CC BY
355
Интернет-журнал «Науковедение» ISSN 2223-5167 http ://naukovedenie.ru/ Том 7, №2 (2015) http ://naukovedenie. ru/index.php?p=vol7-2 URL статьи: http://naukovedenie.ru/PDF/81TVN215.pdf DOI: 10.15862/81TVN215 (http://dx.doi.org/10.15862/81TVN215)
УДК 624.21
Овчинников Игорь Георгиевич
ФГБОУ ВПО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»
Россия, Пермь
ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.»
Россия, Саратов1
ФГБОУ ВПО «Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)»
Филиал в г. Сочи Профессор Доктор технических наук E-mail: [email protected]
Овчинников Илья Игоревич
ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.»
Россия, Саратов
ФГБОУ ВПО «Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)»
Филиал в г. Сочи Доцент
Кандидат технических наук E-mail: [email protected]
Караханян Артур Барменович
ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.»
Россия, Саратов Fспирант E-mail: [email protected]
Пешеходные мосты современности: тенденции проектирования. Часть 1. Использование бионического подхода
1 410054, г. Саратов, ул. Политехническая, 77
1
Аннотация. В последнее время вопросы дизайна мостов все больше занимают ведущих специалистов мира в области архитектуры и строительства, так как мосты являются символами технического и культурного прогресса эпохи. Все инженерные сооружения, в том числе и транспортные, оказывают на людей эстетическое воздействие - позитивное или негативное. В отличие от промышленных и гражданских зданий мосты представляют собой особый вид конструкций, общий архитектурный облик которых в значительной степени определяется инженерной концепцией конструкции. На примере пешеходных мостов рассматриваются современные тенденции в развитии мостостроения. К ним относятся: использование бионического подхода к формообразованию мостовых конструкций, современные методы расчетного анализа и моделирования поведения конструкций, позволяющие рассчитывать конструкции сложной пространственной формы, применение современных высокопрочных материалов, экологически рациональное проектирование, а также внедрение и улучшение прочностных и других показателей новых строительных материалов. Ведь в мире живой природы существует великое множество структур, которые нам необходимо найти и проанализировать, причем не важно, листья ли это растений или же скелет животного, все они представляют собой продукт естественного отбора и эволюции.
Мостостроительное искусство нуждается в значительных улучшениях в сфере проектирования, строительства, мониторинга и в работе предлагается использовать для этого бионический подход, опирающийся на концепцию применения идей природы для решения проблем мостостроения. Но пока еще бионический подход используется не столько инженерами, сколько архитекторами и сводится к поиску новых архитектурных форм мостовых сооружений. Для иллюстрации в статье рассмотрен ряд проектов и реализованных конструкций мостов, основанных на бионическом подходе. В частности, рассмотрено 11 мостов: мост Мир Сантьяго Калатравы в канадском Калгари, вантовый пешеходный мост Мира через реку Кура в Тбилиси, мост Питон в Амстердаме, змеевидный (сетчатый) мост в австралийском Мельбурне, арочный пешеходный мост - бабочка в английском городе Бедфорде, пешеходный мост «Тюльпан» в Амстердаме, пешеходный мост в виде морской звезды в перуанской Лиме, пешеходный мост в виде спирали ДНК в Сингапуре, витой ДНК -мост в Китае, мост «Спагетти» в китайском Ханчжоу, проект моста - ДНК в Киеве.
Ключевые слова: бионика; бионический подход; пешеходные мосты; мостостроение; макроуровневый подход; экологически рациональное проектирование; уникальные мосты; окружаюшая среда.
Ссылка для цитирования этой статьи:
Овчинников И.Г., Овчинников И.И., Караханян А.Б. Пешеходные мосты современности: тенденции проектирования. Часть 1. Использование бионического подхода // Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Том 7, №2 (2015) http://naukovedenie.ru/PDF/81TVN215.pdf (доступ свободный). Загл. с экрана. Яз. рус., англ. DOI: 10.15862/81ГУШ15
1. Введение
Как известно, история мостостроения началась именно с пешеходных мостов. Впервые необходимость преодолевать естественные препятствия появилась в древнем мире, когда человеку было необходимо перебраться на противоположный берег ручья. По сути, бревно, перекинутое через небольшой ручей древними людьми, и есть прародитель современных мостов как пешеходных, так и всех остальных. Изобретательность человека на бревне не остановилась, следом появились висячие мосты из лиан, мосты из естественного камня. Эти конструктивные решения принимались лишь на основе интуиции, а материал для сооружения таких мостов был вполне доступен.
Совершенствование в технологии мостостроения достигалось сразу на нескольких фронтах. Внедрение инновационных решений в мостостроительной индустрии, достижения в теории мостостроительных конструкций, технический прогресс в сфере оборудования для строительства мостов, а также внедрение и улучшение прочностных и других показателей новых строительных материалов сыграли свою роль в развитии технологии мостостроения. Но при этом нельзя не отметить, что строительство современных мостов во многом стало возможным благодаря совершенствованию строительных материалов. Человек по своей природе стремится к совершенствованию и внедрению всё новых, инновационных решений во всех сферах деятельности, в том числе в мостостроении. Каждый новый полученный и ставший доступным строительный материал инженеры стараются использовать для строительства мостовых сооружений. Основные материалы, которые использовались и продолжают использоваться при строительстве мостов - это дерево, камень, бетон и сталь. В последнее время появились и начинают пока осторожно, но постепенно все более активно применяться для сооружения мостов полимерные и композиционные материалы [1].
Анализ работы конструктивных элементов мостовых сооружений показывает, что все они предназначены для передачи трех основных типов усилий - продольных (осевых), поперечных (перерезывающих) и изгибающих (или крутящих) моментов. До недавних пор все существующие мостовые сооружения можно было разделить на четыре основных типа: балочные (куда по характеру работы относятся и фермы), арочные, вантовые и висячие [2, 3, 4]. Существовали еще и комбинированные мосты, в которых имело место сочетание двух и более видов статических схем, например, балочно-вантовые мосты, вантовые мосты с пилоном арочного типа и другие.
Однако, в последнее время, в связи с интенсивным развитием компьютерных технологий расчета и моделирования поведения мостовых конструкций, позволяющих проанализировать игру сил в мостовых конструкциях с учетом пространственного характера их работы, в связи с появлением новых сверхвысокопрочных материалов, а также в связи с активной работой архитекторов в сфере создания новых форм мостовых систем, появились и новые типы мостовых сооружений, таких как оболочечные мостовые конструкции, многоэлементные пространственные мостовые конструкции, управляемые мостовые конструкции [5, 6] и так далее.
Принимая во внимание то обстоятельство, что в России в силу ряда и объективных и субъективных причин при проектировании мостовых сооружений предпочтение отдавалось типовым разработкам и потому в нашей стране не получили достаточно широкого распространения мосты уникальных форм и технических решений, в данной статье рассмотрим современные мировые тенденции в проектировании и реализации мостовых сооружений, причем предпочтение будем отдавать уникальным техническим решениям, и, в силу большого объема имеющейся информации, ограничимся пешеходными мостами [7].
