Машины для постройки мостов
В настоящее время количество легковых машин и других транспортных средств увеличивается с каждым годом, что приводит к возникновению проблем, связанных с пропускной способностью существующих дорог и магистралей. Особенно остро эти проблемы ощущаются в странах, к примеру, в Китае, где темпы развития промышленности и роста благосостояния населения превышают темпы роста транспортной инфраструктуры. Одной из важных составляющих этой инфраструктуры являются мосты, виадуки и развязки, которые раньше строились в основном с использованием ручного труда при помощи тяжелой строительной техники. Но сейчас такое положение дел вряд ли кого может устроить и для строительства мостов используют огромные специализированные машины, об одной из которых мы и расскажем.
Машина, о которой сейчас пойдет речь, имеет название SLJ900/32 Segmental Bridge Launching Machine, и она предназначена для возведения длинных мостов, состоящих из большого количества пролетов. На плечи этой машины переложена большая часть работы по перемещению, установке и закреплению готовых сегментов полотна моста на заранее установленные опоры. Следует отметить, что строительство моста при помощи такой машины еще требует ручного труда, но его количество и тяжесть несоизмеримо меньше по сравнению с технологиями, использовавшимися в прошлом веке.
Машина SLJ900/32, длина которой составляет порядка 91 метр, ширина — 7.4 метра, высота — 9 метров и вес — около 580 тонн, способна за все время «ее жизни» уложить 700-750 пролетов, хотя более чем 40 процентам экземпляров таких машин удавалось уложить и 1000 пролетов, вес каждого из которых составляет от 800 до 950 тонн.
Согласно информации от издания «Bridge Design & Engineering», такие машины за последние годы получили широкое распространение не только в Китае, но и по всему миру. Но первые из таких машин создавались уникальными, ориентированными на строительство того или иного конкретного сооружения.
«Первые машины были уникальными, они имели свою конструкцию, соответствующую длине пролета моста, радиусу изгиба, другим конструкционным особенностям возводимого сооружения и особенностям места строительства» — рассказывают Ябин Лью (Yabin Liu) и Фучун Юань (Fuchun Yuan).
«В самых сложных проектах требовалось несколько подобных машин различной конструкции, что приводило к значительному удорожанию процесса строительства. Но современные инженеры нашли технические решения, позволяющие сделать машины более-менее универсальными, а их конструкция может быть достаточно быстро «перекроена» для того, чтобы соответствовать особенностям того или иного проекта»
Какая техника нужна для строительства мостов?
Также ни один строительный процесс не обойдётся без подъемно-транспортной техники. Она подразделяется на несколько видов: грузоподъемные ТС (грузоподъемные краны), транспортирующие машины (грузовые и легковые авто, тракторы, рельсовые и плавучие средства, тягачи, домкраты и лебёдки для горизонтального перемещения грузов), машины для работы с различными грузами (погрузчики и разгрузчики, канатно-ковшовые устройства).
В бой вступает тяжёлая артиллерия
Чтобы применять строительные растворы, требуются машины для бетонных и железобетонных работ. Это дозировочная техника, арматурный станок, растворо- и бетоносмеситель, различные насосы, нагнетатели, а также укладочная техника.
На стройке потребуется техника для проведения арматурных работ, а также монтажа пролётов (трансформаторы, сварочные аппараты), оборудования гидроизоляции (битумовозы, машины для укладки рулонного слоя). Также непременно понадобится специализированная техника для проведения отделочных работ (штукатурные машины, краскопульты, компрессоры).
В зависимости от типа местности могут быть необходимы технические средства для водоотлива, грузоподъемные краны повышенной грузоподъемности, тралы, мостоукладчики и прочие узкоспециализированные машины.
Какая техника нужна для строительства мостов?
Для возведения переправы через реку, железную дорогу или овраг требуется специальная техника. В первую очередь необходимы машины для земляных работ (экскаваторы, землесосные снаряды, тракторы, бульдозеры, гидроэлеваторы). Этот транспорт позволяет разравнивать и очищать площадку от бытового и растительного мусора, подготавливать грунт к монтажу тяжеловесной конструкции.
