Исследователи из Университета Шеффилда, работающие в сотрудничестве с командой из Университета Брунеля в Лондоне, недавно определили новые структурные формы, которые позволили бы построить очень длинные мосты в местах, где нет места традиционным мостам.
В исследовании использовалась новая методика математического моделирования для определения того, что было бы наиболее целесообразным для этих более длинных проектов, таких как гипотетический мост через Гибралтарский пролив, который обсуждается на протяжении многих десятилетий, но так ещё не воплощён в жизнь.
Новые формы мостов
Исследователи из Университета Шеффилда отмечают, что подвесной (висячий) мост в настоящее время является самой популярной формой для длинных по протяжённости проектов, но вантовые мосты также становятся все более популярными. По мере увеличения длины, главной задачей большей части структуры является нести свой собственный вес, а не нагрузку от дорожного трафика. Такое ограничение устанавливает лимит на продолжительность срока службы; после определенного момента конструкция больше не сможет поддерживать свою собственную массу.
Профессор из Университета Шеффилда и руководитель исследования Мэтью Гилберт отметил, что, хотя висячие мосты существуют уже сотни лет, и некоторые дополнительные улучшения были введены, те, кто работает над этими проектами, не остановились, чтобы оценить, является ли такая форма моста наиболее эффективной. «Наше исследование показало, что существуют более структурно эффективные формы, которые в будущем могут открыть двери для значительно более длинных мостовых пролетов».
Метод, используемый командой, основан на теории, разработанной Дэвисом Гилбертом, который использовал математику в 19 веке, чтобы убедить Томаса Телфорда, что подвесные кабели в его конструкции для моста пролива Менай, расположенного в Северном Уэльсе, сформировали кривую, которая была слишком пологой. Гилберт также предложил «линию провеса каната с равным напряжением», которая показала оптимальную форму подвесного троса при учете гравитационных нагрузок.
Объединив эту теорию с современной математической моделью оптимизации, исследовательская группа определила концепцию моста с участками, напоминающими велосипедное колесо, с несколькими спицами вместо одной башни. Однако их было бы сложно построить в больших масштабах; вместо этого команда включила разделенные башни с двумя или тремя спицами.
Существует также проблема с весом материалов: для 5-километрового пролёта, который, вероятно, потребуется для проекта в Гибралтарском проливе, традиционный висячий мост потребует гораздо больше материала — структура будет на 73% тяжелее оптимального дизайна. С другой стороны, проекты с двумя и тремя спицами будут только на 12% и 6% тяжелее соответственно.
Исследователи подчеркнули, что это исследование является лишь первым шагом; текущий дизайн учитывает лишь гравитационные нагрузки и не включает динамические.
«Это интересная разработка в процессе поиска большей материальной эффективности при проектировании сверхдлинных пролетов мостов», — сказал соавтор исследования и эксперт по длинным пролётам Ян Ферт, один из инженеров консультантов группы COWI, который работал над концепцией Гибралтарского моста. «Необходимо проделать ещё очень много работы, особенно в области разработки эффективных и экономичных методов строительства, но, возможно, однажды мы увидим, как эти новые формы примут очертания, раскинувшись над какими-нибудь широким устьем или морским проливом».
