Висячие и вантовые мосты

Висячие и вантовые мосты представляют собой одно или многопролетные балки, или фермы, усиленные гибкими канатами или цепями (рис. 6.30). В ван­товых системах прямолинейные гибкие канаты - ванты имеют радиальное, ве­ерное, параллельное и другое расположение в одной или двух плоскостях. Вися­чие системы имеют свободно висячие кабели или цепи, концы которых закреп­лены за балки или анкерные опоры. Подвески их могут быть вертикальными или наклонными для увеличения жесткости системы.

Вантовые мосты обладают высокими инженерными возможностями прида­ния им архитектурной выразительности. Многочисленные примеры современ­ных вантовых мостов дают основание считать, что эта область мостостроения приобрела достаточно ярко выраженную архитектурную самостоятельность. Она заключается в свободном перекрытии значительного по размерам пространства, тонкой постоянной по высоте балкой жесткости, которая поддерживается мощ­ными струнами - вантами, закрепленными на пилонах.

Архитектурные особенности вантовых и висячих мостов можно видеть на примерах отечественного и зарубежного мостостроения. Первому вантовому мосту в Китае, подвешенному к бамбуковым тросам диаметром более 10 см, перевалило за 1000 лет. С тех пор построено большое количество подобных мостов как в России, так и за рубежом.

В числе наиболее удачных висячих мостов довоенного периода следует осо­бо отметить сооружение кабельного моста Георга Вашингтона в Нью- Йорке, главный пролет которого впервые перешагнул километровый предел. Схема моста 198+1068+198 м, высота порталов 193 м. Пролетное строение поддерживают четыре кабеля диаметром по одному метру каждый (рис. 6.31).

Крупнейшей победой американской строительной техники было сооружение автодорожного моста через пролив Годен Гэйт, соединяющий с Тихим океаном просторную бухту, на живописных берегах которой раскинулся Сан-Францис­ко. Над проектом работал коллектив под руководством инженера И. Штаусса.

Мост «Годен Гэйт» был открыт 27 мая 1937 г. и стал по праву одной из достоп­римечательностей Америки. Его размеры превзошли все ранее построенные сооружения: центральный пролет моста равен почти 1280 м, высота пилонов до­стигает 226,8 м (рис. 6.32). Проезжая часть, усиленная фермой жесткости, подве­шена к двум кабелям из стали особой прочности. Мост вызывает восхищение своими внушительными размерами.

Облик моста, повисшего над простором бухты и выкрашенного в оранжево- красный цвет, чрезвычайно эффективен на фоне океанских просторов. По сравнению с общими размерами моста его кабели и подвески кажутся невероятно тонкими. Контраст между этой «паутины» несу­щих конструкций с мощными вертикалями пилонов и горизонталью фермы жесткости производит сильное впечатление.

Однако архитектурная композиция пилонов оказалась не вполне удачной: они выглядят как система поставленных друг на друга грузных П- образных рам, и сила художественного воздействия вертикали пилона ослабляется механичес­ким повторением однообразных элементов.

Висячие мосты, построенные в США в тридцатые годы двадцатого столетия, неравноценны по своим архитектурным качествам. Пилоны мостов решены без­лико и стандартно. Они представляют собой чисто механический, безликий комп­лекс конструктивных элементов. На этом фоне заметно выделяются пилоны ряда висячих мостов, построенных по проектам, разработанным при участии видного американского инженера Д. Штейнмана.

Крупный специалист в области динамических расчетов висячих мостов, Дэ­вид Штейнман считал: «каждый мост должен проектироваться так, чтобы мыс­ли и усилия были направлены на достижения красоты».

Он стремился придать своим мостам архитектурно законченный облик «не приукрашением или орна­ментацией, а развитием структурных форм, которые внутренне прекрасны в их функциональной гармонии и простоте». Штейнман хорошо понимал, что в ху­дожественном отношении характер висячего моста предопределяется конструк­цией пилонов, поэтому он пристальное внимание уделял архитектурой прора­ботке пилонов.

Спроектированные им мосты не отличались крупными размера­ми, однако они отличаются тщательно проработанной композицией стальных пилонов, хорошо найденным ритмическим соответствием вертикальных, гори­зонтальных и диагональных линий. Архитектурные членения пилонов гармони­руют с абрисом ферм жесткости и выявляют масштаб сооружения.

Хотя с современных эстетических позиций пилоны мостов (рис. 6.33), спро­ектированных в тридцатых годах прошлого столетия выглядят несколько арха­ично и имеют еще некоторый налет стилизации, тем не менее, они занимают почетное место в общей архитектурной эволюции висячих мостов.

В послевоенный период в США было построено несколько больших висячих кабельных мостов, в том числе два моста с рекордными размерами - Макинакс- кий на озере Мичиган и мост Веррацано-Нерроуз в Нью-Йорке.

Макинакский мост, сооруженный в 1954-1957 гг. по проекту Д. Штейнмана, пересек озеро Мичиган в том месте, где две его части соединяются проливом (рис. 6.34). Общая длина мостового перехода 8 км, а длина его центральной ча­сти составляет 2619 м, что превышает длину всех построенных на то время мостов. Его железобетонные пилоны высотой 170 м решены в виде двух сужаю­щихся кверху стоек, соединенных распорками крестообразной решеткой.