Также ни один строительный процесс не обойдётся без подъемно-транспортной техники. Она подразделяется на несколько видов: грузоподъемные ТС (грузоподъемные краны), транспортирующие машины (грузовые и легковые авто, тракторы, рельсовые и плавучие средства, тягачи, домкраты и лебёдки для горизонтального перемещения грузов), машины для работы с различными грузами (погрузчики и разгрузчики, канатно-ковшовые устройства).
В бой вступает тяжёлая артиллерия
Чтобы применять строительные растворы, требуются машины для бетонных и железобетонных работ. Это дозировочная техника, арматурный станок, растворо- и бетоносмеситель, различные насосы, нагнетатели, а также укладочная техника.
На стройке потребуется техника для проведения арматурных работ, а также монтажа пролётов (трансформаторы, сварочные аппараты), оборудования гидроизоляции (битумовозы, машины для укладки рулонного слоя). Также непременно понадобится специализированная техника для проведения отделочных работ (штукатурные машины, краскопульты, компрессоры).
В зависимости от типа местности могут быть необходимы технические средства для водоотлива, грузоподъемные краны повышенной грузоподъемности, тралы, мостоукладчики и прочие узкоспециализированные машины.
Самый большой мостоукладчик в мире — 91 метр. Техника для постройки мостов.
Китай сегодня известен не только, как «мировая фабрика», но и как мировой строитель автомобильных и железнодорожных путей. Китай — страна довольно закрытая от взоров остального мира, но один из секретов коротких сроков строительства китайцами дорог удалось выяснить. Чудовищных размеров машина-гигант SLJ900/32 шустро возводит мосты в КНР, что позволяет уменьшить время строительства дорог и мостов.
Этого строительного монстра создали в Китае в рамках реализации программы строительства скоростной железной дороги из столицы Китая в район Внутренняя Монголия. Протяженность дорожного полотна будущей дороги составляет около 17 000 километров. Скорость движения поездов по новому пути будет достигать 350 км/ч.
Построили гигантскую машину в Китае для укладки мостовых секций. С названием особенно не мудрствовали, машине дали имя SLJ900/32. Габариты китайской машины-гиганта впечатляют. Мостоукладчик имеет длину чуть более 90 метров, высоту 9 и ширину 7,4 метра. Вес железного монстра 580 тонн, а укладывать бетонные секции он может весом до 900 тонн, что не может не впечатлить.
Хотя современный Китай и строит быстро, но иногда опасно для людей. Низкое качество строительства дорог таит в себе угрозу безопасности движения в будущем. Однако об этом, возможно, пока не известно зарубежным заказчикам. В самом Китае сегодня для уменьшения сроков строительства и появляются такие поразительные машины-гиганты чудовищных размеров для возведения дорожных полотен.
за последний абзац автора следовало бы взять ха шкирку и с размаху потыкать мордой в асфальт. сначала в наш, потом в китайский, а потом, когда его морда станет идеально плоской, попросить еще раз рассказать о качестве строительства дорог.
Рынки электроники в Китае славятся на весь мир. Здесь можно найти абсолютно любые запчасти как для современной техники, так и для моделей, которые не выпускают уже много лет. А масштабы торговых рядов в городах Гуанчжоу и Шэньчжэнь (который является Кремниевой Долиной Поднебесной) поражают масштабом.
Продавщица на китайском рынке
Кнопочные телефоны снова в моде
Магазин батарей, заверяют, что оригинал)
Магазин запчастей в Китае
Грандиозные планы Китая по освоению космоса
Амбициозные планы властей Китая направлены на многие сферы, среди которых не самое последнее место занимает изучение космического пространства. В ближайшие 30 лет будет запущено несколько крупных проектов, направленных на развитие космической отрасли.
О том, что китайское правительство настроено серьезно, говорит и тот факт, что только лишь на реализацию проектов по изучению возможности размещения больших структур на орбите и их особенностей в технической части, будет выделено более двух миллионов долларов. В идеале китайцы хотят добиться того, чтобы на орбите появились различные крупные объекты, делающие жизнь и работу исследователей космоса более удобной, оперативной и комфортной. Речь идет как о солнечной электростанции, так и заправках, комплексах для туристов и даже предприятиях по добыче горных пород.
