の貨物船大理三角形を形成する接続された鋼要素で構築された 3 つの主要なトラス スパンを、フランシス・スコット・キー・ブリッジ2024年3月26日火曜日の早朝、橋脚の一つに衝突してからわずか数秒後のことだった。

の橋崩壊はあまりにも早く起こったので、橋の上の作業員が逃げるのにほとんど時間が残されませんでした。私のような土木技術者は、このような大きな橋のようなインフラをより強靱にする方法を見つけたいと考えているため、この災害に注目してきました。これほど大きな橋が崩壊するには、壊滅的な衝突力が必要となる。しかし、いくつかの基本的な物理原理を使用すると、実際にその力がどのようなものかおおよそ推定することができます。

力積運動量定理

ダリの衝突力の大きさは、次の物理原理を使用して計算できます。力積運動量定理。

定理は次から直接導出されます。ニュートンの第二法則、力は質量と加速度の積に等しいと述べています。衝撃運動量定理は、この方程式の両辺に時間を加算します。これは、力に時間をかけたものが、力が加えられたときの質量と速度の変化に等しいことを示します。

F*ât = m*âv。

ダリの衝突の衝撃運動量理論を計算するには、その衝突力に衝突が続いた時間を掛け、その値をダリの質量に衝突前後の速度の変化を掛けたものと同等とします。つまり、ダリの衝突力は、その質量、衝突がどのくらい続いたか、そして衝突後にどれだけ減速したかに関係することになる。

ダリの事故の数字

ダリの体重257,612,358 ポンドまたは 116,851 トンフルロード時。衝突前は時速10マイル、つまり時速16.1キロメートルで走行していた。橋脚に衝突した後、ダリは速度を落とした時速 7.8 マイル、つまり時速 12.6 キロメートルまで。

もう 1 つの重要なパラメータは衝突時間です。これは、衝突中に船が橋に接触し、ダリが突然減速した時間を指します。

正確な衝突時刻はまだ誰も知りませんが、次の情報に基づいています。ダリの航海データレコーダーそしてメリーランド州交通局警察の記録、合計衝突時間4秒未満でした。

高速道路で車が衝突した場合、衝突時間は通常、わずか 0.5 秒から 1 秒です。ダリの衝突は、車両が橋脚に衝突する様子と似ているため、衝突力を推定するために同様の衝突時間を使用するのは理にかなっています。

ダリの衝突力

これらの推定と衝撃運動量理論を使えば、ダリの衝突力がおそらくどのようなものかについてかなりよく理解できます。

ダリの衝突力は、ダリの質量に衝突前後のダリの速度変化を乗算し、それをすべて衝突時間で割ることによって計算されます。衝突時間がわずか 1 秒であると仮定すると、衝突力は 26,422,562 ポンドになります。

257,612,358 ポンド/(32.2 フィート/秒) * (14.7 フィート/秒 – 11.4 フィート/秒) / 1 秒 = 26,422,562 ポンド。

参考までに、アメリカ州道路交通当局者協会道路橋の橋脚に対するトラックからの衝突力を規定しています。クラッシュ約40万ポンドです。

そうは言っても、ボルチモア・キー・ブリッジの桟橋における貨物船ダリの衝突力は、66のシナリオに相当します。大型トラック時速60マイル（時速97キロ）で走行し、同時に橋脚に衝突した。この大きさは、橋脚が耐えられる力をはるかに超えています。

このレベルの衝突力に耐えられる超堅牢な橋を設計することは技術的には可能ですが、そうすることで橋のコストが大幅に増加します。土木技術者は、衝撃を分散するエネルギー吸収性の保護バリアを橋脚の周囲に使用するなど、橋脚に直接かかる力を軽減するさまざまなアプローチを研究しています。この種のソリューションは、将来このような災害を防ぐことができるでしょう。

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