Көпір болат конструкциясын неге өзеннен өту жобалары үшін сенімді таңдау ретінде қабылдауға болады

Ұзын қашықтықтағы өзен арқылы өтулер үшін салмағына қатынасқан беріктіктің салыстырмасыз жоғары көрсеткіші

Болаттың беріктігінің салмағына қатынасы көпірлерді осы қиын, тұрақсыз өзен табаны аймақтарында салу әдісін толығымен өзгертті. Болат конструкциялары дәстүрлі темірбетонды опциялармен салыстырғанда инженерлердің «өлі жүктеме» деп атайтын көрсеткішті шамамен 40% азайтады. Бұл практикалық тұрғыдан не білдіреді? Жауабы — жеңіл материалдар негіз жұмыстарын әлдеқайда беткей етуге мүмкіндік береді, бұл ақша үнемдейді, себебі біз жұмсақ жерге терең тірек тастарын қажеттігінше енгізбейміз. Көпірдің жобалаушылары өз жобаларын жоспарлаған кезде осы тиімділіктен толық пайдаланады. Олар қолдау бағандарын өзеннің ортасына орнатпай-ақ ұзындығы ұзағырақ аралықтар құра алады. Бұл тәсіл тек қоршаған ортаны қорғауды жақсартып қоймайды, сонымен қатар су ағысын бұзатын кедергілердің аз болуы арқасында су тасқыны кезіндегі потенциалды проблемаларды да азайтады.

Болаттың жоғары беріктігінің салмағына қатынасы қалай тұрақсыз өзен табанындағы өлі жүктемені азайтады және негіздің күрделілігін төмендетеді

Көміртектік асбест зерттеулеріне сәйкес, болаттың 2025 жылғы беріктігінің салмағына қатынасы 90 000 кН·м/кг-дан асады, бұл оның массасына қарағанда ескі материалдарға қарағанда көбірек салмақты көтере алатынын білдіреді. Осы қасиеті арқасында инженерлер құрылыс кезінде өзен табанына шамамен 25 пайыздан 30 пайызға дейін азырақ күш түсіретін, бір уақытта жұқа және жеңіл құрылымдарды жобалауға мүмкіндік алады. Суға толы жерде құрылыс істеу кезінде осы жеңіл құрылымдар жерге батып кетуді болдырмауға және қымбат тұратын топырақты нығайту шараларын азайтуға көмектеседі. Дәлел ретінде Чесапик шығанағы көпірін алуға болады. Осы көпірдің негізгі бөлігі болат фермалар арқасында жеті ғана тіреуішке сүйене отырып, шамамен 4,3 миль (6,9 км) қашықтықты қамтиды. Егер орнына темірбетон қолданылған болса, тұрақтылық үшін он бес немесе одан да көп тіреуіш бағандары қажет болар еді.

Чесапик шығанағы көпірі бойынша жағдай-талдау: болат фермалары арқылы ортаңғы өзенде минималды тіреуіштермен 4,3 мильдік ашық су арқылы өту мүмкіндігі

Бұл көпір өткен жылы аяқталды, ол болаттың шынымен де өзендердің үстінен өту үшін ең жақсы жұмыс істейтінін көрсететін дәлел болып табылады. Инженерлер салмақтың таралуын теңестіру үшін үшбұрышты бөліктерден тұратын ферма жүйесін қолданды. Нәтижесінде тек екі тіреуішпен қолдауға алынатын, өзеннің ең терең жерінде орналасқан 365,76 метр (1200 фут) ұзындығындағы үлкен ортаңғы аралық пайда болды. Бұл тәсіл су тазарту операцияларына деген қажеттілікті азайтты, яғни салыну кезінде жергілікті балық популяциялары мен су асты жағдайлары негізінен бұзылмады. Сонымен қатар, болат бөлшектері салыну орнынан тыс жерде дайындалып, одан кейін салыну орнында жылдам жиналды. Бұл су ішінде жұмыс істеуге кететін уақытты шамамен сегіз айға қысқартты. Салыну аяқталғаннан кейін жүргізілген бақылау да қызықты нәтиже берді: бетон көпірлермен салыстырғанда теңіз түбіне тигізілетін әсер шамамен 18 пайызға аз болды. Бұл көрсеткіштер болаттың қызмет ету қабілетімен қатар экологиялық әсерге де назар аударатын инфрақұрылымды салу үшін маңызды компонент ретінде қарастырылатынын көрсетеді.

