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

Фото: images.aif.ru
Статья из газеты: Еженедельник "Аргументы и Факты" № 48 29/11/2017

Как избежать неустойчивости мостов и тем более катастроф - в материале «АиФ-Нижний Новогород».

Критическое число пешеходов для каждого моста своё. Для лондонского «Миллениума» - 165 человек. © / Public Domain 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.

Мост руководит пешеходами

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.

От Ла-Манша до Хоккайдо. Мосты и тоннели, которые связывают разные страны Но это не так. Синхронность движения приводит к усилению колебаний, а начало «качания» - это нелинейный эффект динамики взаимодействия пешеходов и моста. Когда пешеходы двигаются несинхронно, при определённых условиях конструкция неожиданно для них начинает колебаться. Так было во время открытия моста «Миллениум» в Лондоне в 2000 году. Почему же движения сотен людей с разной походкой, скоростью ходьбы синхронизируются и мост начинает шататься? В 2005 году в журнале Nature об этом вышла статья группы учёных под руководством профессора Центра прикладной математики при Корнелльском университете, известного математика Стивена Строгаца. Но модель группы Строгаца была, на наш взгляд, упрощённой. Мы доказали, что расчёты коллег много что прояснили, но были неточными.

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.

  • © Reuters / Stringer
  • © www.globallookpress.com
  • © Commons.wikimedia.org
  • © Commons.wikimedia.org / Stefan Krause
  • © www.globallookpress.com
  • © www.globallookpress.com
  • © www.globallookpress.com
  • © Commons.wikimedia.org / Tysto
  • © Commons.wikimedia.org / George Gastin
  • © Commons.wikimedia.org / Roger Veringmeier
  • Катастрофу предотвратит математика

    - 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.

    «Можно будет пройти». Первая прогулка в Крым состоится в 2017 году На наш взгляд, дело в определённой скорости и направлении ветра. Симметричные опоры Такомского моста попали под равномерный обдув. Поэтому при строительстве переправы лучше использовать несимметричные конструкции.

    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.

    От Ла-Манша до Хоккайдо. Мосты и тоннели, которые связывают разные страны   Дорогая безопасность

    - 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. 

    Тест: Угадайте 9 знаменитых мостов мира Взять, к примеру, строящийся мост через Керченский пролив - там очень тяжёлая волновая и ветровая обстановка и также могут возникать колебания. Поэтому, проектируя переправу, как сообщают СМИ, всё сначала просчитывали на моделях.

    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! Досье Владимир Белых - доктор физико-математических наук, профессор. Окончил радиофак Горьковского госуниверситета. Зав. кафедрой математики ВГУВТ, заслуженный деятель науки РФ. Специалист по теории нелинейных колебаний и качественной теории динамических систем. Автор более 200 статей и одной монографии. Лауреат премии Ленинского комсомола, обладатель звания «Соросовский профессор».

     
    По теме
    Губернатор Глеб Никитин поручил принять меры по борьбе с последствиями неблагоприятных погодных явлений в Нижегородской области Об этом сообщает пресс-служба регионального правительства правительства Нижегородской области.
    17.11.2018
    Нижний Новгород. 17 ноября. НТА-Приволжье — Глеб Никитин поручил принять меры по борьбе с последствиями ледяного дождя и гололедицы в Нижегородской области.
    17.11.2018
     
    Жители Володарского района, Дзержинска и Нижнего Новгорода за вывоз ТКО будут платить одинаково - НИА Нижний Новгород Жители Володарского района, Дзержинска и Нижнего Новгорода за вывоз ТКО будут платить одинаково Жители Володарского района, Дзержинска и Нижнего Новгорода за вывоз ТКО будут платить одинаково.
    17.11.2018
     