Первой ласточкой космического китайского прорыва должна стать электростанция, питающаяся энергией Солнца. Если проект удастся реализовать, то к 2050 году Китай будет использовать в бытовых и промышленных целях солнечную энергию, передаваемую через станцию на орбите на земную станцию. Сейчас специалисты отдельного исследовательского центра изучают возможности передачи солнечной энергии и разрабатывают мегамощную установку, которая и станет основным устройством передачи.
Не менее важной задачей является и создание орбитального телескопа, который благодаря апертуре в десять метров сможет получать более точную информацию о космическом пространстве и различных объектах. По своим характеристикам китайский телескоп должен превзойти даже популярный космический телескоп Джеймса Уэбба, с помощью которого исследуют спутники планет и экзопланеты, удаленные от Земли на несколько сотен световых лет.
Как предполагают эксперты, для основы расширения космической станции на орбите будут использовать имеющиеся ресурсы, то есть станцию «Тяньгун», которую вполне возможно увеличить за счет новых модулей и телескопов. Впрочем, часть экспертов уверена, что амбициозность китайских властей толкнет их на более затратный и прогрессивный вариант – новую орбитальную платформу. Перед разработчиками проектов стоит вполне конкретная задача – минимизировать вес космических кораблей, сделать модули космических станций максимально эффективными при минимальных затратах.
По словам специалистов Национального фонда естественных наук Китая, сейчас настали времена, когда нужно четко понимать, что для успешной реализации проектов по изучению космоса нужны новое производство, универсальный подход, аппараты нового поколения, отвечающие современным требованиям. Все это позволит создавать оригинальную космическую инфраструктуру, делать исследовательскую сферу более надежной и удобной для специалистов. А развитие в техническом плане позволит уже решать вопрос не только о размещении исследовательских крупных объектов на орбите, но и о создании туристических комплексов, объектов производства и добычи полезных веществ, горных пород и т.д.
Как сегодня строят мосты: стеклопластик, машины-монстры и шок-трансмиттеры
За 3 тыс. лет с момента создания первого моста человечество неоднократно меняло подход к строительству жизненно важных переправ. Менялись материалы — от бетона к стеклопластику, расчеты — на сопротивление материалов и деформации сдвига, а также устройства для возведения — от простых башенных кранов до настоящий китайских «монстров» на рельсах. К 140-летию инженера и «отца» современного сопромата Степана Тимошенко «Хайтек» изучил новые технологии мостостроения и разобрался, почему новые технологии не спасают нас от катастроф, связанных с мостами.
Читайте «Хайтек» в
23 декабря исполнилось 140 лет со дня рождения Степана Тимошенко — российского, украинского и американского механика, изучавшего сплошные среды и сопротивление материалов. Но главный вклад Тимошенко как ученого и инженера — теория устойчивости упругих систем — базис, на который до сих пор опираются современные строители при возведении мостов, сложных конструкций и железнодорожных путей. В строительной механике и сегодня используются термины «балка Тимошенко» или «плита Тимошенко», а его расчеты висячих мостов, рельсов и зубчатых колес по-прежнему актуальны.
Теория балки была разработана Степаном Тимошенко в начале ХХ века. Модель учитывает эффекты деформации сдвига и вращательного изгиба, что делает ее пригодной для описания поведения толстых балок, многослойных композитных или подверженных высокочастотному возбуждению, когда длина волны приближается к толщине балки. Физически, принимая во внимание добавленные механизмы деформации, эффективно снижается жесткость балки, в то время как результатом является больший прогиб при статической нагрузке и более низкие прогнозируемые собственные частоты для заданного набора граничных условий. Последний эффект более заметен для высоких частот, поскольку длина волны становится короче, и, следовательно, расстояние между противодействующими сдвигающими силами уменьшается.
Человек всегда пытался преодолевать океаны, горы, пустыни. Это у нас в крови. Долгое время мосты представляли собой деревянные конструкции. Первый металлический мост был построен в Колбрукдейле, Великобритания, на реке Северн в 1779 году. В XIX веке появление железных дорог потребовало создания мостов, способных выдерживать значительные нагрузки, что стимулировало развитие мостостроения. Постепенно в качестве основных материалов в мостостроении утверждаются сталь и железо. В XX веке мосты стали строить также из железобетона.
