Физика в мостостроении. Бугринский мост
- Участник:Меняйлов Дмитрий Сергеевич
- Руководитель:Триппель Н.Н.
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»
Самая опасная деформация – деформация изгиба балки (дорожного полотна). Для ее уменьшения пролеты мостов надо делать как можно короче. Поэтому в обычных балочных мостах используют промежуточные опоры. Альтернатива - висячие мосты (пример – Бугринский мост, где полотно висит на тросах, прикрепленных к арке). Там главная нагрузка - это напряжение растяжения цепи и вантов. Сталь выдерживает нагрузки лучше, чем изгиб железобетонной балки.
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:
Fупр.= k ∆l,
где Fупр. – 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).