Тросы можно натянуть сильнее с помощью разъема, который представляет собой трубку с застежками с обеих сторон. В каждом тросе есть как минимум один промежуток, куда можно установить такой разъем. Застежки съедают немного троса с обеих сторон промежутка. Можно установить разъем так, чтобы он стягивал концы ближе (чтобы сильнее натянуть трос) или дальше друг от друга (чтобы его расслабить), и таким образом ими можно регулировать величину силы, воздействующей на трос. Если рассмотреть тросы, которые веером расходятся от мачты на моем пешеходном мосту, то можно увидеть на них места соединения, которые немного толще самих тросов: это как раз те места, где временно были установлены разъемы. Принцип такой же, как если бы мы заменили резинки в нашем домашнем эксперименте на более короткие, а потом натянули бы их до той же длины, что и первые. Так они растянутся сильнее, и сила растяжения в них будет больше.
Секрет постройки вантового моста содержится в балансе. Если взять тонкую картонку и сделать из нее полотно, подвесив на резинках, то она попросту полетит вверх. Если вместо картонки положить книгу, то резинки придут в растяжение, не деформируя книгу. Как только мы отрегулируем вес и прочность полотна и откалибруем растяжение тросов, можно измерить силу, приложенную к тросам. Когда я выполняла чертежи моста, то делала пометки, где указывала, насколько нужно натянуть каждый трос, чтобы он не ослаб.
Работа инженера очень напоминает вращение тарелочек. Нужно одновременно предусмотреть множество проблем и проконтролировать их решение. Возьмем, к примеру, температуру: как и на многие постройки, на мой мост она тоже влияет. В течение года при разных температурах (в зависимости от времени года) он нагревается и охлаждается. У стали есть «коэффициент теплового расширения», равный 12×10-6. Это означает, что с каждым градусом изменения температуры каждый миллиметр стали расширяется или сжимается на 0,000012 мм. Кажется, что это очень мало, но длина моего моста – около 40 м, а колебания температуры предусмотрены в диапазоне 40 градусов. Здравый смысл подсказывает, что лето в Великобритании жарче зимы не на 40 градусов, и это верно, но сама сталь нагревается гораздо больше воздуха, когда поглощает тепло от солнца. Так что это диапазон температур для стали, а не для воздуха, и мы предусмотрели самые экстремальные (но разумные) их колебания.
При таких показателях расширение достигает около 20 мм. Если бы я закрепила концы моста так, чтобы им было некуда расширяться и сжиматься, то на полотно при нагревании действовала бы большая сила сжатия, а при охлаждении – сила растяжения. Проблема в том, что за всю жизнь моста сжатие и растяжение происходит тысячи раз, и постоянное чередование сил повредило бы не только полотно, но и опоры с обоих концов.
Чтобы этого не произошло, с одной стороны я оставила мосту пространство для движения. (У мостов гораздо большего размера и мостов с большим количеством опор такие «суставы» располагаются в нескольких местах. Иногда их можно почувствовать, если ехать по мосту на машине.) Так как движение на мосту относительно небольшое, для его амортизации я использовала резиновые опоры. Стальные балки, образующие полотно, установлены на этих опорах размером примерно 400 мм в ширину, 300 мм в длину и 60 мм в толщину. Когда сталь сжимается или расширяется, опоры меняют форму и дают мосту двигаться.
Инерционный демпфер, похожий на демпферы пешеходного моста Нортумбрийского университета
Кроме того, мне нужно было учесть вибрацию и резонанс. Я уже объясняла, как землетрясение может заставить здание резонировать, на примере того, как оперная певица может разбить винный бокал, если возьмет нужную ноту. При проектировании моста меня интересовал вопрос, может ли резонанс моста заставить пешеходов почувствовать себя неуютно. Тяжелые мосты, например бетонные, как правило, не страдают от этой проблемы, потому что при таком весе не так-то просто заставить их вибрировать. Но стальное полотно легкое, и его естественная частота близка к частоте движущихся пешеходов, а значит, есть опасность, что мост войдет в резонанс. Поэтому к нижней части полотна с помощью сильных пружин мы присоединили настроенные на нужную частоту массивные амортизаторы. Принцип их работы схож с гигантским маятником в башне «Тайбэй» – они поглощают колебания и не дают полотну сильно вибрировать. Эти амортизаторы не видно, если только не присмотреться к полотну повнимательнее, стоя на дороге под мостом (пока делаешь растяжку во время Большого северного забега, например). Так вы заметите три объекта в стальных ящиках, которые прячутся между ярко-синими балками.
Как только я убедилась, что в последней конфигурации мост сохраняет стабильность, я приступила к разработке метода его постройки. Так как он слишком большой для транспортировки в Ньюкасл в готовом виде, я отправилась на сталелитейный завод в Дарлингтоне. На фоне водопада искр, летящих от сварки, мы обсудили несколько возможных вариантов. Нам нужно было доставить детали моста на стройплощадку на грузовиках, поэтому мы хотели разделить его на несколько секций и продумать, как эти секции установить и безопасно подпереть, пока не натянут тросы. Таким же образом нужно продумывать, как подпереть скульптуру, пока она не полностью собрана.
Кроме того, нужно было принять во внимание, как минимизировать неудобства для населения. Так как мост проходит над автомобильной дорогой, мы решили, что лучшим решением будет разделить его на четыре части и привезти их на стройплощадку, затем соединить, а потом с помощью подъемного крана установить на место. Для этого мы взяли гигантский, буквально монстроподобный, подъемный кран.
Благодаря нескольким месяцам планирования установка моста прошла без сучка без задоринки. Сначала сам кран прибыл на место по частям, а было это в начале праздничных выходных, и, пока его собирали, дороги перекрыли. Тем временем из Дарлингтона на ближайшую парковку доставили четыре стальные секции моста, и там их собрали, как детали пазла, и получилось полотно.
Мы планировали установить стальное полотно на место, а потом присоединить тросы. Я спроектировала полотно таким образом, что для сопротивления собственному весу и весу пешеходов нужны все три комплекта тросов. Это значит, что, пока тросы не натянули, во время стройки полотну нужна дополнительная опора, поэтому я также рассчитала, что полотно выстоит, если поставить дополнительную опору посередине (нагрузка на мост была меньше, потому что пешеходный проход на него был закрыт). Мы поставили временную стальную колонну на разделительной полосе автомагистрали.
Автомагистраль перекрыли. Кран взялся за работу. Полотно подняли с парковки и поставили на место, где его концы поддерживали временные бетонные опоры, а посередине его подпирала стальная колонна. Затем полотно отцепили от крана, а движение по трассе открыли. Все эти сложные манипуляции заняли всего три дня.
За следующие несколько недель мост собрали целиком. Мачту поместили на свое место с помощью крана, а затем прикрутили к бетонному основанию болтами. Потом все важные тросы закрепили попарно, начав с одного конца моста. Каждый раз, когда подсоединяли новую пару тросов, их растяжение регулировали с помощью разъема. Как только они все оказались на месте и последний из них отрегулировали, автомагистраль снова перекрыли, убрали временную стальную колонну, и мост был готов.
