Обрушение моста Такома Нарроуз 7 ноября 1940 года стало драматическим и трагическим событием, но также ознаменовало собой переломный момент в структурной инженерии. Мост, получивший прозвище «Бегущая Гертруда» (Galloping Gertie) за его тревожный танец на ветру, внезапно рухнул, обнажив критические недостатки в проектировании и понимании аэродинамики, принципиально изменив подход инженеров к строительству мостов.
Подъем и падение «Бегущей Гертруды»
Мост Такома Нарроуз, соединявший Такому, штат Вашингтон, и полуостров Китсап, был открыт с большим размахом, всего несколько месяцев до его катастрофического конца. На тот момент он был третьим по длине в мире мостом с подвесной конструкцией, свидетельством инновационного дизайна Леона Мойссеиффа, известного инженера-строителя, который также принимал участие в проектировании культового моста «Золотые ворота».
Однако необычные колебания были замечены практически с самого начала. Рабочие дали мосту прозвище «Бегущая Гертруда», и инженер Ф. Берт Фаркуарсон и его команда из Вашингтонского университета были задачей расследовать проблему, признавая: «В тот вечер мост начал скакать». Мойссеифф признал, что другие мосты, которые он проектировал, проявляли аналогичное поведение, хотя и с меньшей интенсивностью.
Попытки стабилизировать мост
По мере усиления колебаний «Гертруды» инженеры бросились на поиски решения. Сначала были установлены четыре гидравлических домкрата для работы как амортизаторы, но они оказались неэффективными. Затем, в попытке уменьшить движение, к мосту были прикреплены временные тросы. Однако 1 ноября во время сильного ветра один из тросов оборвался, и скачки возобновились.
Команда Фаркуарсона провела обширное моделирование, создав масштабную модель длиной 16,5 метров и секцию длиной 2,4 метра для выявления первопричины. Их испытания показали, что ветер, дующий сбоку, заставлял мост скручиваться. Они предложили решение: либо сверлить отверстия в балках, либо устанавливать дефлекторы для блокировки ветра. Реализация этих изменений могла бы обеспечить достаточную стабильность всего за 10 дней, а полная модернизация заняла бы 45 дней.
Свидетель катастрофы
К сожалению, эти ремонтные работы так и не были выполнены. 7 ноября утром, Леонард Коатсуорт, корректор Tacoma News Tribune, ехал со своей дочерью на полуостров к семейному домику вместе с трехногим кокером-спаниелем по кличке Тубби, когда мост начал сильно раскачиваться. Он позвонил в газету, побудив репортера Берта Бринтонна и фотографа Говарда Клиффорда лично увидеть катастрофу. Коатсуорт рассказал, что потерял контроль над машиной, когда мост наклонился, а Клиффорд описал, что дорога подпрыгивала настолько сильно, что ему приходилось бегать и иногда опускаться на колени, чтобы не оказаться в воздухе. Клиффорд был последним, кто безопасно покинул мост до его обрушения.
Решающий, катастрофический момент наступил в 11:02, когда сломался 17,5-метровый трос, и центральный пролет рухнул в воду. Клиффорд и Бринтонн смогли запечатлеть обрушение моста на камеру. Трагически, Тубби не выжил, и он был единственной жертвой обрушения.
От трагедии к пониманию: наука о крутильном волновом колебании
Обрушение серьезно повредило репутации Мойссеиффа, и он скончался всего через три года. Однако катастрофа предоставила беспрецедентные возможности для инженерного анализа, что привело к прорывным открытиям.
Команда экспертов в конечном итоге установила причиной обрушения крутильное волновое колебание. Ключевым фактором было проскальзывание среднего пролетного троса, который разделился на два неравных участка. Этот дисбаланс позволял мосту скручиваться, а скручивание меняло угол ветра относительно основных балок моста. Мост начал поглощать больше энергии, усиливая движение. Когда скручивание синхронизировалось с вихрями ветра, движение стало самоподдерживающимся.
«Другими словами, силы, действующие на мост, больше не вызывались ветром. Собственное движение деки моста производило силы. Инженеры называют это «самовозбужденным» движением», — говорится в описании Департамента транспорта штата Вашингтон (WSDOT).
В конечном счете, мост был слишком длинным, его палуба слишком легкой, а проезжая часть слишком узкой, чтобы эффективно сопротивляться аэродинамическим силам. Обрушение моста Такома Нарроуз послужило суровым, но жизненно важным уроком, принципиально изменившим подход к проектированию мостов и положившим начало новой эпохе в области проектирования с учетом ветровых нагрузок и аэродинамических соображений при строительстве крупногабаритных сооружений.
