Балочная балка с фланцем - Википедия - Balloon flange girder

Брюнель мосты через подъездные шлюзы к Камберлендский бассейн, Бристольская гавань.

А балка с фланцем или (в просторечии) воздушный шар это форма вертикального Двутавровая балка кованое железо пластинчатая балка, где верхний фланец вместо простой плоской пластины расширен в полую трубу. Когда балка подвергается действию положительного изгибающего момента, верхний фланец действует на сжатие, делая плоский фланец более восприимчивым к локальному короблению, чем фланец баллона.

Выживший раздел Железнодорожный мост Чепстоу ферма, теперь на Брунельский университет, Аксбридж

Этот тип фермы использовался редко, его единственным распространенным пользователем был Исамбард Кингдом Брунель в 1840-1850-х гг.

Дизайн

Брюнель работал в период усиленного теоретического и математического анализа мостов и механических конструкций. Вместе с работой Уильям Фэйрбэрн, особенно в отношении Стивенсон с трубчатые мосты Такие как Конви, возросло понимание того, как балки в сжатие потерпит неудачу коробление.

Брюнель был известен своим недоверием к чугун в качестве материала, по крайней мере, для больших балок.[1][2][я] Это недоверие к чугуну было оправдано, когда его друг Стивенсон предпринял авантюрный проект по чугуну. Ди-Бридж (1846) потерпел крах в 1847 году. Брюнель дал показания в свою поддержку при следующем запросе, но это было основано на том, что Стефенсон был компетентным инженером в пределах современных знаний, а не на поддержке больших чугунных балок.[1] В мосту Ди Стефенсона использовалась ферменная балка, где перевернутая Т-образная чугунная балка была соединена с применением натяжных стержней из кованого железа. Эта ошибочная конструкция способствовала разрушению моста, когда растяжение стержней фермы увеличило сжатие в верхней части балки, так что она подверглась столбчатый отказ. Несмотря на это, хотя и с преимуществом ретроспективного взгляда, Брюнель использовал бы аналогичные прикладные цепи натяжения для своих ферма дизайн.[4]

Примерно в 1840-х гг. пудлинговая печь снизил стоимость кованое железо и улучшения прокатные станы разрешено производство больших плоских профилей. Из этого железа теперь можно было строить балки, собираемые клепкой плоских секций.[5]

Разработка

Брюнель уже экспериментировал с простыми чугунными балками с полукруглой головкой для относительно короткого 35-футового пролета. Епископский мост мост через канал в Paddington. У них был растянутый нижний фланец с Т-образным сечением и большой круглый баллон на верхнем крае,[ii] в сжатии.[7][8] По своей привычке Брунель провел гидравлические испытания образцов этих балок на прочность в 1838 году и записал результаты в одну из своих книг «Фактов».[6]

Экспериментальная ферма

Чтобы разработать надежную ферменную балку для длиннопролетных мостов, Брюнель провел замечательный эксперимент с полноразмерной балкой.[9] При этом использовалась единственная пластинчатая балка из кованого железа длиной 70 футов, которая была загружена до точки обрушения сначала грузом в 165 тонн, а затем, после ремонта, до 188 тонн.[10][iii] Брюнель знал, что вероятный механизм разрушения этой балки был коробление схлопнуться в верхнем фланце, который окажется под сжатие силы. Чтобы противостоять этому, фланец поддерживался треугольными пластинами, и фланец также был слегка изогнут.[iv] Эксперимент имел большой успех, мост в конечном итоге вышел из строя при значительной нагрузке, что свидетельствует о более эффективном использовании строительных материалов для моста такой мощности по сравнению с предыдущими проектами.[12]

Слева:
• Экспериментальная ферма (Железнодорожный мост Чепстоу было похоже)
• Южный Уэльс Железная дорога
• Восточно-Бенгальская железная дорога
• Камберлендский бассейн мосты
• Виндзорский железнодорожный мост
Все фермы имеют одинаковый масштаб, за исключением фермы Виндзор, которая вдвое меньше.

Южный Уэльс Железная дорога

Брюнель рано и широко использовал эту балку в своем Южный Уэльс Железная дорога. Его использовали для пролетов до 100 футов, железо ферменные мосты используется помимо этого.