Мостостроение по праву можно считать одной из самых консервативных отраслей строительства. Несмотря на то, что новшества в инженерии постоянно предлагаются как теоретиками, так и практиками, согласование и внедрение новых решений требует длительного времени. Тем не менее, сегодня все чаще применяются новые технологии строительства мостов, реализующие порой самые невероятные решения.
Меня поразили металлические конструкции дорог. Внешний вид их был безобразен. Конструкции поражали своей технической безграмотностью и были, по моему мнению, опасны для движения. При прохождении поездов и особенно при их торможении на станциях раскачивания этих конструкций достигали совершенно недопустимых пределов. О безграмотности американских инженеров я уже раньше составил себе некоторое представление, изучая провалившийся мост в Квебеке. Но все же не предполагал, что наземная железная дорога Нью-Йорка построена настолько безграмотно.
Степан Тимошенко
Бетон уходит в прошлое
Еще пару десятков лет назад основным строительным материалом при возведении мостов выступал прочный и долговечный бетон. Но при своих достоинствах он имел один существенный недостаток — тяжеловесность. Это нередко становилось камнем преткновения в ситуациях, когда требовалось с целью повышения судоходности моста увеличить пролеты между опорами.
Сегодня достойную альтернативу ему составили современные материалы в комплексе с новейшими технологиями возведения мостов.
Сверхлегкий бетон
Вопрос создания прочных конструкций с широкими пролетами сегодня решается посредством применения новой технологии в строительстве мостов на основе легкого высококачественного бетона. Главное достоинство материала в том, что он позволяет снизить вес покрытия на 30% без ущерба прочности конструкции. Такой эффект достигается за счет использования пористых заполнителей.
Не менее востребован сегодня и наноструктурированный бетон. Наличие в консистенции цементного камня этих структур создает условия для микродисперсного самоармирования, повышая тем самым прочностные характеристики стройматериала.
Современные материалы дают возможность ускорить процесс возведения мостов. Части конструкций создаются и собираются в условиях производства. А непосредственно на строительных участках осуществляют сваривание элементов металлоконструкции с последующим «обволакиванием» их бетонными массами. В процессе застывания они превращаются в фундаменты, опоры и пролеты, имеющие различные геометрические формы.
Нанокомпозитные материалы
Отдельное направление в мостостроении — создание конструкций из нанокомпозитов. Высокотехнологичные композитные элементы на основе нанокультур имеют превосходные эксплуатационные параметры.
На основе нанокомпозитов сегодня создается арматура, которая задействуется в виде усиливающих лент и бандажей, стальные элементы и сварные конструкции. Добавление в состав наночастиц молибдена и ванадия препятствует водородному охрупчиванию стали, снижая тем самым риск разрушения элементов.
Для увеличения вязкости сварных соединений используются присадки, включающие наночастицы кальция и магния. Они способны уменьшать размер зерен стали в точках формирования швов.
Стекло и стеклопластик
Внедрение новых технологий строительства мостов из стеклопластика и стекла стало революцией. Улучшение эксплуатационных параметров этих материалов не обошлось без применения все тех же нанотехнологий.
Все чаще можно наблюдать ситуации, когда стеклопластиком при строительстве мостов заменяют часть металлических изделий. В 2014 году в Новосибирске был построен первый в России стеклопластиковый автомобильный мост.
Плюсов у стеклопластиковых мостов очень много — не обязательно транспортировать крупногабаритные пролетные строения, часть конструкций собирается непосредственно на месте стройки. Второе — материал не подвергается коррозии и, соответственно, меньше затрат при эксплуатации в дальнейшем. Стеклопластик характеризуется высокой надежностью работы в склонных к коррозии средах — 50 лет без разрушений. Это является мощным поводом предполагать, что срок службы стеклопластиковых настилов будет достигать 75–100 лет. В-третьих, вес стеклопластикового настила составляет всего 10–20% от веса аналогичного железобетонного покрытия. Использование стеклопластикового настила взамен бетонного в значительной степени снижает нагрузку на мост. В новой конструкции более низкий собственный вес обеспечивает снижение веса всей конструкции, ведь размер структурных элементов и основания тоже уменьшается.
