Текст книги "История аварий и катастроф"

Рис. 14.11. Интенсивное раскачивание моста под действием ветра

Во-первых, к динамичному пролету были приложены тросы, выполняющие роль дополнительных связей, которые были соединены с 20-тонными бетонными блоками на берегу. Вскоре оказалось, что эта мера неэффективна.

Во-вторых, были добавлены наклонные тросы по центру главного пролета, соединяющие по диагонали главные тросы и балку жесткости. Они оставались на месте до краха, но были также неэффективны при сокращении колебаний.

Наконец, структура была оборудована гидравлическими буферами, установленными между башнями и системой пола палубы, чтобы заглушить продольное движение главного пролета. Эффективность гидравлических устройств была явной, но повреждения были значительны, это было доказано вскоре после установки буферов и визуального осмотра моста.

Вашингтонские власти наняли профессора Фредерика Берта Фаркухарсона, технического преподавателя в университете Вашингтона, чтобы провести испытания в аэродинамической трубе и рекомендовать решения, которые позволили бы уменьшить колебания моста. Профессор Фаркухарсон и его студенты построили масштабную модель моста в 1:200 и модель части палубы в 1:20. Первые исследования закончились 2 ноября 1940 г. – за пять дней до краха моста. Профессор предложил два решения:

1. Сверлить отверстия в боковых прогонах таким образом, чтобы воздух мог свободно циркулировать, тем самым уменьшая воздействие на главный пролет;

2. С наветренной части приварить листы под особым углом, чтобы сделать более аэродинамичной форму поперечной части палубы.

Первый вариант не был одобрен из-за его необратимого характера. Второй вариант был принят, но действие не было выполнено, потому что мост разрушился спустя пять дней после того, как исследования были завершены.

Крушение произошло в 1940 г. после 4-месячной эксплуатации в результате вызванных ветром динамических колебаний (аэродинамических) (рис. 14.12). Обрыв подвесок центрального пролета повлек провисание боковых пролетов и наклон пилонов. Сильные вертикальные и крутильные колебания моста явились следствием чрезмерной гибкости конструкции и относительно малой способности моста поглощать динамические силы. Мост был запроектирован и правильно рассчитан на действие статических нагрузок, в том числе и ветровой, но аэродинамическое действие нагрузки не было учтено. Крутильные колебания возникли в результате действия ветра на проезжую часть около горизонтальной оси, параллельной продольной оси моста. Крутильные колебания усиливались вертикальными колебаниями тросов. Опускание троса с одной стороны моста и поднятие его с другой вызвали наклон проезжей части и породили крутильные колебания.

Рис. 14.12. Обрушение моста

Воссоздание моста через пролив. Демонтаж пилонов и боковых пролетов был начат вскоре после аварии и продолжался до мая 1943 г. При строительстве нового моста были использованы анкерные устои, быки (основания) пилонов и некоторые другие составные части старого моста. Полностью восстановленный мост (англ. West bound Bridge) был открыт 14 октября 1950 г. (рис. 14.13) и стал третьим на тот момент самым длинным висячим мостом в мире (общая длина – 1 822 м, длина центрального пролета – 853). Для дополнительной устойчивости и снижения аэродинамических нагрузок в конструкцию нового моста были введены открытые фермы, стойки жесткости, деформационные швы и системы гашения вибраций. Пропускная способность моста – 60 тыс. автомобилей в сутки.

В 2002–2007 гг. для увеличения пропускной способности шоссе рядом со старым был возведен еще один мост (англ. Eastbound bridge), имеющий общую длину 1 645,9 м, длину центрального пролета 853,4 м и высоту пилонов 155,4 м.

Многие исследователи этой аварии приходят к выводу, что причиной катастрофы стала не фатальная ошибка инженеров при разработке моста, а нехватка научных знаний, научной базы и практического навыка к периоду проектирования и строительства такого сложного инженерного сооружения.

Рис. 14.13. Полностью восстановленный мост через пролив Такома-Нэрроуз

Авария моста оставила значительный след в истории науки и техники. Разрушение моста способствовало исследованиям в области аэродинамики и аэроупругости конструкций и изменению подходов к проектированию всех большепролетных мостов в мире, начиная с 1940-х гг. Во многих учебниках причиной аварии называется явление вынужденного механического резонанса, когда внешняя частота ветрового потока совпадает с внутренней частотой колебаний конструкций моста. Однако истинной причиной стал аэроупругий флаттер (динамические крутильные колебания) из-за недоучета ветровых нагрузок при проектировании сооружения.

