Текст книги "История аварий и катастроф"

13.4. Взрывы на промышленных объектах

По далеко не полным данным, охватывающим только крупнейшие промышленные (включая транспортно-промышленные) катастрофы прошлого столетия, более половины из них разразились в течение 1970–1990-х гг., в том числе треть – только в 80-е гг. Одновременно увеличивается их разрушительный эффект: на 8 лет (1980– 1988 гг.) приходится 47 % погибших и более ²/₅ раненых во время промышленных катастроф в ХХ в. (табл. 13.2). В связи с промышленными авариями только в 1967–1984 гг. в мире было эвакуировано свыше 1 млн человек, из них 90 % – в период после 1979 г., в том числе более половины в 1984 г.

Таблица 13.2

Крупнейшие промышленные катастрофы в мире (1989–1900 гг.)

Продолжение табл. 13.2

Окончание табл. 13.2

Представленные в главе примеры свидетельствуют о широкомасштабности события, приносящего большой как моральный, так и материальный ущерб. Основной причиной, как правило, является человеческий фактор – нарушение техники безопасности.

14. Крушение мостов

Мосты – это очень необходимые, многофункциональные, сложнейшие и дорогостоящие инженерные сооружения. Их главная, стратегическая задача – объединять отдельные территории, преодолевая природные преграды (реки, ущелья и др.). Естественно, все стадии функционирования таких сооружений (разработка проекта, возведение, эксплуатация) находятся под пристальным вниманием общественности, особенно инженерно-технической. Не исключением является и трагическая стадия функционирования таких сооружений – стадия обрушения.

14.1. Примеры крушений мостов

Рассмотрим некоторые примеры, произошедшие по всему миру, начиная с 1870-х гг.

Разрушение Тэйского моста 28 декабря 1879 г

Эту трагедию [81, 82] по своему воздействию на англичан сравнивали только с шоком, который они испытали позднее в связи с гибелью океанского судна «Титаник», затонувшего в 1912 г. Тэйский мост был переброшен через широкое устье р. Тэй возле залива Фэрт-оф-Тэй на восточном побережье Шотландии, между городами Эдинбургом и Данди.

Мост через р. Тэй, самый длинный в то время в мире, был торжественно открыт в 1878 г. Протяженность его достигала свыше трех километров, а опирался он на чугунные фермы, установленные на восьмидесяти шести каменных быках (рис. 14.1). Возводивший его инженер Томас Буч уверял всех, что это новейшее сооружение из чугуна и бетона не только самое длинное в мире, но и самое надежное, мост прослужит долгие годы на благо процветающей Англии.

Рис. 14.1. Общий вид Тэйского моста (до катастрофы)

Описание катастрофы. Строго по расписанию 28 декабря в 18 ч 20 мин от Эдинбургского вокзала Бернтайленд отошел почтовый поезд, направлявшийся на противоположную сторону р. Тэй в г. Данди. В поезде не было пассажиров первого и второго класса (как обычно бывает в будние дни), так как 28 декабря 1879 г. было воскресеньем, однако в вагонах третьего класса было 75 пассажиров.

В тот день погода была неспокойной, с утра дул ветер, гнал тучи. Скорость ветра достигала 40 м/с, а к вечеру начался сильный дождь. Мост, как всегда, поскрипывал. В 19 ч13 мин поезд миновал последнюю небольшую станцию Уормит, где забрал еще несколько пассажиров, и въехал на первый пролет. Машинист, предупрежденный об ураганном ветре, не хотел рисковать и надеялся со скоростью 5 км/ч спокойно переехать на другую сторону реки.

Пропускавший состав железнодорожный обходчик Томас Баркли еще некоторое время наблюдал, как в темноте удалялись красные огни последнего вагона.

