  30. Уроки катастрофы
  31. Ферменные мосты
  32. Вантовые мосты
  33. Немецкий дизайн
  34. Американские проекты
  35. Азиатские длиннопролетные мосты и виадуки
  36. Китай
  37. Большой Мост Даньян-Куньшань
  38. Великий Мост Тяньцзинь
  39. Мост Гонконг-Чжухай-Макао
  40. Япония
  41. Харбор-Осака
  42. Островной мост
  43. Тайвань

История проектирования мостов


Современные мосты, о которых идет речь в данной статье, начались с внедрения промышленно производимого чугуна. Мосты эволюционировали в течение последних 200 лет, когда инженеры стали лучше понимать возможности, присущие сначала чугуну, затем кованому железу и конструкционной стали и, наконец, армированному и предварительно напряженному бетону. Эти материалы привели к созданию конструкций мостов, которые полностью разошлись с конструкциями из дерева или камня, характерными для мостов до промышленной революции.

Промышленная прочность была важным фактором в развитии мостов. Великобритания, ведущая индустриальная страна начала XIX века, построила самые значительные мосты того времени. Точно так же инновации возникли в Соединенных Штатах с конца 19-го века до середины 20-го века и в Японии и Германии в последующие десятилетия. Швейцария с ее высокоразвитым индустриальным обществом также стала благодатной почвой для развития мостостроения. В начале XXI века Китай построил несколько самых длинных в мире виадуков для своих высокоскоростных железных дорог.

Ранние деревянные и каменные мосты

Античный мир

Балочные мосты

Первые мосты представляли собой простые опорные балки, такие как плоские камни или стволы деревьев, уложенные поперек ручья. В долинах и других более широких каналах-особенно в Восточной Азии и Южной Америке, где все еще можно найти примеры, —веревки, сделанные из различных трав и виноградных лоз, связанных вместе, подвешивались в подвешенном состоянии для однократного пересечения. Материалы были свободны и изобильны, а затраты на рабочую силу были невелики, так как работа выполнялась рабами, солдатами или туземцами, которые использовали мосты в повседневной жизни.

Пешеходный мост через канал в ирригационной системе Ту-Чианг-иен на равнине Чэн-ту, провинция Сычуань.
Пешеходный мост через канал в ирригационной системе Ту-Чианг-иен на равнине Чэн-ту, провинция Сычуань.

Некоторые из самых ранних известных мостов называются хлопающими мостами (от латинского claperius — «груда камней»). Эти мосты были построены из длинных, тонких каменных плит, чтобы сделать палубу балочного типа, и с большими камнями или похожими на блоки грудами камней для пирсов. Постбридж в Девоне, Англия, раннесредневековый Клэппер-Бридж, часто посещаемый пример этого старого типа, который был распространен во многих странах мира, особенно в Китае.

Римские арочные мосты


Римляне начали организованное строительство мостов, чтобы помочь своим военным кампаниям. Инженеры и квалифицированные рабочие создавали гильдии, которые рассылались по всей империи, и эти гильдии распространяли и обменивались строительными идеями и принципами. Римляне также обнаружили природный цемент, называемый пуццолана, который они использовали для пирсов в реках.

Римские мосты славятся использованием круглой арочной формы, которая позволяла создавать пролеты гораздо длиннее каменных балок и мосты большей прочности, чем деревянные. Там, где для более длинных мостов требовалось несколько арок, решающее значение имело строительство крепких опор. Это была проблема, когда пирсы нельзя было построить на скале, как в широкой реке с мягким руслом. Чтобы решить эту дилемму, римляне разработали коффердам — временное ограждение, сделанное из деревянных свай, вбитых в русло реки, чтобы сделать оболочку, которая часто была запечатана глиной. Затем бетон заливали в воду внутри кольца свай. Хотя большинство сохранившихся римских мостов были построены на скале, мост Святого Ангела в Риме стоит на фундаменте коффердама, построенного в реке Тибр более 1800 лет назад.

Римляне построили много деревянных мостов, но ни один из них не сохранился, и их репутация покоится на их каменных мостах. Одним из прекрасных примеров является мост через реку Тежу в Алькантаре, Испания. Арки, каждая из которых охватывает 29 метров (98 футов), украшены огромными арочными камнями (вуссуарами) весом до восьми тонн каждый. Типичные для лучших каменных мостов, вуссуары в Алькантаре были настолько точными формами, что не требовалось никакой материи в соединениях. Этот мост простоял почти 2000 лет.

Римская кладка арки моста, с пролетами до 29 метров (98 футов), построенный через реку Тежу в Алькантара, Испания, в начале 2 - го века ОБЪЯВЛЕНИИ .
Римская кладка арки моста, с пролетами до 29 метров (98 футов), построенный через реку Тежу в Алькантара, Испания, в начале 2 — го века ОБЪЯВЛЕНИИ .

Еще один сохранившийся памятник — акведук Пон- дю- Гар близ Нима на юге Франции, построенный в 14 году нашей эры. Это сооружение длиной почти 270 метров (900 футов) имеет три яруса полукруглых арок, причем верхний ярус возвышается над рекой более чем на 45 метров (150 футов). Нижние опоры образуют ромбовидные точки, называемые срезами, которые оказывают меньшее сопротивление потоку воды.

Пон дю Гар, Римский акведук, Ним, Франция, Маркуса Випсания Агриппа, в период Августа.
Пон дю Гар, Римский акведук, Ним, Франция, Маркуса Випсания Агриппа, в период Августа.

 

Азиатские консольные и арочные мосты


Деревянные консольные мосты были популярны в Азии. Основная конструкция использовала сваи, вбитые в русло реки, и старые лодки, заполненные камнями, погруженными между ними, чтобы сделать фундамент, подобный коффердаму. Когда самые высокие из наполненных камнями лодок поднимались выше уровня низкой воды, слои бревен перекрещивались таким образом, что, поднимаясь в высоту, они выступали все дальше в сторону соседних пирсов. На самом верху Y-образные консольные опоры соединялись длинными стволами деревьев. Перекрещивая бревна, строители позволяли воде проходить через пирсы, предлагая меньшую устойчивость к наводнениям, чем при прочной конструкции. В этом отношении эти конструкции предвосхищали некоторые преимущества ранних железных мостов.

В некоторых частях Китая многие мосты должны были стоять в губчатом иле речных долин. Поскольку эти мосты были подвержены непредсказуемому разнообразию напряжений и сжатий, Китайцы создали гибкий каменно-арочный мост. Используя тонкие, изогнутые каменные плиты, мосты поддавались значительной деформации перед разрушением.

В Большом Каменном мосту (также называемом мостом Чжаочжоу) в южной провинции Хэбэй, Китай, построенном ли Чуном между 589 и 618 годами н. э., единственный пролет в 37 метров (123 фута) имеет подъем всего на 7 метров (23 фута) от устоев до короны. Это отношение подъема к пролету 1: 5, намного меньшее, чем соотношение 1:2, которое встречается в полукруглых арках, создавало большую тягу к устоям. Чтобы уменьшить вес, строители сделали шпандрели (стены между несущим сводом и палубой) открытыми. Таким образом, Большой Каменный мост имел форму, редко встречавшуюся в Европе до середины XVIII века, и предвосхитил железобетонные конструкции Роберта Майяра в XX веке.

Большой каменный мост, построенный между 589 и 618 годами в провинции Хоуп, Китай.
Большой каменный мост, построенный между 589 и 618 годами в провинции Хоуп, Китай.

Средний возраст

После падения Римской Империи прогресс в строительстве европейских мостов значительно замедлился вплоть до эпохи Возрождения. Однако время от времени появлялись прекрасные мосты. Средневековые мосты особенно примечательны оживальной, или остроконечной аркой. При заостренной дуге склонность к провисанию кроны менее опасна,а горизонтальная тяга у устоев меньше. Средневековые мосты служили многим целям. На них обычно строились часовни и лавки, а многие из них были укреплены башнями и крепостными валами. В некоторых номерах был установлен подъемный мост-средневековое новшество. Самым известным мостом того времени был старый Лондонский мост, начатый в конце XII века под руководством священника Питера из Коулчерча и законченный в 1209 году, через четыре года после его смерти. Лондонский мост был спроектирован так, чтобы иметь 19 остроконечных арок, каждая из которых имеет пролет 7,2 метра (24 фута) и опирается на пирсы шириной 6 метров (20 футов). Однако при строительстве коффердамов возникали препятствия, так что пролеты арки в конечном итоге варьировались от 4,5 до 10,2 метров (от 15 до 34 футов). Неравномерное качество строительства приводило к частым нуждам в ремонте, но мост содержал большое нагромождение домов и магазинов и просуществовал более 600 лет, прежде чем был заменен.

