Te mosty "tańczyły" w powietrzu jak szalone. Jeden runął na ziemię 4 miesiące po ukończeniu budowy

Mosty to fascynujące konstrukcje. Jedni nie mogą wyjść z podziwu, podziwiając kunszt inżynierów, inni są przerażeni do tego stopnia, że za żadne skarby nie byliby w stanie przez nie przejść. W historii wiele takich konstrukcji niespodziewanie runęło, niektóre przeprawy skończyły w iście kinowy sposób. Inne - ze względu na wady konstrukcyjne - musiały przejść przebudowę tuż po otwarciu. Tak było np. w przypadku jednej z konstrukcji wzniesionych w Londynie z okazji drugiego tysiąclecia. Dlaczego mosty się trzęsą i czy same wibracje przepraw są rzeczywiście powodem do obaw? Czy jest możliwe, aby od "typowych" wibracji konstrukcja uległa zniszczeniu lub runęła na ziemię?

Mosty to fascynujące konstrukcje. Jedni nie mogą wyjść z podziwu, podziwiając kunszt inżynierów, inni są przerażeni do tego stopnia, że za żadne skarby nie byliby w stanie przez nie przejść. W historii wiele takich konstrukcji niespodziewanie runęło, niektóre przeprawy skończyły w iście kinowy sposób. Inne - ze względu na wady konstrukcyjne - musiały przejść przebudowę tuż po otwarciu. Tak było np. w przypadku jednej z konstrukcji wzniesionych w Londynie z okazji drugiego tysiąclecia. Dlaczego mosty się trzęsą i czy same wibracje przepraw są rzeczywiście powodem do obaw? Czy jest możliwe, aby od "typowych" wibracji konstrukcja uległa zniszczeniu lub runęła na ziemię?

Most Millennium Bridge został zamknięty dwa dni po oficjalnym otwarciu - tłumy przechodzące przez przeprawę wprawiały konstrukcję w silne drgania, które uniemożliwiły jego dalszą eksploatację. Z kolei wiotki most Tacoma Bridge po spektakularnym "tańcu" w powietrzu runął do rzeki cztery miesiące po oddaniu do użytku. Natomiast słynna już konstrukcja z rosyjskiego Wołgogradu została "uratowana" m.in. przez polskiego inżyniera. Zobaczcie, jak to możliwe, że dochodzi do tak silnych drgań mostów.

Budowa długiego na 370 metrów i szerokiego na 4 metry London Millennium Footbridge rozpoczęła się w 1998 roku. Charakterystyczna i bardzo nietypowa konstrukcja podwieszanej przeprawy wymuszona była przez surowe restrykcje związane z ochroną widoczności w niektórych częściach miasta. Między innymi dlatego na środku przeprawy nie powstał dodatkowy wspornik, który podtrzymywałby najdłuższy odcinek Millennium Bridge. Sam obiekt doskonale wpisuje się w otoczenie, tworząc kolejny charakterystyczny i nienachalny symbol centralnej części miasta. Londyńczycy licznie pojawili się na ceremonii otwarcia 10 czerwca 2000 roku. Jednak tuż po otwarciu most zyskał żartobliwy przydomek "Woobbly Bridge" czyli "chwiejny/chybotliwy most". W trakcie pierwszego spaceru jednak nikomu nie było do śmiechu.

Tłumy, ku zdziwieniu nie tylko samych odwiedzających, ale także konstruktorów - były zbyt dużym wyzwaniem dla stalowej przeprawy. Biegnące poniżej napięte liny są w stanie oprzeć się sile 2 tysięcy ton oraz są zdolne przenieść ciężar 5 tysięcy spacerowiczów jednocześnie. Co ciekawe, konstrukcji udało się uporać z ciężarem odwiedzających. W każdym momencie na moście znajdowały się bowiem dwa tysiące osób z deklarowanych w projekcie pięciu tysięcy. Dlaczego zatem przeprawa wpadła w rezonans i zaczęła gwałtownie się poruszać?

Zjawisko było spowodowane tzw. drganiami poprzecznymi. Problem był o tyle niebezpieczny, że dwa dni po otwarciu Millennium Bridge trzeba było go zamknąć i dokonać koniecznych napraw. Ekspertyzy wykazały, że zarówno projekt, jak i wykonanie są poprawne i nie można mieć do nich technicznych zastrzeżeń. Problem leżał zupełnie gdzieś indziej.

Badania mostu jasno wskazały źródło problemu - piesi nieświadomie "synchronizowali" swoje kroki, a kładka wibrowała z taką samą częstotliwością jak ich rytm. Przerażeni ludzie przyśpieszali, zwiększając rezonans. To pogłębiało boczne drgania mostu, czego efektem był istny "taniec" w powietrzu. Zjawisko zaobserwowane w środowisku naturalnym do tej pory ani razu nie zostało odnotowane w architekturze. Incydent "Wobbly Bridge" wymusił na inżynierach nowe podejście do swoich projektów. W przypadku Millennium Bridge zjawisko zniwelowano dzięki modernizacji 37 klap odpowiedzialnych za rozpraszanie energii. Przebudowa pochłonęła jednak aż 5 milionów funtów i trwała dwa lata. Drugie otwarcie milenijnego mostu w stolicy Królestwa Brytyjskiego odbyło się 22 lutego 2002 roku i to już bez niespodzianek.

