Tại sao một tấm mang mang tập trung hơn nữa tải lên bề mặt nhỏ sẽ được sử dụng?

11

Dưới đây là hình ảnh của một tấm chịu lực trong đó một chùm bê tông cốt thép cầu gặp phải bãi chôn lấp

Nhịp cầu dài khoảng 20 mét và bao gồm hai dầm bê tông cốt thép, mỗi dầm nằm trên hai tấm chịu lực giống như một tấm được hiển thị - một tấm cho mỗi đầu của mỗi dầm, tổng cộng bốn tấm. Cây cầu giữ một đường ray xe lửa được thiết kế cho 25 tấn mỗi chiếc xe trục. Tấm chịu lực được làm bằng gang (hoặc có thể bằng thép) và bao gồm hai phần lớn được nối thông qua một bản lề.

25 tấn trên mỗi chiếc xe trục có nghĩa là cây cầu mang một cái gì đó giống như vài trăm tấn khi một đoàn tàu đi qua mà chúng ta có thể giả sử gây ra ít nhất một trăm tấn cho mỗi tấm chịu lực được hiển thị. Vâng, tôi chỉ bỏ qua trọng lượng cầu.

Không chỉ các bề mặt trên và dưới của tấm khá nhỏ mà tấm còn tập trung tải trọng được chấp nhận và chuyển nó lên bản lề thông qua bề mặt nhỏ hơn. Về cơ bản, bản lề khá nhỏ này chỉ chấp nhận hơn một trăm tấn. Và điều này được thiết kế trên mục đích.

Tại sao tải trọng cố tình tập trung thay vì được phân phối hoặc ít nhất là được chuyển qua một số phần với phần thống nhất?

— Răng sắc
nguồn

19

Bởi vì cầu và các cấu trúc khác không phải là đối tượng tĩnh. Chúng phải được phép uốn cong dưới các tải khác nhau và cũng có thể thay đổi độ dài từ sự giãn nở nhiệt. Các chốt bản lề cho phép thay đổi góc. và khớp trượt giữa tấm bản lề trên và tấm phẳng ở dưới cùng của dầm cho phép thay đổi chiều dài.

Nếu các kết nối cứng nhắc, các lực lượng này có thể phá hủy cấu trúc theo thời gian.

— Dave Tweed
nguồn

Đây có phải là trường hợp khi cây cầu uốn cong xuống vì tải nặng đi qua?

— sharptooth

@sharptooth Vâng. Và bất kỳ chuyển động nào khác. Thông thường, ở đầu kia của cây cầu, sẽ có một số cách sắp xếp tấm trượt.

— Dave huh

@sharptooth Có thể trên một số cây cầu cũ có một cái gì đó gọi là vòng bi, có quá trình co giãn và co giãn hoặc uốn cong đủ cùng với một số đóng băng do nhiệt độ hoặc ăn mòn, các rocker sẽ "đi" khỏi miếng đệm của chúng, hoặc sẽ cuộn lên danh sách / nghiêng nhiều đến mức chúng trở nên không ổn định. Tôi đã kiểm tra một cây cầu một lần có miếng đệm rocker bị đẩy ra khỏi ổ trục và nó đang ngồi trên mặt đất cách đó 6 '. Lúc đầu, tôi không biết nó là gì khi tôi nhặt nó lên, sau đó tôi nhìn vào ổ đỡ và thấy nó bị rơi và không hoạt động như dự định

— Chuyển tiếp Ed

10

Lý do khá đơn giản. Thép mạnh hơn đáng kể so với bê tông.

Ngày nay chúng ta có bê tông hiệu suất cao với (và hiệu suất cực cao, cao hơn đáng kể), nhưng hầu hết các cấu trúc thông thường không sử dụng bê tông cường độ cao như vậy. Cây cầu này có vẻ tương đối phong hóa, vì vậy bê tông có lẽ nhiều nhất là (thậm chí có thể ít hơn). $f_c > 100~\text{MPa}$ $f_c > 40~\text{MPa}$

Mặt khác, thép, ngày nay có ít nhất , thường là nhiều hơn. Tôi không tin rằng cường độ thép đã phát triển nhanh như bê tông (sửa tôi nếu tôi sai), vì vậy thép được sử dụng trên cây cầu đó có lẽ ít nhất bằng với điều này. $f_y > 250~\text{MPa}$

Do đó, thép trên cây cầu đó mạnh hơn bê tông khoảng 7-8 lần. Vì vậy, bất cứ khu vực nào bê tông yêu cầu để chuyển tải một cách an toàn đến thép (thông qua các tấm), thép thực sự cần ít hơn rất nhiều, vì vậy nó có thể giảm kích thước của chính nó một cách an toàn. Buckling được kiểm soát bởi các giằng xung quanh bản lề.

Về lý do tại sao một bản lề được sử dụng, điều đó có liên quan đến cách thiết kế cây cầu, như được mô tả trong câu trả lời của @ DaveTweed.

— wasabi
nguồn

Sự tiến bộ về cường độ bê tông là không đơn điệu đáng kinh ngạc: nghiên cứu trong 20 hoặc 30 năm qua đã tiết lộ rằng bê tông La Mã từ BCE là vô cùng mạnh mẽ, rõ ràng là do trộn tro núi lửa vào vật liệu.

— Carl Witthoft

@CarlWitthoft: Vâng, nhưng tôi cho rằng (không có nguồn nào) rằng một khi bê tông được tái phát hiện sau thời kỳ đen tối và trung niên, và đặc biệt là sau cuộc cách mạng khoa học, sức mạnh của nó đã tăng lên một cách đơn điệu (nhưng chắc chắn không phải là tốc độ không đổi). Tôi nghi ngờ cây cầu mà OP đang hỏi về hơn 50 năm tuổi.

— Wasabi

1

Thép cũng đã tiến triển. Có 2 thép đúc được xử lý nhiệt GPA UTS với độ giãn dài 5-10%, mặc dù chúng đắt hơn nhiều so với các lựa chọn thay thế GPa phụ 1, do cần phải hút chân không hoặc vỏ argon trong quá trình nấu chảy và rót. Ngoài ra thép TRIP và TWIP với độ bền va đập và khả năng hấp thụ năng lượng được cải thiện đáng kể (mặc dù phải thừa nhận rằng điều đó không ảnh hưởng nhiều đến sức mạnh). TWIP lên tới 800 MPa, hoặc kéo dài tới 100%. Có, tăng gấp đôi chiều dài trước khi thất bại. Cũng khá tốn kém do quá trình xử lý nhiệt và tạo hình kết hợp phức tạp với hóa học chặt chẽ.

— wwarriner

1

@CarlWitthoft: Tôi cho rằng sự tiến bộ (hoặc thiếu nó) của công nghệ bê tông có liên quan nhiều đến các lực lượng thị trường và kênh phân phối hơn là phát minh / phát minh kỹ thuật. Người Na Uy đã sản xuất máy khoan khoan thân rỗng bằng bê tông chứ không phải thép. Nhưng theo quan điểm của tôi, các nhà cung cấp công nghiệp được giao, tức là các nhà cung cấp tổng hợp trong nước, các nhà sản xuất xi măng Portland, v.v., và thực tế là một số trở ngại chính đối với việc áp dụng thương mại, theo quan điểm của tôi.

— AsymLabs

0

Nếu bạn quay lại với bạn các khóa học kỹ thuật cơ bản và nhìn vào sơ đồ mô men uốn của bạn cho dầm, khá thường xuyên chúng sẽ được minh họa bằng các con lăn pin. Được ghim ở 1 đầu chỉ cho phép xoay và kết nối con lăn ở đầu kia cho phép xoay và dịch ngang. Điều này làm cho chùm tia xác định tĩnh.

Khi cây cầu này ban đầu được xây dựng, các miếng đệm chịu lực cao su / cao su và một số khác không tồn tại như một tùy chọn. Thiết kế này mô phỏng các công thức của chúng tôi mà chúng tôi sử dụng để thiết kế, hay đúng hơn là các công thức làm việc với sự sắp xếp này. Vì vậy, loại cấu hình này là tốt. Nó cho phép chúng tôi sử dụng các công thức của chúng tôi như dự định, giữ cho thiết kế đơn giản và sử dụng công nghệ của thời gian. Ngoài ra, như đã đề cập trong các bài viết khác, nó cho phép xoay tại hỗ trợ do tải trực tiếp, biến thể chết hoặc võng sau khi loại bỏ lớp vỏ (xây dựng được bảo vệ. Nếu dầm được nâng vào vị trí sau khi đúc, lớn tấm thép nhúng vào bê tông cho phép một số điểm không chính xác trong việc đo nhịp và thậm chí là vị trí. Nó cũng cho phép hỗ trợ khi chùm tia dịch chuyển nhẹ do rung động hoặc động đất.

Lưu ý, bạn cũng sẽ thấy một cấu hình tương tự với dầm thép trên các loại vòng bi khác nhau. Tôi tin rằng thuật ngữ giày hoặc tấm giày sẽ được sử dụng, mặc dù điều đó có thể nhiều hơn cho các tòa nhà hơn là cây cầu.

Ở một bên

Khi nói đến các cây cầu "RAIL", đại đa số ở Bắc Mỹ được thiết kế cho ISMA sẽ bao gồm các nhịp đơn giản cho dù đó là cầu một nhịp hay nhiều nhịp. Tôi thấy tuyên bố này thật buồn cười khi tham gia khóa học ISMA của tôi khi tôi vừa hoàn thành việc kiểm tra khoảng một chục cây cầu đường sắt trong thành phố của tôi với đại đa số không tuân theo quy tắc này. Trong các cây cầu đường cao tốc, bạn sẽ có xu hướng nhìn thấy liên tục cho tải trực tiếp và những cây cầu này do đó những cây cầu này không phải là yếu tố quyết định tĩnh.

— Chuyển tiếp Ed
nguồn