В последнее время довольно широкое применение при разработке новых конструктивных форм мостовых сооружений находит так называемый бионический подход, опирающийся на концепцию применения идей природы для решения проблем мостостроения[8, 9, 10, 11, 12, 13]. Мостостроительное искусство сегодня все еще нуждается в значительных улучшениях в сфере проектирования, строительства, мониторинга и так далее. Применение бионического подхода может предоставить некоторые решения этих проблем. Правда, следует заметить, что бионический подход в подавляющем большинстве случаев используется не столько инженерами, сколько архитекторами и сводится к поиску новых архитектурных форм мостовых сооружений [12, 14].
Также в мире получает развитие такое направление в проектировании, которое называется Sustainabledesign [15]. Четкого перевода и понимания у этого термина нет, но чаще всего используется определение: проектирование, максимально учитывающее состояние окружающей среды. То есть проектировщик любого объекта должен принимать во внимание связующие звенья всей его системы, чтобы максимально использовать ресурсы, которые дает природа, и как можно меньше использовать те, что требуют переработки, затрат нефти, газа и других невозобновляемых источников энергии. Можно также использовать и такое определение, как «экологически рациональное проектирование». Так что можно сказать, что поле деятельности современной инженерии это устойчивое развитие и применение инноваций. Цели деятельности инженеров - создание инновационных, эффективных, материалосберегающих конструкций. В настоящей статье мы рассмотрим применение бионического подхода к созданию мостовых конструкций.
Система экологического взаимодействия, сформировавшаяся за миллионы лет эволюции, является очень ценным учебным пособием для нашего современного общества с точки зрения развития устойчивых технологий. При этом даже редкое обращение к биологическому миру в поисках подсказки может оказаться полезным с целью понимания того, как сделать современные мостовые инженерные конструкции адаптивными и саморегулируемыми, то есть в определенной мере с целью превращений мостовых сооружений из неодушевленных объектов в одушевленные, живые конструкции.
2. Макро и микроуровни бионического подхода
Бионический подход к проектированию мостовых сооружений может рассматриваться на разных уровнях.
На макроуровне используется внешний вид природных структур для создания мостовых сооружений, похожих на природные объекты. При этом бионический подход можно использовать при создании или мостового сооружения в целом, или для разработки различных компонентов мостового сооружения, включая фундаменты, опоры, пролетные строения, мостовое полотно, и другие элементы. Например, при проектировании внешнего вида и схемы мостового сооружения можно использовать статическую или динамическую форму растений и животных с целью получения более эффективных и инновационных решений. При этом получаемые внешние образы мостовых сооружений могут оказаться более эстетичными, более оптимальными и эффективными, чем существующие конструкции. Можно сказать, что на макроуровне изучается и используется информация о внешней форме биологических объектов (растений, животных, насекомых, рыб, микробов, человека) и веществ, существующих в природе, текстур поверхностей, характеристик механических структур, свойств биологических материалов, биологического движения, законов поведения, визуальных образов и так далее.
Кроме использования бионического подхода на макроуровне можно использовать и микроуровневый подход, когда в качестве источника новых идей при создании или оптимизации мостового сооружения используется информация о функциях и механизмах взаимодействия внутри микроорганизмов. То есть при создании мостового сооружения и его компонентов используется информация о внутренней структуре и особенностях функционирования живых созданий. То есть микроуровневый подход опирается на изучение внутреннего строения микроорганизмов, и ряда основных систем, включая сердечнососудистую систему, нервную систему, иммунную систему, а также на изучение процесса преобразования энергии в организмах, включая механизм нейронных реакций, передачу и обработку информации, возможность регулирования поведения, а также способность адаптироваться в окружающей среде.
При разработке конструкций мостовых сооружений с точки зрения микроуровнего подхода следует учитывать такие элементы, как материал, из которого создается сооружение, его конструктивную форму, особенности его функционирования, а также наличие нервной системы. С точки зрения мостостроения весьма большой интерес представляет способность живых организмов к адаптации (приспособлению) и саморегулированию, что может быть использовано при разработке конструктивных систем, сопротивляющихся действию ветровых и сейсмических нагрузок. При этом весьма интересными могут оказаться динамические характеристики насекомых и птиц, которым приходится приспосабливаться к действию ветровых нагрузок, так же как и современным облегченным мостовым сооружениям. При проектировании подводной части опор и высоких ростверков следует использовать информацию о гидродинамических характеристиках подводных обитателей рек и морей.
В последнее время весьма актуальным стало экологически рациональное проектирование, то есть проектирование мостовых сооружений с учетом их влияния на окружающую среду и максимальная экономия используемых ресурсов. При этом должны быть учтены даже и видеоэкологические аспекты, то есть мостовое сооружение не должно нарушать гармонию окружающей среды и вносить диссонанс в ее восприятие. Также правильно спроектированное мостовое сооружение в процессе его возведения должно занимать как можно меньшую площадь строительной площадки, возводиться быстро и тем самым сохранять природные ресурсы в возможно большей степени. Очень важно, чтобы при создании мостового сооружения использовались местные строительные материалы, следует также использовать повторную переработку материалов и эффективную утилизацию материалов, оставшихся после окончания строительства. В последнее время большое внимание стало уделяться проблеме ремонта и трансформации существующих мостовых сооружений, что обеспечивает более эффективное их использование и оказывается экономически более выгодным, чем просто снос сооружения. И вообще, проблеме энергосбережения следует уделять повышенное внимание на протяжении всего жизненного цикла мостового сооружения. При этом для поддержания функционирования моста предпочтительно использовать солнечную и ветровую энергию.
И вообще, бионический подход следует использовать на всех стадиях создания и функционирования мостового сооружения: разработка концепции, проектирование, изготовление, монтаж, эксплуатация, мониторинг поведения, предупреждение наступления аварийных ситуаций, смягчение последствий аварийных ситуаций, и даже утилизация. В конечном счете, опираясь на бионические принципы, следует двигаться в направлении разработки основ создания интеллектуальных мостовых сооружений, то есть в направлении превращения моста из мертвой структуры в живую мостовую конструкцию.
Обращаясь к бионике как к науке, следует отметить, что на протяжении уже многих лет инженеры и ученые многих стран проводят исследования в этой области, в результате
чего были сделаны большие открытия в таких областях как материаловедение, медицина, механика, авиация, архитектура и т.д. И хотя бионика помогла в решении многих проблем, она не универсальна, так как может только помочь ученым и инженерам сломать их мыслительные барьеры, и привести к появлению новых идей, концепций, методов решения инженерных задач.
Можно сказать, что бионический подход и на макроуровне и на микроуровне обеспечивает эффективное сочетание биологической науки, техники и эстетики, при этом изучается процесс создания и функционирования биологических объектов с целью переноса полученных знаний на процесс создания и обеспечения функционирования инженерных объектов.
Наличие современных высокоэффективных компьютерных технологий позволяет подойти к решению задач бионики более эффективно, создавая математические модели бионических систем и процессов и перенося их на задачи создания и анализа инженерных систем.
3. О целесообразности размера
Создавая мосты, люди бессознательно подчинялись влиянию окружающего мира и использовали природные аналоги. Например, для балочных, арочных и висячих мостов можно найти аналогичные природные прототипы. Поэтому бионический подход на макроуровне сводится к созданию мостовых конструкций, подобных биологическим конструкциям, имеющимся в естественном мире. То есть, и при проектировании общего вида мостовой конструкции и ее элементов, и при дальнейшей детальной проработке и при оптимизации мостовых проектов бионический подход представляет инженерам-мостовикам и архитекторам важный и свежий источник идей.
