Исследование показало, что концепция висящей цепи для строительства арок ошибочна

Исследователь из Астонского университета подверг сомнению одно из основных правил строительства.

На протяжении столетий висящая цепь использовалась в качестве примера для объяснения того, как стоят каменные арки.

Инженеры-строители знакомы с теорией ученого XVII века Роберта Гука о том, что висящая цепь будет повторять форму жесткой арки.

Однако исследование, проведенное в колледже инженерных и физических наук Астонского университета, показывает, что это распространенное мнение неверно, поскольку, несмотря на сходство, висящая цепь и арка представляют собой две несовместимые механические системы.

Доктор Харис Алексакис использовал переход науки от ньютоновской к лагранжевой механике, который привел к развитию современной физики и математики, чтобы доказать это с математической точностью.

В своей работе «Векторный анализ и стационарная потенциальная энергия для оценки равновесия криволинейных кладочных конструкций» он вновь рассматривает равновесие висячей цепи и арки, объясняя, что эти две системы работают в разных пространственных рамках. Одним из следствий этого является то, что для равновесия висячей цепи требуется только поступательная сила, а для перевернутой арки — как поступательная, так и вращательная. В результате решения всегда различны.

Анализ, проведенный д-ром Алексакисом, выявил тонкие несоответствия в том, как аналогия Гука интерпретировалась и применялась на протяжении веков для проектирования и оценки безопасности арок, и показал ее практическую ограниченность.

Он сказал:

Аналогия между перевернутыми висячими цепями и оптимальной формой кладки арок — это концепция, глубоко укоренившаяся в нашей практике структурного анализа.

Изогнутые конструкции на протяжении веков позволяли каменщикам, инженерам и архитекторам переносить большие нагрузки и перекрывать большие пролеты с использованием материалов с низкой прочностью на растяжение, создавая при этом чудеса мирового архитектурного наследия.

Несмотря на долгую историю, поиск оптимальных конструктивных форм, оценка устойчивости и безопасности криволинейных конструкций остается все такой же актуальной. Это связано с растущим интересом к сохранению объектов культурного наследия и снижению расхода материалов при строительстве, замене стали и бетона на низкоуглеродистые природные материалы.

В его работе, опубликованной в журнале Mathematics and Mechanics of Solids, предлагается новый метод структурного анализа, основанный на принципе стационарной потенциальной энергии, который будет более быстрым, гибким и поможет рассчитывать более сложные геометрии.

В результате для получения строгого решения аналитикам не нужно будет рассматривать равновесие каждого отдельного блока или геометрически описывать траекторию действия сил тяги.

Д-р Алексакис добавил в заключение:

Рассмотренные в статье инструменты анализа позволят нам оценить состояние и безопасность сооружений, сохранившихся до наших дней, и построить более устойчивые криволинейные конструкции, такие как своды и оболочки.

Основное преимущество таких конструкций, помимо привлекательной эстетики, заключается в том, что они могут иметь уменьшенный объем и изготавливаться из экономичных, низкопрочных и низкоуглеродистых природных материалов, способствуя строительству с нулевым уровнем выбросов.

11.07.2023


Подписаться в Telegram



Дом

Знак качества: построено из песка и бактерий
Знак качества: построено из песка и бактерий

Исследователи успешно вырастили бактериальные ...

Ученые из Токио представили проект окон для подвальных помещений
Ученые из Токио представили проект окон для подвальных помещений

Ученые Института промышленных наук IIS Токийск...

Дома будущего будут расти как грибы
Дома будущего будут расти как грибы

Ученые в надежде снизить воздействие стро...

В Москве открыли цифровой отель
В Москве открыли цифровой отель

Все клиентские процессы в новом отеле, от...

Ученые предложили не летать на Марс со своим цементом
Ученые предложили не летать на Марс со своим цементом

Для дальнейшего освоения космоса рано или...

Нейросеть ловит земельно-имущественных нарушителей в Москве
Нейросеть ловит земельно-имущественных нарушителей в Москве

С начала года нейросети проанализировали почти...

В Японии открыли “умный” мегаполис Цунасима
В Японии открыли “умный” мегаполис Цунасима

26 марта, в Японии, неподалеку от Йо...

С новым роботом каменщики останутся без работы
С новым роботом каменщики останутся без работы

Инженеры австралийской компании Fastbrick Robo...