    Дороги и тротуары Нижнего Новгорода от гололедицы обрабатывают мобильные бригады - НИА Нижний Новгород Дороги и тротуары Нижнего Новгорода от гололедицы обрабатывают мобильные бригады Мобильные бригады обрабатывают дороги и тротуары города противогололедным составом вечером 17 ноября.
    17.11.2018
    Нижний Новгород. 17 ноября. НТА-Приволжье — Новое законодательство позволит ликвидировать несанкционированные свалки Как сообщает пресс-служба губернатора и правительства Нижегородской области,
    17.11.2018
    Неработающий ранее судимый 44-летний житель города Выксы был доставлен в отдел полиции по подозрению в совершении нападения на местную жительницу.
    17.11.2018 ГУ МВД Нижегородской области
    Двухлетняя девочка умерла в нижегородском Доме ребенка предположительно от вирусной инфекции, - СК - НИА Нижний Новгород Фото: НИА Нижний Новгород Следователи возбудили уголовное дело по факту смерти двухлетней девочки, которая скончалась в "Выксунском доме Матери и ребенка" 12 октября.
    16.11.2018 НИА Нижний Новгород
    Злоумышленника задержал экипаж вневедомственной охраны Росгвардии Софья Штин / АиФ Сотрудники вневедомственной охраны управления Росгвардии по Нижегородской области задержали 31-летнего мужчину за нападение на бриг
    16.11.2018 АиФ Н.Новгород
    В Нижнем Новгороде состоялся Осенний молодежный бал - Нижегородская епархия 17 ноября в Бальном зале исторической усадьбы Рукавишниковых Нижегородского государственного историко-архитектурного музея-заповедника состоялся традиционный Осенний молодежный бал,
    17.11.2018 Нижегородская епархия
    Вспомнить героев поименно - Вачская газета Как известно,  29 июня следующего года исполнится 90 лет со дня создания Вачского района.
    17.11.2018 Вачская газета
    "Красота и радость жизни" - Wyksa.Ru   источник: Усадебно-промышленный комплекс Баташевых - Шепелевых В музее истории завода состоялось торжественное открытие персональной выставки нижегородского художника Алексея Гарина "Красота и радость жизни".
    17.11.2018 Wyksa.Ru
    4 ноября во всех регионах нашей страны прошла Всероссийская культурно-образовательная акция «Ночь искусств» под девизом «Искусство объединяет».
    16.11.2018 Газета Знамя
    4 ноября в рамках Всероссийской культурно-образовательной акции «Ночь искусств» рождественский СДК гостеприимно открыл свои двери и пригласил сельчан провести вечер в атмосфере творческого вдохновения,
    16.11.2018 Газета Знамя
    "Точка отсчета. Автомобилестроение" - Воскресенский район 13 ноября в Государственном бюджетном учреждении дополнительного образования "Центре развития творчества детей и юношества Нижегородской области" прошел областной командный турнир "Точка отсчета.
    17.11.2018 Воскресенский район
    "Точка отсчета. Автомобилестроение" - Воскресенский район 13 ноября в Государственном бюджетном учреждении дополнительного образования "Центре развития творчества детей и юношества Нижегородской области" прошел областной командный турнир "Точка отсчета.
    18.11.2018 Воскресенский район
    Команда «Легион» со спортивным трофеем - Вачская газета Одиннадцатого ноября стартовал второй этап открытого чемпионата района по волейболу среди мужских команд «Кубок».
    17.11.2018 Вачская газета
      Руководитель отделения рукопашного боя ДЮСШ «Салют», тренер высшей категории Игорь Куфтин рассказал о том, что у рукопашников постепенно происходит, и в основном уже произошла, смена поколений.
    15.11.2018 Дзержинское время
    Фото пресс-службы губернатора и правительства Нижегородской области 15 ноября 2018 года в испанском городе Сантьяго-де-Компостела были сыграны партии последнего тура чемпионата мира по классическим шахматам среди маль
    17.11.2018 Нижегородская правда
      В Сочи прошли соревнования по пауэрлифтингу на Кубок России среди спортсменов с поражением опорно-двигательного аппарата (ПОДА).
    16.11.2018 Дзержинское время
    Тридцатого октября в Центре детского творчества собрались ребята из Вачской, Арефинской, Филинской, Яковцевской школ.
    17.11.2018 Вачская газета
    Как известно,  29 июня следующего года исполнится 90 лет со дня создания Вачского района.
    17.11.2018 Вачская газета
      Недавно в редакцию «ДВ» позвонила пожилая женщина, посетовав на грубость кондуктора в одной из местных маршруток.
    16.11.2018 Дзержинское время
    Общественное обсуждение проекта документа стратегического планирования - Воскресенский район Источник: отдел экономики, прогнозирования и ресурсов администрации Воскресенского муниципального района Нижегородской области В соответствии с Федеральным законом от 28 июня 2014 года №172-ФЗ «О стратегическом планир
    17.11.2018 Воскресенский район
    Автор: В.Е. Пайков Заместитель главы администрации района  Администрация Воскресенского района предупреждает о плановых ремонтах, проводимых на линии электропередач Воскресенским РЭС.
    17.11.2018 Воскресенский район