Мосты в будущем

Современные архитекторы предлагают множество проектов, поражающих с одной стороны своей необычностью, а с другой – абсолютной реальностью воплощения. Таков, например, проект пешеходного моста пяти столичных архитекторов через реку Москву возле гостиницы «Украина», носящий условное название «Красная горка».

Его конструкция, формы и дизайн восходят к эпохе конструктивизма 1920-х гг. Он состоит из стальных частей-клиньев, которые опираются друг на друга и образуют 240-метровый пролет.

Две мачты этого моста с лестницами предназначены для театрализованных представлений, гуляний, пикников, кафе на открытом воздухе. Под металлическими лестницами должны располагаться залы для банкетов и вечеринок, а в опорах моста помещаться супермаркеты, магазины, лавки, склады и автостоянки.

Своей необычностью впечатляет проект «Беговой мост» архитектора Ю. Кузина. Он предназначается любителям пробежек на свежем воздухе, место для которых так трудно найти в центре мегаполиса. Этот мост представляет собой пять стальных уровней-колец, соединенных пандусами и расположенных друг над другом. Каждый следующий уровень больше предыдущего, что позволяет бегунам выбирать степень нагрузки исходя из их физических способностей.

А вот идея группы архитекторов под руководством Д. Быкова проложить мост не поперек реки, а вдоль ее течения, укрепив дорожное полотно на причудливых опорах, уходящих в дно, приводит к совершенно новому восприятию пространства городских набережных, и позволяет создавать дополнительную транспортную магистраль с пешеходной зоной и торговыми и развлекательными центрами.

И это не предел архитекторской фантазии. Уже существуют проекты мостов с поэтическими названиями «Мост Облако» и «Водяной мост», основные структуры, которых должны быть заполнены, соответственно, гелием или водой, открывая возможности для новых визуальных впечатлений.

Но пока это только фантазии, которые, тем не менее, постепенно осуществляются. Ведь идея создания пешеходного моста «Багратион» в Москве тоже когда-то была несбыточным проектом. А сейчас это один из интереснейших памятников столичного мостостроения, который отвечает всем стилистическим тенденциям современной российской архитектуры.

Он представляет собой трехъярусную трубу из стекла и металла с эскалаторами, роликовыми дорожками и прогулочными палубами, фланкированную огромными башнями, в которых располагаются кафе и магазины. Построенный в 1998 г., этот мост уже стал «героем» многих телепередач и декоративным фоном к фильмам и видеоклипам.

Возможно, в скором времени компанию ему составят виртуальный мост с возможностью выхода с него во всемирную паутину Интернета, мост-город с многоуровневой конструкцией и разветвленной внутренней инфраструктурой, мост-аэропорт, мост-гараж и многие другие. Для осуществления подобных смелых проектов необходимы легкие и сверхпрочные металлы.

А какими должны быть сооружения, носящие названия «Мост для жителей лесов и долин», «Мост будущего», мосты «По воде через воду», «Связь образов», «От природы к природе», «Фонтан-мост», «Бумеранг» или «Хрустальный мост»? Ведь такие проекты уже существуют и ждут времени для своего возведения. Но когда оно наступит – пока неизвестно…

XX же век добавил понятию «мост» множество совершенно новых значений. Слова «телемост», «космический мост», «световой мост», «виртуальный мост» сейчас уже никого не удивляют и понятны даже ребенку.

Но их существование тоже невозможно без металлов, из которых изготавливаются спутники, телебашни и кабели. Но и мосты в старом своем значении – как переправы через водные преграды, претерпевают с течением времени существенные изменения.

Становится все очевиднее – мосты всегда устремлены в будущее.

В древности здания и сооружения строились с большими запасами прочности, строители из осторожности предпочитали тяжёлые конструкции. Они делались иногда в сотни раз прочнее, чем требовалось, а потому непредвиденные случайности проходили для конструкции незаметно.

Но когда начали строить более рационально, без лишних запасов прочности, любые ошибки, неумение предвидеть, как будет работать сооружение в различных условиях, приводили его к разрушению, аварии.

Так в 1879 г. в Англии обрушился металлический мост через реку Тэй, конструкции которого предусматривали 20-кратный запас прочности на действие полезной нагрузки, но не учитывали скорости и силы постоянно дувших в тех местах ветров. Они за 4 месяца расшатали мост настолько. Что пришлось усиливать его конструкции, и всё-таки он рухнул через полтора года.

Похожий случай произошёл в Америке во время второй мировой войны с мостом через реку Такома. На этот раз действие сильного ветра привело к резонансу, т.е. усилению всех видов колебаний конструкции моста, совпавших с ритмом порывов ветра. Огромный висячий мост начал раскачиваться так, что угловой размах поперечных колебаний превысил 90 градусов.

К счастью, начало опасных колебаний было замечено вовремя и движение по мосту прекратили. Съехавшиеся отовсюду журналисты, инженеры, просто зрители в течение долгого времени наблюдали картину разрушения моста. Даже был снят кинофильм, который сильно помог конструкторам при анализе причин катастрофы.

Такого рода события заставили строителей обратить особое внимание на проблему устойчивости – сохранения расчётной схемы сооружения в процессе его строительства и эксплуатации. Сегодня она обеспечивается с помощью самых разнообразных методов – от целенаправленного усиления конструкции с учётом соответствующих нагрузок до использования остроумных приспособлений.

Например, опасное раскачивание высокой мачты останавливают с помощью массивных шаров, подвешенных на коротких тросах к её вершине. Колебание мачты вызывает систему более коротких колебаний этих своеобразных маятников, а поскольку направления и период больших размахов и маленьких качаний не совпадает, их энергия взаимно гасится.

Различные аварии и катастрофы поучительны для строительной науки. Например, резкое снижение прочности металлических конструкций в условиях воздействия высоких температур обнаружилось во время пожара 1804 года в американском городе Балтиморе. Опасность применения излишнего количества воды при изготовлении бетонной смеси стала очевидной после обрушения железобетонного здания в Базеле в 1902 г.

В наши дни большую часть своих расчётов проверяют на моделях, испытывая опытные образцы конструкций или макеты будущего сооружения, выполненные во много раз меньше натуральной величины, подвергая их таким воздействиям, которые возможно более точно воспроизводят реальные.

Современное моделирование хорошо решает некоторые задачи конструирования сооружений. Это – проверка методов расчёта конструкций. Испытание модели на условную нагрузку раскрывает соответствие между теоретическим и фактическим распределением усилий, корректирует методы расчёта реальной конструкции.

Другая задача – определение математического соотношения между усилием и приложенной нагрузкой в зависимости от масштаба сооружения. Такое исследование позволяет после вычисления соответствующих модельных нагрузок сразу перейти к проверке прочности сооружения.

Используя результаты многочисленных опытов на моделях, математики разрабатывают методы теоретического моделирования различных процессов, и сегодня некоторые экспериментальные исследования ведутся не на испытательных стендах и полигонах, а на компьютерах. Это направление работ очень перспективно, и можно получить интересные результаты.

Разумеется, ошибки могут быть заложены не только в неточности расчётов или в неполноте исходных данных для их проведения. Ошибки могут оказаться и в теоретическом обосновании, в рабочей гипотезе, моделирующей явление.

Задачей этой работы не является расчёт строительных конструкций.

Нами изучены общие принципы, лежащие в основе конструирования и расчёта в строительстве.

Первый из них – обобщение, абстрагирование. Каждый конкретный параметр: назначение элемента, его материал, вид нагрузки, роль в сооружении и т.д. – анализируется, разбивается на более простые составные части, заменяется комбинацией уже известных математических и физических символов, с которыми производятся дальнейшие операции.

Второй – определение этих операций, установление тех связей между частями, которые превращают их в целое. При этом зависимости параметров сводятся к математическим закономерностям и формулам – простого умножения или деления для элементарных случаев растяжения и сжатия стержня и всё более и более сложным для развитых конструкций.

Третий принцип – многозначность обратного хода от абстрактной модели к живому решению, поиск формы и деталей будущей конструкции. Так, при расчёте балки на изгиб – анализ показывает только общее направление поиска такого сечения, при котором максимум материала будет расположено в опасной зоне. А конкретная форма сечения выбирается из множества вариантов самим конструктором.

Четвёртый принцип – многократная, на каждом этапе расчёта, математическая и экспериментальная проверка получаемого результата. Эта проверка отражается в десятки тысяч проверенных рекомендациях, таблицах, сортаментах, диаграммах, иногда специально предусмотренная методикой расчёта, т.к. надёжность – первое требование к конструкции.

Эти четыре принципа представляют собой своеобразный алгоритм научного отношения к решению строительных проблем.

Эти принципы – залог эффективности любой отрасли строительной науки, и пренебрежение каким-либо из них может привести к нежелательным результатам.

К сожалению, неожиданности могут встретиться и при правильных, казалось бы, расчетах.