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...

Парки в бедных районах городов в США берут количеством
Парки в бедных районах городов в США берут количеством

Каждое сообщество в США имеет свои п...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Новая реалистичная компьютерная модель поможет роботам собирать лунную пыль
Новая реалистичная компьютерная модель поможет роботам собирать лунную пыль
С помощью GPT-4 создали видеоуроки по педиатрии для слабо обеспеченных больниц
С помощью GPT-4 создали видеоуроки по педиатрии для слабо обеспеченных больниц
Телескоп Джеймс Уэбб обнаружил следы нейтронной звезды в легендарной сверхновой
Телескоп Джеймс Уэбб обнаружил следы нейтронной звезды в легендарной сверхновой
Нервная анорексия у мужчин опасна для жизни
Нервная анорексия у мужчин опасна для жизни
Nicotine & Tobacco Research: Запрет сигарет с ментолом помогает бросить курить
Nicotine & Tobacco Research: Запрет сигарет с ментолом помогает бросить курить
Новое исследование роли дофамина поможет лечить болезнь Паркинсона
Новое исследование роли дофамина поможет лечить болезнь Паркинсона
Мальротацию кишечника новорожденных помогут распутать лягушачьи икринки
Мальротацию кишечника новорожденных помогут распутать лягушачьи икринки
Nature Comm: Младенцев с синдромом Дауна в древности почитали как особенных
Nature Comm: Младенцев с синдромом Дауна в древности почитали как особенных
Крошечную метку на замену RFID сделали еще надежнее
Крошечную метку на замену RFID сделали еще надежнее
Освоение космоса: остановить нельзя развивать
Освоение космоса: остановить нельзя развивать
Гигантские антарктические морские пауки удивили всех отношением к потомству
Гигантские антарктические морские пауки удивили всех отношением к потомству
Геномы бабочек и мотыльков практически не изменились за 250 млн лет эволюции
Геномы бабочек и мотыльков практически не изменились за 250 млн лет эволюции
Ученые намерены глубже понять жизнь на Земле благодаря имиджеомике
Ученые намерены глубже понять жизнь на Земле благодаря имиджеомике
Как выглядит работающий рекламный баннер
Как выглядит работающий рекламный баннер
Исследование: теряя товарищей по стае, овсянки отказываются зимовать на прежнем месте
Исследование: теряя товарищей по стае, овсянки отказываются зимовать на прежнем месте

Новости компаний, релизы

НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
«Инструменты инновационного развития»
«Инструменты инновационного развития»
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса