Как строятся подвесные мосты: Технологии строительства мостов

Содержание

Технологии строительства мостов

Технология строительства моста определяется выбором типа его конструкции. Конструкции определяется задачами и условиями, которые стоят перед проектировщиками. Большинство современных мостов имеют следующие типы пролетов:

  1. Балочные;
  2. Арочные;
  3. Подвесные.

Балочные мосты

Самым массовым типом являются балочные мосты. Их недостаток — меньшая длина пролетов относительно других типов конструкций. Преимущество — простота и унификация технологии строительства. На стойки мостов с помощью крана или методом надвижки, один за другим монтируются готовые балки пролетов. При этом, работы по установке очередного пролета можно выполнять с только что установленного предыдущего. Так, шаг за шагом, выполняется монтаж железобетонных или металлических конструкций. Пролетными конструкциями могут служить железобетонные балки, металлические балки или фермы. От выбора конструкций зависят механизмы и приспособления на строительной площадке, но суть технологии не меняется.

Мост через Керченский пролив также относится к балочному типу мостов.

Арочные мосты

Арка — древнее изобретение строителей. До эпохи металла как строительного материала, арочные и купольные конструкции из камня применялись при перекрытии больших пролетов без альтернатив. Это наглядно демонстрируют каменные мосты старых городов и остатки акведуков древних цивилизаций по всему Миру.

Однако, нельзя сказать что арки полностью ушли в небытие в современном строительстве. Благодаря основному принципу преобразования изгибающих и режущих сил в сжимающие, новые арочные мосты из высокопрочной стали способны перекрывать большие пролеты чем простые балочные конструкции и фермы. Выбор арочного типа моста может быть обусловлен именно необходимостью сооружения большого пролета, например для судоходного канала.

Недостаток этих мостов — сложность технологии строительства. Сбор арки происходит на месте строительства, так как такую конструкцию невозможно перевезти с завода из-за ее большой массы и габаритов. Для сборки арки необходимо строительство временных сооружений — лесов и подмостей. В случае возведения моста через реку, леса нужно устанавливать на понтоны или по другому решать вопрос с основанием.

В результате, мосты арочных конструкций получаются дороже и строятся дольше, чем и обусловлено их редкое применение.

Подвесные мосты

Подвесные мосты — еще один путь решение задачи перекрытия больших пролетов. Так, мост Большой Бельт, в Дании, имеет пролет 1624 метра, а мост на остров Русский, на Дальнем Востоке России, имеет пролет 1104 метра, то есть, более километра. Суть конструкции таких мостов — поддерхка несущей части дорожного полотна системой тросов. Если точки опоры тросов находятся на вершинах стоек, такой мост называется вантовым. Если подвесные тросы уходят вертикально к висячим супертросам, натянутым между стойками, то мост называют висячим. Пример вантового моста — виадук Мийо. Пример висячего — Золотые ворота в США.

На следующей иллюстрации, сверху, вантовый мост. Снизу, висячий. Оба типа моста являются подвесными.

Технология стриительства полотна подвесных мостов схожа с балочным. Сначала строятся стойки, затем, одна за другой монтируются секции дорожного полотна. Монтаж следующей секции выполняется с предыдущей. После установки в проектное положение, секция соеденяется с предыдущей и подвешивается на тросах. Так как в основном такие мосты возводятся через мосские участки, подвоз секций осуществляется баржами а подъемное оборудование находися на готовой части моста.

Так как вся масса конструкций подвесного моста передается на несколько стоек, фундамент должен передавать огромные усилия на грунт. Соответственно, грунтовые условия должны удовлетворять поставленным задачам.

как мосты выдерживают пешеходов и машины – Москва 24, 30.04.2015

Иллюстрация: Ольга Денисова

В Москве – сотни мостов. Каменные и железобетонные, красные и желтые, застекленные и открытые, акведуки и эстакады. Тысячи машин и людей пересекают эти мосты каждый день. Как они выдерживают вес большого города? За ответом на этот вопрос мы обратились к коллегам из научно-популярного журнала «Кот Шредингера».

Мосты можно классифицировать по типу распределения нагрузки. Самый простой и самый распространенный вариант – балочный. Идея, стоящая за его конструкцией, проста как палка. В давние времена люди начали укладывать древесные стволы поперек русла ручьев, чтобы переходить по ним на другой берег.

Однажды такой мост сломался, не выдержав веса путников. Тут стало ясно, что необходимо подпереть одно бревно другим, тем самым распределив нагрузку. Балочные мосты могут быть любого размера. Вот почему они остаются самыми популярными по сей день. Самый длинный из них растянулся на 42,5 километра через северную часть залива Цзяочжоу в Китае.

Сегодня мы умеем строить также подвесные, арочные, ферменные, висячие, вантовые и разводные мосты.

Большая часть московских мостов построены не для соединения одного берега реки с другим, а чтобы развязать тот или иной транспортный узел. Через Москву-реку и канал имени Москвы в общей сложности перекинуто 49 мостов. Среднее расстояние между ними – полтора километра. Для сравнения: через парижскую Сену построено 37 мостов со средним шагом 300 метров.

При расчете предельной нагрузки моста необходимо учитывать несколько типов нагрузки.

ПостоянныеВременныеПрочие
Собственный вес всех элементов мостаТранспортныеВетровые
Напряжение в частях моста в результате усадки грунтовПешеходныеЛедовые
Ползучесть материалов, из которых сделан мостВ результате температурных изменений
В результате морозного пучения грунта
В результате сопротивления трению и сдвига в опорных частях

Ссылки по теме

Прочность всегда рассчитывается с запасом. Так, пешеходный мост должен выдерживать нагрузку более 200 килограммов на квадратный метр. Мы вооружились калькулятором и набором формул, чтобы вычислить вес, необходимый для обрушения Большого Москворецкого моста. Это арочный железобетонный мост, общая длина – 554 метра, а ширина – 40 метров.

Чтобы обвалить эту конструкцию, потребуется 4 432 000 килограммов. Если перевести эту большую цифру в понятную форму, получится 37 синих китов, самых крупных млекопитающих планеты. Это примерно треть того количества, которое в принципе может вместить этот мост. Если они будут взбираться на мост прямо из реки, цепляясь ластами, момент обрушения может наступить быстрее. Поэтому мы призываем вас: по мере возможности, старайтесь не допускать больших скоплений синих китов на мостах города.

Иван Шунин

О «Физике города»

Каждый день, просыпаясь утром, мы погружаемся в город, полный фактур, звуков и красок. Пока мы идем на работу и гуляем в парке, нам в голову приходит миллион вопросов о том, как же все вокруг нас устроено в этом огромном мегаполисе. Почему небоскребы не падают? Чем отличается кровь горожанина от крови жителя деревни? Выше какого этажа не стоит жить и почему?

Мы предложили коллегам из журнала «Кот Шредингера» дать ответы на наши вопросы и разъяснить, чем опасно обилие городского освещения, как наше дыхание может навредить окружающим и из-за чего люди болеют зимой. Так появился проект «Физика города». Новые вопросы и новые ответы ищите на нашем сайте по понедельникам и четвергам.

Какими бывают мосты? Часть 1. Рекордные | Техника и Интернет

Тут есть два выхода — или построенные мосты должны быть разводными, или их пролеты должны быть столь высокими, чтобы под ними свободно проходили речные суда. Вопрос «всего лишь» в том — из чего делать такой мост?

Изобретенные в Древнем Риме бетон или каменная кладка не давали возможности построить мост достаточной высоты. Поэтому арочные мосты из камня или бетона не давали судам того времени проплыть под таким мостом, пролет над водой был слишком низок.

Ponte de Tiberio в Римини
Фото: ru.wikipedia.org

Но шло время и в конце концов нужные, достаточно прочные, материалы появились, давая возможность навигации судов под мостами.

Когда в XIX веке появилось много дешевого железа, архитекторы не сразу поняли, что это великолепный материал для построек и мостов, и небоскребов, и многих разных конструкций, которые без железа построить было невозможно. Кто из архитекторов был первым, кто это заметил? Бюст Эйфеля у подножия Эйфелевой башни.

Фото: ru.wikipedia.org

Гюстав Эйфель. Гений строительства XIX века. Человек, кардинально изменивший архитектуру постройки разнообразных гигантских сооружений, используя железо как основу силового каркаса.

Он закончил обучение в 1855 году и уже первые свои мосты проектировал, опираясь на использование новых материалов. Он строил разнообразные сооружения, мосты, вокзалы, дома по всему миру. В Африке, в Мапуту (Мозамбик) и в Луанде (Ангола), в Латинской Америке, в США и в России. Даже принимал участие в конструировании статуи Свободы, что стоит перед входом в гавань Нью-Йорка. Они спроектировал силовой каркас статуи.

В 1880−1884 гг. Эйфель построил виадук Гараби над рекой Тюйер, во Франции. Мост этот арочный, но его размеры поразили современников архитектора и восхищают даже в наше время. Общая длина моста достигла 564 метра, главная арка имела пролет длиной 180 метров, а высоту 60 метров. Мост пересекал долину на высоте более 130 метров. В 1965 году мост получил звание памятника истории.

Для того времени это было невероятно, по старой технологии с применением каменной кладки такое строение было бы сделать абсолютно невозможно, именно потому до внедрения новых технологий строительства мост здесь даже не проектировали. Виадук Гараби.
Фото: ru.wikipedia.org

До XIX века мосты конструктивно были только арочными, а применение при их конструировании сталей и железобетона дало возможность строить мосты балочные, подвесные или комбинированные.

В случае, когда мостом надо было соединить берега очень глубоких и широких рек или края глубоких каньонов или пропастей, стало возможно построить подвесные мосты.

Вообще-то, самые первые подвесные мосты, или мосты на цепях, через пропасти на Тибете начали строить в V−VI веке нашей эры еще китайцы. И в Европу эта технология проникла именно как «китайская», в XVIII веке мосты типа «chinoiserie» начали строить и в Европе. Англичанин Финлей даже получил патент на конструкцию цепных мостов.

Американец Джон Фидлей с начала XIX века положил начало строительству подвесных мостов в США. Утверждают, что в эпоху «до расчетов прочности», примерно вплоть до 1820-х годов, прежде чем строить мост, строили его модель в пропорции 1:3 и смотрели, устоит ли он, в том числе, и под нагрузкой.

