Dlaczego miałaby być stosowana płyta nośna, która dodatkowo koncentruje obciążenie na małej powierzchni?

Oto zdjęcie płyty nośnej, w której belka żelbetowa styka się ze składowiskiem ziemi

Rozpiętość mostu ma około 20 metrów długości i składa się z dwóch żelbetowych belek, z których każda spoczywa na dwóch płytach nośnych, takich jak ta pokazana - jedna płyta na każdym końcu każdej belki, łącznie cztery płyty. Most posiada tor kolejowy zaprojektowany na 25 ton na oś samochodów. Płyta nośna wykonana jest z żeliwa (a może ze stali) i składa się z dwóch dużych części połączonych zawiasem.

25 ton na wagony osi oznacza, że ​​most przejeżdża kilkaset ton, gdy przejeżdża pociąg, co, jak możemy założyć, powoduje co najmniej sto ton na pokazaną płytę nośną. Tak, po prostu zignorowałem wagę mostu.

Nie tylko górna i dolna powierzchnia płyty są raczej małe, ale płyta dodatkowo koncentruje dopuszczalny ładunek i przenosi go na zawias przez jeszcze mniejszą powierzchnię. Zasadniczo sam ten niewielki zawias akceptuje ponad sto ton. I to jest zaprojektowane specjalnie.

Dlaczego ładunek jest celowo skoncentrowany zamiast rozkładany lub przynajmniej przenoszony przez jakąś część o jednolitym przekroju?

Ponieważ mosty i inne konstrukcje nie są obiektami statycznymi. Muszą mieć możliwość zginania przy różnych obciążeniach, a także uwzględniać zmiany długości wynikające z rozszerzalności cieplnej. Sworzeń zawiasu umożliwia zmianę kąta. a połączenie przesuwne między górną płytą zawiasową a płaską płytą na dole belki umożliwia zmiany długości.

Gdyby połączenia były sztywne, siły te mogłyby z czasem zniszczyć konstrukcję.

Powód jest dość prosty. Stal jest znacznie mocniejsza niż beton.

Obecnie mamy beton o wysokiej wydajności z (i ultra-wysoką wydajność, która jest znacznie wyższa), ale większość zwykłych konstrukcji nie używa betonu o tak dużej wytrzymałości. Ten most wydaje się stosunkowo zwietrzały, więc beton jest prawdopodobnie co najwyżej (prawdopodobnie jeszcze mniej).f c > 40 $f_c > 100~\text{MPa}$$f_c > 40~\text{MPa}$

Z drugiej strony stal ma obecnie przynajmniej , a często nawet więcej. Nie wierzę, że wytrzymałość stali ewoluowała tak szybko, jak beton (popraw mnie, jeśli się mylę), więc stal zastosowana na tym moście jest prawdopodobnie co najmniej równa.$f_y > 250~\text{MPa}$

Stal na tym moście jest zatem 7-8 razy mocniejsza niż beton. Tak więc, bez względu na obszar, który beton wymaga do bezpiecznego przeniesienia obciążenia na stal (za pomocą płyt), stal faktycznie potrzebuje znacznie mniej, więc może bezpiecznie zmniejszyć swoje wymiary. Wyboczenie jest kontrolowane przez usztywnienie wokół zawiasu.

To, dlaczego w ogóle używany jest zawias, ma to związek z tym, jak zaprojektowano most, jak opisano w odpowiedzi @ DaveTweed.

Jeśli wrócisz do podstawowych kursów inżynieryjnych i spojrzysz na diagramy momentów zginających dla belek, dość często będą one ilustrowane wspornikami rolkowymi. Przypięty z jednego końca tylko umożliwiający obrót, a połączenie wałków na drugim pozwala na obrót i przesunięcie w poziomie. To sprawia, że ​​wiązka jest statycznie determinująca.

Kiedy ten most został pierwotnie zbudowany, elastomerowe / gumowe podkładki łożyskowe i kilka innych nie istniały jako opcja. Ten projekt emuluje nasze formuły, których używamy do projektowania, a raczej formuły działają z tym układem. Ten typ konfiguracji jest dobry. Pozwala nam korzystać z naszych formuł zgodnie z przeznaczeniem, upraszcza projektowanie i korzysta z technologii czasu. Ponadto, jak wspomniano w innych słupkach, pozwala on na obrót na podporze w wyniku obciążenia czynnego, zmian w martwym materiale lub zwisu po usunięciu obudowy (zakładana konstrukcja obudowy. Jeśli dźwigar został podniesiony na miejsce po odlaniu, duży stalowa płyta osadzona w betonie pozwala na pewne niedokładności w pomiarze rozpiętości i równomiernego położenia, a także umożliwia podparcie w przypadku nieznacznego przesunięcia belki z powodu wibracji lub trzęsienia ziemi.

Uwaga: zobaczysz również podobną konfigurację ze stalowymi dźwigarami na różnych typach łożysk. Wierzę, że termin but lub płyta na buty się przyda, choć może to być więcej w przypadku budynków niż mostów.

Na bok

Jeśli chodzi o mosty „RAIL”, zdecydowana większość w Ameryce Północnej zaprojektowana dla AREMA będzie się składać z prostych przęseł, niezależnie od tego, czy będą to mosty jedno-, czy wieloprzęsłowe. Uważam to stwierdzenie za zabawne podczas mojego kursu AREMA, kiedy właśnie skończyłem sprawdzanie około tuzina mostów kolejowych w moim mieście, a zdecydowana większość nie przestrzega tej zasady. W przypadku mostów autostradowych tendencja do ciągłego obserwowania obciążenia czynnego powoduje, że mosty te nie są wyznacznikami statycznymi.