Крушение моста через р. Луару в 1907 г. во Франции

Крушение произошло ввиду того, что вовремя не были усилены конструкции. Мост был построен и рассчитан на меньшие нагрузки, чем впоследствии на него были даны. Проходивший по мосту пассажирский поезд сошел с рельсов, разрушил проезжую часть и упал в реку. Основными причинами аварии следует считать слабое прикрепление поперечных балок проезжей части к нижнему поясу ферм и существенное превышение расчетной нагрузки. Проезжая часть оторвалась от ферм и увлекла за собой поезд. Не досчитались сорока человек, извлечено тринадцать трупов.

Крушение моста в г. Мидвил в 1902 г

Несоблюдение установленных габаритов перевозимых грузов и отсутствие наблюдений за их закреплением явилось причиной аварии моста в г. Мидвил (США) в 1902 г. Однопутный мост имел три пролета: два крайних (по 33 м) и средний (88,7 м). Мост располагался на кривой. Товарный поезд, проходивший по нему, состоял из паровоза и 28 вагонов. Паровоз и 20 вагонов благополучно проехали, четыре рухнули вместе с мостом в реку, а четыре остались на пути, не успев взойти на мост.

Авария произошла из-за того, что вагоны, упавшие вместе с мостом, были нагружены тяжелыми мостовыми фермами и балками, которые не были, как следует, закреплены: балки лежали на платформе наискось, стянуты и прикреплены к платформе легкими связями. При движении поезда балки сместились и выдававшимися в сторону фасонками ударили о ферму моста, вызвав его крушение.

Уроки аварий и катастроф мостовых конструкций дали богатейший материал для развития научной и инженерной мысли, постановки различных теоретических исследований и экспериментальных проверок. Достаточно указать на труды Ф. С. Ясинского, А. Н. Динника, В. З. Власова, И. И. Гольденблата, П. С. Стрелецкого, А. Р. Ржаницына и др.

Крушение моста через р. Миссисипи 2 августа 2007 г

Америку потрясла крупномасштабная катастрофа. В самый час пик (18 ч 5 мин по местному времени) 2 августа 2007 г. в Миннеаполисе обрушился мост через Миссисипи, по которому проходит федеральная автотрасса I-35W. Этот мост являлся крупнейшим в городе (рис. 14.14). Его построили в 1967 г. на высоте 19 м над водой. Его длина составляла 160 м. Ежедневно мост пересекало 100–200 тыс. автомобилей [83].

Полная проверка моста на прочность проводилась всего три года назад – в 2004 г. Кроме того, Департамент транспорта штата Миннесота проверял мост дважды – в 2005 и в 2006 гг. Тогда эксперты не нашли никаких структурных изъянов.

Рис. 14.14. Последствия крушения моста через р. Миссисипи

Специалисты, расследующие причины обвала моста, повлекшего гибель 10 человек, предположили, что одной из наиболее вероятных причин мог быть голубиный помет, который, накапливаясь годами, способствовал ускорению процесса коррозии стальных балок моста.

Инженеры обратили внимание на эту проблему еще в 1987 г., и в 1996 г. балки были частично закрыты стальными экранами, однако принятых мер оказалось недостаточно, так как помет продолжал накапливаться на других частях моста. Птичий помет содержит аммиак и соли, которые при взаимодействии с водой приводят к электрохимической реакции, разрушающей сталь.

В настоящее время инспекторы выявили на территории США 77 тыс. мостов, страдающих в той же степени, в какой страдал обрушившийся мост через Миссисипи [84].

14.2. Колебания Саратовского моста через Волгу

Первый поток машин через мост прошел 10 октября 2009 г. Строительство велось 13 лет и обошлось в 12,3 млрд руб. Общая протяженность моста составляет 1 260 м.

Обычно волны ходят под мостом, а тут сам мост пошел волнами (рис. 14.15). По-другому то, что произошло в Волгограде, не назовешь. По рассказам очевидцев, бетонные волны были настолько сильны, что машины подкидывало в воздух на метр, некоторые даже разворачивало на 180⁰. Лишь по счастливой случайности никто не пострадал.

