历史石头建筑和桥梁可以通过新的工程技术得到保护

谢菲尔德大学的研究人员开发了一种有助于保护历史悠久的石头建筑和桥梁的新工程技术。

该方法由该大学土木和结构工程系的一组研究人员开发，提供了一种新的，更准确的方法来评估石头和砖砌体结构 - 包括中世纪大教堂和维多利亚时代的铁路高架桥 - 如何安全地承载施加力。

这种新方法可能意味着更多的砖石结构在未来很长一段时间内得到修复和使用，而不是拆除和更换。

自 1600 年代后期以来，工程师一直使用著名科学家罗伯特胡克开发的“推力线法”来评估砖石建筑和桥梁的安全性。然而，传统的推力线方法有局限性。例如，它要求工程师在评估包含开口的砌体结构的安全性时进行仔细判断，并且还忽略了由于滑动而发生故障的可能性。此外，通常不清楚砌体的哪些区域需要具有一定的拉伸能力 - 在断裂前被拉伸或拉动的能力。

谢菲尔德开发的方法克服了这些限制，可以应用于任何几何形状的砖石结构，有或没有开口。该方法还明确标识结构中需要一定抗拉能力的区域。

该技术称为推力布局优化，是1675年设计的著名砖石胡克模型的自然延伸，为砌体结构的行为提供了宝贵的新见解。研究人员还开发了开源软件，随着进一步的开发，实践工程师和建筑师将能够评估石材和砖砌体结构的安全性。

研究小组负责人、谢菲尔德大学土木工程教授马修·吉尔伯特教授说：“几千年来，石头和砖砌体一直被用来形成建筑物和桥梁，规模从简陋的住宅到大教堂和铁路高架桥。其中许多结构具有相当大的历史价值，为了确保它们保持安全和适合用途，需要有效的评估方法。

“一个长期存在的问题是，在砖石结构中，施加的力成功传递到地面的方式通常不是直观的，因此帮助向工程师解释这一点的数字工具可能是无价的。

“当前的气候危机也使得工程师能够获得高效可靠的工具来评估现有砖石结构的安全性尤为重要，这有助于确保这些工具可以长期使用，而不是不必要地拆除和更换。”

主要作者，谢菲尔德大学的研究生Isuru Nanayakkara说：“人们重新开始对在建筑中使用石头感兴趣，因为它是一种低隐含碳材料 - 然而，需要合适的数字分析和设计工具将这种兴趣转化为更广泛的使用。

“目前，工程师们一直在转向更适合钢结构和混凝土结构的分析和设计工具，这意味着钢筋有时会在不需要的时候用于新的砖石设计中。我们希望我们新的推力布局优化技术可以在这方面有所帮助——我们正在为感兴趣的结构工程师和建筑师提供开源软件，我们欢迎他们对此的反馈。

推力布局优化方法在一篇题为推力布局优化应用于砌体结构的新论文中进行了描述，该论文发表在《皇家学会会刊A》上。

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