Например, при проектировании внешнего вида и схемы мостового сооружения проектировщики могут использовать статическую или динамическую форму растений и животных с целью получения более эффективных, инновационных и эстетичных решений.
Но при этом нужно учитывать особенности прямого переноса природных форм на инженерные сооружения, на которые в свое время указал Дж. Б.С. Холдейн в статье «О целесообразности размера», которая была включена в четырехтомную хрестоматию лучших математических работ двухтысячелетия (от Архимеда до наших дней), изданную в США [16]. Кстати, польский ученый В. Гаевский так писал о Дж. Б.С. Холдейне [17]:
«Холдейн, без сомнения, один из любопытнейших умов среди современных биологов... Из огромного количества экспериментального материала, поставляемого ежегодно тысячами биологов, он сумел отобрать самое существенное и построить общие теории и гипотезы. Это связано с его удивительным талантом постановки научных проблем под новым углом зрения. Причем изложение проблем всегда отличается предельной четкостью и точностью. Это достоинство объясняется также его склонностью к широким математическим обобщениям процессов жизнедеятельности в их теснейшей взаимосвязи и взаимоопределяемости».
В статье «О целесообразности размера» говорится: «Несмотря на то, что различие в размерах животных - факт совершенно очевидный, зоологи уделяли ему очень мало внимания. Солидные учебники зоологии умалчивают о том, что орел больше воробья или что гиппопотам больше зайца, хотя отмечают разницу в размерах мыши и кита. Однако можно без труда показать, что заяц не может достигнуть величины гиппопотама или что кит не может быть размером с селедку. Каждый тип животного имеет наиболее удобный для него размер, изменение которого неизбежно влечет за собой изменение формы.
Допустим, что существует человек-великан 60-ти футов высотой, подобный Попу и Язычнику-гигантам из сказок моего детства. Такие великаны не только в 10 раз выше среднего человека, но в 10 раз шире и в 10 раз плотнее, т.е. их общий вес в 1000 раз превышает вес среднего человека, а, следовательно, составляет от 80 до 90 тонн. Поперечный срез костей таких великанов в 100 раз превышает срез костей среднего человека; следовательно, каждый квадратный дюйм кости гиганта должен выдержать нагрузку в 10 раз большую, чем квадратный дюйм кости среднего человека. Учитывая, что берцовая кость человека разрушается при нагрузке, в 10 раз превышающей его вес, берцовая кость великанов должна была бы ломаться при каждом их шаге.
Вернемся к зоологии. Допустим, что газель - изящное маленькое создание с длинными тонкими ногами - стала бы вдруг большой. Она сломала бы себе ноги при несоблюдении одного из двух условий: первое - в случае, если бы ее ноги не стали бы такими же короткими и толстыми, как у носорога (тогда для поддержания каждого фунта веса тела приходилась бы такая же площадь кости, как у нормального животного); второе - тело должно было бы сжаться, что привело бы к соответственному удлинению ног для достижения устойчивости, как у жирафа. Я упоминаю именно этих животных, поскольку они относятся к тому же отряду, что и газель, и оба (жираф и носорог) - прекрасные бегуны, отличающиеся высоким совершенством механики.
Сила земного притяжения доставляет много неприятностей обычному человеку, но для великанов - это настоящее бедствие. Для мыши или другого мелкого животного сила притяжения практически не опасна. Можно уронить мышь в угольную шахту глубиной в 1000 ярдов: достигнув дна, мышь, отделавшись легким сотрясением, убежит. Крыса, вероятно, погибнет от такого падения, хотя она останется невредимой, упав с высоты 11 -этажного дома. Человек, упавший с такой высоты, погибнет, а лошадь превратится в лепешку. Сопротивление воздуха движению пропорционально поверхности движущегося объекта. Разделим длину, ширину и высоту животного на 10. Его вес уменьшится в 1000 раз, а поверхность только в 100. Таким образом, сопротивление воздуха при падении небольшого животного будет в 10 раз больше, чем скорость падения. Насекомое поэтому не боится силы тяжести: оно может падать без опасения и может удивительно спокойно разгуливать по потолку. Особенно наглядно это проявляется у изящных и необыкновенных животных форм, таких, например, как долгоножка, отличающихся спецификой опоры.
Понятно, что высокие наземные животные встречаются с другими затруднениями. Они вынуждены перекачивать кровь на высоту, превышающую рост обычного человека, поэтому им необходимо иметь более высокое кровяное давление и более мощные кровеносные сосуды. Многие люди умирают от разрыва артерий, особенно мозговых, и, видимо, эта опасность еще в большей мере угрожает слону или жирафу. Следует отметить, что животные разных типов сталкиваются с затруднениями, связанными с их размерами. Это происходит по следующей причине. Типичный представитель животных меньшего размера, например микроскопический червь или коловратка, покрыт гладкой кожицей, через которую проникает необходимое количество кислорода, снабжен прямым кишечником с достаточно большой поверхностью для усвоения пищевых материалов, а также примитивной почкой. Десятикратное увеличение размеров этих животных во всех направлениях привело бы к увеличению их веса в тысячу раз. Если бы это животное столь же эффективно оперировало своими мышцами, как его миниатюрный двойник, в сутки ему потребовалось бы в 1000 раз больше пищи и кислорода, в результате чего оно выделяло бы в 1000 раз больше продуктов обмена.
В случае, если форма животного останется неизменной, то поверхность его - при десятикратном увеличении размеров - увеличится в 100 раз, и в одну минуту через каждый
квадратный миллиметр кожи и кишечника проникнет соответственно десятикратное количество кислорода и пищи. При достижении определенного предела адсорбционных возможностей их поверхность должна увеличиться за счет какого-нибудь специального приспособления. Например, часть кожи может образовать выпячивания с превращением их в жабры или быть втянутой внутрь с превращением в легкие, увеличивая, таким образом, поверхность, абсорбирующую кислород, пропорционально объему животного. Более высокоорганизованные животные могут быть мельче низкоорганизованных. То же относится и к растениям. Низшие растения, такие, как зеленые водоросли, живущие в стоячих водах или на коре деревьев, - это лишь круглые клетки. Высшие растения увеличивают свою поверхность путем образования листьев и корней. Сравнительная анатомия есть не что иное, как история борьбы за увеличение поверхности в соответствии с объемом.
Некоторые способы увеличения поверхности полезны лишь до определенного предела. Например, в то время как у позвоночных кислород поступает в организм через жабры или легкие и разносится током крови по всему телу животного, у насекомых воздух переносится непосредственно к каждому отдельному участку тела с помощью мельчайших закрытых трубочек, известных под названием трахей и открывающихся на многих точках поверхности. И хотя благодаря своим дыхательным движениям насекомое в состоянии обновить состав воздуха во внешней среде трахеальной системы, в ее более тонкие веточки кислород должен проникать путем диффузии. Газы могут легко диффундировать на очень малые расстояния, не намного превышающие среднюю дистанцию, которую проходит газовая молекула при столкновении с другими. Но если она должна преодолеть большое расстояние - порядка четверти дюйма, что с точки зрения движения молекулы весьма значительно, то процесс замедляется.
