УДК 624.21 УДК 534.1 УДК 519.876.5

РАЗРАБОТКА ВЕРОЯТНОСТНОЙ МЕТОДОЛОГИИ ОЦЕНКИ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИРОДНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ НА ОСНОВЕ ИНДЕКСА НАДЕЖНОСТИ Β (НА ПРИМЕРЕ ВОЛГОГРАДСКОГО МОСТА) РАЗРАБОТКА ВЕРОЯТНОСТНОЙ МЕТОДОЛОГИИ ОЦЕНКИ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИРОДНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ НА ОСНОВЕ ИНДЕКСА НАДЕЖНОСТИ β (НА ПРИМЕРЕ ВОЛГОГРАДСКОГО МОСТА)

Опубликовано в Проблемы управления рисками в техносфере · Номер 3, 2026 · Страницы 229–247 · Рубрика: Экологическая безопасность
DOI: https://doi.org/10.61260/1998-8990-2026-3-229-247
Получено: 30.03.2026 Одобрено: 27.07.2026 Опубликовано: 05.10.2026
Цель работы – обоснование необходимости перехода от детерминированных методов оценки аэроупругой устойчивости пролетных строений балочных мостов большого пролета к вероятностной парадигме, базирующейся на индексе надежности β (ISO 2394) и методах стохастического моделирования. В качестве объекта исследования рассмотрен Волгоградский мост через р. Волгу, испытавший 20 мая 2010 г. интенсивные аэроупругие колебания флаттерного типа. Методы исследования включают физический эксперимент в гидродинамическом тоннеле с визуализацией вихревой дорожки Кармана, математическое моделирование в пакете ANSYS CFX с применением модели турбулентности Ментера SST, определение числа Струхала и критических скоростей, а также вероятностный анализ методом Монте-Карло. Установлено, что число Струхала для исследуемого сечения составляет Sh = 0,13–0,15, а резонансный режим реализуется при скоростях ветра 13–15 м/с. Введение индекса надежности β для количественной оценки риска аэроупругого отказа позволило выявить критический разрыв между детерминированной (β_det) и стохастической (β_stoch) оценками вероятности опасного события: величина Pf возрастает с 0,39 % до 25,3 %. Разработана матрица экологической безопасности BEE–β, формализующая зоны «гринвошинга» и целевой устойчивости. Показано, что инвестиции в систему гасителей колебаний повышают β до 4,5, обеспечивая рентабельность 1:9. Результаты методологически применимы ко всем балочным мостам с пониженной изгибной жесткостью и инфранизкочастотным спектром собственных колебаний.
вихревой флаттер, аэроупругая устойчивость, Волгоградский мост, индекс надежности β, вероятность отказа, метод Монте-Карло, стохастическое моделирование, экологическая безопасность
Текст Список литературы
Текст (PDF)
Читать Скачать

1. Kavrakov I., Morgenthal G. A comparative assessment of aerodynamic models for buffeting and flutter of long-span bridges // Engineering. 2017. Vol. 3 (6). P. 823–838. DOI:https://doi.org/10.1016/j.eng.2017.11.008

2. Ji X., Huang G., Zhao Yu. Probabilistic flutter analysis of bridge considering aerodynamic and structural parameter uncertainties // Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics. 2020. Vol. 201. P. 104168. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jweia.2020.104168

3. Hobbs R.S. Catastrophe to Triumph: Bridges of the Tacoma Narrows // Pullman: Washington State University Press. 2006. 280 p.

4. Смирнова Е.Э. Экологические риски в строительстве: модель отказов // Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Сер.: Строительство и архитектура. 2025. Вып. 3 (100). С. 145–156. DOI:https://doi.org/10.35211/18154360_2025_3_145

5. Arioli G., Gazzola F. A new mathematical explanation of what triggered the catastrophic torsional mode of the Tacoma Narrows Bridge // Applied Mathematical Modelling. 2015. Vol. 39 (2). P. 901–912. DOI:https://doi.org/10.1016/j.apm.2014.06.022

6. Smirnova Е. Analysis of long-span bridge fluctuations for finding its optimal safe operation // E3S Web of Conferences. 2020. Vol. 157. P. 06038. DOI: 1051/e3sconf/202015706038