Старый Лондонский мост, литография после рукописного освещения ц. 1500 в Британской библиотеке (Royal MSS16.F.ii.XV.).
Старый Лондонский мост, литография после рукописного освещения ц. 1500 в Британской библиотеке (Royal MSS16.F.ii.XV.).

Более элегантной невестой того периода был мост Сен-Бенезе в Авиньоне, Франция. Начатый в 1177 году , он частично сохранился и по сей день.

Мост Сен-Бенезет, построенный через реку Рона в Авиньоне, Франция, в 1177–88 гг.
Мост Сен-Бенезет, построенный через реку Рона в Авиньоне, Франция, в 1177–88 гг.

Еще одним примечательным средневековым мостом является мост Монноу в Уэльсе, который имел три отдельных каменных ребра под арками. Ребристая конструкция уменьшила количество материала, необходимого для остальной части арки, и облегчила нагрузку на фундаменты.

Мост Монноу с воротами 13-го века, охватывающий реку Монноу в Монмуте, графство Гвент, Уэльс
Мост Монноу с воротами 13-го века, охватывающий реку Монноу в Монмуте, графство Гвент, Уэльс

Ренессанс и после него

Каменные арочные мосты

В эпоху Возрождения итальянский архитектор Андреа Палладио взял на вооружение принцип ферменной конструкции, которая ранее использовалась для опор крыши, и спроектировал несколько удачных деревянных мостов с пролетами до 30 метров (100 футов). Более длинные мосты, однако, все еще были сделаны из камня.

Другой итальянский дизайнер, Бартоломео Амманнати, приспособил средневековую оживальную арку, скрыв угол в короне и начав изгибы арок вертикально в их пружинах от пирсов. Эта эллиптическая форма арки, в которой отношение подъема к пролету было всего лишь 1:7, стала известна как корзина с ручкой и с тех пор широко используется. Элегантный мост Санта-Тринита амманнати (1569) во Флоренции, с двумя эллиптическими арками, перевозил пешеходов и позже автомобили, пока он не был разрушен во время Второй мировой войны; впоследствии он был перестроен с использованием многих оригинальных материалов, извлеченных из русла реки.

Еще один итальянец, Антонио да Понте, спроектировал мост Риальто (1591) в Венеции-богато украшенную арку из двух сегментов с пролетом 27 метров (89 футов) и подъемом 6 метров (21 фут). Антонио преодолел проблему мягкого, влажного грунта, установив6 000 деревянных свай, вбитых прямо под каждым из двух устоев, на которые кладка была положена таким образом, что стыки основания камней были перпендикулярны линии упора арки. Это нововведение, заключающееся в повороте камня или бетона к линии тяги, было продолжено и в настоящее время.

Мост Риальто, Венеция
Мост Риальто, Венеция

К середине XVIII века мостостроение в каменной кладке достигло своего апогея. Жан-Родольф перроне, строитель одних из лучших мостов своего времени, построил очень плоские арки, опирающиеся на тонкие опоры. Среди его работ — «Пон де Нейи» (1774), «над Сеной», «Пон Сент-Максанс» (1785), «над Уазой» и «прекрасный Пон де ла Конкорд» (1791), также над Сеной. В Великобритании Уильям Эдвардс построил то, что многие люди считают самым красивым арочным мостом на Британских островах—Понтиприддский мост (1750), над Таффом в Уэльсе, с высоким пролетом 42 метра (140 футов). В Лондоне молодой швейцарский инженер Чарльз Лейбли, которому было поручено построить первый мост в Вестминстере, разработал новый и хитроумный метод погружения фундаментов, используя огромные деревянные кессоны, которые были заполнены каменной кладкой после того, как они были подняты на место для каждого пирса. 12 полукруглых арок из Портлендского камня, возвышающихся изящным изгибом над рекой, задали высокий стандарт инженерного и архитектурного достижения для следующего поколения и простояли в течение ста лет.

Пон-де-ла-Конкорд, каменный арочный мост через Сену в Париже, Франция, построенный в 1791 году Жаном-Родольфом Перроне.
Пон-де-ла-Конкорд, каменный арочный мост через Сену в Париже, Франция, построенный в 1791 году Жаном-Родольфом Перроне.

Также в Лондоне Джон Ренни, занятый частным предпринимательством в 1811 году, построил первый мост Ватерлоо, чьи ровные каменные арки были описаны итальянским скульптором Антонио Кановой как “самый благородный мост в мире».- В 1937-45 годах его заменили современным мостом. Впоследствии Ренни спроектировал новый Лондонский мост из множества каменных арок. Завершенный в 1831 году, после смерти Ренни, он был впоследствии расширен и окончательно заменен в 1960-х годах.


Деревянные ферменные мосты


В 18 веке конструкции из бруса, особенно фермы, достигли новых размеров пролетов. В 1755 году швейцарский строитель Ганс Грубенманн использовал фермы для поддержки крытого деревянного моста с пролетами 51 и 58 метров (171 и 193 фута) через Рейн в Шаффхаузене. В Соединенных Штатах было построено много деревянных ферменных мостов. Один из лучших проектов длиннопролетных ферм был разработан Теодором Берром из Торрингтона, штат Коннектикут, и основан на чертеже Палладио; ферменная конструкция, усиленная аркой, установила новый образец для крытых мостов в Соединенных Штатах. Паромный мост Берр-Макколл (1815 год; на реке Саскуэханна близ Ланкастера, штат Пенсильвания) имел рекордный размах в 108 метров (360 футов). Другой удачной конструкцией была” решетчатая ферма», запатентованная Итиэлем Тауном в 1820 году, в которой верхние и нижние хорды были сделаны из горизонтальных бревен, соединенных сетью диагональных досок.

Крытый мост, гора Юнион, Па.
Крытый мост, гора Юнион, Па.

Ранние фермы были построены без точного знания того, как нагрузка переносится каждой частью фермы. Первым инженером, правильно проанализировавшим напряжения в ферменной конструкции, был Сквайр Уиппл, американец, спроектировавший сотни небольших ферменных мостов и опубликовавший свои теории в 1869 году . Понимание того, как именно переносятся нагрузки, привело к сокращению количества материалов, которые к тому времени уже переходили от дерева и камня к железу и стали.

Железные и стальные мосты, 1779-1929 годы

Железо

Ранние проекты

Во время промышленной революции традиции строительства деревянных и каменных зданий были вытеснены применением железа, которое было прочнее камня и обычно обходилось дешевле. Первый мост, построенный исключительно из железа, перекинулся через реку Северн близ Коулбрукдейла, Англия. Спроектированный Томасом Притчардом и построенный в 1779 году Абрахамом Дарби, железный мост, построенный из чугунных кусков, представляет собой ребристую арку, почти полукруглый 30-метровый (100 футов) пролет которой имитирует каменную конструкцию, используя прочность чугуна при сжатии. В 1795 году регион Северн был разрушен катастрофическими наводнениями, и железный мост, лишенный широких плоских поверхностей каменных конструкций, позволил наводнениям пройти через него. Это был единственный сохранившийся мост в регионе—факт, отмеченный шотландским инженером Томасом Телфордом, который затем начал создавать серию железных мостов, которые были признаны технически лучшими в свое время. Мост Крейгеллахи 1814 года, перекинутый через реку Спей в Шотландии, является самым старым из сохранившихся металлических мостов Телфорда. Его 45-метровая (150-футовая) арка имеет плоский, почти параболический профиль, состоящий из двух изогнутых арок, соединенных Х-образными связями. Проезжая часть имеет небольшой вертикальный изгиб и поддерживается тонкими диагональными элементами, которые несут грузы к арке.

