Обвалення мосту Tacoma Narrows 7 листопада 1940 року було драматичною та трагічною подією, але воно також ознаменувало переломний момент у будівельній інженерії. Міст, який отримав прізвисько «Галопуюча Герті» за його тривожний танець на вітрі, раптово зруйнувався, виявивши критичні недоліки в дизайні та розумінні аеродинаміки, докорінно змінивши підхід інженерів до будівництва мосту.
Зліт і падіння “Біжить Гертруда”
Міст Tacoma Narrows Bridge, що з’єднує Такому, штат Вашингтон, і півострів Кітсап, був широко відкритий за кілька місяців до свого катастрофічного кінця. На той час це був третій за довжиною підвісний міст у світі, що є свідченням інноваційного дизайну Леона Мойсеффа, відомого інженера-будівельника, який також брав участь у проектуванні культового мосту Золоті Ворота.
Однак незвичайні коливання були помічені майже з самого початку. Робітники дали місту прізвисько «Гертруда, що біжить», а інженеру Ф. Берту Фаркухарсону та його команді з Вашингтонського університету було доручено дослідити проблему, визнавши: «Того вечора міст почав стрибати». Мойсефф визнав, що інші спроектовані ним мости демонстрували подібну поведінку, хоча і з меншою інтенсивністю.
Спроби стабілізувати міст
Коли коливання Гертруди посилилися, інженери кинулися шукати рішення. Чотири гідравлічні домкрати спочатку були встановлені як амортизатори, але вони виявилися неефективними. Потім, намагаючись зменшити трафік, до мосту прикріпили тимчасові троси. Однак 1 листопада під час сильного вітру один із тросів обірвався, і гонки відновилися.
Команда Фаркухарсона провела масштабне моделювання, створивши масштабну модель довжиною 16,5 метрів і секцію довжиною 2,4 метра, щоб визначити першопричину. Їх тести показали, що вітер, що дме збоку, спричинив перекручування мосту. Запропонували вихід: або просвердлити отвори в балках, або встановити дефлектори, щоб перекривати вітер. Впровадження цих змін могло б забезпечити достатню стабільність всього за 10 днів, а повна модернізація тривала б 45 днів.
Свідок катастрофи
На жаль, цей ремонт так і не був завершений. Вранці 7 листопада Леонард Коутсворт, коректор Tacoma News Tribune, віз свою доньку до сімейного будиночка на півострові з трилапим кокер-спанієлем на прізвисько Таббі, коли міст почав різко хитатися. Він зателефонував до газети, що спонукало репортера Берта Брінтона та фотографа Говарда Кліффорда особисто стати свідками катастрофи. Котсворт сказав, що втратив контроль над автомобілем, коли міст нахилився, а Кліффорд описав, як дорога підстрибувала так сильно, що йому доводилося бігти та іноді ставати на коліна, щоб не опинитися в повітрі. Кліффорд був останньою людиною, яка безпечно покинула міст перед тим, як він завалився.
Вирішальний, катастрофічний момент настав об 11:02, коли обірвався 17,5-метровий трос і центральний проліт обвалився у воду. Кліффорд і Брінтон змогли зняти обвал мосту на камеру. На жаль, Таббі не вижив і став єдиною жертвою обвалу.
Від трагедії до розуміння: наука про коливання крутильних хвиль
Обвалення серйозно підірвало репутацію Мойсефа, і він помер лише через три роки. Однак катастрофа надала безпрецедентні можливості для інженерного аналізу, що призвело до проривних відкриттів.
Команда експертів зрештою встановила, що причиною обвалу стала торсійна хвиля вібрації. Ключовим фактором стало прослизання троса середнього прольоту, який розколовся на дві нерівні ділянки. Цей дисбаланс дозволяв мосту скручуватися, і скручування змінювало кут вітру відносно основних балок мосту. Міст почав поглинати більше енергії, збільшуючи рух. Коли закручування синхронізувались із завихреннями вітру, рух став самопідтримуваним.
“Іншими словами, сили, що діють на міст, більше не були спричинені вітром. Власний рух мостового покриття створив сили. Інженери називають це “самозбудженням” руху”, згідно з описом Департаменту транспорту штату Вашингтон (WSDOT).
Зрештою, міст був надто довгим, його настил надто легким, а проїжджа частина надто вузькою, щоб ефективно протистояти аеродинамічним силам. Обвалення мосту Tacoma Narrows стало суворим, але життєво важливим уроком, який докорінно змінив підхід до проектування мостів і започаткував нову еру в проектуванні вітрового навантаження та аеродинамічних міркувань при будівництві великих споруд.