Самый длинный мост в России
Уникальным сооружением для России стал Крымский мост, общая длина которого составляет 19 км. Он является самым длинным мостом в России на данный момент. Строительство велось одновременно сразу с восьми точек. Длина морских участков от косы Тузлы до острова Тузла (там 6,5 км суши) и от острова до Керчи составит 13 км. Для строительства моста использовались 595 опор и более 5,5 тыс. свай разных размеров и типов — трубчатых, призматических и буронабивных. При этом трубчатые сваи забивались как вертикально, так и под углом на участках с наиболее сложной геологией и высокой сейсмикой. В акватории такие сваи погружены на глубину, превышающую 90 м, равную высоте 30-этажного здания.
На строительство Крымского моста, признанного одним из самых сложных инженерных сооружений в отечественной инженерной практике, ушло более 270 тыс. т металла и около 0,5 млн куб. м бетона. В целом объем поставок материалов и конструкций для реализации проекта превысил 12,5 млн т.
При установке арки автомобильного пролета были задействованы 600-тонные домкраты. Все конструкционные материалы обладают повышенными характеристиками прочности и противокоррозионной защиты. Специальное исполнение опорных частей обладает также с защитой от пыли, морской воды, воздействий обледенения и сильного ветра. Шок-трансмиттеры — еще одна уникальная технология, примененная при строительстве объекта. Так как мост находится в неустойчивой сейсмозоне, то на его автодорожной части установлены 760 устройств, которые дополнительно защищают мостовые конструкции в случае землетрясения. Конструкторы заверяют, что с ними Крымский мост выдержит даже девятибалльное землетрясение.
Шок-трансмиттеры устанавливают между опорами и пролетами моста. Благодаря гидравлике они обеспечивают жесткое соединение конструкций в случае кратковременных воздействий, вызванных сейсмической или другой динамической нагрузкой (их можно сравнить с ремнями безопасности в автомобиле). Шок-трансмиттеры позволяют пролетам моста беспрепятственно смещаться при незаметных перемещениях, вызванных температурными условиями, а при землетрясении они срабатывают и распределяют сейсмическую нагрузку равномерно по опорам.
Машина-монстр для возведения мостов
Китайские инженеры создали мостоукладчик, предназначенный для возведения протяженных мостов, в конструкции которых предусмотрено множество пролетов. С его помощью в кратчайшие сроки можно создавать пути на сложных участках местности, образуя при этом минимальное количество стыков на дорожном полотне.
Чудо-техника носит название SLJ900/32 Segmental Bridge Launching Machine. Цифра 900 (тонн) указывает на максимально допустимый вес одного сегмента, который может уложить агрегат.
Задача строителей сводится к тому, чтобы возвести опоры. Всю остальную работу, включая установку и фиксацию готовых участков полотна моста, агрегат выполнит сам.
Софт для мостов
Современное мостостроение невозможно представить без использования программ, помогающих инженерам-проектировщикам грамотно рассчитать возможную предельную нагрузку моста, коррозию и резонанс. Прежде чем проектировать мост, учитывают множество разных факторов и проводят обязательные работы — исследуют уже существующие мосты, определяют предельную грузоподъемность каждой детали мостовой конструкции, а также каждого пролета, осуществляют инженерно-геологические, инженерно-экологические и прочие исследования, составляют рекомендации для дальнейшей эксплуатации моста. С учетом системы будущего моста вычисляют его динамические характеристики — учитывают грузоподъемность, а также влияние отдельных дефектов на его пропускную способность.
Цена ошибки
Человечество стало строить мосты более 3 тыс. лет назад, что позволяет им претендовать на почетное звание самого древнего инженерного сооружения. Более того, многие мосты, построенные тысячи лет назад, — особенно римлянами, которые достигли удивительных высот в области мостостроения, — до сих пор стоят и даже выполняют свои функции.
