Warum sollte eine Lagerplatte verwendet werden, die die Last weiter auf kleine Flächen konzentriert?

11

Hier ist ein Foto einer Lagerplatte, auf der ein Brückenstahlbetonbalken auf die Erdfüllung trifft

Die Brückenspanne ist ungefähr 20 Meter lang und besteht aus zwei Stahlbetonträgern, die jeweils auf zwei Tragplatten wie der abgebildeten ruhen - eine Platte für jedes Ende jedes Trägers, insgesamt vier Platten. Die Brücke enthält eine Eisenbahnstrecke, die für 25 Tonnen pro Achswagen ausgelegt ist. Die Lagerplatte besteht aus Gusseisen (oder vielleicht Stahl) und besteht aus zwei großen Teilen, die durch ein Scharnier verbunden sind.

25 Tonnen pro Achswagen bedeuten, dass die Brücke beim Vorbeifahren eines Zuges mehrere hundert Tonnen trägt, von denen wir annehmen können, dass sie mindestens einhundert Tonnen pro abgebildetem Lagerschild verursachen. Ja, ich habe das Brückengewicht einfach ignoriert.

Nicht nur die Plattenober- und -unterseiten sind eher klein, sondern die Platte konzentriert die aufgenommene Last weiter und überträgt sie durch eine noch kleinere Oberfläche auf das Scharnier. Grundsätzlich nimmt dieses eher kleine Scharnier allein mehr als einhundert Tonnen auf. Und das mit Absicht.

Warum wird die Ladung bewusst konzentriert, anstatt verteilt oder zumindest auf einen Teil mit gleichförmigem Querschnitt übertragen zu werden?

— scharfer Zahn
quelle

20

Weil Brücken und andere Strukturen keine statischen Objekte sind. Sie müssen sich unter wechselnden Belastungen biegen können und auch Längenänderungen durch Wärmeausdehnung aufnehmen können. Der Scharnierstift ermöglicht Winkeländerungen. und die Gleitverbindung zwischen der oberen Scharnierplatte und der flachen Platte an der Unterseite des Trägers ermöglicht Längenänderungen.

Wenn die Verbindungen starr wären, könnten diese Kräfte die Struktur mit der Zeit zerstören.

— Dave Tweed
quelle

Gilt dies für Fälle, in denen sich die Brücke aufgrund des Vorbeifahrens schwerer Lasten nach unten biegt?

— Sharptooth

@sharptooth Ja. Und jede andere Bewegung. Normalerweise befindet sich am anderen Ende der Brücke eine Art Gleitplattenanordnung.

— Dave huh

@sharptooth Bei einigen älteren Brücken mit einem sogenannten Kipplager ist es möglich, dass die Kipplager bei ausreichender Ausdehnung und Kontraktion oder bei Biegezyklen und Gefrieren aufgrund von Temperatur oder Korrosion von ihren Lagerflächen "ablaufen" oder Auflistung / Kippen wird so weit enden, dass sie instabil werden. Ich habe einmal eine Brücke inspiziert, deren Wippenpolster aus dem Lager ausgeworfen wurde und die 6 Fuß entfernt auf dem Boden lag. Zuerst wusste ich nicht, was es war, als ich es aufnahm, dann schaute ich auf das Lager und sah, dass es gefallen war und nicht wie beabsichtigt funktionierte

— Stürmer Ed

10

Der Grund ist ziemlich einfach. Stahl ist deutlich fester als Beton.

$f_c > 100~\text{MPa}$ $f_c > 40~\text{MPa}$

$f_y > 250~\text{MPa}$

Der Stahl auf dieser Brücke ist also etwa 7-8 mal fester als der Beton. Unabhängig davon, welchen Bereich der Beton benötigt, um die Last sicher auf den Stahl zu übertragen (über die Platten), benötigt der Stahl tatsächlich viel weniger, sodass er seine eigenen Abmessungen sicher reduzieren kann. Das Knicken wird durch die Verstrebung rund um das Scharnier gesteuert.

Warum überhaupt ein Scharnier verwendet wird, hängt davon ab, wie die Brücke entworfen wurde, wie in der Antwort von @ DaveTweed beschrieben.

— Wasabi
quelle

Die Fortschritte bei der Betonfestigkeit sind erstaunlich unmonoton: Forschungen der letzten 20 oder 30 Jahre haben ergeben, dass römischer Beton von BCE unglaublich fest ist, anscheinend aufgrund des Beimischens von Vulkanasche in das Material.