В результате части тела насекомого, удаленные от наружного воздуха больше, чем на четверть дюйма, всегда будут испытывать кислородное голодание. Вряд ли найдутся насекомые, толщина которых превышала бы полдюйма. Наземные крабы имеют такой же общий план строения, как насекомые, но они более неуклюжи. Как и у человека, кислород у них доставляется в ткани кровью, и поэтому они могут во много раз превзойти по своим размерам любое насекомое. Если бы по "плану" строения насекомых воздух переносился по тканям, а не диффундировал в них, то насекомые могли бы достичь величины крабов, однако размеров человека достичь не могли бы - уже по другим причинам.
Перейдем к рассмотрению некоторых преимуществ размеров. Очевидно, что размер позволяет сохранять тепло. Все теплокровные животные в состоянии покоя теряют одинаковое количество тепла на единицу поверхности кожи, поэтому и количество, и качество их пищи должно быть пропорционально не весу, а поверхности их тела. Пять тысяч мышей весят столько же, сколько один человек. Сумма поверхностей их тел, потребление пищи или кислорода примерно в 17 раз превышают эти же показатели у человека. И в самом деле, мышь съедает в сутки количество пищи, равное четверти ее собственного веса; используется эта пища главным образом на поддержание температуры тела. По той же причине мелкие животные не могут жить в холодных странах. В арктических зонах нет ни рептилий, ни амфибий, ни мелких млекопитающих. Самое маленькое млекопитающее на Шпицбергене - лисица. Мелкие птицы зимой улетают, а насекомые умирают, хотя отложенные ими яйца могут выдержать мороз в течение шести месяцев и больше. Наиболее приспособленные к холоду млекопитающие - это медведи, тюлени и моржи.
Итак, каждый тип животного имеет свой оптимальный размер. Таковы некоторые мои соображения о целесообразности размера животных».
Мы здесь привели статью Дж. Б.С. Холдейна не полностью, но все-таки в объеме, достаточном для того, чтобы понять, что к копированию форм растительного и животного
мира применительно к инженерным сооружениям следует относиться весьма осторожно. К сожалению, многие архитекторы, применяющие бионический подход при разработке форм строительных конструкций, не знают и того, о чем писал Дж. Б.С. Холдейн, и тем более не знают таких расчетных дисциплин, как строительная механика и теория упругости, позволяющих расчетным путем проанализировать игру сил в конструкциях и правильно определить их размеры, соответствующие форме, и потому многие предлагаемые ими, красивые на первый взгляд на рисунках или макетах решения, оказываются нереализуемыми в реальности, а если и реализуются, то это приводит к катастрофам.
Всем памятна авария аквапарка в Москве. Авторы проекта Канчели Н.В. и Митюков М.М. писали в журнале «Строительные материалы, оборудование, технологии» №9/2001 г.: «В проекте покрытия аквапарка совместными усилиями проектировщиков и строителей была реализована сложная оригинальная конструкция - монолитная ребристая пологая железобетонная оболочка на сложном плане. Конструкции, подобной данной, в мировой практике нет. Авторам - конструкторам удалось воплотить фантазии архитекторов в жизнь». Эта цитата говорит и об амбициях авторов и о занятом ими месте в авторском коллективе, и о необходимости, всякий раз берясь за воплощение в жизнь «фантазий архитекторов», держать их полет в узде логики и строительной механики. В плане покрытие аквапарка имело вид, изображенный на рисунке 1.
Рис. 1. План покрытия аквапарка
Поверхность покрытия была нарисована архитектором и образована она была вращением образующей кривой произвольного очертания.
Рис. 2. Форма образующей кривой - парабола
Связь формы оболочки с полной нагрузкой на покрытие: если план аквапарка разделить на равные по площади секторы, то можно увидеть: к центру грузовая площадь уменьшается, а к круговому контуру, напротив - увеличивается. Следовательно, нагрузка распределяется по треугольнику, и форма образующей кривой, обеспечивающей оптимальную работу конструкции - кубическая парабола. При этом очевидно, что ближе к циркульной части контура стрела подъема оболочки должна быть наибольшей, а к центру кривая может выполаживаться. Но все было сделано с точностью наоборот (рис.2 и 3), то есть инженер послушно следовал за тектонически неграмотным архитектором. Природа же разбирается в тектонике лучше архитекторов. На рисунке4 показан природный аналог оболочки аквапарка. Как видно, архитектор хотел получить покрытие в виде ракушки, но нарисовал его таким, каким оно не может быть.
Рис. 3. Тектонически правильная (оптимальная) и неправильная (но принятая в проекте)
форма образующей
Оптимальная кривая
/ '
Рис. 4. Форма ракушки
4. Примеры применения макроуровневого бионического подхода в мостостроении
Заимствуя идеи у Природы, инженеры могут получить более надежную базу для своего творчества, так как и растения и животные наглядно демонстрируют концепцию максимальной эффективности при наименьших затратах материала и энергии. Эта концепция и является краеугольным камнем устойчивого развития, и ее применение в мостостроении позволит разработать инновационные и эффективные конструкции.
4.1. Наверное, одним из первых, кто стал осмысленно применять бионический подход в мостостроении, является выдающийся испанский архитектор и инженер Сантьяго Калатрава [18, 19], одним из творений которого является проект пешеходно-велосипедного моста в городе Калгари (Peace Bridgein Calgary) (рис. 5). Длина моста 135 м, ширина 6,2 м, начальная стоимость строительства 17.995 млн.долл. США, стоимость проектирования 3.9 млн. долл. США (включая инженерию и экспертизы).В результате появился яркий трубчатый стальной мост со стеклянным покрытием для защиты от зимних осадков, но достаточно открытый, чтобы сохранить прохладу летом. Мост получился полностью погруженным в естественный ландшафт и пропитанным уважением к окружающей среде (рис.6). Однопролетный вариант без промежуточных опор был выбран, исходя из экологических соображений, чтобы не подвергать реку загрязнениям в ходе строительства. Мост рассчитан на 75-летнюю эксплуатацию и не пострадает в результате паводков.
Рис. 5. Мост «Мир» по проекту Калатравы. Источник: сайт http://designzoom.ru
Рис. 6. Вид изнутри на мост «Мир». Велосипедная дорожка расположена посередине и несколько ниже тротуаров для обеспечения безопасности. Источник: сайт
http://designzoom.ru
Рис. 7. Вид на мост «Мир» зимой. Источник: сайт http://designzoom.ru
Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Том 7, №2 (март - апрель 2015)
http://naukovedenie.ru [email protected]
Рис. 8. Доставка секций моста на строительную площадку.Источник: сайт
http://designzoom.ru
Металлоконструкции моста по настоянию Калатравы делали в Испании, а бетонные изготовили на месте; остекление выполнила австрийская компания, причем кроме дневного света, заливающего всепогодную стеклянную трубу, на мосту предусмотрена и ночная подсветка. Кстати Калатрава известен во всем мире еще и тем, что он ни один объект никогда не сдавал вовремя. И на этом объекте мост был сдан позже срока на 16 месяцев. Но когда мост смонтировали, то самое интересное было впереди. Мост (в элементах) приехал, его с горем пополам смонтировали, то оказалось, что сварка была выполнена по испанским, а не по канадским нормам. И потому на месте мост пришлось доваривать, усиливать и, в конечном счете, его стоимость составила 25 миллионов долларов США.