Рис. 14.15. Колебания моста в г. Волгограде

Для выяснения причин ЧП была создана совместная комиссия, в которую вошли представители областной администрации, инженеры-дорожники, сотрудники МЧС. По предварительной версии, «волна» пошла из-за колебаний одной из опор моста. Свет на причину произошедшего должны были пролить предстоящие технические испытания, которые проведут представители проектировщиков. Пока они уверены, что в случившемся нет ничего страшного [85].

Через реку были пущены дополнительные речные трамвайчики, а на улицы города вывели больше автобусов. Машины идут в обход через автодорогу Волжской ГЭС.

Комиссия, обследовавшая Волгоградский мост, назвала предварительную версию причин колебаний конструкции. Похоже, все объясняется аэродинамикой – ветровые нагрузки попали в резонансную зону. Что могло послужить импульсом для начала колебаний, предстоит установить специалистам. Эксперты отмечают, что нагрузка на мост была в 5–6 раз больше нормы, то, что он устоял, свидетельствует в пользу проектировщиков. Между тем Дмитрий Медведев поручил проверить все обстоятельства строительства и эксплуатации моста.

Движение по мосту в Волгограде, которое было закрыто из-за колебаний конструкций, будет открыто только после повторных технических испытаний, аналогичных тем, которые проводятся при сдаче нового объекта. Об этом сообщил журналистам после экстренного экспертного совещания в Волгограде замминистра транспорта Олег Белозеров. По его словам, «рассматривали вариант поэтапной возможности открытия движения с точки зрения безопасности, когда будут проведены повторные технические испытания в полном объеме. При этом ограничения (движения), возможно, будут вводиться при шквалистом, порывистом ветре».

Кроме того, судам было запрещено проходить под этим мостом.

«Эксперты сходятся в одном – это аэродинамика, когда ветровые нагрузки попадают в одну резонансную зону. Версия сейсмического характера не подтвердилась».

«Визуально мост в полном порядке. Более того, асфальтобетонное покрытие также не повреждено. Все детали и конструкции моста на установленных местах», – подчеркнул замминистра.

Белозеров сообщил также, что на металлоконструкции нанесена краска жесткого покрытия, которая также не повреждена. «Если бы были бы какие-либо потрескивания, то можно было бы предположить, что произошли какие-то деформации и повреждения, но ничего такого не произошло», – подчеркнул он.

Замминистра сообщил, что движение по мосту, возможно, возобновится лишь через три-четыре дня, когда пройдет первый этап исследований. Специалисты должны провести ультразвуковое обследование швов и повторные испытания сооружений моста. «Только после этих мероприятий можно будет говорить об открытии моста», – подчеркнул Белозеров.

Параллельно эксперты создали ветровую компьютерную модель, чтобы смоделировать ситуацию, которая вызвала колебания на Волгоградском мосту. «Это порядка 10–15 дней, чтобы смоделировать такую ситуацию и выдать технические решения по устранению тех возможных предпосылок, которые создали такой прецедент», – пояснил замминистра.

Президент Дмитрий Медведев поручил контрольному управлению президента и Генпрокуратуре проверить обстоятельства проектирования, строительства и эксплуатации моста в Волгограде, соблюдение при этом соответствующих нормативов и требований.

На сайте проектировщика моста, саратовской компании «Волго-мост», в пятницу появилось официальное заявление по поводу происшествия. В нем отмечалось, что мост через Волгу в Волгограде, движение по которому было закрыто в четверг вечером из-за сильного колебания конструкций, «является одним из самых надежных и соответствует всем технологическим требованиям».

«Позже специалисты компании подрядчика, Управления автомобильных дорог Волгоградской области и заказчика строительства – Волгоградоблстройинвеста – провели полное и всестороннее обследование мостовых опор и пролетов. Никаких повреждений не найдено. Волгоградский мост в целости и сохранности», – сказано в заявлении.

Отвечая на вопрос о том, есть ли у волгоградского моста какие-то особенности конструкции, Дубовик (зам. директора компании проектировщика «Волгомост») ответила: «Каких-то радикальных нововведений там нет, по аналогичной технологии построено уже несколько мостов, в том числе и новый саратовский».