Умные лестницы упростят тысячелетнюю нагрузку
Умные лестницы упростят тысячелетнюю нагрузку

Исследователи из университета Emory изобр...

Ученые выяснили, что разрушает цемент изнутри
Ученые выяснили, что разрушает цемент изнутри

Как основной строительный материал во все...

Бетон становится прочнее из-за ничего и кое-чего еще
Бетон становится прочнее из-за ничего и кое-чего еще

Итак, давайте разберемся, что потребуется...

Открыта форма идеальной арки
Открыта форма идеальной арки

Ученые из университета Уорика добились вп...

Приобрести участок под дачу полезно для здоровья
Приобрести участок под дачу полезно для здоровья

Покупка участка земли – это отличны...

Установлен оптимальный материал для соединения и пароизоляции
Установлен оптимальный материал для соединения и пароизоляции

Для осуществления воздухоизоляционных и п...

Новые строительные материалы сделают городской воздух чистым
Новые строительные материалы сделают городской воздух чистым

Мировые попытки очистить воздух трансформируют...

Биочерепица придет на смену современным кровельным материалам
Биочерепица придет на смену современным кровельным материалам

Ученые из института Фраунгофер продемонст...

Новый проект контракта минимизирует неплатежи по ипотеке
Новый проект контракта минимизирует неплатежи по ипотеке

Поскольку рост неплатежей по ссудам под&n...

"Город-сказку, город-мечту" построят в пустыне
"Город-сказку, город-мечту" построят в пустыне

Не имеющее аналогов сооружение высотой 450 мет...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Nature: Поражение лёгких при COVID долго не проходит из-за реакции иммунитета
Nature: Поражение лёгких при COVID долго не проходит из-за реакции иммунитета
JACS: Ученые выяснили, как повысить эффективность фотокатализа
JACS: Ученые выяснили, как повысить эффективность фотокатализа
В ПИШ КАИ создали «мост» к цифровому двойнику композитных преформ
В ПИШ КАИ создали «мост» к цифровому двойнику композитных преформ
Nature Energy: Создана мембрана для удаления CO2, работающая на влажности
Nature Energy: Создана мембрана для удаления CO2, работающая на влажности
Nature Communications: Доказана перспективность универсальной вакцины от гриппа
Nature Communications: Доказана перспективность универсальной вакцины от гриппа
PRC: Ядерная структура титана-48 меняется при наблюдении с разного расстояния
PRC: Ядерная структура титана-48 меняется при наблюдении с разного расстояния
PRSBBS: Несколько видов муравьев выработали одинаковые отношения с деревьями
PRSBBS: Несколько видов муравьев выработали одинаковые отношения с деревьями
Кристаллографы СПбГУ раскрыли структуру минерала, открытого более 70 лет назад
Кристаллографы СПбГУ раскрыли структуру минерала, открытого более 70 лет назад
В МТУСИ разработали систему отслеживания модели человека во время фитнеса
В МТУСИ разработали систему отслеживания модели человека во время фитнеса
Студенты СевГУ предложили способ найти сбежавшую собаку при помощи спутника
Студенты СевГУ предложили способ найти сбежавшую собаку при помощи спутника
Учёные КФУ разработали новые материалы для металл-ионных аккумуляторов
Учёные КФУ разработали новые материалы для металл-ионных аккумуляторов
Московский Политех открывает «Книгу будущего» для развития инновационных изданий
Московский Политех открывает «Книгу будущего» для развития инновационных изданий
Эффективность светодиодов для дополненной реальности выросла вдвое
Эффективность светодиодов для дополненной реальности выросла вдвое
Advanced Materials: Гидрогелевое средство контрацепции сможет лечить эндометриоз
Advanced Materials: Гидрогелевое средство контрацепции сможет лечить эндометриоз
Nature Physics: Новый коллайдер стал ближе с технологией маршалинга мюонов
Nature Physics: Новый коллайдер стал ближе с технологией маршалинга мюонов

Новости компаний, релизы

Московский вуз готовит профессионалов для защиты учебных заведений
Ведущие игроки агрорынка представят новинки на «Дне поля» в Агробиотехнопарке Казанского ГАУ
Московский Политех и ведущие российские компании запускают 79 практико-ориентированных образовательных программ
Студенты Университета МИСИС выиграли 2.8 млн рублей в хакатоне «Лидеры цифровой трансформации»
U-NOVUS 2024: технологическое развитие России немыслимо без университетов и инвестиций бизнеса в техпред