为什么要使用将载荷进一步集中到较小表面上的轴承板?


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这是承重板的照片,桥上的钢筋混凝土梁与垃圾填埋场相遇

轴承板

桥梁跨度约为20米,由两根钢筋混凝土梁组成,每根梁都像所示的那样搁置在两个承板上-每个梁的每个末端一个板,总共四个板。这座桥拥有一条设计为每车轴重25吨的铁路轨道。轴承板由铸铁(或钢)制成,由通过铰链连接的两个大零件组成。

每辆车轴重25吨,这意味着火车经过时桥梁承受的重量约为几百吨,我们可以假设每个所示的承重板至少造成一百吨。是的,我只是忽略了桥的重量。

不仅板的上表面和下表面很小,而且板进一步集中了可接受的载荷并将其通过更小的表面转移到铰链上。基本上,仅这个相当小的铰链就可以接收一百多吨。这是有意设计的。

为什么负载被故意集中而不是分配或至少通过具有均匀截面的部分传递?

Answers:


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因为桥梁和其他结构不是静态对象。必须允许它们在变化的负载下弯曲,并且还要适应热膨胀引起的长度变化。铰链销允许改变角度。横梁底部的上铰链板和平板之间的滑动接头可以改变长度。

如果连接是刚性的,这些力会随着时间的推移破坏结构。


这是在桥梁由于重物通过而向下弯曲的情况下使用的吗?
Sharptooth

@sharptooth是的。以及其他任何运动。通常,在桥的另一端,会有某种滑板布置。
戴夫(Dave

@sharptooth在某些较旧的桥梁上,有一种叫做跷跷板轴承的东西,可能会在足够的伸缩,挠曲循环以及由于温度或腐蚀而冻结的情况下,跷跷板“离开”轴承垫,或者将结束列表/倾斜太多,以至于变得不稳定。我曾经检查过一座桥,该桥的翘板从轴承中弹出,它位于6'远的地面上。最初,我不知道拿起它是什么,然后我看了看轴承,发现它掉落了,并且没有按预期的方式运转
Forward Ed

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原因很简单。钢比混凝土强得多。

fc>100 MPafc>40 MPa

fy>250 MPa

因此,该桥上的钢比混凝土强7至8倍。因此,无论混凝土需要什么区域来安全地将负载转移到钢上(通过板),实际上钢的需求量就少得多,因此可以安全地减小其自身的尺寸。屈曲由铰链周围的支撑控制。

至于为什么要使用铰链,这与桥的设计方式有关,如@DaveTweed的答案所述。


混凝土强度的进步令人惊讶地是非单调的:过去20或30年的研究表明,BCE的罗马混凝土非常坚固,这显然是由于将火山灰掺入了材料中。
卡尔·威索夫特

@CarlWitthoft:是的,但我想(没有任何消息来源)说,在黑暗和中世纪之后,尤其是在科学革命之后,一旦重新发现了混凝土,其强度就单调增加了(但肯定不是恒定的速度)。我怀疑OP询问的这座桥梁已有50多年的历史了。
Wasabi

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钢铁也取得了进步。有2种GPA UTS热处理铸钢,其伸长率在5-10%之间,尽管由于熔化和浇铸过程中需要真空或氩气护罩,它们比1 GPa以下的替代品贵很多。同样,TRIP和TWIP钢具有显着提高的冲击韧性和能量吸收(尽管公认的是,与强度无关)。TWIP高达800 MPa,或高达100%的伸长率。是的,失败前的长度加倍。由于热处理和成型工艺复杂且化学反应紧密,因此也相当昂贵。
wwarriner

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@CarlWitthoft:我会说具体技术的进步(或缺乏进步)与市场力量和分销渠道更多的是技术创新/发现。例如,挪威人生产的空心钻杆钻是用混凝土而不是钢制成的。但我认为,既得利益的行业利益,例如本地骨料供应商,波特兰水泥制造商等,以及成本问题,实际上是阻碍商业采用的一些主要障碍。
AsymLabs

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如果您回到基础工程课程并查看梁的弯矩图,则通常会用销轴支撑来说明它们。一端固定,仅允许旋转,而另一端的滚子连接允许旋转和水平平移。这使光束成为静态决定因素。

最初建造该桥时,不提供弹性体/橡胶垫和其他一些选择。此设计模拟了我们用于设计的公式,或者公式适用于这种布置。因此,这种类型的配置很好。它使我们能够按预期使用公式,保持设计简单,并使用了当时的技术。此外,如在其他文章中所述,它可以由于活荷载,死角变化或在移除支撑后的垂度(假定为支撑结构)而在支撑件上旋转(假定为支撑结构。如果在浇铸后将梁提起到位,则大埋入混凝土中的钢板在测量跨度和均匀度时会出现一些误差,并且如果梁由于振动或地震而略有偏移,也可以提供支撑。

注意,您还将在各种类型的轴承上看到带有钢梁的类似配置。我相信“鞋或鞋垫”一词将被使用,尽管对于建筑而言,它可能比桥梁更有用。

放在一边

当涉及“ RAIL”桥时,北美为AREMA设计的绝大多数桥都将由简单跨度组成,无论是单跨度还是多跨度桥梁。我在AREMA的课程中发现这一说法很有趣,因为我刚刚检查了我城市中的大约十二座铁路桥梁,而绝大多数铁路桥梁均未遵守该规定。在高速公路桥梁中,您经常会看到连续荷载,因此这些桥梁不是静态决定因素。

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