X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

Современная жизнь требует повышенной транспортной мобильности, но с развитием транспортных средств повышаются и требования к его безопасности. Одно из самых главных требований – это высокие требования к дорогам и дорожным сооружениям. В процессе своего развития человечество создавало различные виды сооружений. Различные условия, такие как природный фактор, уровень технологий, бюджет и другие, влияли на конструкцию.

До конца прошлого столетия в Японии, между городом Коби и островом Авадзи, осуществлялось только водное сообщение. Несколько десятилетий власти страны говорили о строительстве моста через пролив Акаши, но толчком для его сооружения стала ужасная катастрофа в 1955 году. Около 150 детей отправились на экскурсию на пароме. Через несколько минут из-за плотного тумана на их пути появился встречный паром больших размеров. Столкновение было неизбежно, и за 5 минут транспорт со 168 детьми и взрослыми затонул.

Первым этапом строительства стало возведение двух оснований с пролетом 1990 м для пилонов. Они представляют собой стальные цилиндры, которые собирали предварительно на суше. После с помощью буксиров их доставили на место установки и постепенно погружали под воду, на глубину 60 м, с помощью насосов, которые качали воду в цилиндры. Этот процесс был усложнен сильным течением пролива Акаси, но строители справились с этой задачей, погрешность составила 10 см.

Следующей проблемой этапа стал бетон: нужно было разработать новый состав бетона, который не растворяется в воде, а наоборот затвердевает. На разработку материала потребовалось 4 года. Разработали самоуплотняющуюся бетонную смесь, которая способна самостоятельно уплотняться и обволакивать армирующие элементы без вибрирования или иного механического воздействия извне.

Концом этого этапа стало создание береговых опор.

Рис.1 – Конструкция фундамента

Вторым этапом была установка металлических пилонов высотой 298 м. Конструкция собиралась из секций друг за другом. Металл полировали до идеально гладкого состояния, для того, чтобы конструкция после установки находилась в идеально вертикальном состоянии. Внутренняя ячеистая структура придает опорам легкость и прочность. Стальные детали сваривались в мастерской и транспортировались на место монтажа. Сборка укрупненных деталей выполнялась на болтовых соединениях. Во время возведения пилона был использован независимый свободно стоящий 145т башенный кран. На каждый пилон были прикреплены гасители колебаний, которые уменьшали ветровую нагрузку и сокращали колебания в случае землетрясения. В настоящее время для перемещения автомобилей используется только верхняя часть пролётных конструкций, однако существует и нижний технический этаж, где, в перспективе может быть проложено железнодорожное полотно. С нижнего уровня можно попасть внутрь пилонов, а затем выйти и на их вершины, откуда открывается прекрасный вид на Кобе и море.

Внутри находятся лифты, лестницы, маятники компенсации колебаний (важный элемент практически всех современных японских высотных конструкций, по причине высокой сейсмичности). Перемещая массивный груз, такой маятник позволяет погасить опасные отклонения от вертикали, сохраняя прочность и целостность конструкции [2].

Третий этап заключался в монтаже главных вант путем протягивания нитей несущих тросов. Так как вес конструкции моста с увеличением длины становился все тяжелее, встала необходимость разработки прочной стали для тросов. Японцы разработали проволоку, вдвое прочнее обычной. Состав стали был улучшен различными добавками и силиконом. Вместо двух стало возможным использовать один трос.

Главные ванты имеют диаметр 1122 мм и состоят из множества шестиугольных элементов, каждый из которых, в свою очередь, состоит из 127 стальных нитей, каждая диаметром 5,23 мм. Общая длина всех нитей (на двух вантах) составляет одну световую секунду.

Снаружи ванты обмотаны несколькими слоями изоляции. У наземных опор, нити разделяются, прикрепляясь концами к точкам крепления [2].

Завершающим этапом строительства является установка дорожного полотна, который был отложен на месяц вследствие крупного землетрясения амплитудой в 7,3 балла. Мост Акаси-Кайкё продолжает стоять, но в результате землетрясения на дне пролива открылся разлом, и опоры сдвинулись на 91 см и самый длины мост стал еще длиннее, тем самым нарушив все расчеты. Инженеры предложили увеличить длину балки дорожного полотна и расстояние между вантами, которые свисают с тросов.

Плоское мостовое полотно является препятствием ветру. При боковом ветре сверху и снизу от полотна появляются завихрения воздуха. Они порождают области высокого или низкого давления, которые тянут полотно вверх или вниз. Колебания передаются всей конструкции моста. Одно из решений этой проблемы создание обтекаемой формы полотна чтобы оно разрезало поток воздуха, отклоняя его вверх или вниз. Но для двухуровневого моста обтекаемая форма может не дать нужного результата, а наоборот усугубить ситуацию. Для того чтобы полотно не скручивалось было принято решение сварить легкий каркас из тонких стальных брусков. Ветер легко проходит через него, не причиняя вреда. Таким образом, балка проезжей части моста представляет собой сквозную ферму шириной 35,5 м и высотой 14 м, которая подвешена на канаты, состоящие из сборных прядей. Элементы, из которых состоят фермы, доставляли по морю, затем с помощью кранов поднимали вверх, где их укрупняли и производили монтаж к точкам подвеса.

Движение транспортных средств используется верхний ярус конструкции дорожного полотна, но внутри сложных ферм находится технический этаж, где, в будущем может быть проложено железнодорожное полотно. С нижнего уровня есть вход внутрь пилонов, откуда можно попасть на их верх, где есть смотровая площадка с прекрасным видом на Кобе и море.

Рис.2 – Сквозные фермы дорожного полотна

Во время возведения мост выдержал сильные течения пролива Акаси, землетрясение в городе Кобе, которое произошло на расстоянии 1 км и повлекло за собой осложнения в процессе создания и удлинении моста на 1м. Через 10 лет после начала строительства мост Акаси-Кайкё был сдан в эксплуатацию.

Это сооружение стало уникальным по своей конструкции, было внесено в книгу рекордов Гиннеса как самый высокий, а также самый длинный подвесной мост. Система сейсмозащиты (были установлены по 20 демпферов в каждой из 2-х опор, которые помогают выдерживать воздействия ветров, землетрясений) рассчитана на 8,5-балльное землетрясение. Такие высокие требования стали стандартом в современном мостостроении. Примером служит возводимый на данный момент Крымский мост через Керченский пролив. При возведении фарваторных опор была использована система сейсмозащиты с повышенным демпфированием. Для обеспечения требуемой степени демпфирования были использованы элементы сухого трения, т.е. наклонные сваи. О качественных характеристиках Крымского моста можно будет говорить только после сдачи его в эксплуатацию.

Литература

Профессия мостовик. — Мост Акаси-Кайкё, Япония/Akashi Kaiky Bridge, Japan

Самый длинный вантовый мост / http://infoglaz.ru/?p=54524

Суперсооружения. National Geographic

Код для цитирования: Скопировать