В 1816 году был построен первый подвесной мост без применения цепей. Их заменил железный канат, сплетенный из проволоки. В дальнейшем, вплоть до нашего времени, подвесные мосты продолжают совершенствоваться. Вместо цепей стали применять канаты, вначале из железа, потом из стали, потом из специальных сортов сталей, специально разработанных для постройки мостов. Толщина стальных канатов постепенно росла. Появилась сначала методика расчетов прочности, потом методика расчетов усталости и коррозии металла. Мосты год от года становились все длиннее.

Бруклинский мост, построенный в 1883 году, прекрасен до сих пор. И не мешает навигации, поскольку дорожное полотно поднято над водой на 41 метр. Длина моста 1825 метров, а самый большой пролет имеет длину 486 метров. Бруклинский мост
Фото: ru.wikipedia.org

Бруклинский мост очень долго был рекордсменом по длине, но в наше время построено много подвесных мостов длиннее его.

С середины XX века стали строить вантовые мосты. Отличие подвесного моста на канатах от вантового в том, что в подвесном мосту между пилонами протянуты канаты, а к этим основным силовым канатам множеством канатов поменьше крепится дорожное полотно. А в вантовых мостах дорожное полотно крепится непосредственно к пилонам посредством толстых канатов — вантов.

Вот, например, вантовый мост Мэйко-Тюо, построенный в городе Нагоя, в Японии. Его длина 1170 метров, причем основной его пролет имеет длину 590 метров.
Мост Мэйко-Тюо
Фото: ru.wikipedia.org

На фотографии видно: ванты крепятся одним концом к пилону, а другой их конец прикреплен непосредственно к дорожному полотну.

Постройка вантовых мостов началась в середине XX века. Сегодня самый длинный такой мост построен в России. Он перекинут через пролив Босфор Восточный во Владивостоке, главный его пролет имеет длину 1104 метра, дорожное полотно находится в 70 метрах над поверхностью воды, а общая его длина равна 3100 метрам.

В наше время построено 79 мостов с длиной пролета свыше 380 метров. И 36 из них — китайские. В Китае строятся новые, более длинные мосты.

Но считается, что сталь и железобетон, как материалы для постройки рекордных еще более длинных мостов, уже не годятся. Чтобы построить мосты с длиной пролета в 2,5−3 километра, надо еще более прочные материалы.

Пока прочности стальных канатов достаточно, чтобы держать дорожное полотно на высоте 50−100 метров от воды в мостовом пролете шириной километр. Но когда появятся новые материалы, новые мосты станут еще ажурнее, еще длиннее и дешевле в постройке.

Продолжение следует…

Как работает подвесной мост? | Автомобильные дороги

  • Когда были построены первые подвесные мосты?
  • Какие материалы и троссы используются на современных висячих мостах?

Один из самых популярных типов мостов, подвесной мост. Если вы когда-либо видели фотографии моста Золотые ворота в Сан-Франциско, вы знаете, что висячие мосты могут быть очень красивыми и элегантными.

Подвесные мосты получили свое название из того факта, что конструкция подвешена посредством тросов с двумя высокими башнями. Инженеры кабеленесущих систем сконструировали их таким образом, чтобы большая часть веса моста поддерживалась двумя башнями, которые, в свою очередь, рассеивают силы сжатия от кабелей непосредственно в грунт.

Конструкция подвесных мостов


На типичном подвесном мосте кабели меньшего сечения, называемые подтяжки, работают по вертикали от настила моста до главных опорных кабелей. Подтяжки передают силы сжатия моста деки к башням с помощью основных поддерживающих кабелей, которые создают изящные дуги между башнями и вплоть до крепления на каждом конце.

Башни подвесного моста могут быть довольно тонкими, поскольку силы тщательно сбалансированы по бокам башни. Конструкция настила моста давит на башни. В то же самое время, главные кабели поддержки находятся вне башен, имея точки крепления на каждом конце, которые обычно твердо закреплены или имеют массивные бетонные блоки на якоре под землей.

Современные конструкции подвесных мостов

Напряжение, направленное наружу башен равно силе к настилу моста. Это уравновешивает и сосредотачивает вес моста на башне, которая рассеивает силу глубоко под землю. Благодаря своей уникальной конструкции, висячие мосты могут легко перекрывать расстояния до 2,100 метров и больше.

Ранние висячие мосты пострадали от нескольких проектных недостатков. Например, ранние подвесные мосты, которые используют цепи для магистральных кабелей были подвержены разрушению, если одно звено в цепи ломалось. Однако такая проблема была решена созданием поддержки кабеля пучками из высокопрочных стальных тросов. Несколько отдельных кабелей могут порваться, не влияя на структурную целостность моста.

Некоторые ранние висячие мосты были разрушены, потому что настилы моста были тонкие и неустойчивые. Когда сильный ветер воздействовал на мосты, настил разрушался на куски. Сегодня, однако, висячие мосты оснащены более толстыми, жесткими настилами, поддерживаемыми системой связки, что повышает жесткость конструкции и предотвращает раскачивание.

Хотя висячие мосты кажутся чудесами современной инженерии, эксперты считают, что первые висячие мосты сделаны из скрученной травы и построены были Инками более 500 лет назад. Испанские исследователи обнаружили такие подвесные мосты протяженностью более 45 м над глубоким горным ущельем в Перу и сделаны они были в начале 16-го века

: От первого лица :: Статьи

Немецкий инженер Майк Шлайх, который сегодня занимается проектированием моста между территорией «Красного Октября» и Крымской набережной, рассказал Порталу Архсовета о разработке архитектурного образа конструкции и его тесной взаимосвязи с контекстом.

Майк Шлайх, партнер бюро Schlaich Bergermann und partner, известен как специалист в области нестандартных конструктивных решений, и его опыт сегодня ценен для реализации масштабной градостроительной программы, в рамках которой в ближайшие годы будут активно развиваться набережные Москвы-реки, включая пешеходные и автомобильные мосты.

Конструирование и архитектура, по мнению Майка Шлайха, совершенно независимые друг от друга понятия, но в тоже время — это две стороны одной монеты, они должны идти параллельно, но не пересекаться. Зачастую инженеры вынуждены безоговорочно следовать творческой фантазии архитектора, сознательно нарушая правила и допуская ошибки. Это неверный путь: Майк Шлайх считает, что истинно красивая конструкция и инженерно должна быть решена элегантно.

По его мнению, нужно разработать некое облако концепций, которые должны учитывать и архитекторы, и конструкторы. Среди основных принципов: конструкция должна быть прочной, экологичной, полезной городу и жителям, она должна быть красивой и вписываться в контекст.

Бюро Schlaich Bergermann und partner принадлежат оригинальные конструктивные схемы мостов, которые расширяют эстетические рамки утилитарных сооружений до вполне самостоятельных произведений архитектуры. Это, к примеру, первый в мире изгибающийся подвесной мост в немецком городе Засниц. Или подвесной пешеходный мост в городе Ратенов, словно парящий над рекой Хафель благодаря оригинальной конструкции стальной арки с натянутыми внутри нее тросами.

Еще один мост через канал Рейн-Херне в Оберхаузене стал примером сотрудничества инженеров и художника. Для воплощения авторского замысла, напоминающего гигантскую пружину, инженеры сконструировали оригинальный ленточный мост из легкой преднапряженной конструкции с красочной подсветкой.

— Сейчас на Москве-реке находится 36 мостов (для сравнения, в Берлине их 45), и расстояние между ними составляет от 430 м до 6 км. На ваш взгляд, сколько мостов в идеале должно быть в Москве, чтобы комфортно перемещаться между берегами?

— В Москве, действительно, немного мостов по сравнению с другими европейскими городами. Но я думаю, что нет никаких установленных стандартов — сколько их должно быть, потому что это напрямую зависит от того, что находится на берегу. Возьмем пешеходные и автомобильные мосты: если рядом есть парк, было бы неплохо иметь поблизости пешеходный мост, если проходит скоростное шоссе, то о пешеходах речи не идет. Кроме того, многое зависит и от «плотности» речного транспорта. Мы, инженеры, конечно, считаем, что было бы неплохо иметь побольше мостов, ведь они не просто соединяют пункт А и пункт Б, а помогают сформировать облик города.

— Существующие сегодня московские набережные и мосты были преимущественно построены более полувека назад…

— Я могу однозначно сказать, что у них есть потенциал, особенно это заметно, когда едешь по центру города — мимо парков, вдоль Кремля…. В некоторых местах, конечно, необходимо воссоединить берега реки, потому что для города, в котором есть река, мосты являются чем-то принципиальным.

В Германии же по известным причинам большинство мостов были построены как раз во второй половине XX века, после Второй мировой войны. Если взять небольшой город, например, Эрфурт, то там есть знаменитый старый мост с домиками (Кремербрюке — ред.). Это полноценная улица с двумя рядами фахверковых домов и в то же время мост через реку Геру. Но, скажем, в Берлине исторических мостов практически не осталось. Более того, большинство немецких мостов, построенных 40-50 лет назад, достигают сейчас конца своего жизненного цикла, потому что их строили из постнапряженного бетона. Другого опыта строительства тогда просто не было. Вот почему, кстати, спрос на мосты сегодня в Германии очень высок.

— А что вы думаете о строительстве современных мостов в историческом контексте?

— Я считаю, нет никакого противоречия между использованием современных материалов, современного дизайна и историческим контекстом. На мой взгляд, одним из основополагающих моментов проектирования является элегантность. Вот если перегрузить мост различными конструкциями, есть риск, что он станет и выглядеть неуклюже, и начнет препятствовать движению.

У нас у всех свои представления об элегантности — прозрачность, полет, и т.д. Но мне кажется, важно то, что элегантность подразумевает легкость. То есть мы, инженеры, понимаем, сколько усилий было приложено, чтобы это создать, но в итоге конструкция выглядит легкой! К примеру, знаменитые шуховские конструкции — это идеал элегантности. А среди ваших мостов я бы отметил Крымский и Большой каменный мост.

— А как вы относитесь к тому, что мосты в некоторых современных проектах обретают новые функции, помимо связи берегов, становятся, к примеру, парками и общественными пространствами….

— Есть люди, которые уверены, что мост нельзя считать конечной точкой маршрута. Если мы говорим о железнодорожных или автомобильных мостах, я с этим утверждением соглашусь. Но пешеходный мост вполне может стать таким местом, куда человек приходит, гуляет, а потом отправляется дальше. Повторюсь, самое главное — не перегружать конструкцию лишними деталями.

Я преподаю в Берлинском техническом университете и с сожалением могу отметить, в Германии инженеров учат хорошо все рассчитывать, хорошо конструировать, но не учат осуществлять замыслы. Хотя проектирование мостов является одной из ключевых дисциплин в этом отношении! Я бы даже сказал так: жилой дом для семьи является прототипом здания, которое строит архитектор, а мост является прототипом того, что строит инженер.