Когда поезд на полном ходу влетел в решетчатый «туннель» срединных больших пролетов, порыв урагана, до этого свободно проникавшего сквозь ажурные переплеты ферм, сорвал поезд с рельсов и ударил его о решетку фермы. Все тринадцать пролетов один за другим вместе с поездом, оказавшимся внутри них, как в клетке, сдуло в реку. С ними рухнули и трубчатые башни, несшие на себе эти пролеты (рис. 14.2).

Рис. 14.2. Одна из оборвавшихся ферм

А на другой стороне р. Тэй ждал поезд, который опаздывал уже на 4 мин. Ветер достигал такой силы, что со здания железнодорожного вокзала сорвало крышу. Служащие станции выбежали на улицу и стали пристально вглядываться в темноту, но мост был пуст и никаких огней на нем не было видно. Попытка связаться по телеграфу ничего не дала: связь была оборвана.

Все разъяснилось, когда с берега реки прибежали люди и рассказали, что видели, как во время сильнейшего порыва ветра в воду рухнул один из самых длинных пролетов – тот, длина которого составляла 74 м. И вместе с ним в воду упал неторопливо двигавшийся освещенный поезд.

История строительства моста. Река Тэй, как и протекающие южнее ее реки Форс и Эмбер, образует перед своим впадением в Немецкое море эстуарий – воронкообразное широкое устье, далеко вдающееся в глубь суши. Это, в сущности, настоящая морская бухта, с высокими приливами и отливами, создававшая неодолимое препятствие для железнодорожной связи с Северной Шотландией и вынуждавшая либо пользоваться паромной переправой, либо совершать многокилометровые объезды. Поэтому уже в начале второй половины ХIХ в. стала созревать мысль о сооружении через Тэйский эстуарий железнодорожного моста. Был подготовлен эскизный проект однопутного моста длиной в 3 600 м с ориентировочной стоимостью сооружения в 150 тыс. фунтов стерлингов.

Рис. 14.3. Судоходные пролеты Тэйского моста

Мост имел по проекту в плане вид математического знака интеграла. У южного берега он начинался короткой кривой, придающей основной части моста направление с юга на север. Вначале шли 6 пролетов по 20 м и 22 пролета по 36 м из прямых ферм с параллельными поясами и ездой поверху. За ними следовали 13 главных пролетов длиною по 74,7 м, каждый тоже в виде неразрезных ферм с параллельными поясами (рис. 14.3). Чтобы могли проходить суда, транспорт по этим пролетам двигался понизу, как по своего рода туннелю с решетчатыми стенками. Полотно рельсового пути пролегало по требованию судовладельцев на высоте 26,2 м над средним уровнем воды.

За этой почти километровой главной частью моста следовали опять малые пролеты с ездой поверху: 16 пролетов длиной по 36 м и 35 – по 22 м и меньше. Затем мост загибался широкой дугой на 90^о к востоку длиною около полукилометра. Дальше начинался прямой железнодорожный путь до самого г. Данди.

На производство строительных работ были проведены торги. Наименьшую цену назначила та самая фирма, которая провела в свое время разведочные буровые работы. Однако калькуляция стоимости, произведенная и этой фирмой, на 100 тыс. фунтов превышала первоначально запланированную. Такого капитала в распоряжении компании не было. Пришлось срочно изыскивать пути к удешевлению работ.

Крупную экономию обещало дать изобретение, сделанное одним из соавторов проекта. По проекту предполагалось всю подводную часть устоев выполнить с помощью кессонных работ из кирпича с наружной бетонировкой; надводную же часть (высотой 26 м) соорудить также из облицовочного кирпича. Изобретатель предложил довести каменную часть устоев только до высоты одного метра над уровнем приливной воды, а затем на таких каменных основаниях воздвигнуть опоры из литых чугунных труб диаметром 0,38–0,46 м. Расположить эти трубы в плане намечалось шестиугольником под малыми, восьмиугольником – под главными, большими фермами, где требовалась высота устоев, на 6–7 м большая в связи с переходом в этой части моста на езду понизу. Трубчатые колонны составлялись каждая из 5–7 частей и связывались между собой поперечинами и раскосами. Эти элементы первоначально предполагалось делать из уголкового железа, но потом ради удешевления удовлетворились полосовым. Полосы крепились к трубам колонны одним болтом на каждом конце. Чтобы снизить цены как можно больше, отверстия в трубах не сверлились, а создавались в нужных местах в процессе отливки.