Заведующий кафедрой «Мосты и транспортные сооружения» Саратовского государственного технического университета профессор, доктор технических наук Игорь Овчинников пояснил, что мосту, что называется, не повезло с погодой.

«Неудачное стечение обстоятельств», – сказал Овчинников о возможных причинах инцидента. По его словам, произошедшее с мостом не только не вина проектировщиков, но свидетельство того, что проект конструкции выполнен качественно. «То, что мост перенес такого рода воздействие, говорит в пользу проектировщиков и строителей. Он обладает живучестью, не разрушился от такого воздействия, а он довольно неприятно себя чувствовал», – сказал профессор.

При этом, как сказал зав. кафедрой, понижение устойчивости мостов к ветру – общемировая тенденция, связанная с новыми технологиями строительства. «Это новые мостовые конструкции, облегченные. Их начали строить лет 10 назад. Толщина стенки 12–14 миллиметров, ортотропная плита сверху. Раньше вес полезной нагрузки (транспорта, который ходит по мосту) составлял около 20 %, а оставшиеся 80 %, по сути, мост нес сам себя. В современных мостах получается примерно 50 на 50. Мосты стали легче, ветровая нагрузка для них стала опаснее», – сказал Игорь Овчинников.

Можно сделать вывод, что ни одна конструкция не застрахована от внезапных внешних воздействий такого рода как очень сильный штормовой ветер или землетрясение. Конечно, можно вводить бесконечные расчеты и доработки, тем самым разрабатывая конструкцию устойчивой в то же время утяжеляя ее и делая дороже.

Анализ аварийных ситуаций даже этого небольшого набора примеров показывает, что все ситуации функционирования мостовых конструкций от замысла, проектирования и до разрушения таят в себе потенциальные негативные проявления.

15. Катастрофы на море

По информации, представленной И. А. Муромовым в монографии «100 Великих кораблекрушений» [86], в настоящее время на дне океана покоится не менее одного миллиона судов. С 1500 г. ежегодно гибло в среднем 2 172 судна.

В качестве примеров назовем некоторые из них:

• «Флоренция» – в мае 1588 г. испанский галеон затонул у берегов Шотландии в результате взрыва. Погибло более 500 испанцев;

• «Сан-Диего» – 14 декабря 1600 г. испанский галеон затонул во время маневра в филиппинских водах. Погибло 350 человек;

• «Крона» – 1 июня 1676 г. флагманский корабль шведского флота, совершая маневр, опрокинулся на борт и затонул около о. Эланд в Балтийском море. Погибло более 850 человек;

• «Толоса» – 25 августа 1724 г. испанский галеон затонул во время урагана у северного побережья Гаити. Погибло 550 человек;

• «Медуза» – 2 июня 1816 г. французский фрегат из-за навигационной ошибки сел на мель у северо-западного побережья Африки. Погибло более 400 человек;

• «Рояль чартер» – 25 октября 1859 г. английский парусно-винтовой корабль был выброшен штормом на скалы о. Англси. Погибло 456 человек;

• «Султанша» – 2 июня 1816 г. французский фрегат из-за навигационной ошибки сел на мель у северо-западного побережья Африки. Погибло более 400 человек;

• «Принцесса Алиса» – 3 сентября 1878 г. английский речной экскурсионный пароход затонул на р. Темзе после столкновения с грузовым пароходом. Погибло 700 человек;

• «Генерал Слокам» – 15 июня 1904 г. американский экскурсионный речной пароход погиб в результате пожара на р.Ист-Ривер в Нью-Йорке. Число жертв превысило 1 000 человек.

15.1. Гибель «Титаника» 15 Апреля 1912 г

В точке с координатами 41⁰ 46′ с. ш. и 50⁰ 14′ з. д. 15 апреля 1912 г. затонул «Титаник» – без преувеличения самое известное в истории человечества плавсредство.

Он более популярен, чем Ноев ковчег, который в отличие от «Титаника» выплыл. Про «Титаник» в разные годы и в разных странах были сняты дюжина художественных кинофильмов, телесериал, а также бесчисленное количество документальных лент. И это при том, что данная катастрофа не была ни первой, ни самой крупной в истории.

Гибель «Титаника» – самая «политкорректная» катастрофа ХХ в. В ней не было намека на военные преступления, причиной гибели стал айсберг. [87].