нестабильность без синхронизации / Хабр

Одним из самых древних примеров инженерии является дерево. Нет, не растущее в лесу, а переброшенное через ручей для более удобного, быстрого и сухого его пересечения. Именно такими были первые мосты. Позднее они стали сложнее, люди начали использовать камень, а затем и металл. Города росли, торговля развивалась, а реки, озера, ущелья и впадины более не затрудняли перемещения людей. Развитие технологий, в частности транспорта, позволило и даже потребовало строить мосты больше, выше и, естественно, длиннее. Несмотря на то, что машин в современных городах порой больше, чем людей (по крайней мере, так часто кажется, особенно когда стоишь в пробке), пешеходные мосты все же не утратили своей актуальности. Строительство моста требует точных расчетов, в которых будут учтены все возможные факторы, которые в той или иной степени могут повлиять на его стабильность и целостность. Но даже люди, идущие по мосту, могут стать причиной его раскачивания. Ученые из университета штата Джорджии (США) проанализировали мост Миллениум в Лондоне и выяснили, что его нестабильность никак не связана с синхронизацией пешеходов, как это считалось ранее. О какой синхронизации идет речь, и какие на самом деле причины шаткости пешеходных мостов? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых. Пошли. Поехали.

Основа исследования

Мост Миллениум, пересекающий Темзу, является одним из самых знаменитых пешеходных мостов в мире и очень популярная достопримечательность Лондона. Он был открыт, как подсказывает нам название, в 2000 году на стыке тысячелетий. Габариты у него не самые внушительные: 4 метра в ширину и 370 в длину.


Мост Миллениум

Открытие моста было одновременно радостным и печальным днем для его проектировщиков. Во-первых, сама королева Елизавета II присутствовала на церемонии. Во-вторых, желающих прогуляться по новому мосту было много — в первый день по нему прошлись 100000 человек. Эта популярность и выявила недочет моста — он был шатким, как его в последствии и прозвали лондонцы. В попытках понять причину дефекта, инженеры пришли к выводу, что она кроется в резонансе. Попытки ограничить число пешеходов, одновременно пребывающих на мосту, привели к многолюдным очередям. Посему было решено добавить в конструкцию демпферы, что решило проблему, и в 2002 году мост был открыт повторно.

Тем не менее у ученых были вопросы касательно причины раскачивания моста и сомнения в том, что это происходило из-за резонанса.

Для начала стоит затронуть тему синхронизации и резонанса. Ученые объясняют, что синхронизация связанных почти идентичных осцилляторов приводит к возникновению порядка как в естественных, так и в искусственно созданных сложных системах. Одним из лучших объяснений этих явлений считается модель Курамото, примером которой часто выступает именно нестабильность моста Миллениум в день его первого открытия.

Японский физик Ёсики Курамото предложил математическую модель, способную описать синхронизацию. Суть модель в том, что каждый из связанных осцилляторов имеет собственную частоту (ωi), и что каждый связан со всеми другими в равной степени.

Лекция на тему «Модель Курамото и феномен синхронизации».

Однако, многие ученые еще в 2000-ых подвергали сомнению тот факт, что именно модель Курамото может полноценно объяснить причину шаткости моста Миллениум.

В рассматриваемом нами сегодня труде ученые предлагают иной подход, основная суть которого в том, что любая синхронизация расстановки ног пешеходов является следствием, а не причиной нестабильности моста.

Любопытно и то, что спустя 4 дня после открытия моста Миллениум нобелевский лауреат по физике Брайан Дэвид Джозефсон сказал следующее:

Проблема Моста Миллениум имеет мало общего с толпами, идущими шаг в шаг: она связана с тем, что люди делают, пытаясь сохранить равновесие, если поверхность, по которой они идут, начинает двигаться, и аналогична тому, что может произойти, если несколько людей одновременно встают в маленькой лодке. В обоих случаях возможно, что движения, которые люди совершают, пытаясь сохранить равновесие, приводят к усилению любого уже имеющегося покачивания, так что раскачивание продолжает ухудшаться.

Суть данного высказывания в том, что для сохранения равновесия каждый пешеход должен стремиться потерять угловой момент в своей фронтальной плоскости. Кроме того, есть доказательства того, что силы слева и справа не обязательно усредняются. Таким образом, энергия поперечной вибрации передается от пешехода к мосту. Фактически, каждый пешеход применяет к мосту отрицательное демпфирование.

Офф-топ по теме:

В 1987 году во время празднования пятидесятилетия моста Золотые Ворота (Сан-Франциско, США) на нем одновременно пребывало порядка 300000 человек. Контроля за пешеходами не было, разделения пути для идущих с обеих сторон тоже. Образовалась давка, которая могла бы закончиться печально, если бы началась паника. А она могла начаться, так как мост из-за огромной массы прогнулся на 2 метра вниз, начал расшатываться и вибрировать. Власти тогда перекрыли мост, чем помешали еще 500000 желающим присоединиться к гуляниям. Кто знает, что было бы, если бы мост не перекрыли. Инженеры же заявили, что целостности моста угрозы не было. Правда, сделали они это уже постфактум. Любопытно, но с того дня более таких мероприятий не проводилось. Любопытно и то, что в новостях за тот день об этом «инциденте» не упоминается, хотя деформацию моста можно было увидеть.


Ранее количественно оценить влияние отрицательного демпфирование было проблематично. Было предложено немало теорий, но все они не давали четкого ответа на вопрос — может ли отрицательное демпфирование быть следствием синхронизации или же синхронизации является следствием отрицательного демпфирования?

В своем исследовании ученые нашли ответ на этот вопрос. Они проанализировали эмпирические данные, разработали новое независимое от модели выражение для среднего отрицательного демпфирующего эффекта и подробно объяснили то, как отрицательное демпфирование в среднем является естественным следствием движения пешеходов.

Немного истории шатких мостов

Первый задокументированный инцидент с пешеходным мостом датируется 12 апреля 1831 года. Тогда Бротонский висячий мост (Англия) обрушился из-за динамической нестабильности, вызванной марширующими войсками. С тех пор бытует мнение, что солдатам следует избегать марша шаг в шаг, если их частота движения может резонировать с естественной (вертикальной) частотой колебаний моста. Порой солдатам даже отдают приказ нарушить строй, чтобы «рассинхронизировать» шаг.

Вертикальные колебания мостов из-за случайного воздействия пешеходов по-прежнему вызывают озабоченность, но до 2000 года крайне мало внимания уделялось боковым колебаниям. Считалось, что при нормальной ходьбе поперечный компонент силы реакции на порядок меньше вертикальной составляющей, и в отсутствие согласованности между пешеходами результирующая реакция моста будет незначительной.

Мост Миллениум был спроектирован в результате сотрудничества инженеров, архитекторов и художников как подвесной мост с очень низким профилем. Одна из особенностей моста в том, что у него нет явно выраженных вертикальных тросов. Необычная геометрия узкого пролета способствовала тому, что мост имел большую гибкость, чем большинство мостов в поперечном направлении, учитывая собственные частоты, аналогичные типичным частотам шагающих пешеходов. При этом его относительно небольшая масса также делала его восприимчивым к вибрациям.

Мост Миллениум в день открытия.

Одним из доказательств связи между раскачиванием моста в день его открытия и синхронизацией является видео (выше), в котором мост больше напоминает большие качели.

Однако, ученые хотят, чтобы мы посмотрели видео внимательнее. Необходимо различать синхронизацию движений головы и верхней части тела (что хорошо видно на видео) и синхронизацию шагов на пролете. Видео, в котором была бы видна синхронизация именно шагов, нет. Ученые говорят, если же посмотреть вышеуказанный ролик еще раз, то видно, что синхронизация шагов отсутствует, так как у людей разная скорость движения. Более того, пешеход, обеспечивающий эффективную отрицательную демпфирующую силу на мост (обязательно на частоте моста) будет демонстрировать компонент движения верхней части тела на этой частоте.


Таблица №1


Таблица №2

На данный момент существует немало мостов, которые, как известно, демонстрируют поперечные колебания из-за движения пешеходов (таблица №1 — есть количественные данные, таблица №2 — нет количественных данных). Но в последнем столбце этих таблиц наблюдаются скудные доказательства синхронизации пешеходов.

География шатких мостов действительно обширна и не имеет каких-либо предпочтений. Явления раскачивания моста ввиду большого числа пешеходов встречались и в Европе, и в Азии, и в Северной Америке и т.д.


Бруклинский мост

Бруклинский мост в 2003 году начал раскачиваться, когда по нему прошла толпа вынужденных пешеходов (было отключение электроэнергии), из-за чего многие начали терять равновесие и испытывать тошноту.


Мост Сквибб-Парк

Из недавних происшествий можно вспомнить деревянный мост Сквибб-Парк (Бруклин, Нью-Йорк, США), на строительство которого ушло почти 4 миллиона долларов. Мост разрабатывался как стабильный и безопасный. Но со временем мост начал колебаться вертикально и горизонтально. В 2017 году его закрыли на ремонт стоимостью 2.5 миллиона. Потом вновь открыли, и он прослужил еще два года, а затем его снесли из-за опасений по поводу его структурной целостности.

Примеры можно продолжать приводить еще очень долго, но суть проблемы шатких мостов от этого не изменится. Посему перейдем непосредственно к первоисточнику этой проблемы.

Теоретическая база

В ходе формирования теоретической базы для своего исследования ученые сформулировали общее выражение для среднего вклада в расшатывание моста силы взаимодействия одного пешехода за один цикл перехода. Ученые установили, что приращение σ можно записать как сумму трех компонентов:

  • σ1 — коэффициент зависящей от скорости боковой составляющей силы пешехода, действующей на мост, без учета регулировки времени походки;
  • σ2 — коэффициент зависящей от скорости боковой составляющей силы пешехода с учетом регулировки времени походки;
  • σ3 — коэффициент зависящей от скорости боковой составляющей силы при учете адаптации к движению вперед.

Элементы σ

2

и σ

3

зависят от времени шагов пешеходов в ответ на движение моста. Однако во всех симуляциях было обнаружено, что именно σ1 является наиболее важным эффектом при запуске вибраций большой амплитуды.

Этот эффект, возможно, противоречит здравому смыслу, говорят ученые. Так как можно представить, что при отсутствии фазовой синхронизации между мостом и пешеходом поперечная сила ступни на мосту в среднем будет равна нулю. Тем не менее, это не так.


