Мосты предназначены, во-первых, для того, чтобы нести свой собственный постоянный вес, или мертвый груз; во-вторых, для того, чтобы выдерживать движение, и живые грузы; и, наконец, чтобы противостоять естественным силам, таким как ветры или землетрясения.
Живой и мертвый груз
Основная функция моста состоит в том, чтобы перевозить транспортные грузы: тяжелые грузовики, легковые автомобили и поезда. Инженеры должны оценить загруженность транспорта. На коротких пролетах вполне возможно, что будет достигнута максимально возможная нагрузка—то есть на пролетах менее 30 метров (100 футов) четыре тяжелых грузовика могут пересекаться одновременно, по два в каждом направлении. На более длинных пролетах в тысячу метров и более максимальная допустимая нагрузка настолько мала (представьте себе мост Золотые Ворота, где только тяжелые грузовики пересекают бампер к бамперу в каждом направлении одновременно), что стоимость проектирования для него неразумна. Поэтому инженеры используют, нагрузки в качестве основы для проектирования.
Для того чтобы перевозить транспорт, конструкция должна иметь некоторый вес, и на коротких пролетах этот вес мертвого груза обычно меньше, чем живого груза. На более длинных пролетах, однако, мертвая нагрузка больше, чем живая нагрузка, и, поскольку пролеты становятся длиннее, становится более важным проектировать формы, которые минимизируют мертвую нагрузку. Как правило, более короткие пролеты строятся с балками, полыми коробками, фермами, арками и непрерывными версиями того же самого, в то время как более длинные пролеты используют консольные, канатные и подвесные формы. По мере того как пролеты становятся длиннее, вопросы формы, материалов и формы становятся все более важными. Новые формы эволюционировали, чтобы обеспечить более длинные пролеты с большей прочностью из меньшего количества материала.
Сила природы
Мертвый и живой вес по существу являются вертикальными нагрузками, тогда как силы природы могут быть либо вертикальными, либо горизонтальными. Ветер вызывает две важные нагрузки, одну называют статической, а другую динамической. Статическая ветровая нагрузка-это горизонтальное давление, которое пытается сдвинуть мост в сторону. Динамическая ветровая нагрузка порождает вертикальное движение, создавая колебания в любом направлении. Подобно разрыву чрезмерно использованной скрипичной струны, колебания, которые могут привести к разрушению моста. Если палуба тонкая и не имеет правильной формы и поддержки, она может испытывать опасные вертикальные или крутильные (скручивающие) движения.
Расширение и сжатие мостовых материалов под действием тепла и холода были сведены к минимуму за счет использования компенсаторов в палубе вместе с подшипниками на опорах и на вершинах пирсов. Подшипники позволяют мосту реагировать на изменяющиеся температуры, не вызывая вредных нагрузок на материал. В арках инженеры иногда проектируют петли, чтобы уменьшить напряжения, вызванные движением температуры.
Современные мосты должны также противостоять стихийным бедствиям, таким как тропические циклоны и землетрясения. Как правило, землетрясения лучше всего выдерживают структуры, которые несут как можно более легкий мертвый груз, потому что горизонтальные силы, возникающие из-за ускорения грунта, пропорциональны весу структуры. (Это явление объясняется фундаментальным Ньютоновским законом силы, равным массе, умноженной на ускорение.) Для циклонов, как правило, лучше всего, чтобы мост был аэродинамически спроектирован так, чтобы иметь мало твердого материала, обращенного к ветрам, чтобы они могли проходить через мост или вокруг него, не создавая опасных колебаний.