7. Численное моделирование поперечного обтекания пролетных строений балочных мостов / Ю.А. Гостеев [и др.] // Вестник Дон. гос. техн. ун-та. 2018. Т. 18. № 4. С. 362–378. DOI:https://doi.org/10.23947/1992-5980-2018-18-4-362-378

8. Dowell E.H. A Modern Course in Aeroelasticity. Cham: Springer, 2015. 874 p. DOI:https://doi.org/10.1007/978-3-319-09453-3

9. Ge Yu., Tanaka H. Long-span bridge aerodynamics // Advanced Structural Wind Engineering / Ed. Yu. Tamura, A. Kareem. Tokyo: Springer, 2013. P. 85–120. DOI:https://doi.org/10.1007/978-4-431-54337-4_4

10. Argentini T., Rocchi D., Somaschini C. Effect of the low-frequency turbulence on the aeroelastic response of a long-span bridge in wind tunnel // Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics. 2020. Vol. 197. P. 104072. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jweia.2019.104072

11. Poddaeva O., Fedosova A., Gribach J. The study of wind effects on the bridge constructions // E3S Web of Conferences. 2019. Vol. 97. P. 03030. DOI:https://doi.org/10.1051/e3sconf/20199703030

12. Churin P., Fedosova A. Analysis of normative and scientific and technical documents in the field of testing bridge structures for wind loads // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018. Vol. 365 (5). P. 052009. DOI:https://doi.org/10.1088/1757-899X/365/5/052009

13. Matter Yu.S., Darabseh T.T., Mourad A.-H.I. Flutter analysis of a viscoelastic tapered wing under bending–torsion loading // Meccanica. 2018. Vol. 53 (15). P. 3673–3691. DOI:https://doi.org/10.1007/s11012-018-0915-2

14. Experimental investigation of flutter characteristics of shallow section at post-critical regime / Yu. Tang [et al.] // Journal of Fluids and Structures. 2019. Vol. 88. P. 275–291. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jfluidstructs.2019.05.010

15. Proske D. Bridge Collapse Frequencies versus Failure Probabilities (Ser: Risk Engineering). Cham: Springer, 2018. 126 p. DOI:https://doi.org/10.1007/978-3-319-73833-8

16. Petinov S.V. In-Service Fatigue Reliability of Structures (Ser: SMIA. Vol. 251). Cham: Springer, 2018. 201 p. DOI:https://doi.org/10.1007/978-3-319-89318-1

17. A novel two-degree-of-freedom model of nonlinear self-excited force for coupled flutter instability of bridge decks / G. Gao [et al.] // Journal of Sound and Vibration. 2020. Vol. 480. P. 115406. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jsv.2020.115406

18. ISO 2394:2015. General Principles on Reliability for Structures. Geneva: ISO, 2015. 111 p.

19. Смирнова Е.Э., Слесарев М.Ю., Мозаффари М.А. Сценарный подход к оценке рисков для обеспечения экологической безопасности в строительстве // Современные проблемы гражданской защиты. 2024. № 2 (51). С. 173–190.

20. Vairo G. Modeling wind loads on long-span bridges // International Journal of Bridge Engineering. 2016. Special Issue. P. 221–259.

21. Овчинников И.И., Овчинников И.Г., Филиппова В.О. Танцующий мост в Волгограде: причины, аналогии, мероприятия. Часть 1. Причины // Вестник евразийской науки. 2015. Vol. 7. № 6 (31). P. 146. DOI:https://doi.org/10.15862/07KO615

22. Овчинников И.И., Овчинников И.Г., Филиппова В.О. Танцующий мост в Волгограде: причины, аналогии, мероприятия. Часть 2. Аналогии, мероприятия // Вестник евразийской науки. 2015. Vol. 7. № 6 (31). P. 147. DOI:https://doi.org/10.15862/08KO615

23. Гостеев Ю.А., Обуховский А.Д., Саленко С.Д. Влияние формы на аэродинамические характеристики балочных мостов // Инженерно-строительный журнал. 2014. № 5 (49). С. 63–72. DOI:https://doi.org/10.5862/MCE.49.7