Использование относительно экономичного кованого железа освободило воображение дизайнеров, и одним из первых результатов стало использование Телфордом цепных подвесных тросов для переноски грузов с помощью натяжения. Его глазные стержневые кабели состояли из кованых железных прутьев длиной от 6 до 9 метров (20-30 футов) с отверстиями на каждом конце. Каждый глаз соответствовал глазу на другом бруске, и оба были связаны железными булавками. Первым из этих крупных цепных подвесных мостов и самым прекрасным в свое время был Телфордский мост Менаи, перекинутый через пролив Менаи в Северо-Западном Уэльсе. На момент его завершения в 1826 году его 174-метровый (580 футов) пролет был самым длинным в мире. В 1893 году его деревянная палуба была заменена стальной палубой,а в 1940 году стальные цепи заменили проржавевшие кованые. Мост до сих пор находится в эксплуатации.

Вид художника на мост Менай, построенный в 1826 году недалеко от Бангора, Уэльс.
Вид художника на мост Менай, построенный в 1826 году недалеко от Бангора, Уэльс.

Железнодорожный мост


Подъем Локомотива как вида транспорта в течение 19 века стимулировал разработку новых мостов и мостовых форм, достаточно прочных, чтобы выдерживать как увеличенный вес, так и динамические нагрузки поездов. Самым значительным из этих ранних железнодорожных мостов был британский мост Роберта Стивенсона, также через пролив Менаи. Завершенный в 1850 году, проект Стивенсона был первым, кто использовал полую коробчатую балку. Полый ящик придавал палубе дополнительную жесткость ферменной конструкции, но ее было легче построить и требовалось меньше инженерной точности—за счет, однако, дополнительного материала. Кованые железные ящики, через которые проходили поезда, первоначально должны были перевозиться с помощью цепных подвесных тросов, но во время строительства обширные теоретические работы и испытания показали, что эти тросы не нужны; таким образом, башни стоят странно бесполезно. Для Королевского моста Альберта (1859) через реку Тамар в Солташе, Англия, дизайнер Изамбард Кингдом Брюнель использовал комбинацию трубчатой арки и цепного троса. Арки поднимаются над палубой и в сочетании с цепными подтяжками придают мосту в профиль то, что кажется набором глаз. Мост в Салташе также перевозит поезда, и его два основных пролета длиной 136,5 метра (455 футов) сопоставимы по длине с 138-метровыми (460 футов) пролетами Британии.

Королевский мост Альберта (1859) через реку Тамар в Солташе, Англия, спроектированный Исамбардом Королевством Брунел.
Королевский мост Альберта (1859) через реку Тамар в Солташе, Англия, спроектированный Исамбардом Королевством Брунел.

Среди наиболее важных железнодорожных мостов конца XIX века были мосты Гюстава Эйфеля. Между 1867 и 1869 годами Эйфель построил четыре виадука с ферменными балками вдоль железнодорожной линии между Ганнатом и Комментри, к западу от Виши во Франции. Самый яркий из них, в Роузате, имеет кованые башни, которые впервые наглядно отражают необходимость боковой жесткости для противодействия влиянию горизонтальных ветровых нагрузок. Боковая жесткость достигается изгибом башен в основании, где они встречаются с каменными фундаментами, — стиль дизайна, кульминацией которого стала знаменитая парижская башня Эйфеля 1889 года.

Эйфель также спроектировал два крупных арочных моста, которые были самыми длинными пролетными строениями своего типа в то время. Первый, мост Марии Пиа 1877 года через реку Дуоро близ Порту, Португалия, представляет собой 157-метровый (522 фута) серповидный пролет, который возвышается на 42 метра (140 футов) в своей короне. Опять же, широкое распространение арок у их основания придает этой конструкции большую боковую жесткость. Кульминационным достижением формы полумесяца-арки в 19 веке стало завершение в 1884 году строительства 162-метрового (541-футового) виадука Гарабит Эйфеля над рекой Труйер близ Сен-Флура, Франция. В отличие от моста в Дуоро, арка Гарабит визуально отделена от тонкой горизонтальной балки. Обе арки были спроектированы с шарнирами на их опорах так, что форма полумесяца расширяется от точек на опорах до глубокой, но легкой фермы на короне. Навесная конструкция служила для облегчения строительства, а также для создания мощного визуального образа, предназначенного Эйфелем.

Этот кованый железный железнодорожный мост, простирающийся на 162 метра (541 фут), был спроектирован Густавом Эйфелем и завершен в 1884 году.
Этот кованый железный железнодорожный мост, простирающийся на 162 метра (541 фут), был спроектирован Густавом Эйфелем и завершен в 1884 году.

Подвесной мост

В Соединенных Штатах инженер Джон Реблинг основал в 1841 году фабрику по изготовлению веревки из железной проволоки, которую он первоначально продал, чтобы заменить конопляную веревку, используемую для подъема вагонов через железную дорогу портиджа в центральной Пенсильвании. Позже Реблинг использовал проволочные канаты в качестве подвесных тросов для мостов, и он разработал технику для закручивания тросов на месте, а не для изготовления сборного троса, который нужно было поднять на место. В 1855 году Роблинг завершил строительство железнодорожного моста длиной 246 метров (821 фут) через реку Ниагара в западной части штата Нью-Йорк. Ветровые нагрузки еще не были поняты в каком-либо теоретическом смысле, но Реблинг признал практическую необходимость предотвращения вертикальных колебаний. Поэтому он добавил многочисленные проволочные опоры, которые тянулись, как гигантская паутина, в разных направлениях от палубы до долины внизу и до башен наверху. Ниагарский мост ставил в тупик почти все инженерные суждения того времени, которые утверждали, что подвесные мосты не могут поддерживать железнодорожное движение. Хотя поезда должны были замедляться до скорости всего пять километров (три мили) в час и ремонт был частым, мост находился в эксплуатации в течение 42 лет, и его заменили только потому, что новые поезда стали слишком тяжелыми для него.

Мост Цинциннати Роблинга (ныне называемый мостом Джона А. Роблинга) через реку Огайо был прототипом его мастерского Бруклинского моста (см. ниже сталь: подвесные мосты). Когда в 1866 году был закончен этот подвесной мост из железной проволоки длиной 317 метров (1057 футов), он был самым длинным пролетным мостом в мире. Зрелый стиль Роблинга проявился во впечатляющих каменных башнях сооружения и его тонком подвесном пролете, с опорами, расходящимися от вершин башен, чтобы контролировать колебания палубы от ветровых нагрузок.

Сталь

Железнодорожный мост

Между Гражданской войной в Америке и Первой мировой войной железные дороги достигли своего пика в Соединенных Штатах и в других местах, что увеличило потребность в мостах, которые могли бы выдержать эти более тяжелые нагрузки. Новые технологии производства стали привели к появлению многих важных мостов, таких как мост Идз через реку Миссисипи в Сент-Луисе, мост Форт через Ферт-оф-Форт в Шотландии, мост Хелл-Гейт и Байоннский мост в Нью-Йорке и мост Сидней-Харбор в Австралии.

Мост ЭДС в 1874 году был первым крупным мостом, построенным полностью из стали, за исключением фундамента пирса. Спроектированный Джеймсом Бьюкененом Идзом, он имеет три арочных пролета, из которых две стороны составляют каждый 151 метр (502 фута), а середина-156 метров (520 футов). Мосту Идз придали дополнительную прочность его прочные основания, для чего впервые в Соединенных Штатах были использованы пневматические кессоны вместо коффердамов. Еще одним нововведением, осуществленным Eads на основе предложения Телфорда, стало строительство арок консольным методом. Арки поддерживались тросами, поддерживаемыми временными башнями над пирсами, и все они были сняты, когда арки стали самонесущими.

Четвертый мост через Ферт-оф-Форт в Шотландии, спроектированный Бенджамином Бейкером, имеет два консольных пролета длиной 513 метров (1710 футов), что сделало его самым длинным мостом в мире после его завершения в 1890 году. Стальная конструкция возвышается на 103 метра (342 фута) над каменными опорами. Хотя с приближающейся точки зрения он кажется плотным и массивным, в профиль он демонстрирует удивительную легкость. Бейкер спроектировал мост с темпераментом художника. В своих работах он критиковал мост Британии за его башни, которые, по признанию Стивенсона, были оставлены на месте только в том случае, если мост нуждался в подвесных цепях, а не из-за конструктивной необходимости. Четвертый мост, с другой стороны, является чистой структурой; ничто не было добавлено для эстетического вида, который не имеет структурной функции. На протяжении более чем столетия по мосту проходила железная дорога, и действительно, это был один из последних больших мостов, построенных для этой цели в 19 веке.