— Carl Witthoft

@CarlWitthoft: Ja, aber ich würde behaupten (ohne Quellen), dass Beton nach dem Dunkel- und Mittelalter und insbesondere nach der wissenschaftlichen Revolution wiederentdeckt wurde und seine Stärke monoton zugenommen hat (aber sicherlich nicht konstant). Ich bezweifle, dass die Brücke, nach der die OP fragt, mehr als 50 Jahre alt ist.

— Wasabi

1

Auch Stahl hat Fortschritte gemacht. Es gibt 2 wärmebehandelte GPA-UTS-Gussstähle mit einer Dehnung von 5 bis 10%, obwohl sie aufgrund des erforderlichen Vakuums oder Argonmantels während des Schmelzens und Gießens wesentlich teurer sind als Sub-1-GPA-Alternativen. Auch TRIP- und TWIP-Stähle mit dramatisch verbesserter Schlagzähigkeit und Energieabsorption (obwohl das zugegebenermaßen nicht viel mit Festigkeit zu tun hat). TWIP ist bis zu 800 MPa oder bis zu 100% Dehnung. Ja, die Länge vor dem Scheitern verdoppeln. Auch ziemlich teuer aufgrund eines komplexen kombinierten Wärmebehandlungs- und Formungsprozesses mit enger Chemie.

— Wwarriner

1

@CarlWitthoft: Ich würde argumentieren, dass der Fortschritt (oder das Fehlen davon) der konkreten Technologie mehr mit Marktkräften und Vertriebskanälen zu tun hat als mit technischer Innovation / Entdeckung. Die Norweger haben beispielsweise Hohlbohrschnecken aus Beton anstelle von Stahl hergestellt. Aus meiner Sicht sind jedoch die Interessen der Industrie, dh die örtlichen Zulieferer von Zuschlagstoffen, Portlandzementhersteller usw. und die Kostenbedenken, einige der Haupthindernisse für die kommerzielle Akzeptanz.

— AsymLabs

0

Wenn Sie zu Ihren technischen Grundkursen zurückkehren und sich die Biegemomentdiagramme für Träger ansehen, werden diese häufig mit Nadelrollenstützen illustriert. Festgesteckt an einem Ende, sodass nur eine Drehung möglich ist, und Rollenverbindung am anderen Ende, sodass eine Drehung und horizontale Verschiebung möglich ist. Dies macht den Strahl statisch determinant.

Als diese Brücke ursprünglich gebaut wurde, existierten Elastomer- / Gummilagerkissen und einige andere nicht als Option. Dieser Entwurf emuliert unsere Formeln, die wir für den Entwurf verwenden, oder vielmehr die Formeln, die mit dieser Anordnung arbeiten. Diese Art der Konfiguration ist also gut. Es ermöglicht uns, unsere Formeln bestimmungsgemäß zu verwenden, das Design einfach zu halten und die Technologie der Zeit zu nutzen. Darüber hinaus ermöglicht es, wie in anderen Artikeln erwähnt, eine Rotation der Stütze aufgrund von aktiver Last, Schwankungen des Totpunkts oder Durchbiegung nach dem Entfernen der Stützkonstruktion (angenommene Stützkonstruktion) Die in den Beton eingebettete Stahlplatte ermöglicht einige Ungenauigkeiten bei der Messung der Spannweite und sogar der Platzierung. Sie ermöglicht auch eine Unterstützung, falls sich der Balken aufgrund von Vibrationen oder Erdbeben geringfügig verschiebt.

Beachten Sie, dass Sie auch bei Stahlträgern mit verschiedenen Lagertypen eine ähnliche Konfiguration sehen. Ich glaube, der Begriff Schuh oder Schuhplatte wird sich durchsetzen, obwohl dies eher für Gebäude als für Brücken gilt.

Auf einer Seite

Wenn es um "RAIL" -Brücken geht, besteht die überwiegende Mehrheit der für AREMA entwickelten Brücken in Nordamerika aus einfachen Überspannungen, unabhängig davon, ob es sich um Single-Span- oder Multi-Span-Brücken handelt. Ich fand diese Aussage während meines AREMA-Kurses lustig, als ich gerade ein Dutzend Eisenbahnbrücken in meiner Stadt inspizierte, wobei die große Mehrheit dieser Regel nicht folgte. Bei Autobahnbrücken besteht eine Tendenz dahingehend, dass sie für die Nutzlast kontinuierlich sind, und diese Brücken sind daher nicht statisch determinant.

— Forward Ed
quelle