24. Deng L., Wang W., Yu Yu. State-of-the-art review on the causes and mechanisms of bridge collapse // Journal of Performance of Constructed Facilities. 2016. Vol. 30 (2). P. 04015005. DOI:https://doi.org/10.1061/(ASCE)CF.1943-5509.0000731

25. Proske D. Bridge Collapse Frequencies versus Failure Probabilities (Ser: Risk Engineering). Cham: Springer, 2019. 126 p. DOI:https://doi.org/10.1007/978-3-319-73833-8

26. Гузеев А.С. Вертикальная гидродинамическая труба как рабочий инструмент в судостроительном эксперименте // Труды Крыловского государственного научного центра. 2020. № 4 (394). С. 53–62. DOI:https://doi.org/10.24937/2542-2324-2020-4-394-53-62

27. Werlé H. Le tunnel hydrodynamique au service de la recherche aérospatiale // ONERA Public. 1974. № 156. P. 1–83.

28. Salenko S.D., Obukhovskiy A.D., Gosteev Yu.A. Aerodynamic studies of the beam bridge // AIP Conference Proceedings. 2017. Vol. 1893. P. 030076. DOI:https://doi.org/10.1063/1.5007534

29. Ahmad S., ul Islam S., Nazeer G. Numerical investigation of Strouhal number discontinuity and flow characteristics around single rectangular cylinder at low aspect ratios and Reynolds numbers // Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering. 2021. Vol. 43(6). P. 315. DOI:https://doi.org/10.1007/s40430-021-03040-22021

30. Thermal engineering visualization of a flow in a spherical dimple built in the lower wall of the rectangular-section channel of a water tunnel and numerical identification of the vortex-jet structures in it / S.A. Isaev [et al.] // Journal of Engineering Physics and Thermophysics. 2015. Vol. 88. P. 452–470. DOI:https://doi.org/10.1007/s10891-015-1210-x

31. Izhar A., Qureshi A.H., Khushnood S. Simulation of vortex-induced vibrations of a cylinder using ANSYS CFX rigid body solver// China Ocean Engineering. 2017. Vol. 31. № 1. P. 79–90.

32. Aerodynamic study of a suspension bridge deck by CFD simulations, wind tunnel tests and full-scale observations / I. Kusano [et al.] // IOP Conference Ser.: Material Science Engineering. 2021. Vol. 1201. P. 012007.

33. Unsteady RANS simulations of flow around a twin-box bridge girder cross section / W. Jeong [et al.] // Energies. 2019. Vol. 12 (14). P. 2670. DOI:https://doi.org/10.3390/en12142670

34. Устройство для снижения поперечных колебаний пролетного строения мостов, вызванных ветровым воздействием: пат. 2500852 Рос. Федерация № 2011141140/03 / Гузеев А.С., Короткин А.И., Пашин В.М. [и др.]; заявл. 11.10.2011; опубл. 10.12.2013, Бюл. № 34. 8 с.

35. Sarwar M.W., Ishihara T. Numerical study on suppression of vortex-induced vibrations of box girder bridge section by aerodynamic countermeasures // Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics. 2010. Vol. 98 (12). P. 701–711. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jweia.2010.06.001

36. Evaluation of ride comfort under vortex-induced vibration of long-span bridge / Yu. Wang [et al.] // Applied Sciences. 2023. Vol. 13 (20). P. 11505. DOI:https://doi.org/10.3390/app132011505

37. Lee H.S., Kim J.H. Wind pressure statistics and target reliability index for wind load-governed limit state of reliability-based bridge design codes // KSCE Journal of Civil Engineering. 2019. Vol. 23. P. 2263–2271. DOI:https://doi.org/10.1007/s12205-019-1283-8

38. Саленко С.Д., Обуховский А.Д., Телкова Ю.В. Гашение аэроупругих колебаний пролетного строения моста через реку Обь // В мире научных открытий. Сер.: Математика. Механика. Информатика. 2011. № 1 (13). С. 167–176.

Войти или Создать
* Забыли пароль?