Мост Форт, через Ферт-оф-Форт, Шотландия
Этот стальной консольный мост, спроектированный Бенджамином Бейкером и построенный в 1890 году, имеет два пролета 513 метров (1710 футов) и поднимается на 103 метра (342 фута) над его каменными опорами.

Мост адские врата, построенный Густавом Линденталем в 1916 году, также имел эстетическое намерение. Он выглядел массивным благодаря своим каменным башням и увеличенному расстоянию между двумя хордами у опоры, но конструктивно башни не служат никакой цели; нижняя хорда арки фактически шарнирно закреплена на устоях, и вся нагрузка переносится на фундаменты этой нижней хордой. Тем не менее, мост имеет внушительное присутствие, и его арка длиной 293 метра (978 футов) была самой длинной в мире в то время.

Похожим по форме арки на адские врата является Байоннский мост 1931 года, спроектированный бывшим помощником Линденталя Отмаром Амманом. Перекинув мост килл-Ван-Кулл между Стейтен-Айлендом, штат Нью-Йорк, и Байонной, штат Нью-Джерси, Байоннский мост, хотя и длиннее моста Адских врат на 496 метров (1652 фута), значительно легче. Основной пролет для адских врат требовал 39 миллионов кг (87 миллионов фунтов) стали, по сравнению с 17 миллионами кг (37 миллионов фунтов) для Байонны. Отчасти это объясняется более низкими живыми нагрузками; для адских ворот загрузка поездов была принята на уровне 36 000 кг на метр (24 000 фунтов на фут) длины моста, в то время как для Байонны загрузка вагонов составляла 10 000 кг на метр (7 000 фунтов на фут). Но это снижение также связано с попыткой сделать арку более изящной, а также более экономичной. Массивные на вид каменные опоры были спроектированы ради внешнего вида, но затем никогда не строились, оставляя довольно бесполезный клубок легких стальных решеток на опорах. Тем не менее, на расстоянии Байоннский мост демонстрирует легкость и изящество, свидетельствующие о структурной целостности.

По всему миру в Сиднейской гавани, Новый Южный Уэльс, Австралия, сэр Ральф Фримен спроектировал стальной арочный мост с пролетом 495 метров (1650 футов), который был начат в 1924 году и завершен в 1932 году. Из-за глубокой воды в гавани временные опоры были непрактичны, поэтому стальная арка была собрана консолью, выходящей из каждого берега и встречающейся посередине. Была использована высокопрочная Кремниевая сталь, что сделало ее самой тяжелой стальной конструкцией в своем роде. Сиднейский мост Харбор-Бридж представляет собой двухшарнирную арку, а его палуба возвышается над водой на 52 метра (172 фута). Он несет четыре железнодорожных пути, проезжую часть шириной 17 метров (57 футов) и две пешеходные дорожки. На каждом берегу он опирается на пару больших каменных башен, которые, как и адские врата, скрывают тот факт, что почти весь груз несет нижняя арочная хорда.

Мост Харбор-Бридж в Сиднее, 495-метровая (1650-футовая) стальная арка, соединяющая Сидней и Северный Сидней, Новый Южный Уэльс, Австралия.
Мост Харбор-Бридж в Сиднее, 495-метровая (1650-футовая) стальная арка, соединяющая Сидней и Северный Сидней, Новый Южный Уэльс, Австралия.

Подвесной мост

Джон Реблинг умер в 1869 году, вскоре после начала работ на Бруклинском мосту, но проект был взят на себя и доведен до конца его сыном Вашингтоном Реблингом. Технически мост преодолевал множество препятствий с помощью огромных пневматических кессонов, в которые закачивался сжатый воздух, чтобы люди могли работать в сухом состоянии; но, что еще важнее, это был первый подвесной мост, на котором для тросов использовалась стальная проволока. Каждый провод был оцинкован для защиты от ржавчины, и четыре кабеля, каждый почти 40 см (16 дюймов) в диаметре, потребовалось 26 месяцев, чтобы раскрутить взад и вперед над Ист-Ривер. После многих политических и технических трудностей и по меньшей мере 27 несчастных случаев со смертельным исходом мост длиной 479 метров (1595 футов) был закончен в 1883 году с такой помпой, что в течение 24 часов через него перешли примерно четверть миллиона человек, используя центральную надземную дорожку, которую Джон Реблинг спроектировал для того, чтобы дать пешеходам драматический вид на город.

На рубеже 20-го века возросшая потребность в переходе из Манхэттена в Бруклин через Ист-Ривер привела к появлению планов строительства еще двух длиннопролетных, тросовых, стальных подвесных мостов-Уильямсбургского и Манхэттенского. Вильямсбургский мост, спроектированный Л. Л. баком с пролетом чуть более 480 метров (1600 футов), стал самым длинным канатно-подвесным пролетом в мире после завершения строительства в 1903 году. Его палубная ферма представляет собой громоздкую решетчатую конструкцию глубиной 12 метров (40 футов), а башни сделаны из стали, а не из каменной кладки. Ферменная конструкция фактически заменила стойки Реблинга в качестве элементов жесткости для палубы. Манхэттенский мост 1909 года имеет пролет 441 метр (1470 футов). Его неподвижные стальные башни расположены сбоку у основания, а для палубы используется ферменная конструкция глубиной 7,4 метра (24,5 фута). Однако гораздо большее значение, чем конструкция палубы, имело первое применение теории прогиба при проектировании этих двух мостов для расчета того, как горизонтальная палуба и изогнутые тросы работают вместе, чтобы нести грузы. Впервые опубликованная в 1888 году австрийским ученым Йозефом меланом теория прогибов объясняет, как палуба и тросы прогибаются вместе под действием гравитационных нагрузок, так что, когда пролеты становятся длиннее и подвесная конструкция тяжелее, требуемая жесткость палубы фактически уменьшается. Теория прогиба особенно повлияла на дизайн в 1930-х годах, когда инженеры попытались уменьшить отношение глубины балки к длине пролета, чтобы добиться более легкого и изящного внешнего вида без ущерба для безопасности. До 1930 года ни один длиннопролетный подвесной мост не имел отношения глубины балки к длине пролета, которое было бы выше 1:84.

Нью-Йорк: Манхэттенский мост
Манхэттенский мост (завершен в 1909 году), соединяющий Ист-Ривер между Бруклином и островом Манхэттен в Нью-Йорке.

Филадельфийско-Камденский мост Ральфа Моджески (ныне называемый мостом Бенджамина Франклина), перекинутый через реку Делавэр, является еще одним стальным подвесным мостом из тросов; когда он был завершен в 1926 году, он был самым длинным в мире пролетом-525 метров (1750 футов). Однако вскоре он был превзойден мостом Амбассадор (1929) в Детройте и мостом Джорджа Вашингтона (1931) в Нью-Йорке. Посол связывает Соединенные Штаты и Канаду через реку Детройт. Из-за интенсивного движения транспорта на реке требовался широкий просвет. Стальной подвесной мост, спроектированный Джонатаном Джонсом, имеет пролет 555 метров (1850 футов) и общую длину, включая подъездные пролеты, более 2700 метров (9000 футов). Конструкция моста Амбассадор первоначально предусматривала использование термообработанных стальных проводов для кабелей. Обычно проволоку вытягивали холодным способом — методом, при котором сталь вытягивают через последовательно меньшие отверстия в штампах, уменьшая ее диаметр и одновременно повышая предел прочности при растяжении. Обширные лабораторные испытания показали, что термообработанные провода имели несколько более высокую предел прочности, но во время строительства моста Амбассадор некоторые из них сломались, и, к чести подрядчиков, все кабели, закрученные до сих пор, были немедленно заменены холоднотянутой проволокой. Этот пример иллюстрирует ограничения лабораторных испытаний в отличие от исследований реальных условий труда.

