桥梁倒塌在BU结构力学课上创造对话
英国工程公司的Doug Holmes说，视频提供了一个独特的机会来展示结构工程是如何工作和失败的
巴尔的摩弗朗西斯·斯科特·基桥的倒塌为波士顿大学工程学院me309 -结构力学课程的学生提供了一个有新闻价值的话题。图片来源：Tasos Katopodis/盖蒂图片社
桥梁倒塌在BU结构力学课上创造对话
工程学院的道格·霍姆斯说，原始视频提供了一个独特的机会，向他的学生展示结构工程是如何工作的，以及它是如何失败的
当你教授一门名为me309 -结构力学的机械工程高级选修课时，一座有47年历史的桥梁令人震惊的倒塌引发了一些非常有趣的课堂讨论。
道格拉斯·霍姆斯（Douglas Holmes）就是这样一个例子。他是工程学院力学和机械工程副教授，同时也是英国工程学院细长结构力学实验室的负责人。
周二，一艘货船在巴尔的摩撞上弗朗西斯·斯科特基桥的支架，导致大桥像纸牌屋一样在几秒钟内倒塌，这一令人难以置信的镜头是霍姆斯当天晚些时候开始课堂讨论的内容。他给学生们看了这段视频，然后把它变成了一段澳门威尼斯人注册结构力学、工程学的对话和课程，以及为什么一个每天支撑数十万辆汽车的钢结构如此容易倒塌。
他回答了《今日波士顿》的一些问题，包括可以从这场灾难中吸取什么教训，以及课堂上的对话是如何展开的。
问&一个
道格拉斯·福尔摩斯
今天部: 在观看这段戏剧性的视频时，碰撞和随后迅速倒塌的桥梁给你留下最深刻印象的是什么？
福尔摩斯：我对这座桥倒塌的速度并不感到惊讶。没有一座桥能承受失去一根主要支柱的损失。我想我最惊讶的是，船只可以离码头那么近。看着这座桥倒塌是令人震惊的，因为它提醒我们，我们周围的建筑是由可以弯曲、扭曲、弯曲和破坏的结构建造的，甚至是由钢铁和钢筋混凝土制成的真正坚硬的结构。
今天部: 你是怎么和你的学生谈论这个的？学生们遇到了什么问题？
Holmes：我最近给我的班级布置了一些作业来理解结构中的“加载路径”。例如，一只鸟降落在屋顶上，它的重量推动了瓦板，反过来又推动了胶合板屋顶，胶合板屋顶由墙壁上的螺柱支撑，这些螺柱将负荷带到地面，在那里它被“分解”。在设计结构时，我们讨论的是冗余性——如果一个承重构件断裂，结构的其余部分还能承受载荷吗？通常，结构被设计成有多种方法来解决负载，以尽量减少灾难性故障的可能性。我们谈到了很难想象结构工程师如何用不同的桥梁设计来防止这样的失败，以及如何预防未来类似的灾难，包括进一步减少大型船只破坏结构主要支撑来源之一的可能性。
今天部: 你在课堂之外的背景是什么？
霍姆斯：我做了13年的力学和机械工程教授，其中10年在波士顿大学，我领导着波士顿大学细长结构力学实验室。细长的结构是杆、梁、板、壳，我们澳门威尼斯人注册网站研究它们是如何失效的，通常是由于屈曲或断裂。我们的澳门威尼斯人注册网站研究试图理解这些不稳定性来解释我们周围事物的形状，并利用这些不稳定性来创造先进的功能结构，就像这样。
今天部: 所以你认为结构工程师是否有可能预见到这种灾难并以不同的方式考虑桥梁的设计？
我们并不总是确切地知道一个结构可能承受的载荷——我让我的学生看的一个例子是11 ' 8″桥的视频——当然没有结构工程师能预料到这座桥会被这么多的车辆撞击这么多次。所以我们把所谓的“安全因素”融入到我们的设计中。我们估计了我们可以想象的结构承受的最大载荷——即使这种情况很少发生——并设计结构来承受这些极端载荷。但是，结合安全和冗余因素仍然不能防止极端异常值。
今天部: 你的学生看到弗朗西斯·斯科特·基桥倒塌有什么感想？
我的学生们评论说，这座桥倒塌时看起来就像一个玩具——很难想象钢梁和混凝土柱会以如此极端的方式弯曲、扭曲和断裂。这些结构元素在我们的日常经验中几乎看起来是完全僵化的，但它们当然不是。
今天部: 你能详细说明一下与学生的对话吗？他们有什么问题？有没有什么让你或他们在看视频时感到惊讶？
学生们沮丧地看着——大桥倒塌的视频令人震惊。这几乎是超现实的。其中一名学生评论说，桁架是如何像倒下的烛台或冰棒一样倒塌的。我认为突然的彻底崩溃是出乎意料的。唯一的问题是每个人都在问的问题：你如何防止这种情况发生？我们讨论了负载路径，结构设计中的冗余，但同样，避免这样的灾难不是通过建造更好的桥梁，而是通过建造保护性屏障和挡泥板来防止大型船只靠得太近。
今天部: 从结构的角度来看，你认为像这样的事故会导致建筑方式的变化吗？或者这些变化已经发生在最近的桥梁上了，这座桥因为将近50年的历史而倒塌了？
结构工程师通常会从每次结构失败中学到新的东西，并相应地调整他们未来的设计。如果这是一座全新的桥梁，这场灾难是不可能避免的——那个桥墩是整座桥的主要支撑柱之一，根本没有办法安全地将这些荷载重新分配到结构的不同部分。
防止这种灾难的方法是保护这些码头，确保船只不会撞到它们——这可以通过在码头周围增加一些结构来实现，这些结构可以引导船只远离码头。这座桥的桥墩前有防护物，如果船只直接驶向桥墩，可能会避免这场悲剧。但是，这艘船以一定的角度靠近柱子，这些防护物是不够的。未来预防此类灾害的变化可能会集中在保护桥梁最关键的结构要素——桥墩上，而不是加强桥梁或改进桥梁设计。
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