Мост Пойнт Плезант, также известный как Серебряный мост, был построен через реку Огайо, чтобы обеспечить переправу для шоссе № 35 Соединенных Штатов Америки. Мост соединял два крупных города Огайо и Западной Вирджинии и обеспечивал прямой доступ к столицам соответствующих штатов.
15 декабря 1967 года мост Пойнт-Плезант обрушился из-за интенсивного движения по мосту. Это был сезон отпусков, и люди курсировали по мосту туда и обратно между двумя городами. Движение на мосту было оживленным. Когда около трех больших грузовиков и 72 легковых автомобилей остановились, мост начал сильно раскачиваться и в конце концов рухнул.
В общей сложности 46 человек погибли в результате этой аварии. После этого инцидента правительство США провело ряд новых реформ для проверки функциональности и безопасности мостов по всей стране.
Обрушение моста Пойнт Плезант
Строительство моста Пойнт-Плезант велось с применением новейших технологий и новых строительных материалов того времени. Он считался самым уникальным и экономически эффективным мостом. Однако проверить безопасность моста не удалось из-за ограничений на достижения в области мостостроения. Кроме того, мост не был спроектирован с достаточным количеством резервных элементов. Кроме того, не были разработаны методы испытаний для измерения прочности больших рым-цепей.
Когда строился мост Пойнт Плезант, знания о длительной усталости в сочетании с щелевой коррозией были ограничены. Кроме того, проектировщики не учитывали влияние несимметричной нагрузки на усталость. Никто не подумал, что небольшой открытый дефект поверхности, предусмотренный проектом, мог стать причиной усталостного разрушения и, в конечном итоге, обрушения моста.
1. Проектирование и строительство
Строительство моста началось в 1920 году и завершилось в 1928 году. Работа велась двумя основными подрядчиками. Работы, связанные с фундаментом моста, выполняла генподрядная компания из Питтсбурга, а надстройку возводила американская мостостроительная компания из Питтсбурга.
Конструкция моста была уникальной, так как он имел высоконапряженные балочные цепи, качающиеся башни и уникальную систему крепления. Система проушин состояла из двух силовых стержней с закругленными проушинами на каждом конце; система анкерного крепления состояла из железобетонных желобов, заполненных бетоном; башни были построены на сваях из железобетона в форме восьмиугольника.
Мост Пойнт Плезант перед обрушением
Аналогичная конструкция была использована ранее в мосту Сент-Мэри в Западной Вирджинии, который также расположен на реке Огайо. Это был второй подвесной мост с проушинами, состоящий из термообработанных проушин, и качающимся основанием, построенный на реке Огайо. Ключевые особенности моста Пойнт Плезант описаны ниже:
2. Крушение моста Пойнт Плезант
Холодным зимним вечером мост внезапно обрушился из-за разрушения соединения между проушиной и первым шарниром на северной стороне моста. Это разрушение вызвало падение башни в Огайо и привело к обрушению башни в Западной Вирджинии. Центральный пролет сломался и перевернулся в воду внизу, унеся с проезжей части 64 человека.
Через несколько часов после обрушения мост Сент-Мэри был закрыт в целях безопасности, поскольку его конструкция была аналогична конструкции моста Пойнт-Плезант. После того как все выжившие были спасены, а транспортные средства восстановлены, операции перешли к демонтажу обрушившейся конструкции. Эти меры были важны, поскольку река Огайо играет важную роль в перевозке грузов, а обломки препятствовали движению судов по водному пути.
Обрушение Серебряного моста из-за разрушения соединения проушины
После обрушения моста в Пойнт-Плезанте президент США создал целевую группу по безопасности мостов. Его целями были выявление причин разрушения моста, поиск путей эффективного финансирования строительства нового моста и определение системы стандартов, обеспечивающих безопасность мостов в стране.
3. Причины разрушения моста
Эксперты изучили множество возможных причин обрушения. Некоторые из них рассмотрены ниже:
3.1 Провал из-за взрывов и ударов
Группа по снаряжению армии США исключила возможность взрывов и ударов. Сначала она проверила у военных, что во время обрушения поблизости не пролетали самолеты. Автомобили, извлеченные из-под обломков, были проверены на наличие взрывчатых веществ, а конструктивные элементы были осмотрены на предмет признаков повреждения взрывчаткой. Конструктивные особенности также указывали на то, что башни были защищены от возможного контакта с транспортным средством.
3.2 Подконструкция моста
Одним из потенциально неисправных элементов была подконструкция моста. Если бы опоры сместились, башни оказались бы не на одной линии, что вызвало бы провисание тросов. Этот прогиб изменил бы распределение нагрузки по всей конструкции. Такое смещение могло быть вызвано размывом отложений вокруг опор (известный как размыв), недостатком фундамента, который вызвал бы смещение анкеров и опор, или ударом по опорам водного судна.