Миф и реальность

Пассажиры ужинали, танцевали, многие уже готовились ко сну. И никто даже не мог предположить, что через несколько мгновений случится катастрофа. Огромный айсберг разрушил миф о непотопляемости «Титаника».

Человечество еще не видело такого громадного корабля. Самый большой, самый мощный, самый надежный, абсолютно, как утверждали конструкторы, непотопляемый, он и название получил соответствующее – «Титаник». Спущенный на воду с Королевских верфей, «Титаник» ушел в свое первое плавание и не вернулся. Невиданная катастрофа потрясла мир.

Строители и владельцы этого гиганта пассажирского флота самонадеянно заявили: «Сам Господь Бог не сможет потопить этот корабль». Тщеславие и гордыня были жестоко наказаны: колоссальный айсберг в считанные мгновения вспорол корпус «Титаника», сделанный из двух слоев стали, и ледяная вода Атлантического океана хлынула в отсеки.

«Титаник» затонул в считанные часы. Оркестр еще играл популярный шлягер, а корабль уже начал погружаться в черные воды океана.

Роскошный пароход-гигант считался символом «золотого века», который оборвала Первая мировая война.

Короткая и драматичная жизнь «Титаника» началась в конструкторских бюро судостроительных верфей Харланда и Уолфа в Белфасте, Северная Ирландия. Его создатели, увы, больше заботились о роскоши и скорости, чем о безопасности плавания.

Опытнейшие кораблестроители и дизайнеры, инженеры, клепальщики, столяры-краснодеревщики и другие специалисты самоотверженно трудились, создавая самый роскошный корабль в мире. Все на нем поражало и вызывало удивление. Длина «Титаника» составляла 275 м; четыре огромные дымовые трубы диаметром 6,7 м каждая, словно четыре башни, возвышались над этой громадиной, высота которой от киля до тоновых огней равнялась высоте одиннадцатиэтажного дома (рис. 15.1). Вес корабля составлял 46 тыс. т. Специально спроектированные двигатели мощностью в 50 тыс. л. с. позволяли этому гиганту двигаться со скоростью 23 узла в час.

Рис. 15.1. «Титаник»

Пассажиры первого класса могли, что называется, купаться в роскоши. На корабле для них был сооружен плавательный бассейн – в ту пору новинка в судостроении. Пассажиры могли во время плавания нежиться в турецких банях, заниматься гимнастикой в роскошном спортивном зале, играть в теннис на специальном корте, отдыхать в «версальской гостиной», в «парижском кафе», в пальмовом саду, в многочисленных музыкальных салонах, ресторанах и барах.

Администрация пароходной линии «Белая звезда» широко разрекламировала «Титаник» – самый большой и роскошный корабль в мире. Наверное, поэтому список пассажиров первого рейса из Саутгемптона в Нью-Йорк представлял собой подлинный справочник «Кто есть кто». Там фигурировали фамилии самых богатых и известных людей того времени: финансиста Бенджамина Гугенхейма, прославившегося своей благотворительностью (его именем впоследствии был назван знаменитый музей искусств в Нью-Йорке); совладельца крупного универсального магазина «Мэйсиз» Исидора Штрауса; американского художника Фрэнсиса Миллета и многих других богачей и знаменитостей. Многие из них отправились в путешествие со своими семьями.

Строительство «Титаника» обошлось тогда в 4 млн фунтов стерлингов. В сегодняшних ценах – это 100 млн. В свое первое плавание из Саутгемптона в Нью-Йорк корабль отправился под британским и американским флагами 10 апреля 1912 г. На его палубах разместились 20 спасательных шлюпок – на четыре больше, чем требовал Британский кодекс торгового мореплавания, но страшно мало для того, чтобы поместить на них всех пассажиров корабля-монстра.

Роковое путешествие

Первые пять дней, проведенные в открытом море, не принесли команде «Титаника» никаких неожиданностей. Ночью 14 апреля море сохраняло спокойствие, но кое-где в районе плавания виднелись айсберги. Они не смущали капитана Смита…

В 11 ч 40 мин вечера с наблюдательного поста на мачте неожиданно послышался крик: «Прямо по курсу айсберг!» Одновременно прозвучали три удара судового колокола – предупреждение о надвигающейся опасности. Тридцать секунд спустя произошло столкновение лайнера и ледяной горы. Оно потрясло огромный корабль. Из своих кают высыпали пассажиры. Они любовались сказочной картиной: в ночи под электрическими прожекторами льдины сияли, как алмазы.