Изображение №1

Иллюстрация выше противопоставляет силу, передаваемую мосту двумя одинаковыми пешеходами, которые, когда одновременно ставят свою опорную ногу на мост, имеют одинаковые и противоположные походки. Когда они ставят ноги, боковая составляющая силы стопы каждого пешехода одинакова и противоположна, поэтому на мосту нет чистой боковой силы.

Предположим, что в определенный момент времени (Δt) мост перемещается влево, так что нога синей фигуры уменьшает свой угол к вертикали во фронтальной плоскости, тогда как угол ноги красной фигуры увеличивается. Таким образом, во время движения моста величина боковой составляющей боковой силы стопы красной фигуры увеличивается, тогда как у синей фигуры уменьшается. Следовательно, в среднем происходит изменение результирующей силы в направлении движения моста.

Выражения для σ1 — σ3 должны оцениваться индивидуально для каждого пешехода (i) и будут зависеть от частоты шага этого пешехода (ωi), а также от частоты (Ω) колебаний моста в рассматриваемом режиме. Таким образом, полный эффективный коэффициент демпфирования (cT) моста с N пешеходами можно выразить так:

где c0 — коэффициент естественного (пассивного) демпфирования моста; σ(ω, Ω) — средний коэффициент демпфирования на пешехода; ω — средняя частота шагов пешехода.

Было обнаружено, что в большом диапазоне частот пешеходов и мостов в среднем σ < 0. Допустим, что пешеходы добавляются к мостовому пролету один за другим, а затем, когда достигается критическое число (N = Ncrit = — c0 /σ) пешеходов, общее модальное демпфирование (cT) моста станет отрицательным. Отрицательное демпфирование вызовет экспоненциальный рост амплитуды колебаний моста.

Моделирование теории

Чтобы проверить вышеописанную теорию, ученые провели моделирование на трех различных математических моделях, описывающих количество пешеходов в сочетании с боковой модой моста.

В каждом случае учитывалось, что ходьба — это процесс, в котором опорная нога действует как жесткая стойка, заставляя центр массы тела (CoM от centre of mass) действовать как перевернутый маятник во фронтальной плоскости при каждом шаге.


Изображение №2

В ходе моделирования было разработано три варианта модели (схема выше) пешехода. Модель 1 — самая простая, основанная на линеаризации перевернутого маятника во фронтальной плоскости для малых углов. Предполагается, что динамика в сагиттальной плоскости не зависит от бокового положения стопы, а переходы стопы происходят с регулярным интервалом в заданное время. При каждом переходе новое боковое положение стопы регулируется биофизическим законом управления («Control of lateral balance in walking — Experimental findings in normal subjects and aboveknee amputees»), который повышает стабильность во время горизонтального движения.

Модель 2 — это переосмысление модели 1, в которой время постановки стопы изменяется как кинематическое следствие бокового движения моста и положения стопы.

Модель 3 предполагает, что время шага определяется исключительно динамикой во фронтальной плоскости, а переход ног происходит каждый раз, когда CoM пешехода проходит через контрольную позицию, определяемую как нулевое боковое смещение.

Параметры для моделирования были основаны на серии экспериментов, проведенных на мосту Миллениум перед его повторным открытием. Через равные промежутки времени (Tadd) на мост добавлялось по одному пешеходу, пока их число не достигло N = 275. В моделирование было два варианта Tadd: 20 и 10 секунд.


Таблица №3: перечень параметров, использованных в моделировании, и их значения.


Изображение №3

Выше представлены результаты моделирования с применением всех трех вариантов модели для Tadd = 20 секунд. Для каждой модели численно проверялось выражение для полного эффективного демпфирования (cT; формула выше) путем вычисления σ1(i), σ2(i) и σ3(i) для каждого пешехода (i). Дополнительно вычислялся параметр порядка Курамото (r):

где φi — численно рассчитанная фаза CoM (центр массы) или CoP (от centre of pressure, т.е. центр давления) i-го пешехода; ψ — средняя фаза; ⟨·⟩ — среднее время.

Если r = 1, то имеет место полная синхронность, если же r = 0, то некоррелированное движение.

Моделирование показало, что начало движения моста большой амплитуды совпадает с тем, когда вычисленное cT становится отрицательным при N = Ncrit. Для модели 1, в которой нет регулировки частоты ходьбы, амплитуда колебаний моста неограниченно растет. Но в модели 3 начало движения с умеренной амплитудой запускает процесс повышенной согласованности между движением пешехода и движением моста. Параметр порядка указывает на то, что затем возникает повышенная синхронность между каждым пешеходом и мостом. Затем амплитуда колебаний моста увеличивается.

Модель 2, которая является более реалистичной версией Модели 1 для более высокой амплитуды движения моста, продемонстрировала аналогичное насыщение амплитуды и когерентность после возникновения нестабильности.

Дальнейшее моделирование моделей 2 и 3 для различных частотных параметров показало, что нестабильность находится приблизительно на уровне N = Ncrit. Это приводит к различной степени синхронности по мере роста амплитуды.

Таким образом, критерий отрицательного демпфирования можно понимать как причину нестабильности во всех случаях. Кроме того, разная степень синхронности является следствием, а не причиной нестабильности.

Далее ученые поставили перед собой вопрос — как коэффициент отрицательного демпфирования зависит от моста и средней частоты шага пешехода Ω и ω, и может ли он быть увеличен или подавлен резонансными эффектами?


Изображение №4

Выше представлены результаты многократного моделирования, где показано вычисленное значение σ как функция отношения Ω / ω моста к средней частоте пешехода.

При условии резонанса (желтая точка на 4a), когда ω = Ω, существует теоретическое предсказание наличия большого диапазона значений σ в зависимости от относительной фазы между мостом и пешеходом. Но в ходе моделирования это предсказание не подтвердилось. Модель 2 показала особенности больших отрицательных значений σ чуть ниже Ω/ω = 1 и большие положительные значения чуть выше Ω/ω = 1.

Считается, что это происходит из-за адаптации времени шага в ответ на возмущения от движения моста, что дает аналогичные эффекты, которые ранее были обнаружены численно для перевернутого маятника, идущего по вертикально колеблющейся конструкции.

Ученые также обращают внимание на нехватку данных в определенных областях нижнего графика на 4b и очевидную двухмодальность данных. Это связано с тем, что для модели 3 движение пешеходов с ограниченным циклом является новым свойством модели, а не входным параметром, как для моделей 1 и 2.

Для всех трех моделей было обнаружено, что среднее значение σ в основном зависит от соотношения частот, будучи лишь слабой функцией отдельно частоты пешехода или частоты моста.

Для всех моделей также было установлено, что Ncrit минимизируется не тогда, когда существует совпадение частот между частотами пешехода и моста (Ω/ω = 1), но когда частота пешеходов меньше частоты моста, Ω/ω ≈ 1.3 для моделей 1 и 2 и Ω/ω ≈ 1.1 для модели 3.

Следовательно, отрицательное демпфирование может наблюдаться на любой частоте в рассматриваемом диапазоне частотных соотношений. Но есть и некоторое отношение частот, для которых σ положительно. Если пешеходы ходят на этих частотах, их движение повысит устойчивость моды моста, а не уменьшит ее.

По словам ученых, объяснение этой частотной зависимости можно резюмировать как вопрос времени. Описание изображения №1 неявно предполагает, что мост движется в одном направлении во время каждого шага, а частоты моста и пешехода одинаковы. Особые настройки этого отношения частот могут привести к обратному эффекту. Тем не менее, в рассматриваемом диапазоне частот как размер областей отрицательного демпфирования, вызванного пешеходами, так и его среднее значение, значительно превышают размер положительного демпфирования.

На изображении №1 также показано, как движение моста нарушает симметрию нагрузки, прикладываемой пешеходами, так что долгосрочные средние значения необязательно равны нулю. Это только часть объяснения, поскольку оно не учитывает движение центров масс пешеходов и различные стратегии размещения стопы, которые могут быть приняты для поддержания равновесия.

В принципе, положение стопы зависит от боковой скорости центра масс пешехода. Однако остается неопределенность в отношении того, следует ли определять скорость относительно качающегося моста (относительная скорость) или стационарной точки, относительно которой движется мост (абсолютная скорость).


Изображение №5

Выше представлены результаты модели 1, а также соответствующие силы, приложенные к мосту в этих случаях. Поскольку движения моста малы, силы во всех вариантах будут равны.


Изображение №6

Конечно, изменение приложенных сил, возникающее в результате движения моста, может наблюдаться, но оно будет незначительным (изображение №6).

Пешеходы создают силы, которые отрицательно коррелируют со скоростью моста, что приводит к положительному демпфирующему эффекту. Напротив, дополнительные силы, создаваемые пешеходом, реализующим закон абсолютного баланса скоростей, положительно коррелируют со скоростью моста, что приводит к отрицательному демпфирующему эффекту, который передает энергию мосту.

Таким образом, движения моста заставляют пешеходов корректировать положение своих ног, что вызывает небольшие квазипериодические силы, составляющие частоту моста. В зависимости от принятого закона баланса (и частоты движения моста и других параметров) фазы этих дополнительных сил могут либо передавать на мост, либо извлекать ее.

Для более детального ознакомления с нюансами исследования рекомендую заглянуть в доклад ученых и дополнительные материалы к нему.

Эпилог

В рассмотренном нами сегодня труде ученые объясняют связь между пешеходами и шаткими мостами. Ярким примером неустойчивости конструкции является мост Миллениум, который и стал основой исследования. В 2017 году было опубликовано исследование, показавшее, что мост оставался стабильным, пока по нему шло 164 человека. Но стоило добавить еще одного пешехода, и мост начинал изображать из себя качели. Это открытие вызвало интерес у авторов рассмотренного нами труда. Оно показывало, что суть проблемы может быть далека от синхронизации Курамото, которую считали причиной расшатывания пешеходных мостов.

Используя данные эмпирических экспериментов и математическое моделирование, ученые пришли к занимательному выводу: не люди раскачиваются из-за шаткого моста, а мост раскачивается из-за шатких людей. Представьте себе деревянную лодку посреди океана, в которой туда-сюда ходят люди. Из-за волн, лодка раскачивается, а люди в попытках сохранить равновесие и не упасть за борт меняют стратегию движения. Таким образом они влияют и на саму лодку через механизм отрицательного демпфирования.

Говоря о мостах, пример с лодкой можно перефразировать — движение пешеходов влияет на мост и увеличивает его колебание. Другими словами, синхронизация колебаний пешеходов и моста хоть и может привести к его раскачиванию, но в подавляющем большинстве случаев причина не в этом, а в том, что люди просто перестраивают свою походку, чтобы не упасть.

Данное исследование и его результаты могут стать отличным инструментом для инженеров в проектировании будущих мостов, так как теперь они могут учитывать эффекты отрицательного демпфирования. Сами же ученые намерены продолжить свой труд, уделив внимание тому, как на стабильность мостов могут влиять взаимодействия между людьми, идущими по нему, а также влиянию толпы. Есть и более амбициозная идея — создать устройство, которое будет собирать энергию моста и питать датчики, которые будут отслеживать целостность его конструкции.

Благодарю за внимание, оставайтесь любопытствующими и хорошей рабочей недели, ребята. 🙂

Немного рекламы

Спасибо, что остаётесь с нами. Вам нравятся наши статьи? Хотите видеть больше интересных материалов? Поддержите нас, оформив заказ или порекомендовав знакомым,

облачные VPS для разработчиков от $4.99

,

уникальный аналог entry-level серверов, который был придуман нами для Вас:Вся правда о VPS (KVM) E5-2697 v3 (6 Cores) 10GB DDR4 480GB SSD 1Gbps от $19 или как правильно делить сервер?

(доступны варианты с RAID1 и RAID10, до 24 ядер и до 40GB DDR4).

Dell R730xd в 2 раза дешевле в дата-центре Maincubes Tier IV в Амстердаме? Только у нас 2 х Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 ТВ от $199 в Нидерландах! Dell R420 — 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB — от $99! Читайте о том Как построить инфраструктуру корп. класса c применением серверов Dell R730xd Е5-2650 v4 стоимостью 9000 евро за копейки?

Почему разрушаются мосты: 5 причин и примеров

Другой пример тоже из Америки — из города Диксон, штат Иллинойс. Начало мая 1874 года было теплым и солнечным, поэтому пастор местной баптисткой церкви решил провести в первое же воскресенье месяца, 4-го числа, церемонию крещения в водах реки Рок шестерых новых членов общины. Удобное место было вблизи моста, а такие церемонии обычно привлекали внимание горожан (альтернативных развлечений в провинциальном городе с населением чуть больше 4000 человек в 1874 году было немного). Мост же был построен пятью годами ранее и имел пользовавшуюся популярностью новую для тех лет решетчатую конструкцию, позволявшую собирать переправы большой длины из коротких металлических деталей и, следовательно, тратить меньше денег и возводить мосты в труднодоступных районах.

Утром в воскресенье на мосту собралось от 150 до 200 человек, все одетые по-воскресному, причем больше всего людей было сконцентрировано с одного края моста и в границах одного пролета. Пастор взял театральную паузу перед погружением в воды реки крещаемого. Вдруг в наступившей тишине послышался громкий скрип, и пролет моста стал валиться вместе с собравшимися на нем людьми (мужчины, женщины в тяжелых платьях с кринолинами и нижними юбками, дети, в том числе маленькие), которые полетели в воду с высоты более пяти метров. Погибло около 50 человек. Официально причиной случившегося назвали конструкцию моста, однако трагедия не произошла бы, если бы он не оказался перегружен, притом неравномерно.

Военные действия и терроризм

Во всех выше описанных случаях мосты разрушались из-за непреднамеренных действий людей. Но так бывает не всегда, нередко люди разрушают построенные другими людьми переправы. Чаще всего в истории человечества так происходило во время войн, и наибольшее количество мостов было разрушено в XX веке во время Второй мировой войны авиаударами или артобстрелами — либо для того чтобы остановить продвижение войск, либо чтобы нарушить экономическую деятельность противника. Так, мост Гогенцоллернов, построенный в 1907–1911 годах в центре Кельна, позволял пересекать Рейн автомобильному и железнодорожному транспорту и пешеходам и потому считался важнейшим элементом инфраструктуры Третьего рейха — во время войны это был самый загруженный железнодорожный мост в Германии. Неудивительно, что уже с 1942 года союзники старались уничтожить его авианалетами. Впрочем, полностью вывести его из строя с воздуха им так и не удалось — мост рухнул в воды Рейна только 6 марта 1945-го, когда его подорвали американские саперы.

Как построить подвесной мост | Факты о висячем мосту | Подвесной мост — сильные и слабые стороны

Введение подвесного моста

Висячие мосты являются одним из наиболее популярных вариантов в строительстве мостов в настоящее время благодаря многочисленным преимуществам, которые обеспечивает подвесному мосту по сравнению с другими мостовыми конструкциями.

Как следует из названия, висячим мостом называется мост, в котором пролетная плита подвешена между двумя опорами , или, другими словами, в висячем мосту пролетная плита висит между двумя опорами моста.

По форме и конструктивным элементам, используемым в строительстве, очень очень похож на вантовую мостовую конструкцию.

Единственное отличие между вантовым и подвесным мостом состоит в том, что в случае вантового моста строится только одна башня на середине моста .

, из которых тросы поддерживают плиту настила моста с обеих сторон, а в случае висячего моста сооружаются две башни , от которых идут тросы и поддерживают плиту настила моста .

История подвесного моста восходит к 15 веку , когда веревка и дерево были основными материалами для строительства .

Некоторые из примеров подвесных мостов в качестве известных знаковых проектов: Мост Золотые Ворота, Бруклинский мост , Мост Акаши Кайкё (самый длинный подвесной мост на сегодняшний день: пролет 6523 фута или 1991 метр, Япония), Хамбер-Бридж (Великобритания) и др.

Также читайте: Как строятся мосты

Как построить подвесной мост

Процедура строительства подвесного моста аналогична процедуре строительства обычного моста , за исключением мостов этого типа.

Кабели необходимы для удержания плиты настила моста, в то время как обычные мостовые строительные не требуют их.

Прежде чем приступить к как построить висячий мост , необходимо посмотреть на конструктивные элементы висячего моста и на то, для какой цели он используется.

Конструктивные элементы висячего моста включают опоры (в виде больших башен), основные несущие тросы (которые часто называют контактными).

Подвески и крепления, закрепленные на обоих концах моста для крепления основных несущих тросов .

Процедура первоначального строительства висячего моста включает строительство опор или башен в соответствии с традиционными методами, то есть от фундамента до надстройки.

В параллельно с конструкцией опор анкерные блоки закреплены на обоих концах моста для анкеровки основных несущих тросов .

После того, как башни и анкерные блоки будут установлены, начнется укладка основного троса.

Основные несущие тросы (цепная связь) состоят из сотен и тысяч тонких проводов , которые затем продеваются по отдельности с помощью механического оборудования , которые размещаются внутри двух концевых анкерных блоков .

После того, как все провода размещены, их связывают вместе, обматывая стальными проводами и, наконец, покрывая смоляным компаундом , чтобы предотвратить коррозию .

После того, как магистральные тросы сооружены, от магистральных тросов укладывают подвески (вертикальные стальные короткие канаты).

Которые обычно различаются по высоте и длине (от наименьшего в среднем пролете до наибольшего в концевых пролетах из-за параболической формы основных тросов).

Затем начинается заключительный этап строительства, который включает установку настила моста .

Настилы мостов, как правило, состоят из сегментов, причем каждый сегмент является сборным. Стальные балки/фермы или стальные коробки обычно используются для строительства мостовых настилов .

Размещение настилов моста осуществляется постепенно от обеих башен к среднему пролету, которые продвигаются одновременно, чтобы соединить мост на среднем пролете.

После строительства главного моста были построены гораздо меньшие подходы к мосту , после чего последовало завершение и сдача проекта , а затем техническое обслуживание .

Также читайте: West Point Bridge Designer

Как работает подвесной мост

Различные конструктивные элементы подвесного моста выполняют следующие функции:

Подтяжки:

  • Подвески свисают с основных несущих тросов , несущих постоянные и временные нагрузки (в основном транспортные нагрузки) с моста и передающие их на контактную сеть .

Основные несущие тросы:
  • Основные несущие тросы параболической формы принимают постоянную и динамическую нагрузку плиты настила моста от подвесок и передают ее к башням/опорам .

Башни:

  • Башни несут всю нагрузку плиты настила моста с любой стороны, принимая ее от основных несущих тросов и перенося ее на фундамент , который далее передается в грунт под Это.

Анкерные блоки:

  • Анкерные блоки предназначены для фиксации основных тросов на концах мостов с любой стороны моста.

Висячий мост работает по принципу передачи напряжения путем преобразования его в силы сжатия.

Постоянные и временные нагрузки с настилов моста сначала передаются на подвески путем натяжения, которые затем передаются на основные несущие тросы .

Которые далее передаются в башни путем преобразования в сжимающие силы. Две башни подвесного моста несут равные нагрузки, чтобы оставаться в равновесии.

Вес всего подвесного моста переносится на опоры, которые снова переносятся на фундамент сооружения и грунт под ним.

В подвесном мосту , основное натяжение троса сосредоточено в креплениях на каждом конце.Напротив, натяжение троса в вантовом мосту распределяется по множеству креплений вдоль настила.

Чем больше распорок, тем больше опор для настила, а легче и дешевле моста   .

Также прочтите: Что такое Bridge Pier | Тип мостового пирса

Подвесной мост Факты

  • Висячий мост — это тип моста , в котором настил (несущая часть) подвешен под подвесными тросами на вертикальных подвесках.
  • Этот тип моста  имеет тросы , подвешенные между опорами, с вертикальными подвесными тросами, которые передают временные и постоянные нагрузки нижнего настила, по которому пересекается движение.

Подвесной мост — сильные и слабые стороны

  • Висячие мосты обладают многочисленными преимуществами, и в настоящее время предпочтение отдается как эффективному выбору при реконструкции мостов, а также при строительстве новых мостов.
  • Висячие мосты, хотя их и немного, имеют некоторые недостатки.
  • Напротив, количество преимуществ подвесного моста намного превышает количество недостатков, поэтому подвесные мосты считаются популярным выбором конструкции моста.

Преимущества и недостатки подвесного моста включает

Преимущества подвесных мостов
  1. Висячие мосты очень доступны по цене , поскольку для строительства моста требуется минимальное количество материалов и расходных материалов.Для настила моста нужны анкерные блоки, тросы и стальные ящики.
  2. Одним из самых больших преимуществ подвесного моста является то, что он может перекрывать большой пролет. Так что это очень подходит для загруженных водных путей и там, где длина водных путей велика .
  3. Подвесные мосты легче обслуживать по сравнению с другими конструкциями мостов. Подвесной мост требует небольшого обслуживания и номинальной суммы , которая предпочтительно включает новые слои краски каждый год.Так что это очень доступно, так как требует единовременных крупных инвестиций за строительство конструкции.
  4. Больше гибкости в конфигурации подвесных мостов. Поскольку висячие мосты состоят из разных сегментов, которые затем соединяются в мост, очень легко модифицировать любую часть конструкции для технического обслуживания или по другим конструктивным причинам.
  5. Этот тип конструкции моста требует очень небольшого доступа со стороны нижней части настила .Поскольку конструкция висячего моста требует проектирования тросов и подвесок, нет необходимости доступа к нижней части настила , что снова оказывается экономичным для технического аудита конструкции.
  6. Подвесные мосты могут быть визуально привлекательными с эстетической точки зрения . Параболическая форма кабеля и форма конструкции обеспечивают эстетически приятный вид , что приводит к росту туризма, влияя на экономику страны в целом.

Недостатки подвесных мостов
  1. Подвесные мосты могут с трудом выдерживать большие нагрузки. Поскольку этот тип моста может использоваться для покрытия очень больших пролетов, его неспособность нести сосредоточенные нагрузки может стать серьезным недостатком для городов и стран с интенсивным движением .
  2. Подвесные мосты слабы против сильного ветра . Из-за меньшей жесткости моста сильный ветер и землетрясения могут привести к серьезным повреждениям моста, что приведет к вибрации и, в конечном итоге, к выходу моста из строя.
  3. Небольшой доступ с нижнего настила может потребоваться при строительстве висячего моста, чего можно избежать при использовании вантовых .
  4. Висячий мост имеет меньшую жесткость feck по сравнению с другими мостовыми конструкциями .

Есть много других плюсов и минусов подвесного моста, среди которых можно считать важными включенные.

Также прочтите: Разница между эстакадой и мостом | Что такое эстакада | Что такое мост

Плюсы и минусы подвесного моста

Плюсы подвесного моста

  1. Может преодолевать большие расстояния
  2. Недорого построить
  3. Простота обслуживания
  4. Невероятно универсальный
  5. Эстетично

Минусы подвесных мостов

  1. Он уязвим для ветра
  2. Имеет ограничения по нагрузке
  3. Это стоит времени и денег
  4. Имеет ограниченное применение

Часто задаваемые вопросы

Как устроены висячие мосты?

Висячий мост — это тип моста, в котором настил подвешен под подвесными тросами на вертикальных подвесах.Основные структурные компоненты системы висячего моста включают балки/фермы жесткости, основные подвесные тросы, основные опоры и крепления тросов на каждом конце моста.

Из чего изготовлен подвесной мост?

Башни большинства подвесных мостов изготовлены из стали , хотя некоторые из них были построены из стали и железобетона.

Недостатки подвесного моста

  • Подвесные мосты могут с трудом выдерживать сосредоточенные тяжелые веса.
  • Подвесной мост обеспечивает меньшую гибкость.
  • Сильный ветер может вызвать вибрацию подвесного моста .
  • Во время строительства может потребоваться некоторый доступ под палубу.

Нравится этот пост? Поделитесь этим с вашими друзьями!

Предлагаемое чтение –

Висячие мосты

Висячие мосты в своей простейшей форме изначально изготавливались из веревки и дерева.
В современных подвесных мостах используется проезжая часть коробчатого сечения, поддерживаемая тросами с высокой прочностью на растяжение.
В начале девятнадцатого века на висячих мостах использовались железные цепи для тросов. Высокопрочные тросы, используемые в большинстве современных подвесных мостов, были введены в конце девятнадцатого века.
Сегодня тросы состоят из тысяч отдельных стальных проволок, плотно связанных друг с другом. Сталь, очень прочная при растяжении, является идеальным материалом для кабелей; одна стальная проволока, только 0.Толщина 1 дюйм, может выдержать более полутонны, не ломаясь.

Легкие и прочные висячие мосты могут охватывать расстояния от 2000 до 7000 футов, что намного больше, чем мосты любого другого типа. Они идеально подходят для покрытия оживленных водных путей.

В любом проекте моста выбор материалов и формы обычно сводится к стоимости.
Висячие мосты, как правило, самые дорогие в строительстве. Подвесной мост подвешивает проезжую часть к огромным магистральным тросам, которые проходят от одного конца моста до другого.Эти тросы опираются на вершины высоких башен и должны быть надежно закреплены в насыпи на обоих концах моста.
Башни позволяют прокладывать основные кабели на большие расстояния. Большая часть веса или нагрузки моста переносится тросами на системы крепления. Они встроены либо в твердую скалу, либо в огромные бетонные блоки. Внутри креплений тросы распределяются по большой площади для равномерного распределения нагрузки и предотвращения разрыва тросов.

Мост Золотые Ворота в Сан-Фансиско.

В настоящее время мост Хамбер в Англии имеет самый длинный в мире центральный пролет длиной 4624 фута

На приведенной ниже диаграмме показано натяжение тросов подвесного моста. Эти кабели способны выдерживать растяжение, но не обладают сопротивлением сжатию. Эти типы мостов работают совершенно иначе, чем арочный мост.


Мост Нью-Такома-Нарроуз

 

Разрушение конструкции

Некоторые мосты в прошлом страдали от разрушения конструкции.Это может быть сочетание плохой конструкции и суровых погодных условий.
На момент открытия в 1940 году Tacoma Narrows Bridge был третьим по длине подвесным мостом в мире. Позже он стал известен как «Скачущая Герти» из-за того, что двигался не только из стороны в сторону, но и вверх и вниз на ветру. Были предприняты попытки стабилизировать конструкцию тросами и гидравлическими буферами, но они не увенчались успехом.

В конце концов, 7 ноября 1940 года, всего через четыре месяца после постройки мост рухнул при ветре со скоростью 42 мили в час.Мост был спроектирован так, чтобы выдерживать ветер скоростью до 120 миль в час.

Некоторые эксперты связывают обрушение моста с явлением, называемым резонансом. Когда тело вибрирует на своей естественной частоте, оно может разбиться. Резонанс — это та же сила, которая может разбить стекло под воздействием звуковых вибраций голоса оперного певца.

Сегодня все прототипы новых мостов перед постройкой проходят испытания в аэродинамической трубе. Мост Tacoma Narrows был перестроен в 1949 году.

Задача

Четыре фигуры ниже представляют собой простые каркасы с шарнирным соединением, которые при загрузке разрушаются.Перерисуйте формы, но добавьте несколько дополнительных поперечин, чтобы рамы не деформировались под нагрузкой.

Какие материалы используются для строительства подвесных мостов?

Большинство башен висячих мостов состоят из стали, однако некоторые из них сделаны из железобетона. Основным конструкционным материалом для настила обычно является сталь, хотя некоторые мосты с большим пролетом были построены из более тяжелых материалов, таких как чугун , или даже дерево.Тросы подвесного моста являются его наиболее важным компонентом; без них структура не может поддерживать себя. Натяжители троса, используемые на современных мостах , прикрепляются к кабелю и равномерно натягивают его на каждую башню. На старых мостах человек шел по дорожному полотну возле одной башни и регулировал веревку, прикрепленную к другой башне, чтобы она оставалась одинаковой длины, чтобы не было провисания троса, когда он пересекал небольшие препятствия, такие как канавы или линии забора.

Термин «мост» происходит от французского слова «ceinture», что означает «пояс» или «пояс».Первоначально мосты предназначались для защиты дорог от разливов рек, а затем использовались в качестве военной защиты от захватчиков. Сегодня они используются для многих других целей, включая транспортные средства, пешеходов и железнодорожное движение. Существует несколько различных типов мостов, в зависимости от их использования и философии дизайна. Внутри каждого типа моста могут быть подтипы в зависимости от того, как мост построен и поддерживается.

Какой материал используется для башенного троса и настила моста?

Стальная проволока, из которой состоят тросы на некоторых подвесных мостах, оцинкована (покрыта цинком).Оцинкованная проволока имеет несколько преимуществ по сравнению с обычной проволокой: она более устойчива к коррозии, с ней легче работать при строительстве рамы или такелажа моста, и вероятность того, что она перегнется или сломается, меньше.

Только один крупный мост в Канаде состоит исключительно из бетона: Мост Жака-Картье соединяет Монреаль и Пуэнт-Клер в Квебеке. Он открылся для движения в 2007 году после завершения строительства двумя годами ранее.

Возможно, вы видели фотографии или видео Мост Золотые Ворота онлайн.Это подвесной мост, который пересекает залив Сан-Франциско между Калифорнией и является одной из самых фотографируемых достопримечательностей в Соединенных Штатах. Он строился с 1936 по 1990 год и носит звание самого длинного деревянного висячего моста в мире. Основная часть моста состоит из трех отдельных секций весом около 14 миллионов фунтов каждая, соединенных двумя большими вертикальными подвесками, прикрепленными к обеим сторонам залива. Каждая секция состоит из четырех продольных досок, уложенных вплотную друг к другу с вертикальным расположением волокон, связанных вверху и внизу горизонтальными звеньями и соединенных вертикальными стойками.

Как строители строят мосты над водой?

Если для моста через водоем требуются опоры, фундамент формируется путем опускания кессонов в русло реки и заполнения их бетоном. Башни возводятся на кессоны в случае висячих мостов . Первоначально башни висячего моста были сделаны из камня, но теперь они сделаны из стали или бетона.

Мосты строятся по планам, предоставленным инженерами-строителями. Процесс начинается с определения необходимой несущей способности конструкции.Эта информация используется для выбора подходящего материала для конструкции (например, стали или бетона). Затем инженер разработает расположение армирования в материале (нагрузки на крышу, вертикальные силы и т. д.). Затем в лаборатории изготавливаются реальные образцы выбранного материала, которые испытываются на прочность. Наконец, когда все детали согласованы, подписывается контракт со строителем, который имеет доступ к необходимому оборудованию и рабочей силе для завершения проекта.

В заключение, мосты строят подрядчики, у которых есть доступ к тяжелому оборудованию, такому как краны и бульдозеры.

Как изготавливаются подвесные мосты?

Башни возводятся на кессоны в случае подвесных мостов. Башни висячих мостов, первоначально сделанные из камня, теперь изготавливаются из стали или бетона. Затем на обоих концах сооружаются крепления, обычно из железобетона со встроенными стальными проушинами, к которым будут крепиться кабели. Затем центральная часть моста строится из множества длинных ферм или балок, которые пересекаются между анкерами и соединяются друг с другом на других концах.Расстояние между центрами двух башен определяет ширину моста.

