• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
24.12.2021
Университет Лобачевского
1
10 152

Вопреки распространенному мнению, колебания мостов объяснили несинхронными движениями пешеходов

5.1

Международная команда ученых во главе с профессором Университета штата Джорджия (США), заведующим лабораторией динамического хаоса Института информационных технологий математики и механики ННГУ имени Н. И. Лобачевского Игорем Белых доказала, что пешеходы могут раскачать мост, даже если они двигаются несинхронно и с разными скоростями.

Лондонский мост Миллениум / ©Getty images

Модель колебаний построили на примере Лондонского моста Миллениум. В 2000 году во время торжественного открытия на нем находились одновременно около 2000 пешеходов. Их движения вызвали колебания моста. Следуя распространенному представлению о колебательных системах, специалисты решили, что частота движений людей и моста совпала, это и вызвало резонанс. Тогда мост укрепили дополнительными демпферами – конструкциями, которые гасят колебания – и открыли мост заново.

Однако, по результатам исследования команды Игоря Белых, раскачать мост могут не только люди, идущие в ногу, но и большое число пешеходов, которые двигаются вразнобой. Ученые создали математическую модель, которая показала, что колебательная система «мост-люди» потеряла баланс из-за того, что пешеходы двигались, пытаясь сохранить равновесие. В этом случае люди инстинктивно опираются кто-то – на правую, кто-то – на левую ногу. Вопреки ожиданиям, эти движения не нивелируют друг друга, а наоборот, складываются в энергию, которая может передаться мосту и усилить его колебания.

Автор исследования, профессор Университета штата Джорджия (США), заведующий лабораторией динамического хаоса Института информационных технологий математики и механики ННГУ имени Н.И. Лобачевского Игорь Белых объясняет: «Мы все знаем с детства, что солдаты, проходящие по мосту, не должны идти в ногу, их движения не должны быть синхронными, чтобы мост не раскачался. Наша работа показывает, что это не является гарантией устойчивости моста, и солдаты неожиданно для себя могут инициировать его неустойчивость.

Эти небольшие начальные колебания заставят солдат изменить частоту и ширину шага, таким образом усиливая колебания моста еще больше. В результате солдаты пойдут в ногу, будто пассажиры, идущие по палубе круизного лайнера, попавшего в шторм и раскачивающегося в поперечном направлении. То есть синхронизация шагов пешеходов – не причина колебаний моста, а их следствие. Что и произошло в случае Лондонского моста».

Работа опубликована в декабре в журнале Nature Communication издательской группы Nature. Исследование было выполнено в Лаборатории динамического хаоса кафедры теории управления и динамических систем ИИТММ ННГУ при поддержке гранта министерства науки и образования РФ. Соавторами Игоря Белых выступили британские ученые из Университета Кембриджа, Бристоля и Лейстера.

Важную роль сыграли наблюдения профессора гражданского строительства Бристольского университета Джона Макдональда. Ученый обнаружил, что во время фиесты воздушных шаров на мосту Клифтона в Бристоле группы людей без синхронизации шагов спровоцировали его колебания.

Все эти наблюдения и подтверждающие их математические модели лягут в основу авторской методики расчета параметров мостов. Она может быть использована для их проектирования и дизайна. Ученые планируют внедрить эти подходы в стандартный пакет программ, которым пользуются сегодня мостостроители всего мира.

«Часто, как это было и в случае Лондонского моста, дизайнеры хотят сделать таковой более элегантным и визуально привлекательным за счет меньшего количества демпферов. Казалось бы, проектируй мост с собственной частотой далекой от частоты движения пешеходов и количество демпферов можно снизить.

Наша работа показывает, что это опасный путь. Неустойчивость возможна на других частотах. Нет надежной альтернативы значительному демпфированию мостов. Наши расчеты как раз и позволяют оценить необходимый уровень демпфирования в зависимости от размеров и свойств моста», – рассказывает Игорь Белых.

Следующая цель ученых – создать формулу расчета критического числа пешеходов и диапазона опасных частот для заданного моста. Задачу будут решать силами лаборатории динамического хаоса ИИТММ ННГУ, в том числе с использованием суперкомпьютера «Лобачевский».

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Нижегородский государственный университет имени Н.И. Лобачевского - крупнейший вуз Нижегородской области. Основан 17 января 1916 года. За более чем столетнюю историю в Университете Лобачевского сложились крупные научно-исследовательские институты, научно-образовательное сотрудничество с Российской Академией наук. Вуз является ядром Нижегородского НОЦ "Платформа 2035". ННГУ развивает классические и инновационные научно-образовательные направления, такие как информационные технологии, биомедицина, киберпсихология и многие другие.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Сегодня, 08:24
Даниил Кузнецов

К осени 2022 года редакция Naked Science осмотрелась вокруг и решила, что настала пора запустить цикл статей об искусственном интеллекте. Мы начинаем с большой статьи, подзаголовком которой могла бы стать фраза «краткое введение в историю ИИ — от средневековых монахов до глубокого обучения».

11 часов назад
Сергей Васильев

Считается, что Луна появилась из вещества, которое было выброшено в космос в результате столкновения Земли с крупным небесным телом. Новая детальная симуляция той древней катастрофы продемонстрировала, что этот процесс мог занять не больше нескольких часов.

Вчера, 20:31
Никита Логинов

Микробиологи решили одну из давних проблем пивоварения — сделали вкус пива устойчивым к высокому давлению при варке. Для этого пришлось углубиться в ДНК пивных дрожжей и отредактировать код, связанный с насыщенностью вкуса.

1 октября
Сергей Васильев

Моделирование указало, как менялся путь формирования и распада суперконтинентов на протяжении истории Земли. Это позволило ученым предсказать, как и где образуется следующий из них, снова объединив практически всю сушу планеты.

3 октября
Ольга Иванова

Американские исследователи узнали, что продолжительность жизни пенсионеров зависит не столько от наличия у них хронических заболеваний, сколько от таких простых факторов, как возможность ходить в магазин за продуктами, выполнять уборку в доме, показатели мелких частиц холестерина в крови и вредные привычки, которые они имели ранее.

2 октября
Редакция

Итальянский ботаник Стефано Манкузо — о преимуществах естественных отношений и о том, что бывает, когда люди нарушают хрупкое равновесие между биологическими видами. Naked Science печатает отрывок из книги Манкузо La nazione delle piante («Нация растений»).

16 сентября
Алиса Гаджиева

Геродот в своей «Истории» утверждал, что блоки для пирамиды Хеопса и соседних пирамид доставляли по воде. Но сегодня от Нила до пирамид слишком далеко. Исследование кернов, взятых в пойме реки, позволило понять, как именно решался сложнейший вопрос транспортировки такого строительного материала.

15 сентября
Никита Логинов

Светодиоды потребляют намного меньше энергии, чем традиционные газоразрядные лампы, что должно сократить парниковые выбросы. Но при этом светодиодное освещение угрожает здоровью жителей и разрушает местные экосистемы в городах и селах.

1 октября
Сергей Васильев

Моделирование указало, как менялся путь формирования и распада суперконтинентов на протяжении истории Земли. Это позволило ученым предсказать, как и где образуется следующий из них, снова объединив практически всю сушу планеты.

[miniorange_social_login]

Комментарии

1 Комментарий

24.12.2021
-
0
+
"Нет надежной альтернативы значительному демпфированию мостов." Ну, вероятно, это подозревалось и ранее, т.к. если мне не изменяет память, стандартный запас прочности для любых конструкций, связанных с перемещением по ним, с их помощью или под ними людей, является десятикратным, для перемещения грузов - пятикратным.
Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: