«Танец» моста. Ученые выяснили, что может разрушить речные переправы

«Танец» моста. Ученые выяснили, что может разрушить речные переправы

В 2000-м закачался под толпой пешеходов мост «Миллениум» в Лондоне. В 2009 году «танцевал» мост через Волгу в Волгограде. Что заставляет мосты «плясать», объяснили профессор Волжского университета водного транспорта Владимир Белых вместе с сыном, профессором Университета штата Джорджия (США) Игорем Белых.

Работу нижегородцев опубликовали в одном из самых авторитетных в мире научных изданий Science Advances, написали об открытии в The NewYork Times. Владимир Белых рассказал «АиФ-НН», как разработанная математическая модель сможет помочь конструкторам  сделать мосты более безопасными.

NN.AIF.RU: — Владимир Николаевич, за век переправы не раз начинали внезапно ходить ходуном или разрушаться. Почему? 

Владимир Белых: — Учёные не раз пытались объяснить, почему жёсткая конструкция моста начинает внезапно раскачиваться под пешеходами или конным строем — считается, что колонна, двигаясь синхронно, вызывает резонанс.

Пешеход на языке математиков — автоколебательная система. Идущие пешеходы вызывают колебания конструкции, и мост отвечает, сначала незаметно, а потом начинает пешеходами руководить: не осознавая, пешеходы двигаются синхронно.

Но чтобы колебалась большая конструкция,  нужно критическое число людей, для каждого моста своё (для «Миллениума» — 165). Если вовлечь в колебания больше пешеходов, мост может разрушиться.

Предсказать это критическое число инженеры не в силах. Все расчётные схемы анализируют линейные колебания, а пешеходы двигаются в разных направлениях, нелинейно. И мосты начинают двигаться не на тех частотах, на которые рассчитывают конструкторы. Вычислить это помогает наша модель.

— На Волге тоже есть «танцующие» мосты. Например, на мосту в Волгограде не было пешеходов — колебания вызвал сильный ветер. Почему?

— Мы просчитывали и его влияние на мост. Симметричные опоры переправы, обдуваемые ветром, неминуемо начинают совершать незатухающие колебания. Возьмите упругий стержень и подуйте на него из пылесоса — он будет вибрировать.

Кстати, именно из-за ветра произошла одна из крупнейших в истории мостостроения катастроф — 7 ноября 1940 года обрушился мост через реку Такома в США (амплитуды колебания моста доходили до 1,5 м,  конструкция  изгибалась под углом до 45 градусов к горизонту и в итоге  разрушилась. — Авт.). Почему мост через Такому развалился — вопрос до сих пор открытый. Мы собираемся ответить на него.

В своей работе мы дали конкретные рекомендации, как избегать неустойчивости и тем более катастроф. Но остаётся и много нерешённых проблем — в частности, это касается ветровых нагрузок и других воздействий окружающей среды. При проектировании инженеры, пользуясь разработанными и утверждёнными методиками, тем не менее не могут предсказать неожиданные изменения динамики. Это может повлечь катастрофы. Разрушение моста через Такому, трагедия на Саяно-Шушенской ГЭС, шатание волгоградского моста — яркие тому примеры. Предотвратить катастрофу с помощью математической задачи — вот наша главная цель.

Мы с сыном Игорем и его аспирантами работаем и над тем, чтобы создать рекомендации по расчёту безопасных конструкций мостов. Также мы будем исследовать, какие колебания вызывает движущийся транспорт. Хотим точнее прогнозировать эти опасные явления.

— 10 млн рублей решили потратить власти на проверку «танцевальных способностей» нового моста через Ахтубу — приток Волги. Когда же нижегородское открытие будут использовать для тестирования построенных мостов и при проектировании новых?

— В США планируют применять нашу модель в строительных нормах. А вот будут ли её использовать в России, большой вопрос. Выходить с инициативой к чиновникам — это не задача учёных. У нас сначала строят, затем укрепляют за миллионы.

Чтобы по-хорошему возводить мосты, нужно начинать с моделей. Чтобы просчитать воздействие ветра и других условий окружающей среды, модель нужно поместить в аэродинамическую трубу. Так тестируют новые самолёты. И пусть это дорого, но можно же потратиться на тестирование типичного проекта, который потом будет тиражироваться и на Волге, и на других реках. 

Посмотрите, какие мощные опоры, «быки» у Канавинского моста, построенного ещё в 1930-е годы! Сейчас так уже не строят. Конструкции переправ стали более изящными, а вот безопаснее ли они — вопрос. 

Продолжая нашу работу,  в Технологическом университете Джорджии специалисты по механике планируют провести эксперименты по нашей модели. Тогда мы поставим точку с Такомским мостом!

11:55
132
Нет комментариев. Ваш будет первым!