Мост Джорджа Вашингтона, стальной подвесной мост, спроектированный Амманном, был знаменателен, во-первых, своей длиной пролета 1050 метров (3500 футов) и во-вторых, своими теоретическими новшествами. Изучив теорию прогиба, Амманн пришел к выводу, что жесткость палубы вообще не требуется, так как она будет стабилизирована большим весом самого моста. Действительно, мост Джорджа Вашингтона является самым тяжелым однопролетным подвесным мостом, построенным на сегодняшний день, и его первоначальное отношение глубины балки к пролету было поразительным 1:350. Первоначально башни высотой 191 метр (635 футов) должны были иметь каменный фасад, но нехватка денег во время Великой Депрессии помешала этому, и стальной каркас стоит отдельно. Амманн спроектировал мост таким образом, чтобы он нес максимум 12 000 кг на метр (8 000 фунтов на фут), хотя максимальная мыслимая нагрузка на мост оценивалась в 69 000 кг на метр (46 000 фунтов на фут), что иллюстрирует принцип, согласно которому более длинные мосты не должны быть рассчитаны на максимальную нагрузку. В 1962 году добавление второй палубы для движения привело к строительству палубной фермы, что дало мосту его нынешнее отношение глубины балки к пролету 1:120.

Бетонный мост

Железобетонный

Ранние мосты

В течение 19 века дешевое производство чугуна и стали, добавленное к изобретению портландцемента в 1824 году, привело к развитию железобетона. В 1867 году французский садовник Жозеф Монье запатентовал метод укрепления тонких бетонных цветочных горшков путем встраивания в бетон железной проволочной сетки. Позже Монье применил свои идеи к патентам на строительство зданий и мостов. В 1879 году другой француз, Франсуа Хеннебик, решил построить в Бельгии дом с металлическим каркасом, и его решение покрыть железные балки бетоном привело его к разработке конструктивной системы, в которой металлические балки (заменяющие железные балки) несли напряжение, а бетон-сжатие. К концу столетия железобетон стал экономичным заменителем камня, поскольку производить бетон, как правило, было дешевле, чем добывать камни. В дополнение к своим ценовым и несущим преимуществам, железобетон может быть отлит в различные формы, что позволяет значительно эстетизировать выражение со стороны инженера без значительного увеличения материалов или стоимости.

Самыми плодовитыми конструкторами, впервые использовавшими железобетон, были Хеннебик и немецкий инженер Г. А. Вайсс, купившие патенты Монье. Венский мост через реку хеннебик в Шательро, Франция, построенный в 1899 году, был самым длинным укрепленным арочным мостом 19-го века. Построенный низко к реке-типичный для многих железобетонных мостов, чья цель безопасного перехода через небольшую реку не зависит от интенсивного движения лодок— — мост Шательро имеет три арки, центр которых простирается чуть более чем на 48 метров (160 футов). В 1904 году мост через реку Изар в Грюневальде, Германия, спроектированный Эмилем Моршем для фирмы Wayss, стал самым длинным железобетонным пролетом в мире-69 метров (230 футов).

Самые длинные бетонные арки 1920-х годов были спроектированы французским инженером Эженом Фрейссине. В его мосту через Сену в Сен-Пьер-дю-Вовре (1922) две тонкие полые арки поднимаются на 25 метров (82 фута) в середине пролета и соединяются девятью поперечными балками. Арки изгибаются над палубой, которая подвешена на тонких стальных проволоках, слегка покрытых раствором и свисающих вниз в виде треугольника. Таким образом, 131-метровый (435 футов) пролет, тогда рекордный для железобетона, имеет легкий внешний вид. Мост был разрушен во время Второй мировой войны, но был восстановлен в 1946 году с использованием той же формы.

В 1930 году Фрейссинет завершил свою самую знаменитую работу-мост Плугастель через устье реки Элорн близ Бреста, Франция. Этот мост имел три 176-метровых (585-футовых) арочных пролета с полыми коробками, которые тогда были самыми длинными бетонными пролетами в мире. Из- за большого масштаба этой структуры Фрейссинет изучал ползучесть, или движение под напряжением, бетона. Это привело его к общей идее предварительного напряжения (см. ниже предварительно напряженный бетон).

Мост Плугастель, через устье реки Элорн, недалеко от Бреста, Франция Каждая полая арка из железобетона имеет пролет 176 метров (585 футов). Мост был спроектирован Эженом Фрейссинетом и завершен в 1930 году.
Мост Плугастель, через устье реки Элорн, недалеко от Бреста, Франция
Каждая полая арка из железобетона имеет пролет 176 метров (585 футов). Мост был спроектирован Эженом Фрейссинетом и завершен в 1930 году.

В 1943 году Плугастель был вытеснен в длину песчаным мостом через реку Ангерман в Швеции. Песчаный мост-это штука, одноребристая железобетонная арка с пролетом 260 метров (866 футов ), возвышающаяся над рекой на 39 метров (131 фут).

Инновации Майяра

Использование армированного бетона швейцарским инженером Робертом майяром, начавшееся в 1901 году, произвело революцию в строительном искусстве. Майярт, все главные мосты которого находятся в Швейцарии, был первым дизайнером 20-го века, который полностью порвал с традицией каменной кладки и придал бетону формы, технически соответствующие его свойствам, но визуально удивляющие. Для своего моста через реку ИНН в Зуозе в 1901 году он спроектировал изогнутую арку и плоскую проезжую часть, соединенную продольными стенами, которые превратили всю конструкцию в полую коробчатую балку с пролетом 37,5 метра (125 футов) и шарнирами на опорах и короне. Это был первый бетонный пустотелый ящик, который был построен. Свод в Зуозе утолщается в нижней части, и вся нагрузка на устои переносится в эти толстые точки. Поэтому стены рядом с устоями технически излишни. Для своего моста 1905 года через Вордеррейн в Таванасе, с пролетом 50 метров (167 футов), Майяр вырезал стены шпандреля, чтобы достичь технически превосходящей формы, которая также была визуально новой. Как и в Зуозе, бетонные арки моста Таванаса были соединены шарнирами с обоими устоями и друг с другом на вершине, что позволяло арке свободно подниматься без внутреннего напряжения при повышении температуры и опускаться при понижении температуры. Напротив, у моста Хеннебик в Шательро не было петель, и арки сильно потрескались на устоях и короне. Мост Таванаса, к сожалению, был разрушен лавиной в 1927 году.

Мост Вальтшильбаха майярта 1926 года, укрепленный на палубе свод с 43-метровым (142-футовым) пролетом, продемонстрировал, что арка может быть чрезвычайно тонкой, если палубная балка жесткая. Арка в Вальтшильбахе увеличивается в толщину от всего лишь 23 см (9 дюймов) на макушке до чуть более 28 см (11 дюймов) на опорах. Тонкие вертикальные плиты, или поперечные стены, соединяют арку с палубой, позволяя палубе укрепить арку и, таким образом, позволяя арке быть тонкой. Такая техническая проницательность выявила глубокое понимание майяром того, как работать с железобетоном—понимание, которое достигло кульминации в серии шедевров, начиная с моста Сальгинатобель 1930 года, который, как и другие уже упомянутые, находится в швейцарском кантоне Граубюнден. Форма моста Салгинатобель похожа на Таванасу, но модифицирована, чтобы учесть более длинный центральный пролет в 89 метров (295 футов), который необходим для пересечения глубокого оврага внизу. Полый ящик Майяра, трехшарнирная конструкция арки не только была наименее дорогостоящей из 19 предложенных конструкций, но и считалась окружным инженером самой элегантной. Каменные устои более ранних мостов Майярта были обойдены в Салгинатобеле, так как скалистые стены оврага, встречающиеся с аркой, достаточны для того, чтобы нести груз.

Салгинатобельский мост
Мост Салгинатобель, недалеко от Ширс, кантон Граубюнден, Швейцария. Спроектированная Робертом Майларом, железобетонная арка из полого короба с пролетом 90 метров (295 футов) была построена в 1930 году.

Другие известные мосты Майярта — это мост через тур в Фельзегге (1933), мост Швандбах близ Хинтерфультигена (1933) и пешеходный мост через реку Тесс близ Вульфлингена (1934). Мост Фельзегга имеет 68-метровый (226 футов) пролет и впервые имеет две параллельные арки, обе с тремя шарнирами. Как и мост Салгинатобель, мост Фельзегга имеет Х-образные опорные петли из железобетона (изобретенные Фрейссинетом), которые были более экономичными, чем стальные петли. Мост Швандбах с пролетом 37 метров (123 фута) представляет собой застывшую палубу с горизонтально изогнутой проезжей частью. Истинный характер железобетона наиболее очевиден в этом мосту, так как внутренний край плиты-арки повторяет горизонтальную кривую шоссе, в то время как внешний край арки является прямым. Вертикальные трапециевидные поперечные стены объединяют палубу с аркой, и в результате получается один из самых известных мостов из бетона. Пешеходный мост Töss представляет собой застывшую на палубе арку с пролетом 37,5 метра (125 футов). Палуба изогнута вертикально на короне и закруглена против течения на берегах реки, интегрируя структуру в обстановку.