4.2. Еще одним примером использования бионического подхода является вантовый пешеходный мост Мира через реку Кура в Тбилиси (рис.9).Мост своим обликом напоминает изящно изогнувшееся морское животное. По конструкции это вантовый мост с пространственным пилоном в виде панциря черепахи. Мост отличает оригинальное освещение, так как в пространственный пилон, одновременно играющий роль крыши моста, вмонтированы 30 000 лампочек, которые с наступлением темноты начинают мигать, передавая сообщение с помощью азбуки Морзе (рис. 12). Причем передаваемое сообщение содержит элементы из таблицы Менделеева, являющиеся составными частями тела человека.
Следует заметить, что конструкция живых существ превосходит искусственные сооружения, и потому при проектировании мостов существуют определенные пределы применения таких конструкций. Например, в Китае был запроектирован пешеходный мост, также по конструкции напоминающий панцирь черепахи. В результате того, что новая конструкция моста не была хорошо заармирована, после завершения строительства появилась чрезмерная осадка и произошло растрескивание. Хотя панцирь черепахи является превосходной конструкцией, способной выдерживать значительные нагрузки, но это не
значит, что эту конструкцию надо использовать без тщательного анализа действующих нагрузок не только во время эксплуатации, но и во время строительства. Этой ненужной работы можно было избежать, если бы были запроектированы подкрепляющие оболочку ребра. Заметим также, что подобное же произошло и с вышеупомянутой оболочкой покрытия Трансвааль - парка.
Следовательно, инженеры должны подбирать природные прототипы, более соответствующие реальным условиям работы конструкции.
Рис. 9. Вид с берега на мост Мира в Тбилиси. Источник http://redigo.ru/geo/Europe/Georgia/poi/35269/media/photo/
Рис. 10. Вид с реки Кура на мост. Источник http://redigo.ru/geo/Europe/Georgia/poi/35269/media/photo/
Рис. 11. Вид с реки на мост Мира. Источник ttp://redigo.ru/geo/Europe/Georgia/poi/35269/media/photo/
Рис. 12. Ночное освещение моста Мира в Тбилиси. Источник http://redigo.ru/geo/Europe/Georgia/poi/35269/media/photo/
4.3. Мост Питон (Ру1:ИопЬг^)в Амстердаме построен в 2001 году, по форме похож на змею, такой же извивающийся и гибкий, но вот цвет моста красный, хотя питоны обычно зеленые (рис. 13 и 14). Мост связывает полуостров Споренбургс островом Борнео. Его длина почти 100 метров. Мост украшен 2000 лампочек, что делает его особенно красивым в ночное время.
Рис. 13. Красный мост-питон. Источник http://www.bridgesall.ru/blog/most^^п^у^п^^
Рис. 14. Вид на мост «Питон» с набережной. Источник http://www.bridgesaИ.ru/Ыog/most_piton_pythonbrug
Рис. 15. Вход на мост с набережной. Источник http://www.bridgesaИ.ru/Ыog/most_piton_pythonbrug
В качестве основного материала использована сталь - она легкая и пластичная, что позволяет создавать из нее причудливые конструкции, выполненные в стиле хай-тек. Кстати, пешеходы утверждают, что идти по мосту достаточно неприятно, так как от изгибов шалит вестибулярный аппарат, а зазоры между ступеньками достаточно большие, так что видно воду и чувствуешь себя как в каком-то фэнтэзи.
Рис. 16. Вид с прохожей части моста.Источник http://www.bndgesallru/blog/most_piton_pythonbrug
4.4. Змеевидный (сетчатый) мост (Webb Bridge) построен в 2003 году в австралийском Мельбурне. Название перекликается со словом «web», которое переводится с английского как «паутина» или «сеть». Змеевидная конструкция соединяет два района: Доклендс на северном берегу реки Ярры и новый строящийся жилой комплекс Yarra's Edgera южном берегу. Мост предназначен для пешеходов и велосипедистов, а также оборудован пандусами и перилами для инвалидов (рис. 17).
Рис. 17. Вход на змеевидный мост. Источник: http://www.dentoncorkermarshall.com/ 18
Проектировщики моста в качестве исходной идеи использовали конструкцию ловушки для ловли угрей, которую австралийские аборигены используют с незапамятных времен. Мост состоит из двух секций: «трубы» длиной 145 м - фрагмента бывшего железнодорожного моста, и новой изогнутой конструкции длиной 80 м. Площадка укреплена на стальных балках коробчатого сечения. Конструкцию охватывают обручи, близкие по форме к эллипсам от 5 до 8,7 м в ширину и от 4 до 8,9 м в высоту, считая от прохожей части. Заранее изготовленные элементы стальной конструкции подвезли на баржах во время прилива и скрепили на месте всего за два часа. Стоимость моста 3,7 млн. австралийских долларов. У северного берега реки мост прямой и охватывается круглыми обручами, но ближе к южному берегу узор становится сложнее, а конструкция резко изгибается (рис. 18).
Рис. 18. Изогнутая часть змеевидного моста, в которой расположены сиденья для отдыха.
Источник: http://www.dentoncorkermarshaU.com/
Рис. 19. Ночная подсветка змеевидного моста. Источник: http://www.dentoncorkermarshall.com/
Рис. 20. Сиденья внутри моста. Источник: http://www.dentoncorkermarshall.com/
После заката мост оживает: разноцветные огни выделяют его силуэт на фоне ночного города (рис.19). Иллюминация предназначена не только для украшения: она носит и функциональный характер, восполняя недостаток освещения.
Рис. 21. Вид изнутри змеевидного моста. Источник: http://www.dentoncorkermarshaU.com/
4.5. Арочный пешеходный мост - бабочка (ButterflyBridge) переброшен через реку Уз в английском городе Бедфорде в 1997 году (рис. 22). Арки наклонены подобно крыльям бабочки, что и дало название мосту.
Рис. 22. Мост - бабочка с двумя наклонными арками. Источник http://fitzgerald.fatcow.com/the-butterfly-bridge
Рис. 23. Вид на мост «бабочку» с берега. Источник http://fitzgerald.fatcow.com/the-butterfly-bridge
Рис. 24. Вход на мост «бабочку». Источник http://fitzgerald.fatcow.com/the-butterfly-bridge
Максимальный размах двух стальных арок составляет 32 метра, что создает впечатление объемности моста и открытости его прохожей части небу. Стоимость моста 375 тысяч фунтов стерлингов. Мост способствовал возрождению речной набережной и стал новой достопримечательностью города. Установленное на арках освещение придает мосту по вечерам сказочный вид (рис. 25).
Рис. 25. Вид моста-бабочки вечером. Источник http://fitzgerald.fatcow.com/the-butterfly-bridge
4.6. Проект пешеходного моста «Тюльпан» (Thetulip) в Амстердаме. Предполагается, что конструкция будет состоять из центральной части, где во время концертов сможет находиться сцена, а также из шести больших лепестков. Два противоположных лепестка будут выполнять роль моста, связывающего берега между собой.
Остальные лепестки будут выполнять функции театра, музея, клуба, бара, пляжа, площадки для проведения фестиваля и другие (Рис. 26).
Рис. 27. Вид на мост-тюльпан с высоты птичьего полета. Источник http://animalworld.com.ua/news/Peshehodnyj-most-v-Amsterdame-Universalnyj-Tjulpan
Рис. 28. Функции моста-тюльпана. Источник http://animalworld.com.ua/news/Peshehodnyj-
most-v-Amsterdame-Universalnyj-Tjulpan
Для этого тюльпан на воде будет менять положение своих лепестков в зависимости от времени суток и ситуации, создавая различные конфигурации для того или иного случая (пляжная зона, концертная площадка и т.д.) (рис. 28, 29).Сердцевина тюльпана, где пересекаются пешеходные потоки, - это место, чтобы остановиться, насладиться окружающей средой в середине русла реки и почувствовать подлинную атмосферу страны.
