Давайте проведём эксперимент. Возьмите полоску бумаги за два конца и подуйте на торец. Полоска начнёт раскачиваться. Поток воздуха, врезаясь в полоску, срывается то вниз, то вверх – то поднимая, то опуская её. То же самое происходит и с мостом – только в бóльших масштабах.
Для того чтобы уменьшить колебания, в мосте Золотые Ворота используется ферма жёсткости. Однако мост Такома-Нэрроуз в США, тоже спроектированный Львом Моисеевым, оказался более уязвимым. Вместо фермы инженер использовал балку жёсткости не очень большой высоты – всего 2,4 метра. С самого своего открытия в 1940 году мост часто раскачивался от сильных порывов ветра, за что местные жители прозвали его «Галопирующая Герти».
Утром 7 ноября 1940 года ветер в проливе достиг скорости 64 км/ч и колебания стали настолько сильными, что вертикальные тросы не выдержали и оборвались. Балка жёсткости длиной 850 метров обрушилась в воду. Это была, пожалуй, самая крупная авария в истории мирового мостостроения. К счастью, ни один человек не пострадал, хотя по мосту в это время проезжала машина. Её владелец, редактор местной газеты по имени Леонард Коутсворт, успел выпрыгнуть из салона и доползти по качающемуся мосту до пилона. Но вот его пса по кличке Табби спасти, увы, не удалось.
Инженеры всего мира извлекли из этой аварии важный урок – пролётные строения мостов должны быть достаточно жёсткими. С тех пор их стали проектировать в виде ферм или балок с большой высотой сечения.
В 1998 году в Японии был построен висячий мост Акаси-Кайкё, установивший рекорд длины пролёта – 1991 метр. В этом проекте нашли воплощение множество решений, которые мы рассмотрели. Опоры Акаси-Кайкё – это огромные кессоны, изготовленные заранее и затопленные в проливе. Его пилоны имеют ячеистую структуру, а пролётное строение устроено в виде фермы жёсткости. На создание двух главных тросов диаметром 112 сантиметров ушло 300 тысяч километров проволоки – этого бы хватило, чтобы обогнуть земной шар семь раз.
Однако в Японии одно обстоятельство усложняет строительство таких больших мостов – землетрясения. Как защитить пилоны высотой со стоэтажный дом от подземных толчков? Для этого внутри каждого пилона были подвешены 20 массивных противовесов, которые инженеры называют гасители колебаний. Принцип их работы чем-то похож на игрушку неваляшку. Когда пилон отклоняется в сторону, тяжёлый стальной гаситель, удерживаемый оттяжками, не успевает отклониться так быстро и стремится вернуть пилон назад.
Для того чтобы проверить надёжность работы гасителей, строители провели любопытный эксперимент: несколько десятков рабочих поднялись на пилоны и по команде стали раскачивать их, двигаясь то влево, то вправо.
Природа не заставила себя ждать. В 1995 году, во время строительства моста, в этой части Японии случилось страшное землетрясение. Уже достроенные к тому моменту пилоны выстояли.
Несмотря на все плюсы, висячие мосты не лишены минусов. Во-первых, даже самый массивный главный трос – это гибкая конструкция, поэтому висячие мосты не могут похвастаться такой жёсткостью, как, например, балочные фермы. Во-вторых, протяжка главного троса и строительство анкеров для него – весьма дорогой и трудоёмкий процесс. Однако можно подвесить балку жёсткости не к основному тросу, а напрямую к пилонам – такой мост называют вантовым.
Впервые идея подвесить дорожное полотно к башням моста металлическими цепями пришла в голову хорватскому учёному и изобретателю Фаусту Вранчичу ещё в XVI веке. Вранчич значительно опередил своё время – тогдашний уровень развития металлургии не позволял создать такие конструкции.
Строить вантовые мосты начали во второй половине XIX века. Впрочем, по величине пролёта они значительно уступали висячим. Построенный в 1873 году в Лондоне мост Альберта имел пролёт всего 117 метров.
А вот на рубеже XX–XXI веков, благодаря появлению высокотехнологичных вант, вантовые мосты обрели популярность и стали стремительно расти в пролёте. Если мост Скарнсунд в Норвегии в 1991 году первым преодолел отметку в полкилометра, то мост Сутонг в Китае, построенный в 2008 году, имел пролёт уже в 1088 метров.
В 2012 году был завершён Русский мост во Владивостоке – обладатель рекордного среди вантовых мостов пролёта в 1104 метра. Пилоны Русского моста имеют высоту 321 метр – они выше небоскрёба в сто этажей. Балка жёсткости имеет форму крыла, которая лучше противостоит воздействию ветра.
Каждая ванта моста имеет от 13 до 85 прядей диаметром примерно 16 миллиметров. Для лучшей защиты от ржавчины каждая прядь упакована в оболочку из полиэтилена. Вся ванта одета в двойную оболочку: нижний слой – для защиты, наружный – для красоты. После установки ванты пряди натягивают, чтобы они начали нести нагрузку. Причём каждую прядь можно натягивать отдельно от остальных, как струны на гитаре. Если необходимо, можно заменить отдельную прядь или целую ванту без остановки движения по мосту.
