Отдавна мостовете по света са се превърнали в едни от най-впечатляващите примери за силата на доброто инженерство. Някои впечатляват с височина, други с дължина, а трети с мястото, на което са изградени. В Южен Китай обаче инженерите поставят нов рекорд при една от най-старите мостови конструкции – арката.
Основният арков отвор на Tian’e Longtan Bridge, намиращ се в автономния район Гуанси, е 600 метра, което го превръща в моста с най-големия подобен отвор в света при този тип стоманобетонна конструкция. Новият рекорд надхвърля предишния с цели 155 метра.
Изумително число, но още по-интересно е как инженерите зад проекта успяват да го постигнат. При такива масивни бетонни арки най-сериозният противник на инженерите всъщност е самият мост. С увеличаването на разстоянието между двете опори конструкцията става все по-тежка, а силите, които трябва да понесе – все по-големи.
600 метра без междинна опора
Мостът преминава над река Hongshui в окръг Tian’e и е част от магистралната връзка между Nandan и Tian’e в планинската част на Гуанси.
Движението по него се осъществява по четири ленти, а общата му дължина достига 2 488,55 метра. Това, което прави моста уникален обаче, не е дължината, а разстоянието между двете основни опори на централната му арка – 600 метра без допълнителна опора. Самият район допълнително усложнява задачата – реката преминава през дълбок планински релеф, с високи и стръмни склонове от двете страни.
Строителството на основната конструкция започва през 2020 г., а на 1 февруари 2024 г. мостът е отворен за движение. Реализацията му намалява времето за пътуване между Nandan и Tian’e от около час и половина на приблизително 40 минути.
При арковите мостове натоварването се предава по извивката на арката към опорите от двете страни. Това е конструктивен принцип, използван още от Античността. При отвор от няколкостотин метра обаче мащабът променя всичко.
При толкова големи арки едно от най-сериозните предизвикателства е собственото им тегло. То е причина за над 90% от натоварването върху конструкцията, а значителна част от тази тежест идва от огромното количество бетон.
Това изправя инженерите пред сложна дилема: конструкцията трябва да бъде достатъчно здрава, за да премине огромното разстояние, но всеки допълнителен кубичен метър бетон увеличава теглото ѝ и съответно натоварването върху самата нея.
За да решат това, китайските инженери не просто увеличават мащаба на съществуваща конструкция, а променят самия начин, по който е оформена арката.
По-голям мост с по-малко бетон
Основната арка е разделена на две отделни успоредни ребра, а части от конструкцията, които поемат сравнително малки напрежения, са оптимизирани или напълно премахнати.
Така общата ширина на арковата конструкция е намалена от около 23 на 13 метра. Количеството бетон също спада значително – от приблизително 40 000 до 28 000 кубически метра.
Когато резултатът се сравни с досегашните големи бетонни аркови мостове с отвори около 400 метра, за всеки метър от конструкцията Tian’e Longtan Bridge използва приблизително 22% по-малко бетон. Така инженерите успяват едновременно да направят арката значително по-дълга и да ограничат собственото ѝ тегло.
Това означава, че рекордът не е постигнат просто чрез влагането на повече материал. Точно обратното – инженерите успяват да увеличат разстоянието, което арката преодолява, докато намаляват използвания бетон.
Едно е да направиш впечатляващ проект на хартия, съвсем друг е да го осъществиш на практика.
При огромни бетонни конструкции температурните промени по време на втвърдяването и свиването на материала могат да доведат до вътрешни напрежения и пукнатини. При арка с размерите на Tian’e Longtan Bridge дори малки отклонения могат да имат сериозни последствия. Затова екипът разработва специални методи за полагане и контрол на бетона. Според техническото описание крайният резултат е повърхност без видими пукнатини.
Граница, която инженерите преследват от десетилетия
От десетилетия държави с дългогодишни традиции в мостовото строителство, сред които Япония и Хърватия, проучват възможността за изграждане на бетонни арки с отвори, приближаващи 600 метра. Реализирането им обаче се оказва далеч по-трудно от изчисляването им на хартия.
В инженерните среди традиционните бетонни арки дълго са разглеждани като конструкции, при които трудно може да се премине границата от 400 метра. При конструкциите, в които се използват стоманени тръби, запълнени с бетон, възможностите са по-големи, но и при тях преминаването отвъд 500 метра е свързано със сериозни инженерни предизвикателства.
Tian’e Longtan Bridge преначертава тази граница, достига 600 метра и се превръща в практически модел за бъдещото развитие на големите аркови конструкции.
Инфраструктурните рекорди обикновено имат цена. Този случай обаче е различен, защото инженерното решение носи и икономическо предимство. Според публикуваните данни изборът на бетонна арка вместо разглеждания вариант с вантов мост със същия отвор е спестил около 110 млн. юана (14,1 млн. евро) от строителните разходи.
Спестяванията не приключват със строителството. Очакванията са през следващите 100 години поддръжката на моста да струва с около 470 млн. юана (около 60 млн. евро) по-малко в сравнение с алтернативния вариант, разглеждан при проектирането.
Самото изграждане на моста е струвало около 1,232 млрд. юана (158 млн. евро) при първоначално одобрен бюджет от 1,278 млрд. юана (164 млн. евро).
През последните години в Китай са изградени някои от най-мащабните мостови съоръжения в света, но Tian’e Longtan Bridge е различен.
Той не просто поставя поредния рекорд – той променя представите за възможното. Ако решенията, приложени при Tian’e Longtan Bridge, бъдат използвани и в други проекти, 600-метровата граница може постепенно да престане да бъде изключение и да се превърне в нова отправна точка за мостовото строителство.
Инженерният напредък не е свързан само с нови материали или иновативни машини, а с това да превърнеш границите в отправна точка.
Източници: Xinhua News Agency; Advances in Bridge Engineering; Chinese Academy of Engineering; Guangxi University