Рис. 29. Продольный разрез моста - тюльпана. Источник http://animalworld.com.ua/news/Peshehodnyj-most-v-Amsterdame-Universalnyj-Tjulpan
Предполагается, что ночью тюльпан будет красиво подсвечиваться, благодаря чему станет ещё и городским фонарём, причем освещение будет меняться в зависимости от события (рис. 30).
Рис. 30. Освещение моста-тюльпана ночью. Источник http://animalworld.com.ua/news/Peshehodnyj-most-v-Amsterdame-Universalnyj-Tjulpan
4.7. Пешеходный мост в Лиме (Перу) в виде морской звезды.
Конструкция моста, имеющая несколько лучей, тянущихся от ее основной части, будет возведена над глубоким рвом. Два района, образованные по разным сторонам от указанного разлома, разделяет проложенная внизу по дну рва дорога, и для того, чтобы перебраться через нее и попасть в другой район, жителям приходится спускаться с холмистых возвышенностей. Строительство моста позволит решить данную проблему и создать новое место для встреч и отдыха жителей, а своеобразная форма конструкции внесет особый колорит во внешний облик города и гармонично впишется в окружающую среду. Мост будет построен из мелиорированной (вторичной) древесины.
Рис. 31. Вид сбоку на мост-морскую звезду. Источник http://mastremont.ru/news/peshekhodnyj_most_pinata/2013-04-03-473
Рис. 32. Вид на мост с проезжей части дороги. Источник http://mastremont.ru/news/peshekhodnyj_most_pinata/2013-04-03-473
Рис. 33. Мост - место встречи жителей окружающих мест. Источник http://mastremont.ru/news/peshekhodnyj_most_pinata/2013-04-03-473
На мосту предполагается оборудовать места для отдыха и зеленые зоны, где жители смогут организовывать встречи с друзьями, устраивать прогулки, пикники и многое другое. Мост будет построен к 2016 году.
5. Применение микроуровневого бионического подхода
Микруровневый бионический подход предполагает создание мостовых конструкций по образу и подобию внутренних систем живого организма, рассматриваемых даже на микроуровне.
Например, анализируя способность живых организмов к адаптации и саморегулированию можно разработать мостовые конструкции, стойкие к воздействию ветровых и сейсмических нагрузок, а также воплощающие в себе принципы устойчивого развития. Например, при проектировании пилонов можно использовать способность растений сопротивляться воздействию ветровых и сейсмических нагрузок, а при проектировании мостовых опор на глубокой воде использовать результаты исследования гидромеханики рыб, что уже делают при проектировании подводных кораблей. Конструктивная схема и отдельные элементы мостов могут быть запроектированы и оптимизированы на основе изучения некоторых весьма малых биологических объектов.
5.1. В Сингапуре в 2010 году был создан уникальный пешеходный мост Helix Bridge, своим видом напоминающий спираль ДНК (рис. 34 и 35). Этот проект был лучшим из 36 проектов на международном конкурсе. Конструкцию моста образуют две лёгкие спиралевидные закручивающиеся конструкции, длина моста 280 метров, а масса достигает 1700 тонн, стоимость строительства 82 900 000$.
Рис. 34. Центральной частью мост примыкает к автомобильному мосту, где они соединены пешеходной площадкой. Кроме того на определенном расстоянии на мосту есть смотровые площадки, откуда можно наслаждаться видами на реку. Источник http://www.euro-inox.org/htm/p_209_EN.html
Рис. 35. Легкий и тонкий мост Helix похож на двойную спираль, которая гармонично освещается в ночное время вдоль всего пути шествия. Источник http://www.euro-mox.org/htm/p_209_EN.html
Перед инженерами и архитекторами стояла непростая задача, затрудненная наличием уже существующего автодорожного моста. Кроме того, предполагалось придать мосту изогнутую форму так, чтобы его концы плавно «вливались» в пешеходную зону по обоим берегам реки, а в середине он плавно подходил почти вплотную к уже существовавшему автомобильному мосту, но не соприкасался с ним.
Рис. 36. Вид на мост ночью. Источник http://www.euro-inox.org/htm/p_209_EN.html
Рис. 37. Различное освещение моста придает ему своеобразный вид. Источник http://www.euro-inox.org/htm/p_209_EN.html
Рис. 38. Мост удачно вписывается в береговую зону. Источник http://www.euro-
inox.org/htm/p_209_EN.html
Для решения этой задачи проектировщики и пришли к форме двойной спиральной структуры ДНК. С внутренней стороны моста располагаются четыре овальные смотровые площадки, с которых можно полюбоваться панорамным видом на Сингапур или стать
свидетелем мероприятий, организованных на воде в заливе. Таким образом, новое строение связало два объекта в единый ансамбль. Архитекторы дополнили прямолинейный бетонный "вектор" автострады визуально легкой и воздушной конструкцией, изгибающейся по дуге и как бы "желающей" коснуться своего брутального урбанистического соседа (рис. 40). Внутреннюю спираль стальной структуры украсили также и стеклянные панели и листы перфорированной стали, выполняющие и защитную антиклиматическую функцию.
Рис. 39.
Конструкция различных пролетов моста. Источник http://www.euro-inox.org/htm/p_209_EN.html
Рис. 40. Расположение пешеходного моста около существующего автодорожного. Источник
http://www.euro-inox.org/htm/p_209_EN.html
Plan
_? у ч° со ;
Рис. 41. Расположение моста в плане. Источник http://www.euro-mox.org/htm/p_209_EN.html
Ночью на мосту зажигаются синие светодиодные лампы, которые подчеркивают взаимосвязь двух переплетающихся спиралей и соединяющих их канатов. Дополнительными красными и зелеными огнями подсвечиваются буквы С, G, A, T, которые означают четыре аминокислоты цепочки ДНК -цитозин, гуанин, аденин и тимин.
5.2. Для Китая Нью-Йоркской студией WXY Architecture также разработан проект витого ДНК - моста (Nanhe River Landscape Bridge) (рис. 42 и 43).
Рис. 42. Мост представляет собой две изогнутые красные полосы, очень напоминающие ДНК. Источник http://www.dezeen.com/2010/06/27/nanhe-river-landscape-
bridge-by-wxy-architecture/
Рис. 43. Опоры моста в форме буквы Y, поддерживают обе прохожих части и, в тоже время, обеспечивают минимальное сопротивление потоку воды. Источник http://www.dezeen.com/2010/06/27/nanhe-river-landscape-bridge-by-wxy-architecture
ппп
Рис. 44. Конструкция опор пешеходно-велосипедного моста. Источник http://www.dezeen.com/2010/06/27/nanhe-river-landscape-bridge-by-wxy-architecture/
Мост состоит как бы из двух отдельных мостов, соединяющихся в некоторых местах. А «гибкая» структура моста символизирует течение реки.
Оригинальный дизайн с одной стороны сочетает лучшие архитектурные традиции, а с другой выглядит достаточно современно и неожиданно. Похожий на нить ДНК и любимого китайцами мифического дракона одновременно проект моста использует и богатую культурную историю Китая и учитывает идеи бионического подхода к конструированию.
