XIV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Строительство моста из спагетти

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Терехов Е.Д. 1

---

1МАОУ "Лицей №97 г.Челябинска"

Самойловская Р.В. 1

---

1МАОУ «Лицей № 97 г. Челябинска»

Работа в формате PDF

3.1 MB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Мосты играют важную роль в жизни человечества. Поэтому люди на протяжении долгих лет учились строить мосты и совершенствовать конструкции, делая их более надежными, а также эстетически красивыми. Кроме основной функции перехода через природные преграды, мосты играют важную роль в торговых и военно-стратегических сообщениях, а также, как писал сербский писатель Иво Андрич, мосты объединяют людей.

Так тема мостов объединила вокруг себя молодых инженеров со всех стран в конкурсе мостостроения из макарон. Впервые соревнование по строительству мостов было организовано в канадском Оканаганском колледже в 1983 году. Очень скоро инициативу поддержали и другие университеты. В настоящее время подобные конкурсы проводятся в различных высших учебных заведениях.

Меня удивил такой подход в инженерном деле. Почему именно макароны? Этот вопрос подтолкнул меня на проведение собственных экспериментов и решение попробовать построить свой собственный мост.

Цель работы: создать модель моста и установить зависимость между конструкцией моста и его прочностью.

Актуальность исследования состоит в том, что в научной сфере инженеров всего мира строительство мостов из макарон является популярной, что способствует развитию креативности и инженерной мысли.

Задачи исследования:

Изучить конструкцию мостов.

Провести опыты на проверку прочности моста из макарон.

Изучить историю Керченского моста и построить модель из макарон.

Методы исследования: изучение научно-познавательной литературы и средств Интернета, наблюдение, описание, измерение, сравнение, моделирование, эксперимент.

1.Конструкция моста

Мост – это сооружение, соединяющее два пункта на земной поверхности, разделенные водою, рвом или каким-нибудь другим препятствием и дающее возможность сообщаться между ними.

Мост является одним из древнейших инженерных изобретений человечества.Самые простые мосты человек стал создавать еще в глубокой древности, они представляли собой перекинутое через ручей бревно. Позже в качестве материала начали использовать камень. Первоначально из камня делали только опоры моста, но потом и вся конструкция стала каменной.

С конца XVIII века для строительства начинает применяться металл. Первый металлический мост был построен в Великобритании в 1779 году. Перекрытия его представляли собой чугунные арки. В XIX веке появление железных дорог потребовало создание мостов, способных выдерживать значительные нагрузки, и мосты начинают строить из железа и стали. В XX веке мосты стали строить из железобетона.Железобетонные мосты являются более долговечными, чем металлические и требуют меньше расходов на содержание.

В состав моста входят две основные его части: опоры и пролетные строения.

Пролётные строения служат для восприятия нагрузок и передачи их опорам. На них может располагаться проезжая часть, пешеходный переход, трубопровод. Пролётные строения состоят из несущих конструкций: балок, ферм, диафрагм, то есть поперечных балок, и плиты проезжей части. (Приложение А).

Опоры – это конструкции, на которые пролетные строения опираются и которые распределяют нагрузку, давящую на сам мост. Опоры, стоящие на берегах реки в обоих концах моста называются устоями. А промежуточные опоры, стоящие в воде – быками.

По статической схеме мосты подразделяются на: Балочные мосты предназначены для перекрытия небольших пролётов. Пролётные строения – балки перекрывают расстояние между опорами. (Приложение Б)

Ферменные мосты похожи по схеме на балочные, однако, в пролетных конструкциях ставятся фермы. Фермы – это металлические решетчатые конструкции, которые придают крепость сооружению за счет перераспределения нагрузки между всеми элементами. Их часто можно видеть на железнодорожных мостах, опорах линий электропередач, подъемных кранах.

Понтонные мосты имеют плавучие пролеты и не предусматривают жесткого каркаса крепления с берегом.

Распорные мосты отличаются от балочных тем, что на опоры действуют горизонтальная и вертикальная нагрузки – распор. Виды распорных мостов:

Висячий или подвесной мост. В этом случае для несущей конструкции используют гибкие элементы (канаты, тросы, цепи).