Қатаң сулы ортада дәлелденген тұрақтылығы мен коррозияға төзімділігі

Қазіргі заманғы дуплекс қаптамалар (мырыш-алюминий-молибден) және катодты қорғау жүйелері көпірдің болат құрылымының қызмет көрсету мерзімін 120 жылдан астамға дейін ұзартады

Сулы ортада орналасқан болат көпірлер тұрақты түрде ылғалдылық, тұз мазмұны және әртүрлі химиялық заттардың әсерінен пайда болатын коррозияға қарсы күреседі. Ең соңғы қаптау технологиясы цинк, алюминий және молибденнің арнайы қоспаларын қамтиды, олар қорғаныс үшін үш бағытта бірлесіп жұмыс істейді. Біріншіден, цинк басқа нәрселерге қарағанда бұрын коррозияға ұшырайды. Екіншіден, алюминий бетте қорғаныс қабаты ретінде оксидтік пленка түзеді. Үшіншіден, молибден осы қиын әрі қажетсіз шағын шұңқырлардың пайда болуын болдырмауға көмектеседі. Осы қаптауларды коррозияның басталу орнында оның әсерін тоқтату үшін бақыланатын электр тогын шығаратын жүйелермен бірге қолданғанда, біз ғасырдан аса ұзақ мерзімге созылатын құрылымдар туралы сөйлейміз. Тәжірибелік зерттеулер көрсеткендей, бұл қаптаулармен өңделген болат қолдағыштардың теңіз деңгейінің өзгерісі әсер ететін аймақтарда жыл сайын 0,1 миллиметрден кем шығынға ұшырайды, бұл қорғаныс қолданылмаған жағдайдағыдан шамамен үш төрттен біріне дейін жақсарған көрсеткіш. Көпірлер өзендердің үстінен өткенде, онда жұмысшыларды жөндеуге шақыру қиын және қымбат болғандықтан, осындай ұзақ мерзімді қорғаныс экономикалық және практикалық тұрғыдан да тиімді шешім болып табылады.

Golden Gate көпірі: Тұзды бұлт, жел және сейсмикалық кернеу әсерінде 80 жыл бойына созылған нақты әлемдегі жұмыс істеу деректері

1937 жылдан бері Тынық мұхитының жағалауында тұрған бұл атақты нышан болашақта су астында болаттың қаншалықты тұрақты болатыны туралы күшті дәлелдер береді. Барлық осы жылдар бойы ол күндері 90% астам ылғалдылықпен сипатталатын тұзды теңіз ауасы, шамамен 70 миль/сағат жылдамдықтағы жел және 1989 жылғы үлкен жер сілкінісі сияқты жиі болатын жер сілкіністерінің әсеріне тұрақты түрде ұшырады. Регулярлы тексерістер қатты әсер ететін күштерге ұшырағанда көпірдің қандай ерекше қасиеті барын көрсетеді: ол жер сілкінісі кезінде сынбайды, бірақ иіледі, бұл катастрофалық апаттардың болмауына себепші болады. Мұнда болған оқиғаларға назар салсақ, теңіз жағалауындағы қиын жағдайларда дұрыс қорғалған болат басқа материалдарға қарағанда тиімдірек жұмыс істейтінін айқын көрсетеді. Регулярлы тексерістер қатты әсер ететін күштерге ұшырағанда көпірдің қандай ерекше қасиеті барын көрсетеді: ол жер сілкінісі кезінде сынбайды, бірақ иіледі, бұл катастрофалық апаттардың болмауына себепші болады. Мұнда болған оқиғаларға назар салсақ, теңіз жағалауындағы қиын жағдайларда дұрыс қорғалған болат басқа материалдарға қарағанда тиімдірек жұмыс істейтінін айқын көрсетеді.