Висячие мосты можно разделить на три основных типа : однопролетные, многопролетные и самоанкерные. Однопролетный подвесной мост имеет один основной трос, поддерживающий вес настила. Многопролетные мосты имеют несколько независимых подвесных тросов, идущих от каждой боковой башни к центральной опоре или балке. Самоанкерные мосты не имеют какой-либо опоры под материалом настила.Вместо этого эти мосты полагаются на натяжение подвесных тросов для обеспечения их устойчивости.

Строительство мостов — очень трудоемкий процесс. Даже сегодня, после того как были изобретены все современные инструменты для экономии времени, на строительство моста по-прежнему уходит примерно столько же времени, сколько , когда у строителей были в распоряжении только руки и молотки. Висячий мост требует больше работы, чем плоский мост , потому что его центральная часть должна выдерживать как собственный вес, так и вес транспортных средств, пересекающих его.

Как строится мост?

Если для моста через водоем требуются опоры, фундамент формируется путем опускания кессонов в русло реки и заполнения их бетоном. Затем центральная часть моста строится из настила, такого как дерево или металл, которые крепятся к креплениям, образуя ровную поверхность дороги через реку или озеро.

Для мостов без опор, таких как многие деревянные мосты, вместо них используются несущие элементы, называемые «стрингерами».Это длинные тонкие куски пиломатериалов, которые кладут рядом под проезжей частью, при этом один конец опирается на землю, а другой висит в воздухе. Средняя часть стрингера остается открытой, поэтому он может выдерживать транспортных нагрузок . Концы стрингеров скошены (закруглены), чтобы они не касались земли или неба. Вместо этого они соприкасаются с короткими стойками, вкопанными в землю на каждом конце, что обеспечивает дополнительную прочность и устойчивость. Пространство между каждым стрингером и его стойкой называется «выемкой» и помогает более равномерно распределять транспортные нагрузки по мосту.

После того, как стрингеры уложены, следующим шагом будет сборка остальной части моста.

Как устроен подвесной мост через Северн?

В первую очередь возводятся фундаменты и башни подвесного моста. Основные подвесные тросы надежно закреплены на опорах на обоих концах моста и поддерживаются опорами, что придает мосту его уникальный дизайн. Подвески, подвешенные к этим тросам, поддерживают настил моста . На более крупных сооружениях может быть несколько второстепенных подвесок, соединяющих башни со средней опорой или отводами.Они обеспечивают большую устойчивость моста и помогают предотвратить его раскачивание порывами ветра.

При строительстве нового моста сначала необходимо определить расположение башен и опор. Например, если цель состоит в том, чтобы иметь два моста одинакового размера с каждой стороны реки, то расположение башен будет определять, насколько далеко они друг от друга на берегу реки. Затем следует выбрать материалы для фундамента, а затем как можно скорее залить их после определения размера и формы опорных площадок .После того, как фундаменты будут готовы, над ними можно возводить опорную конструкцию для кабеля.

На существующих мостах техническое обслуживание или ремонтные работы могут потребовать изменения планировки или системы подвески моста. Например, если одна секция троса нуждается в замене , то это можно сделать без демонтажа всего настила моста. Затем сменный кабель будет прикреплен к новым подвескам, установленным на оставшейся конструкции.

Даже при многолетнем использовании подвесной мост остается одним из самых эффективных способов пересечения большого водоема .

Как подвесной мост поддерживает башню?

Висячие мосты являются одним из наиболее распространенных типов мостов. Он имеет систему поддержки тросов, которая распределяет вес настила моста между двумя башнями. Давления растяжения в тросах передаются силам сжатия в опорах, которые впоследствии распространяются на землю. Расстояние между двумя башнями определяет, какую нагрузку может нести мост.

Первые подвесные мосты были деревянными и использовали балки в качестве основной несущей конструкции.По мере совершенствования технологий стали популярными металлические балки. Сегодня большинство подвесных мостов состоят из стальных тросов, поддерживаемых несколькими вертикальными стойками, закрепленными в земле на каждом конце моста.

Тросы, подвешенные внутри труб, обеспечивают боковую поддержку моста, в то время как вертикальные стойки, соединенные с их концами , несут вес настила. Шаг этих стоек зависит от нагрузки, которую будет нести мост. Если нагрузка большая, то нужно больше столбов.Если нагрузка небольшая, то достаточно меньше постов. Количество необходимых кабелей также зависит от нагрузки, которую они должны будут нести. Если нагрузка большая, то нужно больше кабелей. Если нагрузка легкая, то достаточно меньше кабелей.

Башни моста должны быть достаточно прочными, чтобы выдерживать как собственный вес, так и вес транспортных средств, пересекающих его. Обычно они состоят из больших полых цилиндров с горизонтальными отверстиями в основании, позволяющими воде стекать с моста во время дождя или при предупреждении о наводнении.

Как они стали такими, какие они есть сейчас. — Блог одаренных ресурсов

 

Висячие мосты — это мосты, в которых вес настила удерживается и поддерживается вертикальными тросами, соединенными с более крупными тросами, которые проходят через опоры и закрепляются на концах. Для правильной работы висячим мостам нужны балки, арки, фермы и подвески. Они помогают удерживать мост в подвешенном состоянии и быть достаточно прочным, чтобы выдерживать тысячи, если не миллионы фунтов стерлингов от автомобилей. В настоящее время висячие мосты представляют собой экономичное решение проблемы сложности строительства опор на длинных участках рек и ручьев.Однако потребовалось много проб и ошибок, чтобы сделать подвесной мост безопасным и стабильным.

Ранние висячие мосты

Самый ранний подвесной мост был построен в 15 веке Тхангтонгом Гьялпо. Гюльпо был из Тибета и построил 58 подвесных мостов с железными цепями, один из которых просуществовал до 2004 года. Многие из его мостов имели стальные цепи вместо проводов, которые используются в настоящее время. Джеймс Финли построил первый висячий мост в США.Этот мост был первым подвесным мостом, имеющим все компоненты современного подвесного моста.

Проблемы, стоящие перед подвесными мостами, и решения 

Однако многие инженеры конца 18-го и начала 19-го веков столкнулись с многочисленными и серьезными проблемами, связанными с устойчивостью и устойчивостью к ветру, штормам и большим нагрузкам на мосту. Неудачи были результатом сильных штормов, сильного ветра, сильного снегопада и пересечения моста скотом. Человеком, ответственным за решение этой проблемы, был Джон Август Роблинг.Он добавил паутинную ферму с обеих сторон своего моста и создал мост, который был достаточно жестким, чтобы успешно преодолеть Ниагрское ущелье Ниагарского водопада, Нью-Йорк, реку Огайо, однако он наиболее известен тем, что построил мост, который соединил Бруклин и Манхэттен. в Нью-Йорке. Технику плетения канатов для подвесных мостов изобрел французский инженер Луи Вика. Он использовал ходовое колесо, чтобы удерживать и транспортировать один трос от крепления к дальней башне с дальним креплением.Еще одним важным усовершенствованием висячего моста стал пневматический кессон, который позволил возводить фундаменты опор на большей глубине. В 1930-х годах инженеры экспериментировали со сплошными фермами вместо ферм с перемычками, но после катастрофы на мосту Такома балки были заменены фермами с перемычками. Позже более устойчивые балки стали достаточно безопасными, чтобы снова заменить фермы из перемычек.

Современные мосты

В конце 1980-х годов были построены три моста с массивными пролетами более 4000 футов.Современные стальные сплавы позволяют увеличить пролет моста и обеспечивают большую поддержку. Теперь большинство мостов могут поддерживать поезда, но чаще используются для автомобилей.

Ресурсы — технология моста   

Факты о мостах

Мостостроение

Почувствуйте силу подвесного моста Новости и исследования

Ключевые понятия
Силы
Сжатие
Натяжение

Введение
Вы когда-нибудь задумывались, как выдерживают мосты перед лицом гравитации, погоды и интенсивного движения транспорта, пересекающего их? Их построение может показаться сложным, но они основаны на некоторых удивительно простых силах, которые вы, вероятно, испытали на себе.Вы когда-нибудь топтали пустую банку? Или играли в перетягивание каната? Тогда вы можете знать больше об инженерных подвесных мостах, чем вы думаете!

«Сжатие» и «напряжение» — две силы, которые мы можем чувствовать и видеть в окружающем нас мире. Где можно найти примеры сжатия (подсказка: подумайте о пустой банке) и напряжения (подсказка: попробуйте перетягивание каната).

Используя много математических расчетов, инженеры-строители размещают части подвесного моста так, чтобы сжатие и растяжение работали вместе, чтобы удерживать одни из самых длинных пролетов в мире.С партнером и некоторыми обычными предметами домашнего обихода вы сможете увидеть, каково это быть подвесным мостом, и сравнить прочность подвесного моста с балочным мостом.

Фон
Уже более 600 лет люди строят висячие мосты, чтобы пересечь самые широкие реки и каньоны. Сегодня вы все еще можете найти подвесные мосты глубоко в отдаленных джунглях, а также в большинстве крупных городов. В США двумя самыми известными подвесными пролетами являются, вероятно, Золотые ворота в Сан-Франциско и Бруклинский мост в Нью-Йорке.

Основными частями висячего моста являются его опоры, тросы, настил и крепления. Как нетрудно догадаться, длинные тросы являются уникальной частью подвесного моста. Закрепленные на земле на каждом конце, кабели натянуты на вершины высоких башен и плавно спускаются вниз, чтобы поддерживать настил моста (дорогу и/или пешеходную дорожку) сверху.

Материалы
•    Партнер (кто-то схожего размера работает лучше всего)
•    Три соломинки: одна для использования в качестве башен и две для настила моста — по одной на каждый из двух строящихся мостов
. •    Ножницы
•    Кусок веревки длиной четыре фута для использования в качестве подвесного троса
. •    Малярная лента
•    Большая канцелярская скрепка
•    Загрузочное ведро (контейнеры для выноса бумажных коробок хорошо подходят)
•    Тяжелые гайки, болты или любые другие небольшие, но тяжелые предметы, которые можно использовать в качестве утяжелителей
. •    Линейка

Подготовка

•    Переместите два стула одинаковой высоты на семь дюймов друг от друга.
•    Аккуратно разрежьте одну соломинку пополам, чтобы получились две башни.
•    Вырежьте небольшую щель на верхнем конце каждой башни, чтобы в нее вставлялся шнур.
•    Отрежьте один четырехдюймовый кусок веревки.
•    Подготовьте клейкую ленту.

