Kā inženieri šodien uzbūvētu Zelta vārtu tiltu?

Kopš Zelta vārtu tilta satiksmei 1937. gada 27. maijā tas bija ikonu simbols Amerikas ainavā.

Līdz 1870. gadam cilvēki saprata, ka ir nepieciešams būvēt tiltu, kas aptver Zelta vārtu šaurumu, lai savienotu Sanfrancisko ar Marinas apgabalu. Tomēr pagāja vēl pusgadsimts, pirms būvinženieris Džozefs Štrauss iesniedza savu tilta priekšlikumu. Plāni attīstījās, un galīgais projekts tika apstiprināts kā piekaramais tilts, kas galu galā tika pieņemts vairāk nekā četru gadu laikā .

Kad Zelta vārtu tilts pacēlās uz augšu, tas bija garākais piekaramā tilta laidums pasaulē - kabeļi notur brauktuvi starp diviem torņiem bez starpposma balstiem. Un uzstādījumam bija vairākas raksturīgas problēmas. Tas maksāja apmēram USD 37 miljoni tajā laikā; tādas pašas struktūras uzbūve šodien izmaksātu apmēram miljardu dolāru. Tātad, kā dizains ir saglabājies pēdējo 80 gadu laikā - un vai mēs darītu lietas savādāk, ja šodien sāktu no nulles?

Piekaramā tilta shēma. Sarkanie atbalsta kabeļi pārnes spēkus no melnajiem kabeļiem uz zilajiem torņiem un enkuriem.Saruna

Garākais piekaramais tilts pasaulē

Zelta vārtu tilts ir piekaramais tilts, kas nozīmē, ka tas balstās uz trosēm un bikšturiem, kas ir saspringti, kā arī ar saspiestiem torņiem, lai šķērsotu lielu attālumu bez jebkādiem starpbalstiem. Brauktuves klājs karājas pie vertikālajiem bikšturiem, kas savienojas ar diviem galvenajiem kabeļiem, kas iet starp torņiem un enkuriem galā. Bikšturi pārvieto transportlīdzekļu spēkus un pašsvaru uz atbalsta trosēm, kas ir noenkurotas uz torņiem un uz cietas zemes. Vienkāršs austs piekaramais tilts.Rutahsa piedzīvojumi

The pirmie šāda veida tilti iespējams, savienoja divas klintis ar elastīgām virvēm, lai šķērsotu ieleju vai upi. Pirms simtiem gadu šīs troses izgatavoja no augu šķiedrām; dzelzs ķēdes nāca vēlāk. Bruklinas tilts Ņujorkā, kas tika atvērts 1883. gadā, bija pirmais, kurš izmantoja tērauda kabeļus, kas pēc tam kļuva par standartu.

Torņi, visticamāk, sākās kā vienkārša klints abās ielejas pusēs; galu galā inženieri izmantoja masīvas akmens vai tērauda piestātnes. Piemēram, Zelta vārtu tiltu atbalsta viens balsts abos galos un divi torņi, kas novietoti virs pamatiem, kas iestrādāti jūras dzelmē.

Zelta vārtu tilta divi atbalsta kabeļi ir vienīgais, kas nav mainīts kopš tilta atvēršanas satiksmei 1937. gadā. Katru galveno kabeli veido 27 572 tērauda stieples ar aptuvenu zīmuļa biezumu. Celtniecības brigādes gandrīz karājās 80 000 jūdzes stiepļu kabeļu no vienas tilta puses uz otru.

Gandrīz neiespējami izgatavot garu, biezu kabeli vienā gabalā bez trūkumiem, lai veiktu šo darbu. Būtiski, ja viens liels kabelis turētu tiltu uz augšu un ar to kaut kas notiktu, notiktu katastrofāla kļūme. Paļaušanās uz mazākiem vadiem nozīmē, ka jebkura kļūme būtu lēnāka, atstājot laiku katastrofas novirzīšanai.

Tā kā cilvēki pirmo reizi sāka domāt par tiltu Sanfrancisko līcī, bija lielas bažas par struktūras spēju izturēt vietas spēcīgo vēju, nemierīgos ūdeņus un iespējamos zemestrīces spēkus. Sanfrancisko atrodas divu krustojumā aktīvās tektoniskās plāksnes - acīmredzot neviens negribēja redzēt, kā zemestrīce nogāž tiltu, kas šobrīd ved apkārt 112 000 transportlīdzekļu dienā .

Lai izvairītos no šīs problēmas, celtnieki abos tilta galos izvietoja arī amortizatorus, lai absorbētu vēja vai seismisko spēku enerģiju. Šie speciāli izstrādātie vibrācijas slāpētāji ir metra diametra cilindri, kas izgatavoti no svina serdeņa, kas pārklāts ar gumiju. Novietoti stratēģiskās vietās, tie absorbē enerģiju, kas citādi varētu izraisīt tilta sabrukšanu.

Uzturot to labā formā

Parastā gudrība liecina, ka infrastruktūras projekts tiek veikts drīz pēc tā atklāšanas. Bet, lai saglabātu Zelta vārtu tiltu tiptop formā, nepieciešama pastāvīga stingra apkope. 80 gadus, īpašas apkalpes apkalpes ir apkalpojuši tiltu, vajadzības gadījumā pārkrāsojot un nomainot sarūsējušos vai salauztos komponentus.