В 1959-1964 гг. был сооружен один из самых крупных висячих мостов - Вер­рацано-Нерроуз над входом в гавань Нью-Йорка. Он соединил острова Брук­лин и Стэйтен, лежащие по сторонам пролива Нерроуз (рис. 6.35). Необходи­мость сооружения моста была вызвана быстро растущими потоками автотранс­порта. Мост, рассчитанный на пропуск 48 млн. автомобилей в год, спроектиро­ван двухъярусным. Каждый ярус предназначен для шести рядов автомобильного движения, по три в каждую сторону. Проходы к мосту представляют собой слож­ную, разветвленную систему эстакад и развязок.

Размеры моста производят внушительные впечатления. Его главный пролет 1299 м, высота пилонов составляет 210 м, а высота подмостового габарита – 70 м. Фундаментами для опор служат кессоны размером 39x39 м, опущенные на глубину 32 м, с одной стороны, и на 51,8 м - с другой. Бетонные фундаменты пилонов возвышаются над водой на 10 м в виде двух монументальных ступеней, облицованных гранитом.

Двухъярусная проезжая часть моста поддерживается двумя фермами жестко­сти, подвешенными к четырем попарно расположенным несущим кабелям диа­метром 915 мм. Сложные условия мостового перехода ограничивали количество возможных вариантов моста, и поэтому необходимость перекрыть столь значи­тельный пролет, естественно, привела к выбору висячей конструкции.

В послевоенный период наряду с кабельными мостами стали все шире ис­пользоваться вантовые мосты.

Первый крупный вантовый мост современного типа был построен в 1956 г. в Швейцарии. Однако, несмотря на новизну технического решения, его конструк­тивные и архитектурные формы были еще далеки от совершенства. Конструк­ция моста через Рейн в Дюссельдорфе, сооруженная двумя годами позже, гораз­до более зрелая и рациональная.

Важным его архитектурным преимуществом является выбранный тип ван­товой системы «арфа» (рис. 6.36). Чтобы усилить ощущение легкости и ажур­ности, авторы отказались от верхней поперечной распорки на пилонах, ограни­чившись их жестким соединением с продольной балкой коробчатого сечения.

Этапным сооружением в истории новейшей архитектуры является вантовый Северинский мост через Рейн в Кельне, который оказал большое влияние на дальнейшее развитие архитектуры вантовых мостов. В процессе работы над проектом автор проекта Г. Номер обнаружил, что высокие конструкции пролет­ных строений мостов, накладываясь на панораму города, мешают зрительному его восприятию. Учитывая это, он предложил принципиально новую схему мос­та - с одним внецентренно расположенным пилоном, сдвинутым к правому бе­регу. По замыслу автора такая композиция моста позволяет лучше созерцать панораму города с его знаменитым Кельнским собором. А внецентренное рас­положение пилона будет создавать на правом берегу Рейна архитектурный ак­цент, контрастирующий с собором.

Особое внимание заслуживает конструкция пилона, состоящая из двух на­клонных стоек, соединенных в верхней части. При такой форме пилона ферма моста, состоящая из шести пар наклонных вант, закрепленных в вершине пило­на, образовывала в поперечном сечении треугольник, представляющую собой жесткую геометрически неизменяемую фигуру. Это в значительной степени улуч­шало пространственную работу моста в целом.

Пролетное строение моста состоит из двух балок коробчатого сечения с ортотропной плитой. Высота плит составляет 4,75 м, что соответствует 1/65 час­ти главного пролета. Пилоны возвышаются над водой почти на 85 м. Его сталь­ные ноги имеют коробчатое сечение, размеры которого незначительно умень­шаются по высоте.

Большое внимание было уделено конструктивной и архитектурной прора­ботке сопряжения балки с пилоном. Она была решена следующим образом. Ноги пилона были расположены так, чтобы между ними свободно можно было про­пустить проезжую часть моста, которая опиралась на небольшие консольные выступы пилона. Это создавало ощущение, что горизонталь пролетного строе­ния пронизывает пилон в своем стремительном движении над рекой. Эта иллю­зия подчеркивает тектонику вантовой системы, ибо ванты в этом случае воспри­нимаются как единственные конструктивные элементы, поддерживающие про­езжую часть.

В начале 1950-х годах инженеры ряда стран стали все более настойчиво обращаться к разработке конструкций вантовых мостов с расположением всех вант в одной плоскости по оси моста. При таком размещении вантовых ферм интерьер моста приобретал совершенно новые эстетические качества (рис. 6.37). Это обстоятельство вызвало усиленный интерес к вантовым мостам такого типа. Первым из них является мост через Эльбу у Гамбурга, построенный в 1959-1962 гг. Проект моста получил высокую оценку и получил широкое распростране­ние.

Вантовая ферма, расположенная по оси проезжей части, применена в компо­зиции моста «Фридрих Эберт», соединившего в 1967 г. берега Рейна в северной части Бонна (рис. 6.38). Однако это сооружение вызвало определенные споры по поводу его конструктивного и композиционного решения. Вантовая ферма моста кажется излишне дробной и сложной, особенно при сравнении с другими вантовыми мостами одинаковых пролетов.

Начиная со второй половины прошлого столетия, мостостроителей начали привлекать однопилонные вантовые мосты. Асимметричное расположение пи­лона не только расширяет композиционные возможности проектировщиков, но и создает в ряде случаев определенные экономические и функциональные пре­имущества, ибо позволяет органично вписать мост или путепровод в продоль­ный профиль перехода, расположив опоры в наиболее удобных местах.