Как устроен вантовый мост?
Из всех гигантских сооружений вантовые мосты, пожалуй, больше всех радуют глаз своими масштабами, соединенными со зрительной легкостью и ажурностью. И как водится в современной строительной индустрии, кажущаяся простота конструкции вантовых мостов – обман, и интересных технических премудростей там немало.
Первый мост придумал какой-то неведомый древний человек, бросивший плоский камень или ствол дерева через ручей, чтобы лишний раз не вступать в холодную воду. Так появилась простейшая балочная конструкция, которая и поныне используется там, где можно обойтись пролетом небольшой длины. Например, речка узкая. Или речка широкая, но мелкая, и по дну ее можно наставить много опор, чтобы пролеты между ними оставались небольшими. А вот если мост перебрасывается на большой высоте или над глубоким проливом, где каждая новая опора — это новые затраты и новые инженерные сложности, приходится принимать дополнительные меры. Ведь на мостовой пролет действуют одновременно две силы — растяжение снизу и сжатие сверху. У каждого пролета есть предел прочности, а если эту прочность постоянно увеличивать, будет расти и вес балки жесткости, а мост однажды обрушится под ее тяжестью. Конструкции, позволяющие перераспределить нагрузку с балки на разные другие приспособления (без дополнительных опор), появились давно и существуют во множестве. Это могут быть жестко соединенные с балкой ажурные фермы (так устроено большинство железнодорожных мостов в России) или арка, переносящая нагрузку с центра пролета на боковые опоры. Еще одна блестящая идея, существующая столетия, — висячие мосты. Там основная несущая конструкция выполнена в виде гибкого элемента — троса или цепи, а балка моста к ней подвешена. Таковы Крымский мост в Москве или мост «Золотые Ворота» в Сан-Франциско, да и нет им числа. Самый длинный в мире пролет (1991 м) между двумя опорами удерживает висячий мост Акаси-Кайкё, соединяющий японские острова Хонсю и Авадзи.
Дешевле и устойчивее
Однако многие высокие мосты или мосты со сверхдлинными пролетами выполнены по другой схеме — вантовой. Вантовый мост считается разновидностью висячего, однако имеет одно важное отличие: гибкой несущей конструкции там нет. Нагрузка на балку передается высоким опорам (пилонам) через систему вант — тросов. Существуют две основные схемы крепления вант к пилону — стиль веера и стиль арфы. В первом случае пучок вант крепится к одной точке, а затем подобно вееру расходится, чтобы соединиться в разных точках с балкой жесткости. Если мост выполнен в стиле арфы — ванты крепятся к разным точкам пилона и идут к балке жесткости практически параллельно. С точки зрения устойчивости конструкции «веерный» вариант предпочтительней — так минимизируется опрокидывающий момент, передаваемый на пилон, но… если вант слишком много, выводить их из одной точки довольно сложно с инженерной точки зрения. В этом случае выбирается промежуточный вариант — ближе к вееру, но ванты крепятся на пилоне на небольшом расстоянии друг от друга.