Šis darbs jāveic saskaņā ar stingriem standartiem. Piemēram, kad ir jāmaina kāda no tūkstošiem skrūvju, kas savieno visus dažādos tilta gabalus, vienlaikus tiek izņemti ne vairāk kā divi, lai tilts būtu drošs pret spēcīgu vēju vai zemestrīču spēku.

Ir arī strukturālas uzturēšanas jautājumi. Laika un pastāvīgās temperatūras svārstību dēļ kabeļi un bikšturi izstiepjas vai saraujas, un tos periodiski jāpārbauda un jāpārvelk. Šāda veida pielāgošana tiek dēvēta par skaņošanu, un tā ir līdzīga tam, kā mūziķis stīgu instrumentu uztur pēc iespējas labāk.

Kas mainītos, ja mēs to uzbūvētu šodien?

Sakarā ar milzīgo uzturēšanas izmaksas , daži cilvēki ir ieteikuši rekonstruēt Zelta vārtu tiltu tā, lai ierobežotu pašreizējos uzturēšanas un ekspluatācijas rēķinus. Atmetot politisko iespējamību, kā inženieri varētu projektēt tiltu, ja šodien to gatavotu būvēt no nulles?

Laika gaitā pētnieki ir izstrādājuši vieglākus materiālus. Izmantojot šķiedru pastiprinātus polimērus (FRP), nevis tēraudu vai betonu, ir veids, kā samazināt šāda lieluma struktūras svaru. Šis pašsvars parasti ir atbildīgs par 70 līdz 80 procentu pretestības izmantošanu - tā ir maksimālā slodze, ko tā var izturēt, pirms tā neizdodas. To samazinot, tilta konstrukcijai būtu nepieciešama mazāka izturība, ļaujot izvēlēties lētākas un vieglākas iespējas.

Piemēram, dizaineri ir uzsākuši šķiedru pastiprinātu kompozītu (FRP) materiālu izmantošanu tādos tiltos kā Market Street Bridge Rietumvirdžīnijā. FRP izmanto plastmasas sveķus, lai sasaistītu stikla vai oglekļa šķiedras, kas piešķir materiālam izturību. Tā kā FRP ir četras reizes vieglāka nekā betons, tā ir piecas līdz sešas reizes spēcīgāka.

Iespējams, ka dizaineru pirmais mērķis pārmaiņām Zelta vārtu tiltā būtu kabeļu sastāvs. Pašlaik izmantotais tērauds ir kodīgs, četras reizes smagāks nekā jaunāki materiāli un var sabojāties skarbās mitruma un temperatūras vidēs - tāpat kā tie, ar kuriem tas sastopas šajā vietā. Oglekļa kabeļi ir vairāk inerti un jau tiek izmantoti visā pasaulē.

Vanšu tiltā kabeļi savienojas tieši no klāja ar torņiem.Saruna

Šos vieglākos par tērauda materiālus varētu izmantot arī citos tilta elementos, piemēram, satiksmes brauktuvē. Plastmasas kompozītmateriālu ieklāšana varētu samazināt Zelta vārtu tilta klāja pašsvaru par piecām reizēm. Tas ļautu inženieriem projektēt un konstruēt vanšu tiltu, nevis piekaramo tiltu. Priekšrocība būtu spēja atteikties no zeķturiem; vanšu tiltā spēki no kabeļa tieši tiek pārsūtīti no klāja uz torņiem. Pirmais šosejas vanšu tilts ar CFRP kabeļiem ir Šveices Stārķu tilts, kas tika atvērts 1996. gadā.

Vanšu tiltam var būt garāks laidums nekā piekaramajam tiltam, tāpēc tā struktūra starp balstiem un krastu varētu būt vienkāršāka. Arī torņu būvēšana tuvāk krastam, kur ūdens gultne ir seklāka, palīdzētu mazināt vienu no galvenajām problēmām, kad Zelta vārtu tilts tika uzbūvēts pirmo reizi: dziļi ūdenī ir ļoti grūti un dārgi strādāt uz torņa pamatiem. ar spēcīgām straumēm.

Amortizācijas sistēmu varētu risināt arī ar jaunu dizainu. Svina serdeņa amortizatorus, kas tika izmantoti Zelta vārtu būvniecībā, varētu aizstāt ar jaunākām tehnoloģijām, kas labāk spēj pretoties vējam, satiksmei un seismiskajiem spēkiem. Šis uzlabojums nodrošinātu, ka tiks novērsta tāda kļūme kā Tacoma Narrows Bridge - ja vējš pūta tiltu uz sāniem, tas savērpās un sabruka.

Ar visu teikto Zelta vārtu tilts joprojām darbojas labi. Pat ar citām iespējamām un lētākām iespējām neviens reāli nestrādā, lai aizstātu Art Deco ikonu un tās pasaulslaveno starptautisko oranžas krāsas darbu. Zelta vārtu tilts tiek rūpīgi uzraudzīts, lai pārliecinātos, ka tas nepārsniedz stresa robežas satiksmes, vēja un seismisko slodžu dēļ. Mēs varam sagaidīt vēl vismaz 80 gadus pēc šī inženierijas šedevra.

Hota GangaRao ir Civilās un vides inženierzinātņu profesors Rietumvirdžīnijas universitāte un Marija Martinesa de Lahidalga de Lorenco ir absolventu zinātniskais asistents Rietumvirdžīnijas universitāte . Šis raksts sākotnēji tika publicēts Saruna . Lasīt oriģināls raksts .