Все эти новшества, вместе взятые, обещали дать экономию до 70 тыс. фунтов стерлингов.

Когда подошли к погружению кессонов для главных опор, то в ходе проверочного зондажа было обнаружено, что никакой скалы под слоем песка и гальки нет. Дно обеих сторон средней части русла крутым обрывом переходило в глубокую впадину, и вести работы с помощью кессонов оказалось невозможным. Стало ясно, что те, кто выполнял разведочное предварительное бурение, приняли за скальный грунт слой спекшегося песка и гальки с глиноземом толщиною в несколько метров. А под этим слоем опять оказался песок-плывун на неизвестно какую, но, во всяком случае, недосягаемую для строителей глубину.

Положение казалось безвыходным. Фирма, виновная в этой ошибке, сама была производителем работ. После случившегося она отказалась продолжать строительство и, уплатив неустойку, «вышла из игры». Пришлось обратиться к фирме, занявшей второе место на торге, и снова ломать голову над еще одной неизбежной перепроектировкой среднего участка моста длиной около километра. Кроме того, стало очевидным, что, помимо неизбежного удорожания, работу не удастся закончить в срок.

Проектное давление на грунт в 6 кг/см²было принято в расчете на скальное основание. Для обнаруженного грунта решили удовлетвориться опиранием кессонов на окаменелую смесь-конгломерат и не пробиваться глубже и понизили давление на опору до допускаемой величины – 3,2 кг/см² . Чтобы уменьшить число подорожавших из-за этого срединных опор, решено было вместо запроектированных пролетов длиной 61 м каждый строить 75-метровые пролеты и, невзирая на увеличение тяжести, ложившейся теперь на каждую из опорных башен (200 т вместо 180 т), делать их не из восьми колонн, а из шести.

Попутно возникла еще одна трудность. В «коридорах» меж холмистых берегов, по которым протекают реки Шотландии, зимою свирепствуют сильные западные ветры. Между тем в годы, когда проектировался и строился Тэйский мост, в определении норм ветрового давления царила еще полная неясность. Неизвестны были также скорости и силы напора ветров, дующих вдоль Тэйской бухты. Авторы проекта моста приняли для расчетов величину ветрового давления в 47 кг/м², а когда строительство было уже в разгаре, стало известно, что в Германии сооружения рассчитывают на ветровую нагрузку в 135, во Франции – в 200–260, а в США – в 235–245 кг/м². Значит, цифра, взятая строителями Тэйского моста «с потолка», по сравнению с этими нормами оказалась заниженной в 3–5 раз, даже если не учитывать специфику шотландских ветровых «коридоров».

Теперь уже и инженеры, наблюдавшие за постройкой, все больше теряли почву под ногами. Им почти в форме прямых указаний свыше рекомендовалось смотреть сквозь пальцы на дефекты и брак, с которыми они так энергично боролись в первые годы строительства. Они уже не смели замечать ни перекосов отверстий в трубах, появившихся в результате небрежной, торопливой отливки, ни того, что производители работ самовольно стали заменять болтовые крепления раскосных полос к трубам простыми клиньями.

К концу 1877 г. стройка действительно была окончена. Поздней осенью по мосту был пропущен первый паровоз. Еще несколько месяцев ушло на последние доделки. В феврале 1878 г. состоялись официальный осмотр и испытание моста, произведенные, по-видимому, наспех. Наконец 30 мая 1878 г. последовало торжественное открытие движения в присутствии высочайших особ. Мост был сдан в эксплуатацию (рис. 14.4). Единственной оговоркой со стороны сдававших постройку было категорическое предписание: не превышать при движении по мосту скорости 25 миль (40 км) в час.

