Мосты и небоскребы проходят испытания ветром в Петербурге

Пять лет назад Крымский мост вышел на полную проектную мощность. Его вводили поэтапно: в мае 2018 года открыли автомобильную часть, осенью пустили грузовики, а в декабре 2019 года заработала железнодорожная переправа. Полноценное грузовое движение началось 30 июня 2020 года, сообщает газета «Петербургский дневник».

В создании моста через Керченский пролив участвовали петербургские инженеры и ученые. В Крыловском государственном научном центре изучили поведение конструкции при ветровых нагрузках, продув макет в уникальной ландшафтной аэродинамической трубе.

Зачем это нужно?

Испытания мостов в аэродинамической трубе — не прихоть, а необходимость. Без них возможны катастрофы с многомиллиардными убытками и человеческими жертвами. Два примера:

1. Такомский мост (США). Открыт в 1940 году, но уже через полгода рухнул при ветре 65 км/ч из-за резонанса, вызванного ветровой нагрузкой. Водитель единственной машины на мосту успел спастись.
2. Волгоградский «танцующий мост». В 2010 году его пролеты начали опасно колебаться при сильном ветре. Проблему устранили после продувки модели в трубе.

Подобных аварий помогают избежать ландшафтные аэродинамические трубы. Первая такая установка появилась в Дании в 1980-х при проектировании моста Большой Бельт.

Российская разработка

В 2013 году в Крыловском центре запустили первую в России ландшафтную аэродинамическую трубу. Ее рабочая часть имеет длину 18 м и ширину 11 м, что позволяет моделировать атмосферные процессы и испытывать крупные макеты зданий, мостов и других объектов.

«В это время в Дании шло проектирование моста Большой Бельт длиной 2800 метров, который и по сей день остаётся одним из лидеров по длине центрального пролёта — 1624 метра. Для корректного учета аэродинамических нагрузок необходимо было изготовить модель моста в достаточно крупном масштабе с учётом окружающего ландшафта. Стало очевидным, что для подобного уникального проекта недостаточно „стандартных“ аэродинамических труб с шириной рабочей части около четырех метров. Возникла необходимость строительства уникальной специализированной аэродинамической трубы ландшафтного типа. Таким образом, проектирование моста Большой Бельт дало толчок к созданию новой экспериментальной установки», — рассказал начальник отделения гидроаэродинамики Крыловского центра Вячеслав Магаровский.

Установка оснащена поворотным кругом для изменения направления ветра и может имитировать сложные погодные условия.

Ветер vs архитектура

Для зданий выше 200 м ветровая нагрузка сопоставима с землетрясением в 9 баллов. Мосты с пролетами от 100 м при сильном ветре начинают опасно колебаться. Поэтому во многих странах аэродинамические испытания обязательны.

В Крыловском центре тестировали макеты стадиона «Газпром Арена», башен «Москва-Сити» и даже целых кварталов. Это помогает избежать эффекта «ветрового коридора» между высотками, делающего жизнь в микрорайоне некомфортной.

Не только мосты

Трубу используют и для кораблестроения: изучают аэродинамику надводных судов, буровых платформ и даже вертолетных палуб. Посадка на корабль сложна из-за ветра, качки и воздушных завихрений — пилоты должны знать особенности каждого судна.

«Бывают и уникальные заказы на проведение испытаний. Мы продували в трубе костюмы для конькобежцев, которые снижают сопротивление. Однажды помогали велосипедистам определить наилучшее с точки зрения аэродинамики положение тела», — рассказывает Вячеслав Магаровский.

Компьютер не заменит реальность

На вопрос, можно ли заменить продувку цифровым моделированием, Магаровский ответил отрицательно.

«В настоящее время полная замена продувки макетов математическим моделированием на компьютере невозможна, поскольку математическое моделирование в данном направлении ещё не развито настолько, чтобы удовлетворять по сроку и точности получения результатов тем требованиям, которые предъявляет проектировщик», — пояснил он.