Отдельные мосты являются уникальными сооружениями, воплощавшими последние достижения строительной науки и техники. Приведем примеры разрушения мостов.
Петербург 1905 г. Кавалерийский полк переправлялся через реку Неву по Египетскому мосту. Когда мост заполнился торжественно двигающейся кавалерией, он внезапно задвигался в такт со стуком конских копыт и рухнул в воду.
82
29 августа 1907 года в Канаде в 14 км от Квебека произошла одна из наиболее драматичных строительных катастроф. Велось строительство самого крупного для того времени моста. Главным консультантом строительства был авторитетный специалист Купер. Средний пролет моста по совету Купера решили увеличить с 488 до 548 м. Высота береговых опор достигала 96 м. Диаметр болтов равнялся 60 см. При монтаже среднего пролета обнаружили признаки потери устойчивости стальных элементов нижнего пояса. Работы приостановили. Купер телеграммой сообщил (не побывав из-за болезни на объекте), что можно продолжать строительство. Во время работы внезапно девять тысяч тонн металлических конструкций вместе с двумя кранами массой 1100 и 250 т и рабочими упали в реку. Погибло 75 человек. Два года напряженного труда понадобилось на очистку реки от металла.
В 1929 году построен арочный железобетонный мост под автомобильную дорогу через р. Казанку. Под устои моста забили по 410 деревянных свай диаметром 26 ... 28 см. Устои моста получили большую неравномерную осадку. К 1 июня 1936 года осадка правого устоя достигла 1,5 м. Хвостовая часть фундамента опоры опустилась на 2,06 м. Причиной осадок явилось сжатие слоя торфа мощностью 3,6 м, залегающего на глубине 3 м ниже острия свай. Кроме того, не было учтено давление от примыкающей к мосту насыпи, возведенной не в начале, а после устройства опор.
7 ноября 1940 года разрушился висячий мост через реку Нероуз у г. Такома (США, штат Калифорния). Мост состоял из центрального пролета длиной 854 м и двух боковых по 336 м. Ширина моста равнялась 12 м. Нагрузку воспринимали два каната диаметром по 438 мм. Высота балок жесткости на уровне дорожного полотна составляла 1/300 центрального пролета, что совершенно недостаточно. Еще во время строительства путевое полотно испытывало значительные колебания при слабом ветре. В течение четырех месяцев после строительства мост "оживал" в ветреную погоду, но так и не был принят в эксплуатацию. Испытание модели моста в аэродинамической трубе показало, что при скорости ветра 64 км/ч мост может попасть в резонанс. Отметим, что конструкции были рассчитаны на статическое давление ветра при скорости 173 км/ч.
7 ноября 1940 года стал дуть ветер со скоростью 67 км/ч. Мост раскачивался как вывешенная для просушки простыня. Частота волновых колебаний достигала 36 циклов 1 мин. Два каната оказались в разных фазах: когда один бросал вверх, другой опускался вниз. Путевое полотно подвергалось сильному кручению. Балки жесткости изогнулись, подвески стали разрываться и на глазах очевидцев мост стала распадаться секция за секцией.
30 декабря 1879 года во время бури у г. Данди в Шотландии произошла тяжелая строительная катастрофа, потрясшая весь мир, - разрушился под нагрузкой от поезда железнодорожный мост через озеро. Водолазы установили, что поезд вместе с пассажирами лежал на дне озера, заключенный в металлическую обойму.
83
Общая длина моста 4 км, высота до уровня воды 27 м. Стальные конструкции перекрывали 85 пролетов длиной от 9 до 75 м. Во время строительства обнаружили, что скальное основание являлась тонкой прослойкой, под которой залегали плывуны большой мощности. Кроме того, был сделан ряд конструктивных изменений в проекте с целью удешевления строительства. С современных позиций это значительно ослабило сооружение. Свидетели отмечали опасные вибрации моста при прохождении поезда. По Британским стандартам того времени максимальное давление ветра составляло всего 58 кг/м2. Автор проекта увеличил расчетные вертикальные нагрузки в 20 раз и специальных мер для восприятия давления ветра не принял. Реальный коэффициент надежности составил меньше единицы, хотя автор считал его равным 20. Мост был обречен. При сильном ветре он перевернулся и полностью разрушились 13 пролетов.
В 1970 году в Мельбурне (Австралия) произошло обрушение строящегося моста, предназначенного для пропуска четырехполосного движения транспорта [141]. Центральное металлическое пролетное строение моста представляет собой неразрезную коробчатую конструкцию. Три центральных пролета поддерживаются вантами, закрепленными на колоннах (рис. 3.4). Поперечное сечение балки имеет трапецеидальную коробчатую форму (рис. 3.5).
В продольном направлении конструкция пролетного строения была разделена на монтажные блоки длиной по 16м, между которыми были предусмотрены монтажные болтовые соединения. К моменту обрушения было смонтировано 8 блоков, перекрывающих пролет между опорами 10 и 11, 14 и 15. Поставлено еще несколько блоков, консольно нависавших по направлению к опоре № 13.
На земле рядом с опорами изготовили две монтажные секции пролетного строения шириной, равной половине ширины пролетного строения (18,5 м), и длиной, соответствующей половине длины пролетного строения (112 м). Обе секции поочередно поднимались до верха опоры, перемещались по вспомогательным балкам в поперечном направлении до своего проектного положения и соединялись на болтах. При этом необходимо: почти полное совпадение продольного очертания обоих секций, существенное увеличение жесткости верхнего пояса секции вблизи продольного болтового соединения для предотвращения выпучивания пояса, искусственное прижатие секций друг к другу.