Рис. 14.4. Новый двухпутный Тэйский мост, сооруженный вместо разрушенного

Целый ряд конструктивных неполадок обнаружился в первые же месяцы эксплуатации. Инженер-инспектор моста через 4 мес. после открытия движения заметил, что поперечные связи между трубами башенных устоев ослабли. И таких ослабленных мест он нашел около сотни. В трех колоннах он заметил вертикальные трещины, одна из которых – в устое большого пролета – достигала двух метров в длину. Инспектор ограничился тем, что велел наложить на треснувшие колонны железные бандажи.

Ремонтные рабочие и другие лица видели в ряде пролетов отвисшие и даже отвалившиеся связи. В последние месяцы перед катастрофой путевые сторожа подбирали за неделю до двух десятков вывалившихся клиньев, а кто знает, сколько их за это время утонуло в воде. На естественный вопрос следователей о том, почему же обо всех этих тяжелых неполадках не докладывалось высшему начальству, путевой сторож – ветеран строительства – дал характерный ответ: «Давно уж я набирался смелости, но ведь здесь мой кусок хлеба на старость. А что было бы, если бы такой маленький человек, как я, посмел доложить главному генералу, что мост, который он построил, разваливается?»

Грустную картину дало и техническое освидетельствование обломков крушения. Трубы для башенных устоев отливались из плохого чугуна. Толщина их стенок вместо требовавшихся 2,5 см оказалась (на изломах) колеблющейся от 3,6 до 0,9 см. Часто попадались крупные раковины, залепленные и закрашенные для маскировки. Особенно большие дефекты, видно, пытались заделать, но приваренные куски слабо держались.

И, наконец, вопрос ветровой нагрузки. Мог ли мост этой конструкции, в предположении полной добросовестности и качественности его выполнения, сопротивляться давлению ураганных ветров, один из которых в конце концов и разрушил его?

Автор исследования о крушениях инженерных сооружений инженер Ф. Д. Дмитриев дает такой анализ случившегося. При скорости , ветра 40 м/с давление ветра должно было составлять 188 кг/м² тогда как проектировщики исходили из величины в четыре раза меньшей. Действию ветра в каждом из больших пролетов подвергались следующие площади: опорной башни – 73 м²; ферм – 320 м²; и поезда (приходившаяся на один пролет) – 110 м² . Если, исходя из этих значений, рассчитать значение опрокидывающего момента и тех ресурсов, которыми располагал мост в виде ничтожного наклона водорезных колонн и их закрепления в каменной кладке основания, то окажется, что даже давления в 115 кг/м² было бы уже достаточно, чтобы опрокинуть мост.

Расследование причин разрушения моста. Исследователи крушений больших инженерных сооружений подразделяют вызвавшие их причины на три группы:

• непреодолимые стихийные силы (ураганы, землетрясения и т.п.);

• технические ошибки, допущенные по недостатку знаний (например, о нормах ветрового давления, законах продольного изгиба стержней и др.);

• грубые дефекты постройки, вызванные гонкой за удешевлением, спешкой, недобросовестностью поставщиков и строителей и действиями, стоящими уже на грани уголовщины.

Анализ обстоятельств гибели Тэйского моста показывает, как целый клубок всех этих причин привел к подлинной драме, разыгравшейся в результате действия волчьих законов капиталистического мира.

Катастрофа произвела ошеломляющее впечатление на британскую общественность. Немедленно назначили правительственную комиссию для расследования обстоятельств и причин крушения. Комиссия работала в течение двух месяцев. Она произвела детальный технический осмотр рухнувшего сооружения и опрос более 60 свидетелей – в основном участников строительных работ. Выводы комиссии были достаточно единодушны; расхождения касались только вопроса о преимущественных виновниках совершившегося.

Опрос показал, что уже задолго до катастрофы наблюдались какие-то шатания и колебания моста при проходе по нему поезда. Эти шатания были настолько ощутимы, что ряд лиц, которым по роду занятий приходилось часто пересекать Тэйскую бухту, обеспокоенные этим, стали предпочитать переплавляться на пароходе.

Рис. 14.5. Новый мост через р. Тэй; рядом – опоры старого моста

Для всей Англии трагическое происшествие было настоящим шоком. Никто не смог уцелеть, погибло 75 человек. Многие приезжали в Эдинбург специально за тем, чтобы посмотреть на следы разрушительной работы урагана. В суде, на котором разбирались причины трагедии, давал показания и инженер Буч. Положение его было очень тяжелым. Его одного обвиняли во всем случившемся. Инженер особенно не оправдывался, считая, что во всем был виноват ураган. Ветра такой силы никто не мог ожидать. Мост не выдержал двойной нагрузки – идущего состава и ураганного порыва. Буч считал, что все его расчеты были верными и скорее всего причину следует искать еще и в качестве металла. И тогда на процесс был вызван представитель литейной фирмы, поставщик железных материалов для моста, который был вынужден признать, что качество чугуна и железа не всегда отвечало требуемым нормам. Впоследствии там, где был обнаружен разрыв, качество материалов оказалось очень низким.

К концу 1880-х гг. на месте погибшего моста (остатки которого были полностью разобраны) возвысился новый двухпутный, а потому и более широкий, более устойчивый мост (рис. 14.5). Он был уже рассчитан по всем правилам инженерного дела и по данным опыта, приобретенного дорогой ценой. Новый мост выдержал проверку временем.

История создания и обрушение Квебекского моста в Канаде

Квебекский мост должен был быть одним из инженерных чудес света. После завершения строительства он должен был стать крупнейшей структурой в своем роде и самым длинным мостом в мире, опередив известный Ферт-оф-Форт-мост в Шотландии.

Летом 1897 г. знаменитый американский инженер Теодор Купер посетил ежегодное собрание Американского общества инженеров-строителей в Квебеке. Тут он впервые услышал о грандиозной идее канадских властей – построить вблизи города консольный мост через р. Св. Лаврентия, причем построить без помех для навигации. И Ку-пер загорелся идеей.

Два года шла предварительная работа Купера с компанией Квебекского моста. Канадцы не могли в связи с отсутствием средств поручить ему разработать проект целиком, но он обещал консультировать их по представленным проектам. Компания моста остановила выбор на проекте фирмы «Феникс» из Пенсильвании.

Технические параметры моста:

• мост консольный. Общая его длина – 988 м;

• средний– 549 м (самый длинный в мире для того времени пролет);

• два боковых – по 152,5 м;

• два береговых – по 67 м;

• ширина моста – 20,4 м;

• высота фермы на быке – 96 м.

Конструкция соединения элементов в узлах была смешанной: сжатых на заклепках и растянутых на болтах диаметром до 60 см.

История строительства моста. Во время грандиозной церемонии 2 октября 1900 г. сэр Уилфрид Лорир, тогда премьер-министр Канады, положил первый камень для северного столба Квебекского моста.

Дешевизна проекта была, как видно, одним из главных козырей. В последующих письмах Купер постоянно вносит в проект изменения, направленные на его удешевление. Так, 25 апреля 1900 г. за пять дней до назначения главным инженером проекта он вносит предложение, впоследствии оказавшееся роковым: «Я рекомендую в целях упрощения и удешевления строительства увеличить пролет моста с 488 метров до 549 метров. Это позволит установить опоры моста на более мелком месте, что приведет к ускорению работ, по меньшей мере, на год и их меньшей подверженности ударам льда при ледоходе. Естественно, при этом нужно произвести перерасчет центрального участка моста».