Большой вклад Майяра в проектирование мостов состоял в том, что, хотя он придерживался традиционной инженерной дисциплины, всегда стремясь использовать меньше материала и снизить затраты, он постоянно играл с формами, чтобы достичь максимального эстетического выражения. Некоторые из его последних мостов-в Весси, Лизберге и Лахене—иллюстрируют его зрелое видение возможностей структурного искусства. Над рекой Арве в Весси в 1935 году Майяр спроектировал трехшарнирную полую коробчатую арку, в которой тонкие поперечные стены сужаются на средней высоте, образуя форму X. Этот поразительный дизайн, дающий жизнь структуре, является одновременно естественной формой и игривым выражением. Кроме того, в 1935 году на балочном мосту через реку Бирс в Лизберге применялось сгибание балок, сужение наружу у основания тонких колонн и изогнутый верхний край, становящийся менее глубоким вблизи устоев. Для перекошенной железнодорожной эстакады в Лахене в 1940 году Майярт использовал две отдельные трехшарнирные арки, которые выступали из разных уровней устоя, создавая динамическое взаимодействие форм.

Предварительно напряженный бетон

Эжен Фрейссине

Идея предварительного напряжения бетона была впервые применена Фрейссине в его попытке спасти мост Ле-Вердр через реку Алье близ Виши, Франция. Через год после его завершения в 1910 году Фрейссинет отметил, что трехарочный мост двигался вниз с пугающей скоростью. Плоская бетонная арка под своей собственной мертвой нагрузкой создает огромные сжимающие силы, которые заставляют конструкцию со временем сокращаться и, следовательно, двигаться в конечном итоге вниз. Эта «ползучесть» может в конечном итоге привести к разрушению арки. Решение фрейссинета состояло в том, чтобы раздвинуть половинки арки в короне, приподнять арку и поместить бетон в дополнительное сжатие против устоев, а затем бросить новый бетон в пространство на короне. К 1928 году опыт работы с мостом Ле-Вердре побудил Фрейссине предложить более распространенный метод предварительного напряжения с использованием высокопрочной стали для сжатия бетона.

Основные предварительно напряженные работы Freyssinet появились после железобетонного моста Plougastel и включали в себя серию мостов через реку Марну после Второй мировой войны. мост Luzancy (1946) с пролетом 54 метра (180 футов) демонстрирует легкость и красоту, которые могут быть достигнуты с помощью предварительно напряженного бетона для однопролетного балочного моста.

Первый крупный мост из предварительно напряженного бетона в Соединенных Штатах, мост Уолнат-Лейн (1950) В Филадельфии, был спроектирован Гюставом Маньелем и имеет три просто поддерживаемых балочных пролета с центральным пролетом 48 метров (160 футов) и двумя концевыми пролетами 22 метра (74 фута). Несмотря на то, что он был прост на вид, местное художественное жюри, ответственное за окончательное утверждение, обнаружило, что тонкие линии моста были достаточно элегантны, чтобы не требовать каменного фасада.

Ульрих Финстервальдер

В годы после Второй Мировой Войны немецкий инженер и строитель Ульрих Финстервальдер разработал консольный метод строительства из предварительно напряженного бетона. Бендорфский мост финстервальдера через Рейн в Кобленце, Германия, был построен в 1962 году с тонкими опорами и центральным пролетом 202 метра (673 фута). Двойной консольный метод экономил деньги за счет отсутствия лесов в воде, а также за счет уменьшения глубины прогона и последующего уменьшения материала там, где концы палубы сходятся в центре. Получившаяся балка имеет вид очень неглубокой арки, изящной в профиль. Еще один прекрасный мост Финстервальдера — это мост Мангфолл (1959) к югу от Мюнхена, высокий мост с центральным пролетом 106 метров (354 фута) и двумя боковыми пролетами 89 метров (295 футов). Мост Мангфолл имеет первые решетчатые стропильные стены из предварительно напряженного бетона, а также двухъярусную палубу, позволяющую пешеходам ходить ниже проезжей части и любоваться захватывающим видом на долину. Финстервальдер успешно стремился показать, что предварительно напряженный бетон может напрямую конкурировать со Сталью не только по стоимости, но и по уменьшению глубины залегания.

Кристиан Менн

Технические и эстетические возможности предварительно напряженного бетона Наиболее полно были реализованы в Швейцарии с помощью мостов Кристиана Менна. Ранние арочные мосты Менна находились под влиянием Майяра, но с помощью предварительного напряжения он смог построить более длинные мосты и использовать новые формы. Мост Райхенау (1964) через Рейн-это укрепленная палубой арка с пролетом 98 метров (328 футов), показывающая характерное для Менна использование широкой предварительно напряженной бетонной плиты палубы, консольно расположенной сбоку с обеих сторон одной коробки. Для высокого изогнутого виадука Фельзенау (1974) над рекой Ааре в Берне были построены пролеты длиной до 154 метров (512 футов) с использованием консольного метода из двойных опор. Трапециевидная коробчатая балка, шириной всего 11 метров (36 футов) в верхней части, опирается на опоры и несет поворотную магистраль шириной 26 метров (85 футов). Еще более впечатляющим является высокий изогнутый мост Гантер (1980), пересекающий глубокую долину в кантоне Вале. Портер представляет собой как вантовый, так и предварительно напряженный консольный балочный мост, причем самая высокая колонна поднимается на 148 метров (492 фута), а центральный пролет составляет 171 метр (571 фут). Форма уникальна: канатные опоры плоские и покрыты тонкими бетонными плитами, что делает мост очень похожим на перевернутый мост Майяра.

Мост Гантера (Ganterbrücke), Симплон Пасс, Вале, Швейцария, проект Кристиана Менна, 1980.
Мост Гантера (Ganterbrücke), Симплон Пасс, Вале, Швейцария, проект Кристиана Менна, 1980.

Стальные мосты после 1931 года

Большепролетных висячих мостов

Успех моста Джорджа Вашингтона—особенно его чрезвычайно малое отношение глубины балки к пролету — оказал большое влияние на дизайн подвесного моста в 1930-х гг. его революционная конструкция привела к строительству нескольких крупных мостов, таких как Золотые Ворота (1937 г.), Олений остров (1939 г.) и Бронкс-Уайтстоун (1939 г.). Мост Золотые Ворота, построенный над входом в залив Сан-Франциско под руководством Йозефа Штрауса, был по завершении строительства самым длинным в мире пролетом в 1260 метров (4200 футов); его башни возвышаются над водой на 224 метра (746 футов). Мост Дир-Айл в штате Мэн, США. , был спроектирован Дэвидом Штейнманом только с пластинчатыми балками для усиления палубы, которая была шириной 7,5 метра (25 футов), но имела центральный пролет 324 метра (1080 футов). Точно так же палуба моста Отмар Амманн Бронкс-Уайтстоун в Нью-Йорке первоначально была укреплена только пластинчатыми балками; ее пролет достигал 690 метров (2300 футов). И Олений остров, и мосты Бронкс-Уайтстоун позже колебались на ветру, и их пришлось изменить после катастрофы в Такоме-Нэрроуз.

Мост Золотые Ворота, Сан-Франциско.
Мост Золотые Ворота, Сан-Франциско.

Такома Сужается

В 1940 году был открыт первый мост Такома- Нэрроуз через пролив Пьюджет в штате Вашингтон, США, протяженностью 840 метров( 2800 футов), его палуба, также укрепленная пластинчатыми балками, имела глубину всего 2,4 метра (8 футов). Это дало ему отношение глубины балки к пролету 1: 350, идентичное тому, что было на мосту Джорджа Вашингтона. К сожалению, всего через четыре месяца после завершения строительства моста в Такоме- Нэрроуз палуба разлетелась на куски и рухнула под умеренным ветром.