Размыв был исключен благодаря наблюдениям водолазов на месте происшествия. Они сообщили об отсутствии отверстий вокруг опор или каких-либо признаков их повреждения. Дальнейшая проверка показала, что опоры были правильно ориентированы. Также была проведена оценка конструкции, которая показала, что мост не предусматривает резервирования в конструктивных элементах, соединяющих подвесную цепь с проушинами. Каждое соединение содержало две проушины, которые соединялись с подвесными цепями.
3.3 Учет динамической нагрузки
Расчеты напряжений, которые были подготовлены для проектирования, были проверены для гарантии того, что мост соответствует инженерным критериям, которые использовались во время строительства. В этом анализе учитывались статические и динамические нагрузки. Напряжения, возникшие во время обрушения, были меньше максимальных напряжений, определенных в проекте. Однако не было доказательств того, что были произведены расчеты для правильной динамической нагрузки.
Это увеличение напряжения было рассмотрено с точки зрения увеличения процента от первоначальной живой нагрузки. Для проверки того, что динамические эффекты не были фактором, приведшим к обрушению, на мосту Святой Марии были проведены испытания на виброустойчивость и динамическое усиление напряжений. Цель испытаний заключалась в определении собственных частот моста и возбуждения, вызванного движением тяжелых транспортных средств.
Эти испытания показали, что нагрузка под напряжением не была чрезмерной, и что нагрузка вызвала некоторые вибрации в отдельных элементах конструкции.
3.4 Свидетельства перелома
При повторной сборке моста были обнаружены признаки трещины в проушине со стороны фермы Огайо. Однако возникли различные мнения по поводу причины перелома. Одно мнение указывало на усталостное напряжение, тогда как другое объясняло причину как сочетание коррозии под напряжением и коррозионной усталости.
Бюро стандартов США обратило внимание на характер излома на проушине. На поперечных сечениях проушины было обнаружено несколько небольших трещин, размером с булавочные уколы. Одна из них, как оказалось, переросла в 33-миллиметровый дефект, положивший начало разрушению.
Хрупкость стального соединения и, следовательно, его восприимчивость к внезапному разрушению усиливалась двумя факторами. Первым фактором было использование стали повышенной прочности, которая является более хрупкой, чем мягкая сталь, обычно используемая для производства конструкционной стали и железобетонных конструкций. Другим фактором стала низкая температура, которая в день обрушения была близка к температуре замерзания.
Трещина в проушине моста Пойнт Плезант
3.5 Коррозия
Рост трещины, скорее всего, был вызван коррозией под напряжением. Двумя преобладающими факторами были растягивающее напряжение и воздействие загрязняющих веществ на сталь. Растягивающее напряжение возникло в результате транспортной нагрузки и теплового воздействия. Заводы и локомотивы, работающие на угле, а также загрязнение окружающей среды автомобильным транспортом привели к появлению в воздухе большого количества химических веществ, которые могли воздействовать на сталь.
Узкий зазор между проушиной и соединительным пальцем усугублял проблему. Он был достаточно широким, чтобы обеспечить воздушное пространство для загрязняющих веществ, которые могут воздействовать на сталь. Однако она была недостаточно большой, чтобы инженеры могли осмотреть соединение.
3.6 Усталостное напряжение
Доказательства, подтверждающие разрушение в результате усталостного напряжения, были основаны на изменениях в живой нагрузке конструкции, которые изменили ориентацию проушин. При перераспределении нагрузок в цепи проушин головки проушин и соединительные штифты поворачивались. Такая регулировка приводит к возникновению трения скольжения, а не трения качения.
Живая нагрузка, создаваемая тяжелым транспортным средством, приведет к тому, что отверстие в проушине будет находиться в напряженном состоянии. После того, как автомобиль проезжал, соединение сжималось, чтобы вернуться к первоначальной статической мертвой нагрузке.
Эти колебания вызвали бы усталостное напряжение в элементе и со временем могли бы привести к разрушению. Проушина была бы уязвима к разрушению, даже если бы возникающее напряжение не превышало предел текучести материала. Было установлено, что изменение напряжения было характерно только для нескольких проушин, поскольку полосы движения автомобилей не были расположены по центру проезжей части.
3.7 Отсутствие симметрии моста
Тротуар и одна полоса для автомобилей на южной стороне, вместо двух полос для автомобилей на северной стороне, стали причиной отсутствия симметрии. Это изменение симметрии вызвало неравномерную нагрузку на подвесные пролеты.
Сочетание неравномерной нагрузки и изменений в уровнях напряжения вызвало смещение штифтов. Эта теория предполагала, что шляпка штифта будет отвечать за сопротивление боковым силам в соединении. Эти силы могли превысить имеющееся сопротивление. Это превышение привело бы к отсоединению проушины от штифта, что позволило бы соединению повернуться и тем самым вызвать разрушение.
3.8 Производственные дефекты
Другая теория обрушения нашла поддержку в металлургических аспектах цепей проушин и воздействии нагрузки и окружающей среды на сталь. Испытания различных проушин показали постоянство состава между образцами, что говорит о том, что разрушенная проушина не была уникальной. Однако определенные характеристики позволили предположить причину разрушения материала.