Most ten został zniszczony w 2009 roku. Na szczęście tylko w filmie Harry Potter i Książę Półkrwi - w jednej z pierwszych scen produkcji w spektakularny sposób Millennium Bridge ląduje na dnie Tamizy.

Ciekawostka: - Niektóre stalowe elementy mostu zostały wykonane w polskiej firmie Mostostal Zabrze.

Inny, o wiele tragiczniejszy los spotkał most Tacoma Narrows Bridge. Dosyć sporych gabarytów most jednak nie miał szansy zapisać się na dłużej na kartach historii. Dlaczego?

Wisząca przeprawa, długa na 800 metrów i szeroka na 12 metrów, nie służyła mieszkańcom okolicznych miejscowości długo. Wiotka i -jak się później okazało - źle przemyślana konstrukcja była swoistym żaglem dla wiatru, który wypychał jezdnię z przęseł. Przez ten błąd po czterech miesiącach od otwarcia Tacoma Bridge spektakularnie runął na ziemię. To była konstrukcyjna porażka.

Jak wyjaśnia mgr inż. Łukasz Dutka na łamach serwisu KNKM Politechniki Krakowskiej, doszło do zjawiska nazwanego flatterem giętno-skrętnym, czyli nakładania się drgań, co doprowadziło do odchyleń w górę i w dół oraz dodatkowo do ruchów skrętnych. Także w tym przypadku doszło do rezonansu.

Po spektakularnym "tańcu" w powietrzu most z hukiem runął na ziemię. Badania przyczyn tej katastrofy wskazały na karygodne błędy w obliczeniach zjawisk aerodynamicznych. Profesor Jan Biliszczuk - inżynier budownictwa, m.in. główny projektant najwyższego i najdłuższego w Polsce mostu podwieszanego (Most Rędziński we Wrocławiu) - dodatkowo zaznacza, że skorzystano z nieodpowiedniej konstrukcji przęsła (inżynierowie zastosowali blachownicę zamiast elementu kratownicowego).

Trzecim mostem, który znany jest ze swoich nieskoordynowanych "tańców", jest rosyjska przeprawa w Wołgogradzie. Zrobiło się o niej głośno, kiedy długą na 2,5 km konstrukcję sfilmowała telewizja RIA Novosti. Film z głównym udziałem „tancerza” znad Wołgi zrobił w sieci furorę. Wiele osób było przekonanych, że to, co widać na materiałach wideo to ewidentny fotomontaż. I trudno nie oprzeć się takiemu wrażeniu, jednak słynny wołgogradzki most rzeczywiście – według relacji świadków – wpadał w tak silny rezonans, że wyrzucał w powietrze znajdujące się na nim samochody.

Według wicegubernatora obwodu wołgogradzkiego, Igora Pikałowa, falowanie mostu mogły wywoływać wstrząsy sejsmiczne lub huraganowe wiatry. Różnice między odchyleniami poziomu jezdni sięgały metra. Konstrukcja została zamknięta do czasu rozwiązania „zagadki”. I tu – podobnie jak w przypadku Millennium Bridge w Londynie – mamy do czynienia z polskim akcentem. Most został „ujarzmiony” przez dwóch naukowców – dr. Feliksa Webera ze szwajcarskiego instytutu Empa oraz dr. inż. Marcina Maślankę z Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie. Opracowali oni „adaptacyjny dynamiczny tłumik drgań”. Po wielu miesiącach badań i ekspertyz, które nie były w stanie znaleźć odpowiedniego rozwiązania, to właśnie profesorowie zaradzili swawolnym „tańcom” rosyjskiej konstrukcji. Na obiekcie zamontowano 12 adaptacyjnych, dynamicznych tłumików drgań.

Inżynierowie nigdy nie mogą być na 100 proc. pewni swoich projektów i tak też uważa prof. Biliszczuk. Niektórzy solidarnie za nim twierdzą, że ich konstrukcje są w 99 proc. bezpieczne. Pozostały 1 proc. to zjawiska, z którymi do tej pory jeszcze nie mieliśmy do czynienia, a które mogą ujawnić się w każdym momencie. Doskonałym tego przykładem jest właśnie odkrycie mechanizmu synchronizacji kroków na Millennium Bridge. W przypadku Tacoma Narrow i mostu w Wołgogradzie mamy natomiast do czynienia z wadami konstrukcyjnymi. Po każdym, nawet najmniejszym incydencie prowadzone są szeroko zakrojone badania, mające na celu ustalenie przyczyn występowania niepożądanych efektów. Lata doświadczeń i nauki na własnych błędach – przyznajmy to – świadczą jednak same za siebie. O ile możemy wciąż spotkać się z drgającymi przeprawami, o tyle żadna z nich nie runie na ziemię. Przynajmniej… Na 99 procent.

_ Sebastian Kupski _