Обрушение Такомского узкого моста, штат Вашингтон, 1940 г.
Обрушение Такомского узкого моста, штат Вашингтон, 1940 г.

В то время мосты обычно были спроектированы так, чтобы выдерживать порывы ветра в 190 км (120 миль) в час, но ветер в Такоме был только 67 км (42 мили) в час. На киноснимках, снятых во время катастрофы, видно, как палуба катится вверх-вниз и дико извивается. Эти два движения, вертикальное и крутильное, произошли потому, что палуба была снабжена небольшой вертикальной и почти никакой крутильной жесткостью. Инженеры упустили из виду вызванные ветром провалы мостов в 19 веке и спроектировали чрезвычайно тонкие палубы, не вполне понимая их аэродинамическое поведение. Однако после того, как мост в Такоме потерпел неудачу, инженеры добавили фермы к мосту Бронкс-Уайтстоун, канатные опоры к оленьему острову и еще больше укрепили жесткую ферму у Золотых Ворот. В свою очередь, диагональные опоры, используемые для укрепления моста на Оленьем острове, привели инженера Нормана Солленбергера к проектированию моста Сан—Маркос (1951) в Сальвадоре с наклонными подвесками, образуя таким образом кабельную ферму между кабелями и палубой-первую в своем роде.

Уроки катастрофы

Катастрофа в Такоме заставила инженеров пересмотреть свои представления о вертикальном движении палуб подвесного моста при горизонтальных ветровых нагрузках. Частью проблемы в Такоме было сооружение балки из цельных стальных пластин глубиной 2,4 метра (8 футов) с каждой стороны, через которую не мог пройти ветер. По этой причине новый мост Tacoma Narrows Bridge (1950), а также 1280-метровый (4260 — футовый) пролетный мост Verrazano Narrows Bridge в Нью-Йорке (1964) были построены с открытыми фермами для палубы, чтобы обеспечить проход ветра. Мост Макинак длиной 1140 метров (3800 футов) в Мичигане, США, спроектированный Штейнманом, также использовал глубокую ферму; его два боковых пролета длиной 540 метров (1800 футов) сделали его самым длинным непрерывным подвесным сооружением в мире на момент его завершения в 1957 году.

972 — метровый (3240 футов) пролетный мост Северн (1966), соединяющий южную Англию и Уэльс через реку Северн, использует неглубокую стальную коробку для своей палубы, но палуба имеет аэродинамическую форму, чтобы позволить ветру проходить над ней и под ней—так же, как срезанная вода позволяет воде отклоняться вокруг пирсов с сильно уменьшенной силой. Еще одним новшеством моста Северна стало использование стальных подвесок от тросов до палубы, которые образуют серию ВС в профиль. Когда мост начинает колебаться при сильном ветре, он имеет тенденцию двигаться в продольном направлении, а также вверх и вниз, и наклонные подтяжки моста Северна действуют, чтобы ослабить продольное движение. Дизайнерские идеи, использованные на мосту Северн, были повторены на мосту Босфор (1973) в Стамбуле и на мосту Хамбер (1981) через реку Хамбер в Англии. Мост Хамбера, в свою очередь, стал самым длинным мостом в мире с главным пролетом 1388 метров (4626 футов).

Ферменные мосты

Хотя фермы используются в основном в качестве вторичных элементов в арочных, подвесных или консольных конструкциях, несколько важных просто поддерживаемых ферменных мостов достигли значительной длины. Мост Астория (1966) через реку Колумбия в штате Орегон, США, представляет собой непрерывную трехпролетную стальную ферму с центральным пролетом 370 метров (1232 фута), а мост Тенмон (1966) в Кумамото, Япония, имеет центральный пролет 295 метров (984 фута).

Астория Мост через реку Колумбия, штат Орегон.
Астория Мост через реку Колумбия, штат Орегон.

В 1977 году в округе Файетт, штат Западная Виргиния, США был построен мост Нью- Ривер- Гордж, самая длинная в мире стальная арка, спроектированная Майклом Бейкером, двухшарнирная арочная ферма несет четыре полосы движения на высоте 263 метра (876 футов) над рекой и имеет пролет 510 метров (1700 футов).

Мост через реку Нью-Ривер, к северу от Фейетвилля, штат Вашингтон.
Мост через реку Нью-Ривер, к северу от Фейетвилля, штат Вашингтон.

Вантовые мосты

Немецкий дизайн

Начиная с 1950-х годов, с растущим признанием вантовых мостов, появился тип конструкции, который не мог быть легко классифицирован по строительному материалу. Вантовые мосты предлагали проектировщику множество возможностей, касающихся не только материалов для палубы и кабелей, но и геометрического расположения кабелей. Ранние примеры, такие как мост Стремсунд в Швеции (1956), использовали только два троса, закрепленных почти в одной точке высоко на башне и развернутых веером, чтобы поддерживать палубу в широко разделенных точках. В отличие от этого, мост Оберкасселер, построенный через реку Рейн в Дюссельдорфе, Германия, в 1973 году, использовал одну башню в середине своих двух 254-метровых (846-футовых) пролетов; четыре кабеля были размещены в арфе или параллельном расположении, будучи одинаково расположенными как вверх по башне, так и вдоль центральной линии палубы. Мост Бонн-Норд в Бонне, Германия (1966), был первым крупным вантовым мостом, который использовал большое количество более тонких кабелей вместо относительно немногих, но более тяжелых-техническое преимущество состояло в том, что с большим количеством кабелей можно было использовать более тонкую палубу. Такие многоядерные устройства впоследствии стали довольно распространенными. Коробчатая балочная палуба Бонн-Норд, как и большинство вантовых мостов, построенных в 1950-х и 60-х годах, была сделана из стали. Однако с 1970-х годов бетонные настилы стали использоваться гораздо чаще.

Американские проекты

Вантовые мосты в Соединенных Штатах отражали тенденции как в расположении кабелей, так и в материале палубы. Мост Паско-Кенневик (1978) через реку Колумбия в штате Вашингтон поддерживал его центральный пролет длиной 294 метра (981 фут) от двух двойных бетонных башен, кабели веером спускались к бетонному настилу по обе стороны проезжей части. Разработанный Арвидом Грантом в сотрудничестве с немецкой фирмой Леонхардт и Андра, его стоимость существенно не отличалась от стоимости других предложений с более традиционными конструкциями. Те же самые проектировщики построили мост Ист-Энд через реку Огайо между Прокторвиллом, штат Огайо, и Хантингтоном, штат Западная Виргиния, в 1985 году. Ист-Энд имеет большой пролет в 270 метров (900 футов) и малый пролет в 182 метра (608 футов). Одиночная бетонная башня имеет форму длинного треугольника в поперечном направлении, и расположение кабелей имеет тип вентилятора, но, в то время как мост Паско-Кенневика имеет два параллельных набора кабелей, восточный конец имеет только один набор, веером выходящий из одной плоскости башни в две плоскости на композитной стальной и бетонной палубе, так что при переходе от чистого профиля к продольному виду кабели визуально не совпадают.

Мост Sunshine Skyway (1987), спроектированный Юджином Фиггом и Жаном Мюллером над заливом Тампа во Флориде, имеет основной предварительно напряженный бетонный пролет длиной 360 метров (1200 футов). Он также использует единую плоскость кабелей, но они остаются в одной плоскости, которая веером расходится вниз по центру палубы. Мост Деймс-Пойнт (1987), спроектированный Говардом Нидлсом в консультации с Ульрихом Финстервальдером, пересекает реку Сент-Джонс в Джексонвилле, штат Флорида. Главный пролет в Dames Point составляет 390 метров (1300 футов), а боковые пролеты-200 метров (660 футов). Из Н-образных башен железобетона две плоскости стоек в арфовом строю поддерживают железобетонные балки. Башни тщательно сформированы, чтобы избежать жесткого внешнего вида. Мост Деймс-Пойнт был самым длинным вантовым мостом в Соединенных Штатах на протяжении почти двух десятилетий, пока в 2005 году в Чарльстоне, штат Южная Каролина, не был завершен мост Артура Рейвенела. В 2011 году мост Артура Равенеля, в свою очередь, был превзойден открытием моста Джона Джеймса Одюбона, перекинутого через реку Миссисипи между Пуэнт-купи и западными приходами Фелисиана, штат Луизиана. Единственный мост через Миссисипи между Натчезом, штат Миссисипи, и Батон-Руж, штат Луизиана, мост Джона Джеймса Одюбона имеет основной пролет 482 метра (1583 фута).

