Почему стал «танцующим» мост в Волгограде и как удалось его «усмирить»

Волгоград, город-герой, известный на весь мир множеством мемориальных мест, связанных с героическими событиями Великой Отечественной войны, не так давно обрёл новую, современную достопримечательность — автомобильный мост, именуемый в народе «танцующим».

Характеристики и значение моста

Этот мост- не просто красивое сооружение, а высокоэффективный транспортный объект, играющий ключевую роль в функционировании важнейших транспортных артерий региона и страны. Он является неотъемлемой частью транспортных коридоров «Север — Юг», «Восток — Запад», а также важен для обеспечения бесперебойного функционирования Волго-Донского судоходного маршрута.

Его строительство стало ответом на острую необходимость решения серьёзных транспортных проблем всей области. До его появления все транспортные потоки в основном концентрировались на участке проезда через гидроэлектростанцию на реке Волга, на котором интенсивность движения достигла критической отметки, создавая многокилометровые пробки и существенно затрудняя передвижение как грузового, так и легкового транспорта. Ситуация усугублялась сезонными колебаниями уровня воды в Волге, что периодически приводило к полному или частичному перекрытию движения.

Сдача в эксплуатацию первого пускового комплекса моста состоялась 10 октября 2009 года, что ознаменовало собой значимое событие в истории региона.

Сам мост представляет собой сложнейшее инженерное сооружение, спроектированное с учётом всех особенностей местности и климатических условий. Его расположение на прямом участке автодороги и пересечение Волги под прямым углом — это не просто дизайнерское решение, а результат тщательных инженерных расчётов, призванных обеспечить максимальную эффективность и безопасность эксплуатации. Надводный переход моста включает 10 пролётов, 3 из них имеют длину по 155 метров. 2 пролёта предназначаются для обеспечения беспрепятственного судоходства на Волге, что особенно важно для поддержания грузооборота по Волго-Донскому каналу. Один из пролётов перекрывает часть нерестилища, что потребовало от инженеров разработки специальных решений для минимизации воздействия на экосистему реки. Общая надводная длина моста составляет 1213,4 метра. В строительстве были применены передовые технологии и высокопрочные материалы. Цельнометаллические пролётные строения моста представляют собой систему неразрезных балок. При строительстве применены деформационные швы типа «MAURER». На мосту по всей его длине имеется только два таких шва. Применение ортотропной плиты позволило снизить вес конструкции, оптимизируя затраты на материалы. При монтаже пролётных строений был использован метод конвейерно-тыловой сборки в сочетании с продольной надвижкой. Этот сложный и высокоточный метод позволяет собирать крупные элементы моста на специальных площадках, а затем плавно перемещать их в проектное положение. Использование нижнего шпренгеля оригинальной конструкции обеспечило точность и безопасность процесса надвижки. Качество всех работ строго контролировалось специалистами, а каждый этап строительства проходил многоуровневую проверку.

Из-за чего мост стал «танцевать» и какие меры были приняты

20 мая 2010 г. в час пик примерно с 17:50 новый мост через Волгу в Волгограде, простоявший меньше года, продемонстрировал неожиданное «поведение»: при относительно сильных порывах ветра он начал совершать значительные вертикальные волнообразные колебательные движения. С этого дня мост стал известным на весь мир как «танцующий». Это явление вызвало серьезную озабоченность и запустило масштабное расследование с участием ведущих специалистов в области мостостроения. Колебания наблюдались исключительно в судоходных более длинных 155-метровых мостовых пролётах, характеризующихся низкой жесткостью. Короткие пролеты были не затронуты. Для безопасности движение через мост было немедленно прекращено.

Первоочередной задачей стало тщательное обследование всей конструкции. Эксперты из института ИМИДИС провели детальный осмотр элементов проезжей части, опор, пролетных строений, подводных частей опор и дна реки под мостом. Целью было выявить следы любых внешних повреждений или признаки структурных дефектов. Результаты обследования оказались неожиданными. Специалисты не нашли никаких явных повреждений. Не было потери устойчивости плоскостных элементов металлических конструкций, трещин в сварных швах или сдвигов болтовых креплений.

Однако отсутствие заметных повреждений не означало отсутствие проблемы. Для более точного понимания причин, были проведены дополнительные испытания. 22 мая пролетное строение подверглось испытаниям под воздействием вертикальной временной нагрузки, составляющей 53% от установленных нормативом значений нагрузки А-11. Нагрузка была расположена по такой же схеме, как и при приемочных испытаниях. Это помогло оценить динамические показатели моста и уточнить его реакцию на различные виды нагрузок. В итоге были получены результаты, которые показали, что мост соответствует расчётным показателям.

Поэтому потребовались дополнительные исследования. Геометрия пролетов, их удлинение, соотношение массы и жесткости — все это стало объектом детального анализа. Были рассмотрены различные факторы, влияющие на поведение моста, такие как форма сечения пролетов, наличие ограждений, воздействие турбулентности ветра. Учитывались и метеорологические данные, собранные в момент инцидента, с целью определения скорости и направления ветра и других характеристик.

В ходе испытаний эксперты установили, что конструкция оказалась подвержена явлению ветрового резонанса. Ветровой резонанс возникает, когда частота колебаний ветра совпадает с собственной частотой колебаний моста. Это резонансное явление может привести к значительному увеличению амплитуды колебаний, даже при относительно умеренной скорости ветра. В данном случае, узкие и длинные пролеты моста, обладающие меньшей жесткостью, оказались наиболее уязвимы для этого эффекта.

Для решения возникшей проблемы было предложено выполнить следующие действия:

• на боковых поверхностях пролётов установить карнизные обтекатели;
• на задних и передних кромках пролётов установить сплошные настилы;
• в шахматном порядке на боковые части пролётных строений установить щелевые экраны типа «жалюзи»
• посередине длинных пролётных строений установить гасители колебаний ATMD-V (демпферы).

В результате принятых мер нештатных ситуаций с мостом больше не случалось.

Заключение

Случай с «танцующим мостом» стал ценным уроком для инженеров-мостовиков, подчеркивающим важность тщательного исследования аэродинамического поведения конструкций и необходимость учета всех возможных факторов при проектировании мостов. После инцидента были внесены изменения в методики проектирования и расчета других подобных мостовых сооружений, что позволило улучшить их безопасность и устойчивость к ветровым нагрузкам.