Рис. 45. Вид с прохожей части моста. Источник http://www.dezeen.com/2010/06/27/nanhe-river-landscape-bridge-by-wxy-architecture/
Рис. 46. Мост на подсвеченный мост ночью. Источник http://www.dezeen.com/2010/06/27/nanhe-river-landscape-bridge-by-wxy-architecture/
5.3. Прогулочный мост «Спагетти» через китайское озеро. В определенной мере развитием предыдущего проекта можно считать спагеттиподобный мост для Ханчжоу (Китай). Мост имеет длину 500 метров и образован уже из трех переплетенных между собой лент металла и призван служить футуристической переправой через озеро Цзиньша (рис. 47).
Рис. 47. Проект моста-спагетти через озеро Цзиньша. Источник http://www.seaexpo.ru/ru/miscellaneous/news/technology/1_6249.html
Одна из лент предназначена исключительно для велосипедистов, вторая выполняет роль пешеходного моста и смотровой площадки, а третья лента несет декоративную и объединяющую функцию, динамично и творчески переплетая между собой первую и вторую (рис. 48). Концептуально мост являет собой современную и энергичную интерпретацию традиций местной культуры, подразумевая аллюзии на тему лент, драконов, горных пейзажей и каллиграфии. Находясь между собой в структурной и визуальной гармонии, три ленты моста - спагетти являются эффектной скульптурной композицией и эффективно решают вопрос необходимости моста для прогулок. Являясь результатом цифрового 3D-моделирования, проект уникального моста демонстрирует новые возможности компьютерного формирования городской инфраструктуры будущего. Интересен и ночной вид моста (рис. 49).
Рис. 48. Функции трех лент моста - спагетти. Источник http://www.seaexpo.ru/ru/miscellaneous/news/technology/1_6249.html
Рис. 49. Вид на пешеходную часть моста. Источник http://www.seaexpo.ru/ru/miscellaneous/news/technology/1_6249.html
Рис. 50. Компьютерная модель ночного освещения моста-спагетти. Источник http://www.seaexpo.ru/ru/miscellaneous/news/technology/1_6249.html
5.4. Еще одним примером бионического подхода является концепция моста ДНК, разработанная в Киеве и представляющая собой сочетание стилизованных элементов, которые воспроизводят живую природу (рис. 51).
Конструкция моста имеет сложную формообразующую закономерность, воспроизводящую спиральную пластичность молекулы ДНК. Важным приемом является спиральная закономерность не только в элементах и внешней каркасной оболочке, но и в транзитной поверхности (внутренний каркасной оболочке) моста, которая изменяет свое положение и угол наклона по ходу спирали.
Рис. 51. Перспектива моста ДНК. Источник http://paintfxlab.com/en/gallery/design-projects/32-dna-bridge
Рис. 52. Вид на мост с реки. Источник http://paintfxlab.com/en/gallery/design-projects/32-dna-bridge
Рис. 53. Вид изнутри моста. Источник http://paintfxlab.com/en/gallery/design-projects/32-dna-bridge
Рис. 54. Входная зона моста. Источник http://paintfxlab.com/en/gallery/design-projects/32-dna-bridge
/п;
Рис. 55. Вид на освещенный мост с высоты птичьего полета. Источник http://paintfxlab.com/en/gallery/design-projects/32-dna-bridge
Заключение. В мире живой природы существует великое множество структур, которые нам необходимо найти и проанализировать, причем не важно, листья ли это растений или же скелет животного, все они представляют собой продукт естественного отбора и эволюции. В мостостроении также имеет место непрерывность эволюции мостового проектирования, когда новые типы мостов появляются путем развития предыдущих, а точнее, когда одни типы мостовых конструкций перестают применяться, в то время как другие развиваются, адаптируясь к окружающей среде. «Выжившие» конструкции имеют такие характеристики, которые передаются потомкам и позволяют им лучше приспособиться к их окружению.
ЛИТЕРАТУРА
1. Овчинников И.Г., Дядченко Г.С. Пешеходные мосты: конструкция, строительство, архитектура. Саратов. Сарат. Гос. Техн. ун-т. 2005. 227 с.
2. Tang M C. Evolution of Bridge Technology. IABSE Symposium Report, 2007, 3848.
3. Солохин В.Ф., Дядькин С.Н., Овчинников И.Г. и др. Отечественное мостостроение на рубеже XX-XXI веков: современные технологии на примере сооружения вантового автодорожного моста через реку Обь у города Сургута (монография). Саратов: Сарат. Гос. Техн. ун-т. 2002. - 128 с. ц. ил. 32 с.
4. Овчинников И.Г., Инамов Р.Р., Бахтин С.А., Овчинников И.И. Висячие и вантовые мосты: эстетические проблемы. Саратов: Сарат. Гос. Техн. ун-т. 2002. 107 с.
5. Овчинников И.Г., Ковырягин М.А. О типах и алгоритмах управления мостовыми конструкциями (статья) // Проблемы оптимального проектирования сооружений. Сб. докладов IV Всероссийского семинара. - Новосибирск: НГАСУ. - 2002. с. 178-188.
6. Ковырягин М.А., Овчинников И.Г. Управляемые конструкции (в мостостроении). Изд-во СГТУ. Саратов, 2003. 95 с.
7. Овчинников И.Г., Овчинников И.И., Караханян А.Б. Современные тенденции в создании пешеходных мостов // Сборник ДОРОГИ и МОСТЫ. Выпуск 33. М. Росдорнии. 2015. с. 100-123.
8. Лебедев Ю.С., Рабинович В.И., Положай Е.Д. и др. Архитектурная бионика. Под ред. Ю.С. Лебедева. — М.: Стройиздат, 1990. 269 с.
9. Темнов В.Г. Конструктивные системы в природе и строительной технике. Л.: Стройиздат, 1987. 256 с.
10. Bonser R H C. Patented biologically-inspired technological innovations a twenty year view. Journal of Bionic Engineering, 2006, 3, 39-41.
11. Knippers J, Speck T. Design and construction principles in nature and architecture. Bioinspir Biomim, 2012, 7, 1-10.
12. Mehdi Sadri, Mehdi Kavandi, Alireza Jozepiri, Sharareh Teimouri, Fatemeh Abbasi. Bionic Architecture, Forms and Constructions // Research Journal of Recent Sciences. 2014, March, Vol. 3(3), p. 93-98.
13. Овчинников И.Г., Овчинников И.И., Караханян А.Б. Бионический подход в проектировании мостов // Наука: 21 век. Выпуск. Саратов. 2015.
14. Караханян А.Б., Овчинников И.Г. Роль инженера и архитектора в создании мостовых сооружений // Актуальные проблемы городского строительства. Сборник трудов Международной научно-технической конференции. г. Пенза: ПГУАС, 2013. - 432 с. С.45 - 49.
15. John G, Clements-Croome D, Jeronimidis G. Sustainable building solutions: A review of lessons from the natural world. Building and Environment, 2005, 40, 319-328.
16. Фельдман Г.Э. Дж. Б.С. Холдейн, изд. «Наука», М., 1976.216 с.
17. Gajewski W. Предисловие к польскому изданию книги Дж. Холдейна «Биохимия генетики». Варшава, 1960.
18. Филипп Ходидио. Калатрава. Арт-Родник. 2010. 96 с.
