Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
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 В разрыве протопланетного диска звезды WISPIT 2 ученые разглядели зарождающуюся планету. Это уже второй гигант в этом формирующемся «семействе», что делает его крайне похожим на молодую Солнечную систему.
Десятки странных архитектурных структур, обнаруженных в тропических лесах Юкатана, когда-то были не ритуальными сооружениями майя, а рынками с рядами прилавков, пришли к выводу археологи.
Жизнь в суровых условиях вечной мерзлоты — вызов даже для бактерий. Для нее требуются уникальные адаптации к холоду и другим стрессовым факторам. В новом исследовании ученые МФТИ с коллегами описали белки Exiguobacterium sibiricum — бактерии, найденной в многолетнемерзлых породах на северо-востоке Сибири. Исследователи выяснили, как набор белков в мембране микроба зависит от температуры, при которой его культивируют.
В разрыве протопланетного диска звезды WISPIT 2 ученые разглядели зарождающуюся планету. Это уже второй гигант в этом формирующемся «семействе», что делает его крайне похожим на молодую Солнечную систему.
В парках некоторых стран все чаще можно заметить странную картину: синицы и воробьи вместо пуха и веточек приносят в клювах сигаретные окурки. Орнитологи из Польши решили выяснить, зачем птицы выстилают гнезда мусором, пропитанным никотином. Оказалось, пернатые нашли способ использовать вредную человеческую привычку для защиты своего потомства. Но, как это часто бывает в природе, у медали есть обратная сторона.
Марсоход «Персеверанс» обнаружил в камнях на кромке кратера Езеро спектральные признаки минерала корунда, из которого на Земле образуются рубины и сапфиры. Такие спектры на Красной планете зарегистрировали впервые. Теперь ученые пытаются понять, при каких процессах он мог там сформироваться, ведь условия на Марсе заметно отличаются от тех, в которых корунд обычно образуется на Земле.
Марсоход «Персеверанс» обнаружил в камнях на кромке кратера Езеро спектральные признаки минерала корунда, из которого на Земле образуются рубины и сапфиры. Такие спектры на Красной планете зарегистрировали впервые. Теперь ученые пытаются понять, при каких процессах он мог там сформироваться, ведь условия на Марсе заметно отличаются от тех, в которых корунд обычно образуется на Земле.
В парках некоторых стран все чаще можно заметить странную картину: синицы и воробьи вместо пуха и веточек приносят в клювах сигаретные окурки. Орнитологи из Польши решили выяснить, зачем птицы выстилают гнезда мусором, пропитанным никотином. Оказалось, пернатые нашли способ использовать вредную человеческую привычку для защиты своего потомства. Но, как это часто бывает в природе, у медали есть обратная сторона.
За 10 лет лежания в почве сигаретные фильтры не растворились, а лишь замаскировались под грязь. Их пластиковые волокна распались на микрочастицы, намертво склеились с минералами и превратились во вторичный микропластик. Более того, на пятом году гниения мусор начал отравлять землю с новой силой.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
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