dikaya_murka о танцах с мостами в Волгограде

Среда, 30 июня 2010 г.

Танцы с мостами
Довелось мне тут побывать на одном интересном заседании, посвящённом волгоградскому мосту. Выкладываю в большей мере для иногородних, ибо свои ДП, наверное, уже прочитали.

22 июля в большом зале администрации Волгоградской области состоялась научно практическая конференция «Проблемы аэродинамики на балочных мостовых сооружениях». В течение нескольких часов участники обсуждали, почему волгоградский мост пустился в пляс, в каком ракурсе это зрелище было наиболее впечатляющим, чем это всё может закончиться, и многое другое. В результате было решено, что пускать по мосту грузовой транспорт пока всё же нельзя.

Месяц назад случилось событие, из-за которого Волгоград проснулся знаменитым. Жители города стали свидетелями того, как недавно построенный мост через Волгу волнуется на ветру, подобно самой реке. Видеоролики с места происшествия были растиражированы на ТВ, в интернете, и танцующий мост стал известен всей стране. С тех пор прошёл месяц напряжённой работы экспертных комиссий, было сделано много выводов и объяснений на самых разных уровнях. А 16 июня президент Дмитрий Медведев дал специальное поручение исследовать мостовые переходы на всей территории РФ. Поэтому участники конференции были настроены вынести более-менее окончательный вердикт по этому вопросу.

На мероприятии присутствовали глава администрации области А. Бровко, его заместитель И. Пикалов, заместитель министра транспорта РФ О. Белозёров, начальник отдела ВГУК ЦАГИ – организации, которой сделан заказ на экспериментальные испытания моста – К. Стрелков, а также представители компаний «Гипростроймост», «Гипротрансмост» и «Волгомост»
Уже в процессе стало понятно -- окончательной оценки произошедшего нельзя сделать до сих пор. С одной стороны, мосты такого типа построены в Сургуте, Астрахани, Саратове и функционируют уже по второму десятку лет, но с другой стороны -- у волгоградской конструкции есть свои индивидуальные особенности.
Во-первых, волгоградский мост имеет критическую длину пролётов. Это значит, что в отличие от допустимых 120 – 140 метров между бетонными быками-опорами, ширина двух пролётов волгоградского -- 150 метров, а третьего так и вовсе 155. Первые два предназначены для речного транспорта, а третий был построен с таким расчётом, чтобы не потревожить нерестилище осетров в этом месте. На вопрос о том, что повлияло на утверждение именно таких габаритов, один из конструкторов С. Масленков уклончиво ответил, что «так попросили речники», тут же добавив: «Ракурс съёмки вдоль моста – не самый удачный, там действительно страшно на колебания смотреть. Но если взять катер и отплыть в сторону – картина была бы другая». Замечание на лицах присутствующих вызвало улыбки, а г-н Белозёров внёс свою лепту в картину, отметив, что из Москвы никаких колебаний не было заметно вообще.
Однако, если вернуться в суровую реальность, то нет сомнений, что критическое расстояние между опорами стало одним из многочисленных факторов, спровоцировавших «бетонные пляски». Под напором ветра наиболее неустойчивый сегмент моста пришёл в движение и по принципу домино потянул за собой остальные.