Вантовый мост, где несущей конструкцией считается вантовая ферма из стальных канатов.

Арочный мост –классический тип каменного моста, известный с глубокой древности, где основными несущими конструкциями являются арки или своды.

Особым типом мостов являются разводные мосты. В разведённом состоянии мост не мешает проходу судов. 

Самые длинные и самые распространенные современные мосты относятся к подвесным. Оказывается, мост, висящий на стальных тросах, прочнее того, что стоит, опираясь на берега.

По пропускаемой нагрузке мосты делятся на железнодорожные, автомобильные, метромосты, пешеходные, комбинированные (автомобильно-железнодорожные), трубопроводные, акведуки – мосты для транспортировки воды и виадуки – мосты через овраги, ущелья.

2.История конкурса мостостроения из спагетти

В 1983 году в Оканаганском колледже (Канада) прошло первое в мире состязание молодых инженеров по строительству мостов из спагетти. Категорий было несколько: самый длинный пролет, самый тяжелый мост и другие. А спустя пять лет, в 1988-м, появилась дисциплина – Открытый чемпионат мира по тяжелому мостостроению (World Open Heavyweight Bridge Contest). По правилам этого соревнования инженеры должны были построить макаронный мост не тяжелее 750 г, который выдерживал бы максимальную нагрузку. Регламент со времен первых состязаний несколько изменился, повысилась планка массы моста (1000 г), выросли и показатели выдерживаемых грузов.

Соревнования между спагетти-инженерами в Оканаганском колледже не единственные в мире, но самые старые, известные и престижные. Конкурс служит своеобразной рекламой науке и инженерному делу и является одним из наиболее известных подобных конкурсов в мире.

Чемпионаты по макаронному мостостроению проводятся более чем в 20 колледжах и университетах по всему миру – в Австралии, США, Италии, Венгрии, Бразилии, Колумбии, Болгарии, Нидерландах. Впервые в России конкурс был проведен в Костромском государственном университете в 2016 году (I Международный Студенческий Конкурс "Волжский Мост" (Volga Spaghetti Bridge) (Приложение В)

Последним рекордом в мостостроении из макарон стал мост турецких студентов из спагетти по имени IPYMIDEAST весом 996 граммов выдержал ношу в 482.5 кг. Этот результат побил все предыдущие рекорды макаронных мостов.

3.Строительство моста из спагетти

Я решил провести эксперимент и построить свой мост из спагетти, чтобы проверить, насколько большой груз сможет выдержать «хрупкий» мост из макарон. Свою работу я решил провести в несколько этапов, проверяя, что конструкция моста сильно влияет на его прочность.

Опыт №1. Построение моста из спагетти в один слой

Я начертил на бумаге шаблон моста. Затем прикладывал к начерченным линиям спагетти и обрезал до нужной длины.

Когда все детали были готовы, аккуратно склеил горячим клеем основание моста, состоящее из одного слоя спагетти.

Затем я взвесил мост, чтобы понять, какой вес выдержит мост определенной массы.

Мост получился весом 44 грамма.

Установил построенный мост между двумя поддерживающими конструкциями. Длину пролетного строения определил как 19 см. С обоих концов на опоре должны лежать отрезки одинаковой длины – это придаст мосту устойчивость.

На мост я складывал груз, предварительно его взвешивая и постепенно увеличивая вес.

Мой мост выдержал вес 330 грамм.

Опыт № 2. Построение моста из спагетти в два слоя

Я решил сделать основание полотна более плотным и склеил спагетти в два слоя.

Я хотел определить есть ли связь между весом и прочностью моста. Действительно ли при увеличении прочности моста, а соответственно и веса, мост сможет выдержать пропорционально весу большее количество груза.

Длину пролетного строения также зафиксировал на 19 см.

Мой мост получился весом 84 грамма и выдержал вес в 586 граммов.

Опыт № 3. Построение моста из спагетти в два слоя с фермами

В этом эксперименте я решил добавить к мосту 2 фермы и прикрепил к обеим сторонам полотна. 

Вес моста оказался 90 грамм.

Мост смог выдержать груз весом 740 граммов.

Результаты эксперимента я представил в виде таблицы, где в последнем столбце посчитал отношение выдержанного веса к весу моста. Этот показатель позволил мне сделать вывод, что увеличение веса моста не всегда ведет к увеличению прочности.

Самым крепким оказался мост номер 3. Таким образом, я понял, что конструкция сильно влияет на прочность моста, а фермы увеличивают прочность моста, перераспределяя давление на мост.

4.Построение модели Керченского моста

15 мая 2018 года произошло официальное открытие Керченского моста. 16 мая 2018 года открылось рабочее движение транспорта по автодорожной части Крымского моста. 

Керченский мост соединяет берега Керченского пролива между Керченским и Таманским полуостровами.

К строительству моста приступали с давних времен. Его пытались построить англичане, как часть пути в Индию. Проект моста разрабатывал российский инженер и изобретатель Василий Дмитриевич Менделеев. Вновь к вопросу строительства моста вернулся «великий вождь» коммунизма Иосиф Сталин в 30-х годах прошлого века. В годы Великой Отечественной войны немцы начали активную подготовку к строительству моста. В послевоенное время было принято решение построить паромную переправу, стоимость которой была существенно ниже моста.

19 марта 2014 года президент РФ Владимир Путин поставил задачу связать Крым с остальной частью России двумя мостами: автомобильным и железнодорожным.

И вот, 15 мая 2018 года мост был открыт. Мостовой переход через Керченский пролив считается самым протяженным в России – 19 км. Стоимость строительства составила 227,92 млрд рублей.

Я решил побыть тем инженером, которые строили этот великий мост и построить Керченский мост из спагетти. В качестве средства скрепления макарон я выбрал горячий клей. (Приложение Ж).

Мой мост получился весом 83 грамма.

Заключение

Проделав работу, я изучил строение моста, узнал о необычном мировом конкурсе строительства мостов из макарон. Это подтолкнуло меня на проведение собственных опытов, из которых я узнал, что прочность моста напрямую зависит от конструкции моста.

Этим летом я побывал в Крыму и проехал по Керченскому мосту. У меня появилось желание ближе ознакомиться с историей появления этого моста. Оказывается, история моста уходит в далекое прошлое, и построить мост пытались с 19 века. Но Керченскому мосту суждено было появиться только в наше время в 2018 году.

Я попытался построить модель моста из спагетти, что также убедило меня в сложности процесса мостостроения.

Я узнал, что есть игры для смартфонов по строительству мостов. Я попробовал поиграть в одну из таких игр и оказалась, что это очень увлекательно. Я советую всем ребятам попробовать стать инженерами и поиграть в игру по строительству мостов.

Список литературы

Большая российская энциклопедия: [в 35 т.] / гл. ред. Ю.С. Осипов. – М.: Большая российская энциклопедия, 2004-2017.

Джанджугазова Е.А. Эти удивительные мосты // Калейдоскоп. – 2013. – №2. С. 100-106.

Магамедова, Г.С. Технология строительства мостов / Г.С. Магамедова, Е.С. Кулигина // Молодой ученый. – 2017. - № 11 (145). – С. 84-86.

Ушаков, Д.Н. Толковый словарь современного русского языка: Около 100000 слов / Д.Н. Ушаков. – М.: Аделант, 2013. – 800 с.

Мост. Материал из Википедии — свободной энциклопедии [Электронный ресурс], - Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Мост#cite_note-cultinfo-9 – Загл. с экрана.

Мосты - инженерные сооружения. [Электронный ресурс], - Режим доступа:https://www.masterovoi.ru/mosty– Загл. с экрана.

https://www.okanagan.bc.ca/spaghetti-bridge

История строительства Керченского моста [Электронный ресурс], - Режим доступа:https://mnogoto4ka.ru/istoriya-stroitelstva-kerchenskogo-mosta/– Загл. с экрана.

Приложение А. Основные части моста

Формы мостов

Приложение В. Соревнования по строительству мостов из спагетти

Приложение Г. Опыт №»1.

Приложение Д. Опыт №2.

Приложение Ж. Строительство Керченского моста