Еще никто не осознавал, что произошло, никто не ощутил зловещего дыхания смерти.

Надводная часть айсберга по высоте составляла примерно около 30 м (рис. 15.2). Айсберг пробил большую брешь в правом борту корабля и разорвал водонепроницаемые отсеки, на которые возлагались такие большие надежды. В гигантский корабль с невероятной скоростью хлынула ледяная вода.

Слишком медленно до капитана Смита начала доходить невероятность происходящего. Слушая доклады офицеров о катастрофе, он просто не мог поверить своим ушам. Лишь в полночь капитан приказал пассажирам садиться в шлюпки, а терпящий бедствие корабль подал сигнал «SOS».

Узнав о катастрофе, угольный король Гугенхейм и его камердинер Виктор Джиглио надели вечерние костюмы и приготовились к встрече со смертью как истинные джентльмены. Утонули десять миллионеров. Вместе с ними на дно ушли бриллианты и другие богатства, оцененные потом в 4 млн фунтов стерлингов.

Рис. 15.2. Айсберг, с которым столкнулся «Титаник»

На палубах «Титаника» возникла паника. На борту помимо шлюпок имелись разборные плоты, но вовремя их не собрали и хранились они в неподходящих местах.

Когда начался губительный крен корабля, в ночное небо над океаном были пущены сигнальные ракеты – последняя призрачная надежда капитана на помощь проходящих судов. Трудно было рассчитывать на удачу, и все-таки счастливый случай мог помочь обреченным. Вахтенный пассажирского парохода «Калифорния», находившегося в девятнадцати милях от терпящего бедствия «Титаника», заметил сигнальные ракеты.

Но вахтенный принял сигналы бедствия за обычные осветительные огни другого парохода, и «Калифорния» в блаженном неведении дрейфовала в ледяном поле всю ночь. Только в пять часов утра ее капитан решил направиться в подозрительную зону. К тому времени «Титаник» уже давно покоился в своей мрачной ледяной могиле.

Самая трагическая судьба постигла пассажиров-иммигрантов, занимавших каюты третьего класса. Находясь в нижних ярусах корабля, они попали в настоящую ловушку, поскольку американская иммиграционная служба приказала закрыть на ключ все двери, ведущие на верхние палубы. К тому времени, когда толпы людей вырвались наверх, большая часть спасательных шлюпок была уже спущена на воду.

Через 2 ч 30 мин после катастрофы крен «Титаника» составлял почти 90⁰, т. е. корабль практически лежал на борту. А затем суперлайнер исчез под водой, образовав на поверхности моря гигантский водоворот, который втягивал людей и обломки такелажа.

Пароход «Карпатия», принявший «SOS», на всех парах летел к месту катастрофы. Прибыл он с опозданием в один час, но успел подобрать людей, которые спаслись на шлюпках. Таких счастливцев оказалось 705 человек, погибло 1 522 человека.

Подводная могила

Семьдесят три года пролежал корабль в своей глубокой подводной могиле (рис. 15.3) как одно из бесчисленных свидетельств человеческой беспечности. Слово «Титаник» стало синонимом обреченных на неудачу авантюр, героизма, трусости, потрясений и приключений. Были созданы общества и ассоциации спасшихся пассажиров. Предприниматели, занимающиеся подъемом затонувших судов, мечтали поднять суперлайнер со всеми его бесчисленными богатствами.

Рис. 15.3. Подводная могила «Титаника»

В 1968 г. команда водолазов, возглавляемая американским океанографом доктором Робертом Баллардом, нашла его – и миру стало известно, что под огромным давлением водной толщи гигантский корабль развалился на три части.

Обломки «Титаника» были разбросаны на площади радиусом в 1 600 м. Баллард нашел носовую часть корабля, глубоко проникшую в грунт под тяжестью собственного веса. В восьмистах метрах от нее лежала корма. Неподалеку находились развалины средней части корпуса.

Среди обломков корабля по всему дну валялись разнообразные предметы материальной культуры того далекого времени [24].