Твердость была неоднородной по всей толщине материала. Это отсутствие однородности указывало на то, что проушина была более подвержена коррозии под напряжением и водородному охрупчиванию в более твердой части материала. Дальнейшее обследование проушины показало наличие трещины, возникшей во время изготовления.
3.9 Атмосферные условия
Также было обнаружено, что на проушину влияют атмосферные условия. Эти факторы сделали высокопрочную сталь уязвимой к распространению трещин и сократили время их появления. Испытания показали, что по мере снижения температуры окружающей среды материал становился более восприимчивым к разрушению. Этот вывод имеет большое значение, учитывая экстремальные перепады температур в регионе.
Состав атмосферы также сыграл решающую роль в состоянии стали. Соединение цепей рым-балки с тросами подвески с помощью штифта привело к тому, что участок материала не мог быть защищен краской. Таким образом, открытая поверхность оставалась открытой для природных элементов и создавала встроенное слабое место.
Осмотр обломков показал наличие коррозии на многих участках моста. Были проведены исследования, чтобы определить влияние окружающей среды на материал. Испытания показали, что штыревое соединение проушин подвержено точечной коррозии под воздействием воды, сероводорода и соли. Реакция, наиболее характерная для причины обрушения, была обнаружена в цепях и штифтах рым-балки. Расчеты показали потерю 3% стали в результате такого разрушения материала.
3.10 Заключение
Исследование высокопрочной стали в окружающей среде показало, что сочетание коррозии под напряжением (из-за растягивающего напряжения в коррозионной среде) и усталостной коррозии (вызванной колебаниями нагрузки в коррозионной среде) привело к распространению трещины в проушине и вызвало разрушение проушины, что в конечном итоге привело к обрушению моста.
4. Стандарты
Когда мост проектировался, нагрузка была основана на спецификациях Американской ассоциации государственных дорожных и транспортных чиновников (AASHTO) H-15 для 15-тонного грузовика с нагрузкой 106 кН на заднюю ось и 27 кН на переднюю ось. С тех пор расчетная нагрузка была увеличена до более тяжелой AASHTO HS-20.
Спецификации AASHTO H-15 и H-20
В первоначальном проекте моста были использованы пониженные коэффициенты безопасности, 2 против предельной прочности и 1,5 против текучести. Этот предел контрастировал с более высокими коэффициентами безопасности, 2,75 и 1,75 соответственно, для альтернативной обычной подвесной конструкции. Однако использованная сталь была необычно высокой прочности, и ее свойства не были хорошо известны. Для этого моста следовало использовать более высокий, а не более низкий коэффициент безопасности.
5. Изменения в инспекции мостов
Национальные стандарты проверки мостов были созданы в ответ на это крушение. В 1968 году федеральное правительство США ввело в действие процедуру национальной инспекции мостов. До этого закона мосты проверялись непоследовательно. Новая процедура предусматривала точные протоколы, которым необходимо было следовать, а инспекторы должны были пройти аттестацию и сертификацию в Федеральном управлении шоссейных дорог (FHA). Каждый мост должен был проверяться каждые два года.
Система проверки разбита на стандартные процедуры. Формат классифицирует надстройку, подконструкцию и настил моста по установленному диапазону значений. Важность такой стандартизации заключается в том, чтобы обеспечить возможность точной оценки и сравнения мостов в инвентаризации.
Другие усовершенствования в управлении мостами включают методы неразрушающей оценки. В 1996 году FHA создало центр неразрушающей оценки в Маклине, штат Вирджиния. Этот центр работает над определением методов проверки с использованием технологий, включающих лазерные измерения, системы мониторинга и ультразвуковые испытания.
6. Извлеченные уроки
Ниже описаны основные уроки, извлеченные из разрушения моста Пойнт Плезант:
Любезно: Исторический канал
Часто задаваемые вопросы
Сколько человек погибло в результате обрушения моста Пойнт Плезант?
В общей сложности 46 человек погибли в результате обрушения моста Пойнт Плезант.
Какого типа был мост Пойнт Плезант?
Мост Пойнт Плезант был подвесным мостом.
Какова была длина моста Пойнт-Плезант?
Длина моста Пойнт-Плезант составляла 681 м.
Какова была стоимость строительства моста Пойнт-Плезант?
Строительство моста Пойнт Плезант обошлось в 1,2 миллиона долларов США.
Мост “Золотые ворота”: Строительство одного из самых длинных подвесных мостов в мире
Мост Ченаб: Строительство самого высокого в мире железнодорожного моста
Прорыв плотины Остин: Одна из крупнейших катастроф в истории США
Читайте далее:- Проектирование кровельных ферм.
- Пизанская башня: Архитектурное чудо или инженерная неудача?.
- Виды цепей, используемых в геодезии, их части, испытания и преимущества.
- Эйфелева башня: Особенности конструкции железного гиганта.
- Анализ фермы с примерами.
- Часовая башня Биг-Бен: тиканье с наклоном.
- 3 важных случая обрушения зданий из-за плохого управления строительством.