Гармония мысли, проверенная алгеброй науки

Строящийся у Серебряного бора вантово-балочный мост представляет собой уникальное сооружение. Впервые в мировой практике инженеры института "Гипротрансмост" запроектировали пилон арочного типа, к которому на 72 вантах, выходящих из плоскости арки, прикреплен 409-метровый пролет балки жесткости.

Предусмотренная для моста балка жесткости общей длиной 829,5 м по схеме 105 + 105 + 409,5 + 105 м впервые в отечественной практике запроектирована с применением ортотропной плиты с трапециевидными продольными ребрами проезжей части.

"Не всегда удается определить напряженно-деформированное состояние конструкции только с помощью расчетов, и тогда на помощь приходит метод исследования - физическое моделирование, - говорит заведующий лабораторией "Моделирования и испытания конструкций" кандидат технических наук А.М.Тарасов. - В основе физического моделирования лежат теория подобия и анализ размерностей. Сложность эксперимента состоит в соблюдении необходимых условий - геометрического и физического подобий модели и натурной конструкции, благодаря чему значения переменных величин, характеризующих явления для натуры, должны быть пропорциональны значениям тех же величин для модели. Это позволяет производить перерасчет экспериментальных результатов, получаемых для модели, на натуру путем умножения определяемых величин на коэффициент подобия".

Модель моста в масштабе 1:40 длиной около 20 метров с аркой пилона пролетом 3,2 м, возвышающейся над поверхностью плиты на 3,5 метра, выполненная из белоснежных синтетических материалов с серебристо поблескивающими вантами, сама является замечательным искусственным сооружением. "Выбор материала был непростым, - рассказывает Альберт Михайлович, - ведь минимальная толщина элементов из традиционно применяемого оргстекла один миллиметр, тогда как требуемая максимальная толщина элементов модели составляет доли миллиметра". Проведенными исследованиями обосновали решение изготавливать элементы модели из современных низкомодульных материалов, сопротивляющихся упругой деформации в 200 - 260 раз меньше, чем сталь. Конструкция арочного пилота выполнена из вспененного ПВХ толщиной 1 мм в виде коробчатых и двутавровых сечений; плита проезжей части изготовлена из сотового поликарбоната; остальные элементы модели проектировали по приведенным к этому основному материалу характеристикам. О ювелирной точности работы говорит, например, то, что элементы пилона - пояса, раскосы, связи имели площади поперечных сечений, измеряемые в десятых долях квадратных сантиметров.

Немалые трудности пришлось преодолеть в моделировании несущих элементов, конструкции которых в виде вант вместе с натяжными устройствами поставляет фирма Freissine. Сложность выбора материала для вант заключалась в том, что было необходимо обеспечить подобие

податливости (удлинения) их в натуре. Ванты изготовили из пленки ПВХ, применяемой для обложек в переплетных работах. Решение было удачным, потому что при сопротивлении этого материала упругой деформации в 90 раз меньшем, чем у стали, диаграмма деформации при растяжении имеет вид, подобный диаграмме металла. К тому же просто решался вопросе наклейкой на модель ванта тензорезисторов. Ванты, имеющие в натуре площади сечений от 40,5 см2 до 73,5 см2, заменили эквивалентными элементами из пленки ПВХ толщиной 0,2 мм с шириной от 9,9 мм до 16,9 мм. Но это еще не все.

Немаловажно обеспечить натяжение вант. Поэтому каждая из 72 вант имеет по торцам проушины из оргстекла с отверстием под ось. С одного конца вант крепится к фасонкам, расположенным на пилоне, с другого - торец ванта, заканчивающийся проушиной, перемещается по резьбовой тяге, закрепленной на балке жесткости. Величина этого перемещения обеспечивает натяжение ванта. Математически выверенное, строго заданное положение в пространстве для каждого ванта обеспечено его анкеровкой к балке жесткости под соответствующим вертикальным и горизонтальным углами. Чтобы имитировать собственный вес вант, к ним крепились грузы. В модельных нагрузках, уменьшенных в 160 тысяч раз, учитывали даже собственный вес прогибомеров, соответствующий одной тонне в натурных условиях. Для загружения модели потребовалось около 2000 грузов, в качестве которых использовали гайки и шайбы. Даже вес скрепок, которым грузы подвешивались к модели, также брался в расчет.

На модели изучали напряженное состояние вант при их последовательном загружении, вплоть до отрыва балки жесткости от временных опор; для выявления напряженно-деформированного состояния балки жесткости и пилона загружали модель пролетного строения грузами, имитирующими автомобильные колонны. После компьютерной обработки экспериментальных данных полученные эпюры внутренних усилий и деформаций отразили напряженное состояние моста в натурных условиях.

Всю работу, начиная с получения технического задания от заказчика и до оформления отчета о НИР, коллектив лаборатории проделал менее чем за полгода.

Современная четырехполосная дорога - сооружаемый Звенигородский (б. Краснопресненский) проспект пересечет четыре транспортных кольца и будет первой радиальной магистралью Москвы XXI века. Плавно вписывающийся в нее вантово-балочный мост обеспечит надежное движение благодаря проверенной, научно обоснованной конструкции.

Модель моста с арочным пилоном, жестко прикрепленным к стальным мощным тумбам, заанкеренным в полу экспериментального зала, раскрепленным в пространстве гиперболическими нитями вант, представляется воплощенной гармонией технической мысли, поверяемой алгеброй науки.

Аза Шелест

Газета "Московская Правда" №31 от 13.02.2006  15.02.2006