Физика в строительстве мостов

Физика в мостостроении. Бугринский мост

Номинация: «Физика вокруг нас».

Направление: Физика в мостостроении.

Достопримечательностью г. Новосибирска является совсем недавно построенный Бугринский мост. Его конструкция – арка с сетчатыми вантами (ванты –стальные тросы, служащие для подвешивания висячих конструкций1).

Физические свойства материалов и физические законы определяют насколько прочным будет мост.

Взаимосвязанные физические явления, описанные в учебнике А.В. Перышкина «Физика. 7 класс» при строительстве арочных мостов.

1. Упругость. Параграф №26 «Сила упругости. Закон Гука»

Считается, что допустимый прогиб пролетного строения 1\400 его длины. При длине Бугринского моста 380 м, эта величина составляет 95 см. Из открытых источников известно, что при проверке моста на прочность одновременно на Бугринский мост въехало 24 грузовика общей массой 600 тонн, при этом полотно моста прогнулось на 10 см, что гораздо меньше критической величины.

Под тяжестью автомобилей дорожное полотно моста будет прогибаться, а стальные ванты растягиваться. По закону Гука возникнет сила упругости. Формула закона Гука:

где F_упр. – модуль силы упругости; k – жесткость тела, зависит от формы и размеров, материала; ∆l – величина деформации. Закон Гука справедлив при малых, т. е упругих деформациях. Направление силы упругости дорожного полотна и стальных вантов в сторону, противоположную действию силы тяжести.

2. Сила трения. Параграф №32 «Сила трения»

Дорожное полотно крепится к арке стальными вантами. Как все тросы и канаты они состоят из сплетенных волокон, что увеличивает площадь соприкосновения волокон. Плетение за счет увеличения силы трения скольжения между волокнами повышает прочность – возможность троса выдерживать нагрузки.

3. Применение правила рычага при контроле крепления болтов сводов арки. Параграф №58 «Рычаг. Равновесие сил на рычаге»

С помощью рычага получают выигрыш в силе при проверке качества затяжки болтов крепления сводов арки. Специальный ключ имеет длинную ручку (плечо).

Источник

Физика города: как мосты выдерживают пешеходов и машины

Иллюстрация: Ольга Денисова

В Москве – сотни мостов. Каменные и железобетонные, красные и желтые, застекленные и открытые, акведуки и эстакады. Тысячи машин и людей пересекают эти мосты каждый день. Как они выдерживают вес большого города? За ответом на этот вопрос мы обратились к коллегам из научно-популярного журнала «Кот Шредингера».

Мосты можно классифицировать по типу распределения нагрузки. Самый простой и самый распространенный вариант – балочный. Идея, стоящая за его конструкцией, проста как палка. В давние времена люди начали укладывать древесные стволы поперек русла ручьев, чтобы переходить по ним на другой берег.

Однажды такой мост сломался, не выдержав веса путников. Тут стало ясно, что необходимо подпереть одно бревно другим, тем самым распределив нагрузку. Балочные мосты могут быть любого размера. Вот почему они остаются самыми популярными по сей день. Самый длинный из них растянулся на 42,5 километра через северную часть залива Цзяочжоу в Китае.

Сегодня мы умеем строить также подвесные, арочные, ферменные, висячие, вантовые и разводные мосты.

Большая часть московских мостов построены не для соединения одного берега реки с другим, а чтобы развязать тот или иной транспортный узел. Через Москву-реку и канал имени Москвы в общей сложности перекинуто 49 мостов. Среднее расстояние между ними – полтора километра. Для сравнения: через парижскую Сену построено 37 мостов со средним шагом 300 метров.

При расчете предельной нагрузки моста необходимо учитывать несколько типов нагрузки.

Постоянные	Временные	Прочие
Собственный вес всех элементов моста	Транспортные	Ветровые
Напряжение в частях моста в результате усадки грунтов	Пешеходные	Ледовые
Ползучесть материалов, из которых сделан мост	В результате температурных изменений
В результате морозного пучения грунта
В результате сопротивления трению и сдвига в опорных частях

Прочность всегда рассчитывается с запасом. Так, пешеходный мост должен выдерживать нагрузку более 200 килограммов на квадратный метр. Мы вооружились калькулятором и набором формул, чтобы вычислить вес, необходимый для обрушения Большого Москворецкого моста. Это арочный железобетонный мост, общая длина – 554 метра, а ширина – 40 метров.

Чтобы обвалить эту конструкцию, потребуется 4 432 000 килограммов. Если перевести эту большую цифру в понятную форму, получится 37 синих китов, самых крупных млекопитающих планеты. Это примерно треть того количества, которое в принципе может вместить этот мост. Если они будут взбираться на мост прямо из реки, цепляясь ластами, момент обрушения может наступить быстрее. Поэтому мы призываем вас: по мере возможности, старайтесь не допускать больших скоплений синих китов на мостах города.

Каждый день, просыпаясь утром, мы погружаемся в город, полный фактур, звуков и красок. Пока мы идем на работу и гуляем в парке, нам в голову приходит миллион вопросов о том, как же все вокруг нас устроено в этом огромном мегаполисе. Почему небоскребы не падают? Чем отличается кровь горожанина от крови жителя деревни? Выше какого этажа не стоит жить и почему?

