Зачем использовать опорную плиту, которая дополнительно концентрирует нагрузку на небольшую поверхность?

11

Вот фотография несущей плиты, на которой мостовая железобетонная балка встречается с земляной насыпью

опорная плита

Пролет моста составляет около 20 метров в длину и состоит из двух железобетонных балок, каждая из которых опирается на две несущие пластины, как показано на рисунке - по одной плите на каждый конец каждой балки, всего четыре плиты. Мост содержит железнодорожный путь, рассчитанный на 25 тонн на ось вагонов. Опорная плита изготовлена ​​из чугуна (или, возможно, стали) и состоит из двух больших частей, соединенных через шарнир.

25 тонн на ось вагонов означает, что на мосту проезжает что-то вроде нескольких сотен тонн, и мы можем предположить, что на каждую опорную плиту приходится не менее ста тонн. Да, я просто проигнорировал вес моста.

Не только верхняя и нижняя поверхности пластины довольно малы, но пластина дополнительно концентрирует принятую нагрузку и передает ее на шарнир через еще меньшую поверхность. В основном этот довольно маленький шарнир принимает более ста тонн. И это сделано специально.

Почему нагрузка намеренно концентрируется, а не распределяется или, по крайней мере, передается через какую-то часть с равномерным сечением?

structural-engineering civil-engineering steel bridges Sharptooth
источник

Ответы:

20

Потому что мосты и другие сооружения не являются статичными объектами. Они должны иметь возможность изгибаться при различных нагрузках, а также приспосабливаться к изменениям длины от теплового расширения Шарнирный палец позволяет изменять угол. и скользящее соединение между верхней шарнирной пластиной и плоской пластиной в нижней части балки позволяет изменять длину.

Если бы соединения были жесткими, эти силы могли бы разрушить структуру с течением времени.

Дэйв Твид
источник
Это для случаев, когда мост наклоняется вниз из-за прохождения тяжелой нагрузки?
Sharp
@sharptooth Да. И любое другое движение. Обычно, на другом конце моста, будет какое-то расположение скользящей плиты.
Дэйв да
@sharptooth На некоторых старых мостах с так называемым подшипником качания возможно, что в течение достаточного количества циклов расширения и сжатия или изгиба, а также некоторого замерзания, вызванного температурой или коррозией, рокеры «сойдут» со своих опорных колодок, или приведет к тому, что листинг / наклон будет настолько сильным, что они станут нестабильными. Однажды я осмотрел мост, у которого его опорная плита была выброшена из подшипника, и он лежал на земле на расстоянии 6 футов. Сначала я не знал, что это было, когда поднял его, затем я посмотрел на подшипник и увидел, что он упал и не функционирует должным образом
Вперед Эд
10

Причина довольно проста. Сталь значительно прочнее бетона.

ес>100 МПаес>40 МПа

еY>250 МПа

Таким образом, сталь на этом мосту в 7-8 раз прочнее бетонной. Таким образом, в какой бы области бетон ни находился, чтобы безопасно перенести нагрузку на сталь (через плиты), стали фактически требуется гораздо меньше, поэтому она может безопасно уменьшить свои собственные размеры. Пряжка контролируется креплением вокруг шарнира.

Относительно того, почему вообще используется шарнир, это связано с тем, как был спроектирован мост, как описано в ответе @ DaveTweed.

Васаби
источник
Прогресс в прочности бетона является удивительно немонотонным: исследования за последние 20 или 30 лет показали, что римский бетон из BCE невероятно силен, по-видимому, из-за смешивания вулканического пепла с материалом.
Карл Виттофт
@CarlWitthoft: Да, но я бы сказал (без каких-либо источников), что когда-то бетон был заново открыт после темного и средневековья, и особенно после научной революции, его прочность монотонно увеличивалась (но, конечно, не с постоянной скоростью). Я сомневаюсь, что мосту, о котором спрашивает ОП, более 50 лет.
Васаби
1
Сталь также прогрессировала. Существуют 2 термообработанные литые стали по стандарту GPA UTS с относительным удлинением 5-10%, хотя они намного дороже, чем альтернативы под 1 ГПа, из-за необходимого вакуума или аргонного кожуха во время плавки и разливки. Также стали TRIP и TWIP с резко улучшенной ударной вязкостью и поглощением энергии (хотя по общему признанию это не имеет большого отношения к прочности) TWIP - до 800 МПа, или до 100% удлинения. Да, удвоение длины до отказа. Также довольно дорогой из-за сложной комбинированной термической обработки и процесса формования с жесткой химией.
воин
1
@CarlWitthoft: Я бы сказал, что прогресс (или его отсутствие) конкретных технологий больше связан с рыночными силами и каналами распространения, чем с техническими инновациями / открытиями. Например, норвежцы производят буровые шнеки с полым стволом из бетона, а не из стали. Но, на мой взгляд, коренные интересы отрасли, то есть местные поставщики агрегатов, производители портландцемента и т. Д., А также проблемы с ценами, на самом деле являются одними из основных препятствий для коммерческого внедрения.
AsymLabs
0

Если вы вернетесь к базовым инженерным курсам и посмотрите на диаграммы изгибающих моментов для балок, довольно часто они будут проиллюстрированы с помощью роликовых опор. Закреплены на одном конце, что позволяет вращение, а роликовое соединение на другом позволяет вращение и горизонтальное перемещение. Это делает луч статически определяющим.

Когда этот мост был изначально построен, эластомерные / резиновые опорные подушки и некоторые другие не существовали в качестве опции. Этот дизайн эмулирует наши формулы, которые мы используем для дизайна, или, скорее, формулы работают с этим расположением. Так что этот тип конфигурации хорош. Это позволяет нам использовать наши формулы по назначению, сохранять дизайн простым и использовать технологии того времени. Кроме того, как упомянуто в других сообщениях, он допускает вращение на опоре в результате живой нагрузки, мертвых изменений или провисания после снятия опоры (предполагаемая подпорная конструкция. Если балка была поднята на место после отливки, большая стальная пластина, встроенная в бетон, допускает некоторые неточности в измерении пролета и равномерного размещения, а также обеспечивает опору в случае небольшого смещения балки из-за вибрации или землетрясения.

Обратите внимание, вы также увидите похожую конфигурацию со стальными балками на различных типах подшипников. Я верю, что термин «обувь» или «подставка для обуви» будет использоваться, хотя это может быть больше для зданий, чем для мостов.

В сторону

Когда речь идет о мостах «RAIL», подавляющее большинство в Северной Америке, предназначенных для AREMA, будут состоять из простых пролетов, будь то однопролетные или многопролетные мосты. Я нашел это утверждение забавным, когда учился на курсе AREMA, так как я только что закончил осматривать около дюжины железнодорожных мостов в моем городе, причем подавляющее большинство не следовало этому правилу. В автомобильных мостах вы будете иметь тенденцию к непрерывной нагрузке, и в результате эти мосты не являются статически определяющими.

Нападающий Эд
источник