Пермские ученые нашли способ повысить безопасность 42 тысяч российских мостов
Ученые ПНИПУ разработали высокоточную компьютерную модель для расчета надежности сферических опорных частей мостов, которая учитывает эффект ползучести полимерного слоя и в пять раз точнее существующих методов прогнозирует их поведение под сейсмическими и температурными нагрузками, что критически важно для создания отечественных аналогов после ухода иностранных производителей и обеспечения безопасности мостов в сейсмически активных регионах России.
В России более 42 000 мостов общей длиной свыше 20 000 километров. Надежность этих сложных инженерных сооружений критически важна, особенно с учетом необходимости выдерживать не только стандартные нагрузки, но и сейсмические воздействия (землетрясения), которых с каждым годом становится все больше.
Ключевую роль в обеспечении безопасности играют специальные опорные части, выполняющие функцию «суставов» моста. Эти устройства позволяют конструкции гибко реагировать на различные воздействия — от сезонных перепадов температуры до мощных подземных толчков. Наибольшей эффективностью отличаются сферические опорные части, где основная работа по гашению колебаний приходится на полимерный слой, расположенный между стальными чашами.
Однако уход с российского рынка мировых лидеров в производстве таких опор создал серьезную угрозу для строительства и эксплуатации мостов в сейсмически активных регионах, к которым относятся, например, Крым и Дальний Восток. Данное обстоятельство сделало разработку отечественных технологически совершенных аналогов задачей национального масштаба.
При этом существующие решения демонстрируют недостаточную эффективность. Стандартные опорные части, рассчитанные на 30-40 лет службы, зачастую не выдерживают реальных нагрузок в условиях землетрясений. Главная проблема заключается в том, что современные методы проектирования не позволяют точно прогнозировать поведение материалов при многократных мощных воздействиях, что приводит к преждевременному износу, дорогостоящим ремонтам и повышенным рискам для безопасности.
Ученые Пермского Политеха создали высокоточную компьютерную модель опорной части моста («цифровой двойник»), которая в пять раз точнее существующих методов рассчитывает ее надежность. С помощью нее исследователи проанализировали, как на долговечность опор влияют два ключевых параметра: способ крепления полимерного слоя и его толщина.
Эксперты испытали три способа соединения пластиковой прокладки со стальными плитами опорной части инженерной конструкции. Первый — жесткое скрепление, когда детали становятся практически единым целым. Второй — сцепление с шероховатой поверхностью, обеспечивающее плотное прилегание с ограниченной подвижностью. Третий — скольжение по гладкой поверхности, позволяющее полимерному слою плавно сдвигаться для перераспределения нагрузок. Для каждого типа соединения определяли оптимальную толщину полимерного слоя скольжения от четырех до 12 миллиметров.
— Результаты показали, что наиболее эффективным способом соединения является сцепление с шероховатой поверхностью. Именно этот вариант обеспечивает оптимальный баланс между прочностью и подвижностью конструкции. А оптимальная толщина полимерного слоя составила 4-8 миллиметров. Более толстая прокладка деформируется под нагрузкой и снижает безремонтную работу опорной части моста, — рассказал Юрий Носов, научный сотрудник лаборатории цифрового инжиниринга машиностроительных процессов и производств Передовой инженерной школы Пермского Политеха, Руководитель гранта РНФ.
Особое внимание ученые уделили изучению полимерного слоя скольжения. В ходе экспериментов было обнаружено, что под постоянным давлением материал начинает медленно «течь». Это свойство, называемое ползучестью, со временем и разницей температуры меняет поведение опоры.
Для комплексного анализа всех этих факторов — от типа соединения до эффекта ползучести — исследователи разработали численный аналог опорной части мостового сооружения.
Чтобы оценить влияние ползучести, ученые создали в рамках этой модели две версии: простую, которая этот эффект игнорирует (традиционные методы), и сложную (вязкоупругую) — учитывающую ползучесть. Испытания в широком температурном диапазоне (от -40 до +80 °C) позволили подтвердить точность и усовершенствовать именно сложную модель, научив ее принимать во внимание влияние термосилового воздействия.
— Анализ данных показал, что традиционный метод расчетов, не учитывающий ползучесть, дает очень высокую погрешность — до 70%. На практике это означает, что при реальной просадке опоры на 0,1 миллиметра старый метод может «предсказать» значение в 0,17 миллиметра, что при пересчете на напряженно-деформированное состояние может привести к завышенным значениям прочности конструкции. Усовершенствованная же модель оказалась в разы точнее: ее погрешность не превышает 13-20%. В том же сценарии она покажет результат 0,11-0,12 миллиметра, что очень близко к действительности, — прокомментировала Анна Каменских.
Благодаря точному прогнозированию поведения материалов, новая модель открывает возможность прогнозировать работу опорной части моста, с большей эффективностью, которая превосходит традиционные решения в пять раз.
Разработка пермских ученых вызывает интерес производственной компании ООО «АльфаТех». С ее помощью производитель может оптимизировать форму и технологию обработки опорных частей мостовых сооружений.
Результаты исследования опубликованы в статье. Исследование проведено при поддержке Российского научного фонда грант.
Telegram 
Дзен 
VK Мужчина, отправившийся на утреннюю прогулку на юго-западе Норвегии, случайно сделал крайне редкую и ценную находку — золотое украшение для ножен меча в виде переплетенных между собой змееподобных существ. По мнению ученых, в VI веке нашей эры этот артефакт специально поместили в трещину в скале в качестве подношения богам во времена голода и социальных потрясений.
Астрономы впервые использовали гравитационные волны, чтобы косвенно оценить параметры одного из ключевых процессов термоядерного горения в массивных светилах. Именно от него зависит, какие звезды взрываются, какие превращаются в черные дыры и как во Вселенной появляются углерод и кислород — элементы, без которых не было бы ни планет, ни жизни.
Нейробиологи СПбГУ продемонстрировали, что активация рецептора следовых аминов TAAR1 эффективно подавляет агрессивное поведение, вызванное полным отсутствием серотонина в мозге. В дальнейшем этот результат поможет в разработке лекарственных препаратов, направленных на коррекцию патологических форм агрессии, возникающих при посттравматическом стрессовом расстройстве (ПТСР) и шизофрении.
Канадские исследователи идентифицировали останки четырех членов пропавшей полярной экспедиции Джона Франклина 1845 года, сравнив их ДНК с генетическим материалом современных потомков. Открытие решило полуторавековую загадку с переодетым матросом и помогло восстановить маршрут отступления экипажа по льдам. Выяснилось, что при эвакуации моряки разделились по кораблям, после чего бросили ослабевших товарищей в спасательных шлюпках.
Генетика интеллекта сложна и связана с разными психоневрологическими состояниями. Оказалось, то, что повышает эрудицию, может ухудшать способность решать творческие задачи, — и наоборот. Причем паттерны этих связей уникальны для каждого диагноза.
Мужчина, отправившийся на утреннюю прогулку на юго-западе Норвегии, случайно сделал крайне редкую и ценную находку — золотое украшение для ножен меча в виде переплетенных между собой змееподобных существ. По мнению ученых, в VI веке нашей эры этот артефакт специально поместили в трещину в скале в качестве подношения богам во времена голода и социальных потрясений.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
Химические связи в материале, из которого сделана электроника, разрываются не из-за накопительного износа от протекания тока через них, а из-за электронов с конкретной энергией.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно