آیا تا به حال به این فکر کرده اید که چرا پل ها اشکال مختلفی دارند؟ از طاق های رومی باستان گرفته تا پل های معلق مدرن، هر طرحی ریشه در اصول مهندسی دقیقی دارد. امروز، ما دنیای جذاب پل های قوسی را بررسی می کنیم - به طور خاص، نحوه ساخت یک پل به طرز شگفت انگیزی محکم با استفاده از هیچ چیز جز اسپاگتی.

الهام: از پل های توکیو تا آزمایش های آشپزخانه

این تحقیق با یک آزمایش تلویزیونی برای آزمایش مدل های پل اسپاگتی آغاز شد. بعداً، در طی یک سفر به توکیو، طرح های ظریف پل هایی مانند پل کاچیدوکی، پل نیهونباشی و پل هیجیری - که هر کدام دارای طاق هایی در بالای یا زیر جاده بودند - کنجکاوی عمیق تری را در مورد مکانیک ساختاری برانگیخت.

اهداف تحقیق: جستجو برای قوی ترین طاق

ماموریت ما دو جنبه داشت:

1. انحنا مهم است: کدام شکل طاق بیشترین وزن را تحمل می کند؟
2. موقعیت کلیدی است: آیا پل های "طاق عرشه" (طاق های بالای جاده) یا پل های "طاق عبوری" (طاق های زیر) از نظر ساختاری برتر هستند؟

روش شناسی: تست استرس اسپاگتی

با استفاده از مدل های اسپاگتی استاندارد (قطر 2.1 میلی متر، طول 24.8 سانتی متر)، ما هشت نوع پل ساختیم:

• موقعیت های طاق: طاق عرشه در مقابل طاق عبوری
• انحناها: 90° (1/4 دایره)، 120° (1/3 دایره)، 150° (5/12 دایره) و 180° (1/2 دایره) قوس

هر پل دارای سه تیر اصلی و نه تیر متقاطع بود. وزن به صورت مرکزی از طریق بطری های پر از آب اعمال می شد تا زمانی که شکست ساختاری رخ دهد.

نتایج شگفت انگیز: نقطه شیرین 150°

پس از آزمایش های اولیه که عیوب را در طاق های عرشه 180° و 120° نشان داد، آزمایش های اصلاح شده نشان داد:

قابل توجه است،طاق های 150° از همه بهتر عمل کردند در هر دو پیکربندی. طاق های عبوری به طور مداوم استحکام بیشتری را نشان دادند، احتمالاً به دلیل توزیع نیروی برتر.

چرا 150°؟ اتصال زاویه 60°

تجزیه و تحلیل بیشتر نشان داد که طاق های 150° زوایای ~60° را در پایه های خود ایجاد می کنند - همان زاویه ای که در پل های خرپایی فوق العاده پایدار یافت می شود. آزمایش های لوله مقوایی تکمیلی تأیید کرد:

بینش های مهندسی

طاق های عبوری با تبدیل بارهای عمودی به نیروهای فشاری در امتداد طاق، برتری دارند، در حالی که طاق های عرشه از شکستگی های مرکزی ناشی از کشش رنج می برند. اصل 60° - که در طاق های 150° آشکار می شود - با تشکیل توزیع های نیروی مثلثی پایدار، جهانی را ثابت می کند.

جهت های آینده

این آزمایش نشان می دهد که چگونه انتخاب های هندسی ظریف بر یکپارچگی ساختاری تأثیر می گذارد. تحقیقات آینده می تواند بررسی کند که چگونه این اصول به پل های تقویت شده با فولاد یا طرح های ترکیبی که چندین نوع طاق را با هم ترکیب می کنند، مقیاس می شوند.