Процедура
•    Чтобы узнать о силах, удерживающих подвесные мосты, вы можете испытать их на себе. Для начала встаньте лицом к партнеру.
•    Возьмитесь за руки и медленно, осторожно наклонитесь назад.Не отпускай! Чувствуешь рывок? Какая сила связана с тягой? Это натяжение, которое используют тросы подвесного моста.
•    Снова повернувшись лицом к партнеру, прижмите ладони к его ладоням. Теперь медленно, осторожно наклоняйтесь друг к другу. Какое давление вы чувствуете сейчас? Это сжатие, которое встречается в опорах мостов.
•    Теперь, когда мы знаем, как ощущаются силы сжатия и растяжения, мы можем построить два типа мостов и сравнить их прочность.Мы начнем с создания модели подвесного моста. Прикрепите половину разрезанной (башенной) соломы к верхней части одного из стульев так, чтобы прорезь была сверху и указывала на другой стул. Теперь таким же образом прикрепите вторую половину соломинки к другому стулу. Две прорези должны быть на одной линии, а соломинки должны быть на расстоянии семи дюймов друг от друга.
•    Дважды оберните середину четырехфутовой нити вокруг целой соломинки. Это будет служить палубой, где будет проходить дорога или дорожка.
•    Прикрепите каждый конец этой соломинки к основанию соломинки-башни так, чтобы она перекрывала расстояние между ними.
•    Проденьте каждый конец веревки через прорезь в каждой соломинке с другой стороны. Чтобы закрепить мост, прикрепите каждую сторону струны к стулу. Вы только что построили висячий мост!
•    Оберните большую канцелярскую скрепку вокруг соломы палубы и повесьте на нее пустое грузовое ведро. Начните класть гири в ведро, записывая число, пока мост не сломается (из-за того, что соломинка согнется или поддастся).
•    Теперь построим балочный мост. Снимите нить и аккуратно разрежьте две боковые соломинки пополам.
•    Прикрепите одну соломенную «башню» скотчем к краю стула. Прикрепите вторую башню ко второму стулу такой же высоты.
•    Расположите эти башни на расстоянии семи дюймов друг от друга.
•    Теперь прикрепите каждый конец другой соломинки к основанию двух более коротких боковых соломинок. Это ваш луч — там, где проходит дорога, дорожка или железнодорожные пути. Вы только что построили балочный мост! Как вы думаете, этот мост сможет выдержать больший вес, чем подвесной мост, или меньший? Почему?
•    Подвесьте грузовой ковш к платформе и повторите тест, добавляя грузы по одному.
•    Какой мост прочнее? Где рухнули мосты? Где каждый мост был самым слабым?
•    Дополнительно: Спроектируйте и постройте более длинный пролет. Посмотрите, сможете ли вы сделать мост в два раза длиннее (14 дюймов), который выдержит такой же вес. Какие части моста вам нужно будет заменить? (Совет: вам может понадобиться усилить ленту, закрепляющую опоры, обернуть веревку вокруг палубы несколько раз или прикрепить крепления дальше назад.)


Наблюдения и результаты
Какой мост смог выдержать больший вес? Как вы думаете, почему?

Когда все материалы и обстоятельства одинаковы, подвесные мосты могут прокладываться на большие расстояния, чем простые балочные мосты.Это связано с тем, что настил моста или проезжая часть поддерживается сверху за счет натяжения тросов и сжатия опор, а не только оснований. Висячие мосты также менее жесткие, поэтому они могут лучше противостоять внешним силам, таким как землетрясения. Вы пересекали балочные мосты или висячие мосты? Посмотрите, какие мосты вы можете найти в вашем районе.

Очистка
•    Выбрасываемые соломинки, веревки и ленты
•    Веса возвратов

Дополнительные сведения
«100 лет назад: проектирование города — мосты Нью-Йорка», из Scientific American
. «Толпы, идущие по мосту, могут раскачиваться», из Scientific American
Хронология Бруклинского моста, из Кена Бернса на канале PBS
Мост Золотые Ворота из журнала PBS American Experience

 

Почему мосты строят так высоко над землей?

Мы все восхищались легендарным мостом Золотые Ворота и его высокими пирсами в реальной жизни или на экране.Но задумывались ли вы когда-нибудь, почему именно эти пирсы имеют высоту и ? И почему мосты строят так высоко над землей?

Мосты строятся так высоко над землей, чтобы вода могла безопасно проходить под ними. Они построены высоко, чтобы уменьшить силы растяжения, действующие на провода моста. Больший угол между землей и кабелями снижает горизонтальное напряжение, поскольку силы становятся вертикальными с более высокими башнями.

Висячие мосты на первый взгляд могут показаться не слишком сложными, но для оптимизации их конструкции используется множество умных инженерных решений.Читайте дальше, чтобы узнать о них больше!

Какой высоты должны быть мостовые башни?

Высота башен моста — это не просто выбор дизайна, поскольку при расчете правильной высоты моста и его опор требуется много инженерных мыслей. Помимо прочих факторов, оптимальная высота также зависит от того, вантовый это мост или подвесной.

Высота опор моста должна быть не менее 20% пролета моста или расстояния между обеими опорами.Для подвесных мостов высота опоры должна составлять не менее 10% пролета моста. В большинстве сценариев подвесные мосты предпочтительнее вантовых, поскольку никто не уходит под воду.

Висячие мосты являются экономичным решением для создания путей через реки с достаточным просветом для прохождения под ними водного транспорта. Они не слишком дороги в строительстве и не требуют массивных опор для поддержки палубы. И никому не нужно спускаться под воду, чтобы построить их.

Помимо управления распределением веса моста, существуют определенные требования к высоте, которым должен соответствовать мост, чтобы под ним было достаточно места для проезда водного транспорта.

Государственные правила обеспечивают определенный вертикальный зазор под мостами, построенными над водными путями. Чем выше становится настил моста, тем выше должны быть его башни, чтобы выдержать его вес, что подводит нас к следующему вопросу.

Какой высоты должны быть настилы моста?

Хотя мосты строятся для облегчения движения транспорта и позволяют ему проходить через реки, они не должны мешать водным путям и кораблям. Для этого они должны быть построены достаточно высокими, чтобы суда и водные транспортные средства всех размеров могли безопасно проходить.

Настилы моста должны быть примерно 200 футов (61 м) , а вертикальный просвет для водного транспорта должен составлять 155 футов (47 м) в середине пролета. В разных штатах действуют разные правила минимальной высоты мостов. Эта высота считается достаточно безопасной, чтобы обеспечить достаточный просвет для прохода водного транспорта.

Имейте в виду, что матросы и капитаны всегда должны быть осторожны, проходя под мостами.

Иногда уровень воды может быть аномально высоким, что делает переход более рискованным во время приливов.Настил мостика также может немного провисать на границах судоходного канала, поэтому перед подходом к мостику необходимо проявлять должную осмотрительность.

Мосты с относительно более низким вертикальным клиренсом требуют тщательного наблюдения для обеспечения безопасного прохода, особенно если судно достаточно высокое, чтобы приблизиться к высоте клиренса моста. Даже если корабль немного короче, чем указанный клиренс моста, такие факторы, как приливы, свисающие провода или даже волновые следы от прохождения водного транспорта, могут вызвать столкновения.

Капитан также может запросить открытие, когда это необходимо для безопасного прохода.

Однако в большинстве случаев этого можно избежать при достаточном знании высоты судна и опускании корабельных аутригеров или антенн. Обратите внимание, что запрос на открытие моста без необходимости может привести к значительным штрафам.

Как работают подвесные мосты?

Для пересечения водных путей без лодки требуется надстроенная над ней платформа, и подвесные мосты являются наиболее популярным решением.Помимо того, что они выглядят величественно, они играют решающую роль в обеспечении движения транспорта по рекам. Но как именно они работают?

Висячие мосты состоят из двух высоких опор с прикрепленными к ним тросами, которые несут вес настила подвесного моста. Поскольку эти тросы соединены с опорами, вес настила передается на землю. Множество вертикальных тросов подвески соединяют настил с основными опорными стропами.

Вес палубы передается по магистрали на башни, воздействуя на каждую из них через прикрепленные тросы.

Но магистральный несущий трос проходит мимо двух башен и крепится к земле с обоих концов. Таким образом, внутренняя сила от веса настила моста компенсируется удлиненными тросами, закрепленными в твердой скале или бетонных блоках по обеим сторонам моста.

Высота башен также играет жизненно важную роль в управлении внутренней тягой и силами растяжения. Чем больше угол между кабелями и землей, тем большую вертикальность он добавляет конструкции.

В более высоких мачтах направление натяжения троса становится более вертикальным.

С другой стороны, более короткие башни приводят к большему горизонтальному натяжению и, следовательно, большему внутреннему натяжению. Более короткие опоры также увеличивают растягивающие усилия с обеих сторон, что требует более прочных, тяжелых и более дорогих подвесных тросов.

Благодаря такому балансу внешних и внутренних сил эти башни могут быть довольно тонкими и при этом поддерживать полноразмерный подвесной мост.

Анкеры с каждой стороны моста достаточно прочны, чтобы тянуть опоры с силой, равной весу настила.В результате весь вес приходится на опоры, передающие его на землю.

Современные подвесные мосты более надежны

Висячие мосты уходят корнями в далекое прошлое, но они не всегда были такими надежными и работоспособными, как те, что мы имеем сегодня. Некоторые недостатки конструкции включали цепные тросы и нестабильные настилы моста, которые могли представлять угрозу безопасности при большем весе или непредсказуемых воздействиях окружающей среды.

Тонкие настилы моста оказались неустойчивыми и ненадежными при сильных стихийных бедствиях и плохой погоде.Даже сильный ветер может расшатать всю конструкцию.

Если платформа недостаточно прочная, никакие хитроумные конструкции опорных тросов или высоты башни не смогут предотвратить разрушение моста. Современные подвесные мосты имеют прочные мостовые настилы, которые не раскачиваются при сильном ветре.

Цепные тросы в более ранних конструкциях мостов также не были идеальными для поддержки их веса, поскольку вся система могла рухнуть, если одно звено обрывается. Современные конструкции заменили их прочными жгутами из высокопрочной стали.

Таким образом, даже если пучок выйдет из строя частично, мост не рухнет. Благодаря достижениям в области гражданского строительства мы оптимизировали безопасность, практичность и красоту подвесных мостов.

Самый длинный подвесной мост в мире — это мост Акаси Кайкё в Японии, длина которого составляет 3 911 м (12 831 фут), а высота — 282,8 м (928 футов).

Заключение

Мосты и опоры высокие по разным причинам. К ним относятся оптимальное распределение веса по опорным линиям моста и соблюдение требований по вертикальному зазору.Эти требования гарантируют, что водные транспортные средства, проходящие под мостом, получат достаточно места для безопасного прохода, несмотря на размер судна.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.