В действительности расхождение между внутренними ребрами секций в пролете 14-15 составило 89 мм, а в пролете 10 - II - 114 мм. Выпучивание верха пояса между точками опирания секции и серединой пролета составило 140 мм. Верхний пояс секции нагревался лучами солнца и середина секции стремилась приподняться, оказывая дополнительное давление на опоры. Усилия, передававшиеся на опоры, регулировались системой гидравлических домкратов. Выправление очертания профиля секций производили домкратами.
84
При устранении расхождения между очертаниями стыкуемых секций пролетного строения 10-11 произошло ее обрушение и опрокидывание опоры
85
11. Правительственная комиссия отметила, что при анализе напряженного состояния не были учтены особенности монтажа. Установили, что если мост и был бы построен, то он не обладал бы достаточными запасами прочности.
В ряде случаев разрушение мостов происходит вследствие комплекса ошибок. В [141] рассмотрены причины обрушения пролетного строения сборного железобетонного моста длиной 205, 8 м. Мост состоял из шести предварительно-напряженных железобетонных пролетных строений по 33 м, по шесть балок в каждом. Опоры - монолитные бутобетонные на высоком бетонном свайном ростверке. Под каждую опору забито по 24 сваи. Ростверк находился в зоне постоянного замораживания и оттаивания. В речной воде присутствует СО2 - По заключению лаборатории толщина бетонного массива должна быть не менее 2,5 м, фактически она равнялась 1,2 м. Авария произошла в 1963 году из-за обрушения одной из опор.
Обследование показало, что ростверк у этой опоры полностью разрушен. В рабочих чертежах не оговорены специальные требования к бетону, отсутствовали технологические указания по подводному бетонированию. Отсутствовали: журнал забивки свай; акты контрольной забивки свай; журналы испытания свай; цемента, гравия, песка; химический анализ воды; карточки подбора состава бетона; акты промежуточной приемки элементов; ведомости оценок качества работ. Строительство велось на низком организационно - техническом уровне, руководящий персонал многократно менялся, прием и передача дел техническими актами не оформлялась. Приемка моста в эксплуатацию осуществлялась формально, без тщательного осмотра.
Авария металлического моста вследствие нарушения технологии работ описана в другом примере из [141]. Мост - пятипролетный, крайние пролеты по 42,5 м, а три средних по 8,8 м. К моменту аварии в трех первых пролетах была закончена укладка железобетонной проезжей части. На 2 - ом и 3 - ем пролетах были сложены плиты, необходимые для 4 - го и 5 - го пролетов. Проезжая часть в пролетах 1-2, 2-3 и 3-4 была уложена до окончания всех работ по навесной сборке моста, т.е. была нарушена последовательность работ. Кроме того, появлялась дополнительная нагрузка от складируемых плит. Критическое напряжение в узловой фасонке было превышено в 2 раза.
Для предотвращения аварий проводятся периодические обследования технического состояния железно- и автодорожных мостов с использованием подвижной нагрузки. При этом фиксируются напряжения и деформации в наиболее ответственных узлах и элементах. Во время проведения этих работ должны обеспечиваться меры предосторожности.
При обследовании одного из железобетонных мостов сотрудниками Белорусского политехнического института произошла трагедия. Один из них наблюдал за работой верхнего угла металлической фермы. При передвижении испытательного поезда он заметил течение стали в ферме. Сигналы
86
его не были услышаны и поезд продолжал движение. Мост разрушился, погибли люди.
Настилы большинства железобетонных мостов в США, выполненные из сборных коробчатых блоков, защищены от трещин последующим натяжением арматуры как в поперечном, так и в продольном направлениях. Обследования, проведенные во всех странах мира, показали, что предварительно напряженные мосты обладают достаточно высокой коррозионной стойкостью (Civil Engineering, 1992, №9 , рис. 5-8).
Имеются примеры оригинальных технических решений на стадиях проектирования и строительства, обеспечивающих высокую надежность сооружения.
В прибрежном районе Техаса (США) построен один из самых крупных балочно-вантовый мост Фреда Хармана с пилонами в виде сдвоенных ромбов высотой 130 м (рис. 5.6). Канаты, расположенные в четырех плоскостях, несут два настила шириной по 23,8 м. Мост имеет восемь полос движения и две обочины.
Основной нагрузкой являются скорости ветра, возможные один раз в 100 лет и равные 177 км/ч на отм. 12, 288 км/ч на уровне настила моста и 314 км/ч - на уровне пилона. Для обеспечения крутильной жесткости приняты спаренные ромбообразные пилоны высотой 130 м. Толщина стоек равняется 2,1 м. Ширина их в направлении продольной оси моста меняется от 7,3 м у основания до 4,6 м у вершины. Ромбы изготовлены из монолитного бетона и имеют коробчатое сечение с толщиной стенки 0,3 м. Распору от наклонных стоек препятствуют стяжки из предварительно напряженных железобетонных балок.
Ноги пилона опираются на куст из 132 предварительно напряженных свай, каждая из которых имеет несущую способность 204 т. Для защиты от коррозии арматуру покрыли эпоксидной смолой до отметки + 6,4 м. Балочная часть дороги состоит из стального каркаса, монолитной железобетонной плиты толщиной 20 см и железобетонного верхнего слоя дорожного покрытия толщиной 10 см. Главные стальные балки имеют длину 15,2 м, высоту 1,6 м. Канаты состоят из параллельных проволочных прядей в полиэтиленовой трубчатой оболочке. Каждый канат включает от 19 до 61 семипроволочных прядей диаметром 15 мм.
87