Динамикалық қоршаған орта жүктемелеріне қатысты жоғары төзімділік

Болып тұрған су басу кезіндегі, бүйірлі ағыс күштері мен жер сілкінісі кезіндегі болаттың созылғыштығы мен энергияны жұту қабілеті

Балалардың қорғанысын қамтамасыз ету үшін арналған болат көпірлердің әртүрлі табиғи әсерлерге төзімділігін қамтамасыз ететін өзіндік иілгіштігі бар. Су тасқыны пайда болған кезде және су негіздерді жойып жатқан кезде болат толығымен сынбай, иіледі және орын ауыстырады. Болаттың иілу қасиеті оның басқа қауп-қатерлерге қарсы да қорғаныс құрғызып отыратынын көрсетеді. Мысалы, күшті ағыстардың бүйірлік бағытта әсер етуі немесе жер сілкінісінің қозғалысын елестетіңіз. Болат құрылыстары осы соққыларды шыныдай ыдырап кетуінің орнына баяу және бақыланатын тәсілмен иілу арқылы сіңіреді. Федералдық автокөлік жолдары әкімдігінің зерттеулері дұрыс спроекцияланған болат көпірлердің магнитудасы 7,5-ке дейінгі қатты жер сілкіністерінен құлап кетпей-ақ төзуге қабілетті екендігін көрсетеді. Ерекше көпірлер өзендер үстінде орналасқан жағдайда бұл маңызды, өйткені су деңгейі тұрақсыз өзгеріп отырады және астындағы топырақ әрқашан тұрақты болмайды. Кәдімгі темірбетон немесе тас қатты соққыға ұшыраған кезде жарылады, ал болат құрылыстары қатты әсерлерді «төтеп беру» қабілетіне ие, сондықтан олар су тасқынына ұшырайтын аймақтарда немесе белсенді жер сілкінісі сызығына жақын орналасқан жерлерде жолдар мен өткелдер салу үшін міндетті элемент болып табылады.

Су бетіндегі конструкциялық икемділік пен тиімді құрылыс қабілеті

Желілі доңғалақты, консольды және модульді болат жүйелер — жұмсақ, су астындағы немесе кездейсоқ өзен табанында тез және аз әсер ететін орнатуға мүмкіндік береді

Балалық кезінде қолданылатын құрылыс құрылғылары су ағыстары арқылы құрылыс салу әдістерін түбегейлі өзгертті, олар инженерлік қиындықтар туғызады. Бекітілген аркалы конструкциялар салмақты тиімді таратады, олар жердің тербелісіне ұшыраған жағдайда да жақсы әсер етеді, ал консольды конструкциялар ұзын аралықтарды терең су үстінде салу үшін ортаңғы тірек элементтерінен бас тартуға мүмкіндік береді. Алдын ала зауытта модульдерді дайындау құрылыс алаңында бетон құюға кететін уақытты шамамен үштен бір бөлігіне дейін қысқартады. Осы алдын ала дайындалған бөлшектер салынатын жерге жеткізіледі де көтергіш крандармен орнына көтеріледі, яғни өзендер мен олардың экожүйелеріне көп кедергі келтірілмейді. Негіз жұмыстары да әлдеқайда қарапайым болады, бұл әсіресе батпақты, суға толы құнарлы топырақпен жұмыс істеген кезде маңызды, өйткені кәдімгі әдістер кейінірек отыру проблемаларын тудыруы мүмкін. Әрбір болат бөлігінің массасы шамамен 200 тоннаға дейін шектеледі, олар жүзетін крандар көмегімен орнатылады, сондықтан өзеннің табанында үлкен қазықтар қазу немесе суын ұзақ уақыт бойы сыртқа шығару қажет емес. Барлық осы факторлар құрылыс кезіндегі көміртегі ізін айтарлықтай азайтады, өйткені құрылыс алаңында аз ғана үлкен машиналар жұмыс істейді және жерде таза бетон араластырылуы әлдеқайда аз болады.