Переход к рациональным системам висячих мостов

На примерах катастроф, связанных с раскачиванием и колебаниями висячих мостов, была доказана необходимость введения жестких балок в структуру висячего моста. Начиная с середины 19 в. помимо гибкой цепи стали применять в мостах жесткие деревянные перила по типу ферм Гау и наклонные ванты, поддерживавшие проезжую часть вблизи пилонов.

Против горизонтальных раскачиваний начали применять диагональные связи под проезжей частью.

По выражению одного из современников, «катастрофы изгнали висячие мосты из Европы». Вернее следует сказать, что заблуждения в теоретических представлениях о работе висячих мостов исключили применение их в России и в Западной Европе. Примером тому являлся построенный в 1850 г. под железнодорожные нагрузки висячий мост «Британия» (Англия), который был переделан в процессе строительства на балочный, причем вся переделка заключалась в том, что были выкинуты цепи висячего моста и оставлены только жесткие балки с проезжен частью, что указывает на совершенно неоправданные запасы прочности в балке жесткости, способной воспринимать самостоятельно нагрузки как балочной системы.

Такой подход к строительству висячих мостов в Европе продолжался и после того, как была создана наука расчета строительных сооружений и когда расчет висячего моста явился лишь частной задачей общего метода.

В конце 19 в. и начале 20 в. в США продолжалось применение и строительство висячих кабельных мостов (примером чему является Бруклинский мост, пролетом 486 м с каменными пилонами, общей высотой вместе с опорами до 130 м), в то время как в Европе долго спорили о преимуществах и недостатках цепных и кабельных мостов.

Исключением в то время была Франция, где были разработаны вантовые системы мостов Жискляра, Лейнекугель ле Кока и др. и где применение вантовых мостов получило развитие наряду со строительством висячих мостов.

Строители висячих мостов в Европе, начиная с конца 19 в., пошли по пути увеличения жесткости висячих мостов (мост в Братиславе имеет жесткость 1/1500 пролета), путем отказа от применения стальных канатов.

Вопрос применения висячих мостов в Европе был поставлен в плоскость обеспеченности от возможных последствий неполноты теоретических знаний. От экономики и простоты решений не осталось и следа.

Следует отметить, что долго существовало убеждение в том, что висячий мост будет более жестким, если принимать малые стрелы провеса каната или цепи, так как висячие мосты без балок жесткости имели меньшие S-образные прогибы, при изгибе проезжей части по двум полуволнам, при уменьшении стрелы провеса и вследствие чего первые висячие мосты строились со стрелой провеса 1/12 1/15 пролета. Но что действительно для гибкой нити и экономически выгодно для висячих мостов простейшего типа, в которых применялись массивные каменные пилоны, невыгодно и нецелесообразно для висячих мостов на современной стадии их развития.

Поэтому примененные в висячих мостах стрелы постепенно, в зависимости от периода постройки моста, увеличивались до 1/7 пролета. Это увеличение или уменьшение выгодной величины стрелы провеса диктуется, главным образом, экономикой применения пилонов. В прошлом столетии было невыгодно и сложно строить каменные пилоны большой высоты (каменные пилоны Бруклинского моста строились более 9 лет, т. е. 70% общего времени строительства моста), вследствие чего стрелу цепи выгодно было уменьшать, тем более, что это совпадало с требованиями к висячим мостам простейшего типа об уменьшении стрелы очертания цепи, исходя из уменьшения величины прогибов.

Таким образом, переходный период от простейших форм висячих мостов к рациональным системам характеризовался стремлением улучшить построенные мосты и, исходя из опыта строительства мостов, применять наиболее жесткие и экономически целесообразные системы и конструкции висячих мостов.

В основном, если не считать применения вантовых мостов во Франции, все усилия строителей и ученых сводились к улучшению простейшей одноцепной системы висячего моста посредством уточнения расчета и применения различных конструктивных мероприятий (введение наклонных вант и т. д.). Однако эти стремления не решали вопроса и являлись полумерами, так как способность простейшей системы висячего моста к S-образному изгибу балки жесткости в них сохранялась.

Нельзя считать, что все введенные усовершенствования простейшей формы висячего моста являются продуманными и универсальными.

Примером этому является потерпевший катастрофу Такомский висячий мост и многие из построенных в 1940;е годы висячих мостов США, которые подвергались в процессе их эксплуатации угрожающим колебаниям.

В частности Бронк-Уайтстонский висячий мост после обрушения Такомского моста был немедленно усилен, а на остальных висячих мостах США были организованы наблюдение и контроль за их колебаниями.

Выводы, которые были получены в США в результате анализа катастрофы Такомского моста, отмечают, что главная опасность кроется не в том, что слишком мала ширина висячих мостов больших пролетов (Такомский мост имел ширину 1/72 пролета, а в том, что слишком мала жесткость балок жесткости висячего моста, имеющего «лентовидную структуру»).

В заключении своих выводов американские специалисты вынуждены заявить: «Более целесообразно научно устранить причины неустойчивости и малой жесткости висячих мостов, чем стараться найти какие-либо противоядия» .