Азиатские длиннопролетные мосты и виадуки

В 1970-х годах японцы, работая в основном со Сталью, начали строить серию длиннопролетных мостов с использованием нескольких форм. Другие азиатские страны, в частности Китай, разработали виадуки огромной длины, часто как часть железнодорожных систем. Многие из них входят в число самых длинных пролетов и самых длинных мостов в мире.

Китай

Большой Мост Даньян-Куньшань

Большой мост Даньян-Куньшань, расположенный между Шанхаем и Нанкином в провинции Цзянсу, представляет собой виадук длиной 164,8 км (102,4 мили) на скоростной железной дороге Пекин-Шанхай. Открытый в июне 2011 года стоимостью около $ 8,5 млрд, он является самым длинным мостом в мире. Его средняя высота составляет 100 метров (328 футов) над землей, и он проходит примерно параллельно реке Янцзы, пересекая рисовые поля и другие водно-болотные угодья.

Великий Мост Тяньцзинь

Тяньцзиньский Большой мост протянулся на 113,7 км (70,6 мили) между Ланфаном и Цинсяном и служит железнодорожным виадуком для высокоскоростной железной дороги Пекин-Шанхай. Мост был открыт в 2011 году и является третьим по длине мостом в мире.

Мост Гонконг-Чжухай-Макао

В октябре 2018 года Китай открыл мост Гонконг–Чжухай–Макао, который соединяет Гонконг с Макао и материковым китайским городом Чжухай. Самый длинный морской мост в мире, он протянулся на 55 км (34 мили) через дельту Жемчужной реки. Его строительство обошлось примерно в 20 миллиардов долларов. Для обеспечения интенсивного судоходства в этом районе часть переправы имеет подводный туннель длиной 6,7 км (4 мили), соединяющий два искусственных острова.

Япония

Харбор-Осака

В 1974 году мост Минато, соединяющий город Осака с соседним Амагасаки, стал одним из самых длинных консольных ферменных мостов в мире-502 метра (1673 фута). В 1989 году были построены еще два впечатляющих и новаторских моста, по которым можно было бы проложить основные магистрали через портовые сооружения порта Осака. Подвесной мост Конохана несет четырехполосное шоссе на тонкой стальной палубе с коробчатыми балками глубиной всего 3 метра (10 футов). Мост является самоустанавливающимся-то есть палуба была помещена в горизонтальное сжатие, как это происходит на вантовом мосту, так что нет силы горизонтального натяжения, тянущей от земли в местах крепления. Этот мост длиной 295 метров (984 фута) является первым крупным подвесным мостом, использующим один кабель. Башни имеют треугольную форму, с диагональными подтяжками, идущими от троса вниз по центру палубы. На той же дороге, что и Конохана, находится вантовый мост Аджигава с пролетом 344 метра (1148 футов) и элегантной тонкой палубой глубиной чуть более трех метров.

Мост Конохана в Осака, Япония, подвесной мост с одним тросом с пролетом 295 метров (984 фута).
Мост Конохана в Осака, Япония, подвесной мост с одним тросом с пролетом 295 метров (984 фута).

Островной мост

Мост Канмон (1975), соединяющий острова Хонсю и Кюсю через пролив Симоносеки, был первым крупным островным мостом в Японии. Примерно в это же время было создано Управление мостов Хонсю-Сикоку, которое соединило эти два главных острова тремя линиями мостов и автомагистралей. Завершенный в 1999 году проект Хонсю-Сикоку был самым крупным в истории, построив 6 из 20 крупнейших пролетных мостов в мире в то время, а также первый крупный набор подвесных мостов для перевозки железнодорожного транспорта со времен Ниагарского моста Джона Реблинга. Большую часть проектных работ ведомство провело само; в отличие от проектов в других странах, обычно не удается определить индивидуальных проектировщиков для японских мостов.

Первая часть проекта, завершенная в 1988 году, представляет собой маршрут, соединяющий город Кодзима на главном острове Хонсю с Сакаиде на острове Сикоку. Маршрут Кодзима-Сакаиде состоит из трех основных мостовых элементов, часто называемых в совокупности великим мостом Сето (Сето Охаси): подвесной мост Симоцуи с подвесным главным пролетом 940 метров (3100 футов) и двумя неожиданными боковыми пролетами 230 метров (760 футов); сдвоенные 420 — метровые (1380 футов) вантовые мосты Хитсуисидзима и Ивакуродзима; и два почти идентичных висячих моста Бисан-Сето с основными пролетами 990 метров (3250 футов) и 1100 метров (3610 футов). Поразительные башни вантовых мостов Хитсуисидзима и Ивакуродзима были спроектированы так, чтобы вызвать символические образы из японской культуры, такие как древний японский шлем. Боковые пролеты двух мостов Сето, будучи полностью подвешенными, придают этим мостам визуальное единство, отсутствующее на мосту Симоцуи, где боковые пролеты поддерживаются снизу. Двойная палуба всей мостовой системы представляет собой прочную непрерывную ферму глубиной 13 метров (43 фута), которая перевозит легковые и грузовые автомобили на верхней палубе и поезда на нижней палубе.

Маршрут Кодзима-Сакаиде образует середину из трех звеньев Хонсю-Сикоку. На восточном маршруте между Кобэ (Хонсю) и Наруто (Сикоку) есть только два моста: подвесной мост Онаруто 1985 года и подвесной мост Акаси Кайке 1998 года (пролив Акаси). Мост Акаси Кайке, самый длинный подвесной мост в мире, пересекает пролив с главным пролетом в 1 991 метр (6 530 футов) и боковыми пролетами в 960 метров (3 150 футов). Его две 297-метровые (975-футовые) башни, выполненные из двух полых стальных валов крестообразного сечения, Соединенных Х-образной связью, являются самыми высокими мостовыми башнями в мире. Два подвесных троса изготовлены из высокопрочной стали, разработанной японскими инженерами для этого проекта. В январе 1995 года землетрясение, опустошившее Кобе, имело свой эпицентр почти прямо под почти законченным сооружением Акаси Кайкье; мост уцелел неповрежденным, хотя одна башня сдвинулась достаточно, чтобы удлинить главный пролет почти на один метр.

Мост Акаси Кайкё, соединяющий пролив Акаси между островами Хонсю и Сикоку, Япония, был завершен в 1998 году.
Мост Акаси Кайкё, соединяющий пролив Акаси между островами Хонсю и Сикоку, Япония, был завершен в 1998 году.

Западный маршрут Хонсю-Сикоку связывает Ономити (Хонсю) с Имабари (Сикоку). Одним из главных сооружений является вантовый мост Кикути с основным пролетом 490 метров (1610 футов). Две башни моста Икути имеют дельтовидную форму, с двумя наклонными плоскостями веерообразных стоек. Также на маршруте Ономити-Имабари находится стальной арочный мост Омисима 1979 года, чей 297-метровый (975 футов) пролет сделал его самым длинным подобным сооружением в Восточном полушарии почти за четверть века. Но самым значительным сооружением на маршруте является вантовый мост «Татара» 1999 года, основной пролет которого на момент его строительства составлял 890 метров (2920 футов), что делало его самым длинным в мире. Башни-близнецы моста Татара высотой 220 метров (720 футов) имеют изящные ромбовидные формы для нижних 140 метров; верхние 80 метров состоят из двух параллельных Соединенных шахт, которые содержат кабели.

Мост Татара, соединяющий острова Оми и Икути во Внутреннем море, Япония, был завершен в 1999 году.
Мост Татара, соединяющий острова Оми и Икути во Внутреннем море, Япония, был завершен в 1999 году.

Тайвань

Построенный в 2007 году виадук Чанхуа -Гаосюн является вторым по длине мостом в мире и служит частью тайваньской сети высокоскоростных железных дорог. Достигая 157,3 км (97,8 миль) в длину, мост проходит от Цзоуина в Гаосюне до Багуачжана в уезде Чанхуа. Мост и железнодорожная линия были построены так, чтобы свести к минимуму ущерб от землетрясения, так как этот район подвержен сейсмической активности.

 

 

Оцените статью
Art-Grea
Добавить комментарий