Во-вторых, у волгоградского моста есть ещё одна конструктивная особенность, отличающая его от прочих: его стенки выполнены под углом. Прямой связи между этим фактом и его устойчивостью не выявлено, в принципе, такая конструкция должна улучшать обтекаемость сооружения, но сбрасывать со счетов её, по мнению экспертов, тоже не стоит. Ну и наконец, у всех мостов-предшественников в эксплуатацию обе очереди вводились одновременно, а в Волгограде о второй линии пока нет и речи, так что получается, здесь мы имеем дело с незавершённым объектом, поведение которого нельзя предсказывать по общим правилам. Кроме того, пролётные строения волгоградского моста строились особым способом – новаторство «Гипротрансмоста» – позволяющим значительно сократить время и затраты. Это совсем не значит, что во время строительства экономили на материалах и безопасности. Все операции сопровождались компьютерным мониторингом, позволяющим не просто смоделировать, а по-настоящему отследить реакции конструкции. Однако сейчас, при исследовании причин майских событий, эксперты пользуются методом аналогии, обращая внимания на все отличия в конструкции и процессах возведения от использованных ранее.
К. Стрелков постарался объяснить то, что происходило с мостом, с научных позиций. Если отказаться от специальной терминологии и представить всё наиболее общим образом, то получается, что мост, придя в резонанс с потоками ветра, начал колебаться, подобно листьям на ветках деревьев. Применительно к мостам это называется изгибно-крутительный флаттер. Самое важное – насколько велика амплитуда колебаний, как близко подходит она к критической точке. Снизить её можно только одним способом – установить на мостовых пролётах специальные обтекатели, как это было сделано ранее в Сургуте. Вопрос об их необходимости, количестве и местах расположения и будет решаться в ЦАГИ. Модель моста поместят в аэродинамическую трубу и в течение 40 пусков («продувок», как называют это испытатели) будут изучать его поведение.
Ситуация, по мнению Стрелкова, уникальна ещё и тем, что вообще невозможно предсказать возможность её повторения. «Явление нечастое, ветер дул долго, сильно, монотонно и в одном направлении. Может, и не будет больше такого вообще», - говорит он. Сложившаяся ситуация стала результатом стечения многих обстоятельств. Совсем не обязательно, что мост будет колебаться каждый раз, когда ветер будет достигать 20 м/с. Важно, под каким углом он дует и, в конце концов, что в это время происходит на самом мосту. Например, по нему в это время может идти колонна грузовиков, но даже в этом случае возможность возникновения новых колебаний будет зависеть не столько от динамики их движения, сколько от габаритов фур – все вместе они могут создать заслон, который будет преломлять воздушный поток.
На самый волнующий вопрос – о безопасности дальнейшей эксплуатации моста конкретный ответ всё же был получен. Сейчас проводится непрерывный мониторинг динамики моста. Приборы регистрируют скорость и направление ветра, влажность, состояние покрытия, при помощи акселерометра определяется ускорение раскачивания. В настоящий момент оно далеко от критического, а когда показатели будут превышать допустимые, то приборы подадут сигнал – и движение по мосту будет прекращено. Так обеспечивается безопасность.
-- Мы можем только прекратить движение по мосту, чтобы никто не пострадал. Остановить его, если он снова начнёт раскачиваться, мы не в силах, - сказал И. Колюшев из «Гипростроймоста».
Он же ответил на вопрос о том, как перенесёт мост повторные колебания. Сейчас целостность объекта не нарушена, во многом благодаря тому, что полотно соединялось с опорами по принципу шарнира и поэтому колебания отзывались не ударами, а трением. При проектировании и строительстве моста закладывался запас прочности на 2 млн прогибов в пролётах. В прошлый раз их было сделано около 3 тыс., то есть лимит не исчерпан. Есть здесь лишь маленький нюанс: 2 млн прогибов рассчитаны на определённую величину отклонения. В этот раз она превышена не была, но результаты математического моделирования показывают, что теоретически существует возможность превышения на 20% (порядка 50 см вместо 40). Наступят ли ещё раз такие условия в реальности, сейчас невозможно предсказать, всё необходимое для предотвращения колебаний будет предпринято в соответствии с рекомендациями ЦАГИ.
Тем не менее, участники конференции смотрят на перспективы моста оптимистично, поскольку безопасность людей обеспечена, а мост даже в нетипичных условиях продемонстрировал серьёзный запас прочности. Специалисты ЦАГИ надеются на положительный исход, так как в этой области уже имеется значительный опыт. Дальнейшее обсуждение планируется продолжить 6-8 июля в Омске на общей конференции специалистов из стран СНГ.