Мы предложили коллегам из журнала «Кот Шредингера» дать ответы на наши вопросы и разъяснить, чем опасно обилие городского освещения, как наше дыхание может навредить окружающим и из-за чего люди болеют зимой. Так появился проект «Физика города». Новые вопросы и новые ответы ищите на нашем сайте по понедельникам и четвергам.

Источник

Презентация «Физика в строительстве и архитектуре»

Описание презентации по отдельным слайдам:

ФИЗИКА В СТРОИТЕЛЬСТВЕ И АРХИТЕКТУРЕ

Цели работы: Показать значение законов физики в архитектуре Рассмотреть роль понятий «устойчивость», «прочность» и «жесткость конструкций» при создании сложных конструкций

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСИТВА Прочность Устойчивость Жёсткость конструкции Звукоизоляция Теплопроводность

Как повысить устойчивость равновесия? 1.Тело (конструкция, сооружение) находится в положении устойчивого равновесия, если линия действия силы тяжести никогда не выходит за пределы площади опоры – значит, следует увеличить площадь опоры. 2. Вероятность выхода вертикальной линии за границы площади опоры снижается, если центр тяжести расположен низко над площадью опоры, т. е. соблюдается принцип минимума потенциальной энергии ( принцип неваляшки )- значит, следует понизить центр тяжести.

Требования к конструктивным элементам зданий Архитектурные сооружения должны возводиться на века. Конструктивные элементы (деревянные, каменные, стальные, бетонные и т.п.), воспринимающие основные нагрузки зданий и сооружений должны надёжно обеспечивать прочность, жёсткость и устойчивость зданий и сооружений.

САМОЕ ЛЕГКОЕ СООРУЖЕНИЕ Первая в нашей стране телебашня (проект В.Г. Шухова). Особенностью конструкции является то, что все их элементы работают только на сжатие. Это обеспечивает прочность сооружения. Ажурность конструкции скрадывает вес башни. При такой высоте (148,3м) это самое легкое сооружение.

она построена по принципу неваляшки: его вертикальное положение является положением устойчивого равновесия. В этом случае центр тяжести находится на самом низком уровне, потенциальная энергия принимает наименьшее значение 3/4 всей массы башни на 1/9 её высоты. СЕКРЕТ УСТОЙЧИВОСТИ ОСТАНКИНСКОЙ БАШНИ

САМОЕ ВЫСОКОЕ ЗДАНИЕ В МИРЕ На использовании законов статики на Тайване возведено самое высокое здание: 101 этаж поднимается на 508- метровую высоту, а внутри него – гигантский демпфер, который держит небоскреб в положении устойчивого равновесия.

УСТОЙЧИВОСТЬ Чем выше архитектурное сооружение, тем строже требования к его устойчивости. Причиной устойчивости Эйфелевой башни в Париже и многих других высотных сооружений является близкое к земле расположение центра масс сооружения.

ПРИМЕНЕНИЕ ЗАКОНОВ ФИЗИКИ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ МОСТОВ Мосты должны быть не только прочными, жесткими, устойчивыми и экономичными, но самое главное надёжными, поскольку опираются малой площадью своих фундаментов на грунт, который, в большинстве случаев, в поймах рек имеет незначительную несущую способность

ЛЮМИНИСЦЕНЦИЯ Явление люминесценции используется при изготовлении светящихся красок и световых составов. Люминесцентные полимерные композиции используют для дорожной разметки.

Загадка Пизанской башни Несмотря на свой наклон, пизанская башня не падает, т.к. отвесная линия, проведенная из центра тяжести не выходит за пределы основания. Рисунок: Падающая Пизанская башня. Точка C – центр масс, точка O – центр основания башни, CC’ – вертикаль, проходящая через центр масс.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ.

Выберите книгу со скидкой:

ОГЭ. География. Новый полный справочник для подготовки к ОГЭ

Математика. Новый полный справочник школьника для подготовки к ЕГЭ

Дошкольная педагогика с основами методик воспитания и обучения. Учебник для вузов. Стандарт третьего поколения. 2-е изд.

Считаю и решаю: для детей 5-6 лет. Ч. 1, 2-е изд., испр. и перераб.

Начинаю считать: для детей 4-5 лет. Ч. 1, 2-е изд., испр. и перераб.

Считаю и решаю: для детей 5-6 лет. Ч. 2, 2-е изд., испр. и перераб.

Пишу буквы: для детей 5-6 лет. Ч. 2. 2-е изд, испр. и перераб.

Русско-английский словарик в картинках для начальной школы

ОГЭ. Литература. Новый полный справочник для подготовки к ОГЭ

ЕГЭ. Английский язык. Новый полный справочник для подготовки к ЕГЭ

Рисуем по клеточкам и точкам

ЕГЭ. Информатика. Новый полный справочник для подготовки к ЕГЭ

БОЛЕЕ 58 000 КНИГ И ШИРОКИЙ ВЫБОР КАНЦТОВАРОВ! ИНФОЛАВКА

Номер материала: ДБ-904912

Не нашли то что искали?

Вам будут интересны эти курсы:

Оставьте свой комментарий

Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако редакция сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.

Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение редакции может не совпадать с точкой зрения авторов.

Источник