В начале 1905 г. были готовы уже рабочие чертежи моста и появилась еще одна, последняя возможность рассчитать конструкцию, но это никому не было нужно: возможные изменения могли привести к необходимости все начинать сначала и напугать кредиторов.

Мост начали строить 22 июля 1905 г. Через два года была полностью готова южная часть моста и три панели подвесной фермы. Сборка моста производилась двумя кранами на весу. Оба крана (один весом 1 100 т, другой – 250 т) стояли на консоли. Образно говоря, мост представлял собой букву «Г» с короткой ножкой-быком и непомерно длинной полочкой, на конце которой стояли два крана, непрерывно удлиняющие консоль-полочку до тех пор, пока свободный конец полочки не коснулся бы другого берега.

Оригинальность технологии возведения огромного центрального пролета состояла в следующем: сначала от обоих берегов навстречу одна другой монтировались мощные фермы-консоли, а затем на них водружалась 195-метровая центральная ферма, которая в готовом виде доставлялась по реке на баржах. При таком методе монтажа две консольные части соединялись в общую систему без промежуточных опор, преодолевая широкое русло реки.

Крушение произошло в период, когда были выполнены южная половина моста и три панели подвесной фермы. Катастрофа уже наметилась почти за месяц до аварии (большие выгибы сжатых стержней консольных ферм). Возникшая по этому вопросу переписка затянулась до дня катастрофы.

Первый «звоночек» прозвучал 1 февраля 1906 г. Купер получил письмо от металлургов, в котором указывалось, что общий вес деталей консоли моста превышает расчетный на 2 500 т. Но к этому времени уже изготовлены все детали моста, а альтернатива – либо собрать их, либо начать проектировать и строить мост заново.

Наступил август 1907 г. Строительный сезон подходил к концу, и подрядчики торопили рабочих: нужно было полностью использовать последние летние дни. Строительство, однако, задерживалось. В августе было замечено, что в некоторых ребрах панелей консольной фермы имеются выгибы. Об этом было сообщено техническому консультанту железнодорожной компании, которая вела строительство. Началась переписка по этому поводу между консультантом и подрядной фирмой, которая уверяла, что этот дефект произошел из-за неправильной сборки и ничего страшного не происходит.

К лету 1907 г. мост в основном был собран. В июле на место был установлен центральный, утяжеленный и неперерасчитанный участок моста. Деформация ускорилась.

МакКлур 6 августа пишет, что некоторые фермы южной башни выглядят визуально согнутыми, но другие специалисты возражают, утверждая, что фермы были такими доставлены на стройку. Дебаты продолжаются одновременно с монтажом конструкций, вес моста растет, увеличивается и деформация.

Инспектор моста 20 августа заметил такие же выгибы еще в трех ребрах уже с другой стороны фермы.

Утром 27 августа заметили, что выгибы фермы продолжали развиваться. За неделю изгиб ферм увеличился с 2 до 6 см. Более того, несмотря на очевидный рост деформации, чиновники продолжают утверждать, что детали моста именно такими и были поставлены на стройку. Они сочли положение серьезным, но неугрожающим. Никаких мер опять принято не было. Решили только известить консультанта и генерального подрядчика, причем чтобы скрыть тревожное положение от рабочих, сделали это не по телефону или телеграфу, а послали специального нарочного в Нью-Йорк.

Поскольку на месте никто не хотел брать на себя ответственность, 28 августа МакКлур едет в Нью-Йорк к Куперу. В 11 ч 30 мин 29 августа он в офисе Купера сообщает о происходящем. Купер приказывает ему отправить телеграмму с требованием срочно остановить стройку, но МакКлур, стремясь быстрее вернуться в Квебек, забывает эту телеграмму отправить.

С тревогой ждали утра участники строительства. Ничего нового не обнаружилось, работу на мосту решили продолжать – нужно было заменить временные болты на постоянные заклепки в некоторых местах фермы. Вдруг рабочие-клепальщики заметили еще один прогиб, на который сразу же обратили внимание инженеров. Однако и сейчас работы прекращены не были. На продолжении работ настаивал главный инженер: он боялся, что если работы остановить, рабочие разойдутся и строительный сезон будет сорван.

За 15 мин до конца рабочего дня 29 августа произошла одна из самых крупных катастроф в истории техники. С громоподобным треском рухнули девять тысяч тонн стальных конструкций вместе с кранами и рабочими: за считанные секунды огромный мост превратился в кучу жалких обломков (рис. 14.6). Из 75 человек, работавших в это время на мосту, в живых остался лишь 1.

Рис. 14.6. Фрагмент рухнувшего моста в г. Квебеке

Расследование причин обрушения. Для выяснения всех обстоятельств катастрофы была назначена правительственная комиссия, расследовавшая причины этого страшного случая. Королевская комиссия сочла виновными в катастрофе инженеров Купера, проектировщика и консультанта. Общая ошибка проектировщика и консультанта состояла в использовании ими неверного метода расчета конструкции на прочность. Неправильно был рассчитан нижний сжатый пояс – составной стержень. Теории расчета решетки составных стержней в то время еще не было.

По современным расчетам в момент катастрофы фактическое напряжение в одном из элементов нижнего пояса было большим критического. Следовательно, неправильный расчет сжатых стержней и неумение рассчитывать решетку составных стержней, работающих на продольный изгиб, сделало все сооружение дефектным. Кроме того, нижний сжатый пояс был еще не весь склепан, отдельные его элементы были соединены на временных болтах и не обеспечивали необходимой жесткости. Использовать оставшиеся после крушения части стальной конструкции было невозможно, и мост спроектировали заново.

Уровень инженерных знаний того времени не позволял правильно произвести расчет. Это обстоятельство отметила и правительственная комиссия. После крушения Квебекского моста методы расчета на прочность стали очень быстро развиваться. Большой вклад в эту область строительной механики внесен советскими учеными, особенно профессором В. З. Власовым.

Квебекский мост научил проектировщиков во всем мире правильным методам расчета мостов из стальных конструкций. Всем стало ясно, что нельзя новую конструкцию значительно большего масштаба, чем раньше, к тому же намечаемую к постройке из других материалов, рассчитывать по старым формулам, не дав соответствующего запаса прочности, не проведя испытаний на моделях.

По-видимому, последнее и было главной стратегической ошибкой инженеров. Недостатки расчетных формул следовало бы вскрыть экспериментальным путем, посредством тщательного исследования моделей моста.

Реконструкция моста. В 1908 г. канадское правительство приняло решение о реконструкции моста (рис. 14.7). Новый проект сопровождался чрезвычайно строгими нормами, чтобы гарантировать, что ни одна ошибка не найдет свой путь в проект на этот раз. Президент компании Фелпс Джонсон изменял к лучшему оригинальный проект.

Однако через девять лет 11 сентября 1916 г. произошло второе разрушение. В момент установки центрального подвесного пролета (длина 187 м, вес 5 200 т), при подтягивании его к консолям моста, на которых были установлены подъемники, произошло внезапное обрушение (рис. 14.8).

Рис. 14.7. Подъем центрального участка моста в г. Квебеке

Рис. 14.8. Обрыв конструкции

Комитет, расследовавший причины аварии, вынес суждение о том, что она произошла из-за конструктивных ошибок в узлах опирания поднимаемой части на консольные участки моста. Через год, т. е. 20 сентября 1917 г., учтя негативные уроки прошлого, новую ферму, вместо затонувшей, без проблем установили в проектное положение.

Крушение моста через р. Бирс в 1891 г

в Швейцарии

Основная причина крушения – потеря устойчивости вследствие недостаточной жесткости средних раскосов. Знакопеременные раскосы были ошибочно рассчитаны и запроектированы как растянутые. Однопутный мост длиной всего 42 м, построенный по проекту автора всемирно известной в Париже башни инженера Эйфеля, был расположен на магистрали, соединяющей Париж со Швейцарией. Фермы моста – с параллельными поясами. Высота ферм 6,2 м, расстояние между осями ферм 4,7 м. Материал – сварочное железо. За год до крушения мост уже подвергался усилению. Он обрушился во время прохождения по нему пассажирского поезда. Слабым местом оказались средние раскосы, выполненные из накрест поставленных уголков, соединенных между собой планками через 1,2 м.

Свидетели аварии почти единогласно показали, что крушение началось в тот момент, когда паровоз еще не достиг середины или только что перешел за середину моста. Линия влияния указывает на то, что для среднего раскоса такое загружение наиболее опасно. По расчетам Энгессера, исследовавшего конструкцию моста (официальное расследование вели Риттер и Тетмайер), коэффициент запаса оказался равным всего 0,75. Знакопеременные раскосы были рассчитаны только на растяжение без учета продольного изгиба. По подсчетам Ф. Д. Дмитриева, максимальное сжимающее усилие в одном из раскосов составило 22,3 т, а гибкость λ = 193. При такой гибкости критическое напряжение для сварочного железа по таблице Ф.С. Ясинского σ_кр= 530 кг/см², в то время как действительное напряжение в раскосе было σ_действ=676 кг/см².

Крушение моста через р. Кевду в 1875 г. в России

Крушение (рис. 14.9) произошло вскоре после окончания сборки при проходе по мосту рабочего поезда. Основная причина – потеря устойчивости верхних поясов ферм в плоскости, перпендикулярной плоскости ферм. Мост длиной 33,5 м не имел верхних горизонтальных связей. Верхний пояс ферм представлял собой сжатый длинный стержень, работающий в упругой среде, создаваемой отпором стоек. Недостаточная жесткость стоек оказывала незначительный отпор, и работа пояса проходила в неблагоприятных условиях.

Современный расчет показывает, что фактическое напряжение в поясе значительно превышало критическое: σ_действ= 970 кг/см²; σ_кр = 850 кг/см². Потеря устойчивости верхнего пояса открытых мостов обычно имеет смешанную изгибно-крутильную форму.

Рис. 14.9. Крушение моста

Крушение Такомского моста 7 ноября 1940 г

в Вашингтоне

Основные характеристики Такомского моста через залив Такома, Вашингтон (США) (рис. 14.10): мост висячий трехпролетный; общая длина – 1 662 м (по другим источникам – 1 810 м); средний пролет – 854 м; два боковых – по 335 м, береговой – 137 м; ширина – 11,9 м; мост подвешен на двух стальных канатах диаметром 438 мм; длина стрелы провеса – 70,7 м; пилоны стальные на бетонных быках; высота балки жесткости – 2,44 м.

Рис. 14.10. Мост через пролив Такома-Нэрроуз

Строительство моста началось 27 сентября 1938 г. и завершилось через девятнадцать месяцев. Он был самым длинным висячим мостом в мире и третим по величине среднего пролета (854 м) после Джорж Вашингтон-Бридж между Нью-Джерси и Нью-Йорком и Голден Гэйт-Бридж к северу от Сан-Франциско.

Палуба моста была недостаточно жесткой и легко поддавалась воздействию ветров. Еще во время возведения строители дали ему прозвище «Галопирующая Герти» (англ. Gallopig Gertie) из-за того, что в ветреную погоду его дорожное полотно сильно раскачивалось (из-за малой высоты балки жесткости).

Попытки управления вибрацией. Так как структура испытала значительные вертикальные колебания (рис. 14.11), в то время как мост находился в эксплуатации, были разработаны несколько стратегий, чтобы уменьшить движение моста [17].