Но, как и любое инженерное сооружение, мост может разрушиться, что нередко случалось за последние 3 тыс. лет. И хорошо еще, если прямо в процессе строительства. Хуже, если это происходит при эксплуатации.
Почему же разрушаются мосты? Часто причин может быть несколько одновременно, и они, дополняя друг друга, приводят к катастрофе. Например, инженер неправильно провел расчеты, строители сэкономили на материалах или нарушили технологии строительства, затем мост неправильно эксплуатировался и, в конце концов, при прохождении слишком тяжело нагруженного поезда или большого числа машин обрушился. Тем не менее, в большинстве случаев одна из причин выступает в качестве основной.
Ошибки конструкции и эксплуатации и чрезмерный износ
14 августа 2018 года обрушился автомобильный мост в Генуе, жертвами катастрофы по последним данным стали 42 человека.
Правительство Италии обвинило в катастрофе обслуживающую мост компанию Autostrade. Но расследование NYT выявило, что при строительстве моста были допущены ошибки на этапе проектировки. Стальные кабели внутри моста были забетонированы, что мешало контролировать коррозию металла и предпринимать соответствующие меры по ее устранению. А бетонная оболочка оказалась очень уязвимой для соленого воздуха Средиземного моря и ядовитых испарений с близлежащих заводов. Трещины в бетонной оболочке пропускают воду, и стмаль начала коррозировать почти сразу, как только мост был открыт для движения в 1967 году. Инженер моста Рикардо Моранди отметил пугающие изменения еще в начале 80-х, но был проведен лишь небольшой косметический ремонт сооружения. В 2017 году приглашенный Autostrade профессор Джентиле по вибрациям выявил опасные разрушения двух опорных башен и предположил, что стальные кабели находятся на предельной нагрузке. Но никаких действий управляющая компания не предприняла. В результате 43 человека погибли, десятки автомобилей упали примерно в 150 футах на русло реки, железнодорожные пути и улицы вниз.
Резонанс
Одна из самых известных причин разрушения мостов — это резонанс, то есть явление резкого нарастания амплитуды колебаний системы (в нашем случае — конструкции моста) при периодическом внешнем воздействии. В школе это явление даже объясняют на уроках физики, приводя в пример историю о том, как отряд солдат, шагая в ногу, может вызвать обрушение моста. По сути, тут можно выделить даже две причины: ошибки в конструкции и неправильная эксплуатация; порой может подключаться и плохая погода.
20 мая 2010 года русловые пролеты балочного моста через Волгу в Волгограде начали испытывать колебания с амплитудой до 40 см, которые затрудняли и даже делали невозможным движение. Волнообразные колебания происходили только в судоходных пролетах моста длиной 155 м, имеющих малую относительную жесткость, в более коротких же пролетах таких явлений не наблюдалось. Вследствие этого движение было закрыто, к исследованию явления подключились специалисты по проектированию и строительству мостовых сооружений. По предварительным данным, имеющийся мировой опыт мостостроения свидетельствовал о том, что балочные мосты обычно не испытывали таких колебаний.
Превышение допустимой нагрузки
Часть моста через реку Скагит в штате Вашингтон обрушилась в 2013 году после того, как по ней проехал перегруженный грузовик из Ванкувера. Из-за аварии в реку упали два автомобиля, но в итоге никто серьезно не пострадал.
В 2007 году мост автомагистрали I-35W через реку Миссисипи рухнул в час пик. Это был один из самых используемых мостов Миннесоты, который каждый день пересекало около 140 тыс. машин. В результате катастрофы погибло 13 человек, 145 получили ранения.
Мосты являются неотъемлемой частью внешнего облика красивейших городов мира, соединяют берега рек и даже проливов, помогая людям быстрее добраться до родных и близких. В задачу инженеров, проектировщиков и строителей входит не только создание безопасных и запоминающихся переправ, но и применение современных технологий, чтобы с их помощью сделать мосты устойчивыми к природным катаклизмам, дешевыми с точки зрения возведения и эксплуатации, а также чтобы обезопасить себя от ошибок, которые могут привести к человеческим жертвам и огромному материальному ущербу.