19. Superstar Calatrava - kein Werkohne Ärger.Die Welt. 01.11.07Architektur (Архитектор-звезда Сантьяго Калатрава: ни одного проекта без неприятностей).
Рецензент: Кочетков Андрей Викторович, председатель Поволжского отделения Российской академии транспорта, академик РАТ, д-р. техн. наук, профессор.
Ovchinnikov Igor Georgievich
Perm national research polytechnic university
Russia, Perm
Yuri Gagarin state technical university of Saratov
Russia, Saratov
Moscow state automobile&road technical university (Sochi branch)
Russia, Sochi E-mail: [email protected]
Ovchinnikov Ilya Igorevich
Yuri Gagarin state technical university of Saratov
Russia, Saratov
Moscow state automobile&road technical university (Sochi branch)
Russia, Sochi E-mail: [email protected]
Karakhanyan Artur Barmenovich
Yuri Gagarin state technical university of Saratov
Russia, Saratov E-mail: [email protected]
Pedestrian Bridges: modern trends design. Part 1. Using the
bionic approach
Abstract. Recently, questions of design of bridges are increasingly involved in world's leading experts in the field of architecture and construction, as bridges are symbols of technological and cultural progress of the era. All engineering structures, including transportation, have on people's aesthetic impact - positive or negative. In contrast to the industrial and civil buildings bridges are a special kind of structures, the general architectural view of which is largely determined by the engineering design concept.
On the example of pedestrian bridges reviews current trends in bridge construction. These include: the use of bionic approach to the morphogenesis of bridge structures, modern methods of computational analysis and modeling of structures, allowing to calculate the constructions of complex spatial forms, the use of modern high-strength materials, sustainable design, as well as the implementation and improvement of strength and other indicators of new building materials.
After all, the world of nature consist a great variety of structures that we need to find and analyze, and it does not matter whether it is the leaves of plants or skeleton of the animal, they are the product of natural selection and evolution.
Art bridge engineering needs significant improvements in the design, construction, monitoring, and we propose to use for this bionic approach based on the concept of the nature of the application of ideas to solve the problems of bridge engineering. But yet bionic approach is used not only by engineers, but architects and comes down to the search for new architectural forms bridges.
To illustrate in the article were discussed a number of projects implemented and bridge structures based on bionic approach. In particular, it examined 11 bridges: Peace Bridge by Santiago
Calatrava in Calgary, Canada; cable-stayed pedestrian bridge across the river Kura Peace in Tbilisi; Python Bridge in Amsterdam; serpentine (net) bridge in Melbourne, Australia; arched footbridge -Butterfly in the English town of Bedford; footbridge "Tulip" in Amsterdam; footbridge in the form of a starfish in the Peruvian Lima; a pedestrian bridge in the form of the DNA helix in Singapore; twisted DNA - bridge in China; the bridge "Spaghetti" in Chinese Hangzhou; the bridge project -DNA in Kiev.
Keywords: bionic; bionic approach; pedestrian bridges; bridge engineering; macro-level approach; sustainable design; unique bridges; environment.
REFERENCES
1. Ovchinnikov I.G., Dyadchenko G.S. Peshekhodnye mosty: konstruktsiya, stroitel'stvo, arkhitektura. Saratov. Sarat. Gos. Tekhn. un-t. 2005. 227 s.
2. Tang M C. Evolution of Bridge Technology. IABSE Symposium Report, 2007, 3848.
3. Solokhin V.F., Dyad'kin S.N., Ovchinnikov I.G. i dr. Otechestvennoe mostostroenie na rubezhe XX-XXI vekov: sovremennye tekhnologii na primere sooruzheniya vantovogo avtodorozhnogo mosta cherez reku Ob' u goroda Surguta (monografiya). Saratov: Sarat. Gos. Tekhn. un-t. 2002. - 128 s. ts. il. 32 s.
4. Ovchinnikov I.G., Inamov R.R., Bakhtin S.A., Ovchinnikov I.I. Visyachie i vantovye mosty: esteticheskie problemy. Saratov: Sarat. Gos. Tekhn. un-t. 2002. 107 s.
5. Ovchinnikov I.G., Kovyryagin M.A. O tipakh i algoritmakh upravleniya mostovymi konstruktsiyami (stat'ya) // Problemy optimal'nogo proektirovaniya sooruzheniy. Sb. dokladov IV Vserossiyskogo seminara. - Novosibirsk: NGASU. - 2002. s. 178-188.
6. Kovyryagin M.A., Ovchinnikov I.G. Upravlyaemye konstruktsii (v mostostroenii). Izd-vo SGTU. Saratov, 2003. 95 s.
7. Ovchinnikov I.G., Ovchinnikov I.I., Karakhanyan A.B. Sovremennye tendentsii v sozdanii peshekhodnykh mostov // Sbornik DOROGI i MOSTY. Vypusk 33. M. Rosdornii. 2015. s. 100-123.
8. Lebedev Yu.S., Rabinovich V.I., Polozhay E.D. i dr. Arkhitekturnaya bionika. Pod red. Yu.S. Lebedeva. — M.: Stroyizdat, 1990. 269 s.
9. Temnov V.G. Konstruktivnye sistemy v prirode i stroitel'noy tekhnike. L.: Stroyizdat, 1987. 256 s.
10. Bonser R H C. Patented biologically-inspired technological innovations a twenty year view. Journal of Bionic Engineering, 2006, 3, 39-41.
11. Knippers J, Speck T. Design and construction principles in nature and architecture. Bioinspir Biomim, 2012, 7, 1-10.
12. Mehdi Sadri, Mehdi Kavandi, Alireza Jozepiri, Sharareh Teimouri, Fatemeh Abbasi. Bionic Architecture, Forms and Constructions // Research Journal of Recent Sciences. 2014, March, Vol. 3(3), p. 93-98.
13. Ovchinnikov I.G., Ovchinnikov I.I., Karakhanyan A.B. Bionicheskiy podkhod v proektirovanii mostov // Nauka: 21 vek. Vypusk. Saratov. 2015.
14. Karakhanyan A.B., Ovchinnikov I.G. Rol' inzhenera i arkhitektora v sozdanii mostovykh sooruzheniy // Aktual'nye problemy gorodskogo stroitel'stva. Sbornik trudov Mezhdunarodnoy nauchno-tekhnicheskoy konferentsii. g. Penza: PGUAS, 2013. - 432 s. S.45 - 49.
15. John G, Clements-Croome D, Jeronimidis G. Sustainable building solutions: A review of lessons from the natural world. Building and Environment, 2005, 40, 319-328.
16. Fel'dman G.E. Dzh. B.S. Kholdeyn, izd. «Nauka», M., 1976.216 s.
17. Gajewski W. Predislovie k pol'skomu izdaniyu knigi Dzh. Kholdeyna «Biokhimiya genetiki». Varshava, 1960.
18. Filipp Khodidio. Kalatrava. Art-Rodnik. 2010. 96 s. 46
Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Том 7, №2 (март - апрель 2015)
http://naukovedenie.ru [email protected]
19. Бире^аг СаЫгауа - кет Werkohne Л^ег^е Welt. 01.11.07.АгЛИ;екШг (АгкЫ1ек1;ог-2уе2ёа 8ап1;'уа§о КаЫгауа: т оёпо§о ргоек1а Ье2 перпуа1;по81еу).