Усовершенствования в листопрокате позволили изменить форму балки. Вместо простой слегка изогнутой верхней пластины с треугольными косынками теперь можно было катать полукруглую пластину. Это позволило использовать полностью развитую форму «баллона», как показано на втором поперечном сечении.[10] Верхняя стенка балки была полукруглой и приклепывалась к центральной пластине с помощью L-образной планки. Боковые косынки, также изогнутые, были приклепаны параллельно краям этой верхней пластины, а не через другую L-образную полосу, как первоначально использовалось. Брюнель (вероятно, правильно) считал гладкий профиль воздушного шара более эффективной конструкцией, на что повлияли его геометрические подходы к проектированию, а не математический анализ Eaton. На практике параллельное соединение внахлест уменьшило вдвое необходимое количество клепок по сравнению с L-образной полосой.

Ни один из этих мостов не сохранился в форме шара, хотя балка одного из них позже была повторно использована для работ по расширению моста (1861 г.) через реку. Coity дорога рядом Bridgend и выжил там.[13] Мост Coity Road был построен до этой даты, но был расширен, чтобы приспособить новый Железная дорога долины Ллынви. Одна сторона моста была сдвинута наружу для установки нового сайдинг и баллонная балка, установленная с той стороны. Считается, что эта балка (тем более, что она была установлена ​​после смерти Брунеля) ранее использовалась в другом месте на КСВ,[13] хотя его первоначальная дата и местонахождение неизвестны.

Подобные фермы использовались для пересечения Северн в Над.[10][14]

Восточная Бенгалия Железная дорога

Следующая разработка сохранила полукруглый верхний фланец, но теперь от боковых вставок отказались полностью, так как считалось, что глубина фланца, даже если она не поддерживается другой пластиной, будет достаточно жесткой. Это также обеспечило лучший доступ внутрь для покраски. Прерывистые поперечные диафрагмы были размещены поперек фланца, чтобы сохранять свое положение относительно основной перемычки и избегать деформации из-за качания вбок.[10]

Форма фермы широко использовалась в работах Брунеля для Восточная Бенгалия Железная дорога.[10]

Мосты бассейна Камберленд

Балка моста в бассейне реки Камберленд, показаны верхняя и нижняя полки

Когда Брюнель восстановил входные замки Камберлендский бассейн в Бристольская гавань между 1848–1849 гг. он также построил «поворотный мост» - первый подвижный мост Брунеля.[10] Он имел конструкцию с центральным шарниром, но был очень асимметричным: внешняя сторона была почти в три раза длиннее, чем обращенная к суше, и уравновешивалась большим чугунным противовес.[10]

Поскольку мост предназначался для легкой проезжей части и не должен был выдерживать вес железной дороги или поезда, его балки имели легкую конструкцию, что упрощало производство. Был использован верхний фланец с полным баллоном, похожий по форме на железнодорожные мосты Южного Уэльса, но этот фланец располагался над основной стенкой балки, а стенка не перекрывала фланец и не доходила до вершины. Эта упрощенная конструкция, поскольку в ней отсутствуют тройники, необходимые L-образные планки и, следовательно, несколько рядов клепок.[10]

Нижний фланец имел совершенно новую форму, треугольное сечение, хотя и с вогнутыми сторонами. Опять же, основная стенка не перекрывала фланец. Все три соединения теперь были простыми соединениями внахлест с однорядной заклепкой.[10]

Как и в случае с некоторыми ранними мостами Брунеля, участие Брунеля в них было в значительной степени забыто и зафиксировано только в малоизвестных работах.[15] В какой-то момент они находились под серьезной угрозой сноса, пока их историческое значение не было вновь признано. В 2014 году была подана апелляция на 1 миллион фунтов стерлингов для восстановления моста.[16][17]

Очень похожий поворотный мост был построен несколько лет спустя, когда Док-мост [RU ] в Кронштадт, Россия.[18]

Виндзорский железнодорожный мост

Балки Виндзорский железнодорожный мост

Виндзорский железнодорожный мост (1849) - это завязанная арка или тетива балочного моста.[19] Пролет состоит из двух балок, образующих ферму. Верхняя балка - это арка и несет на себе вес моста.[20] Нижняя балка подвешивается к нему на вертикальных стержнях и не обязана выдерживать собственный вес. Основная функция нижней балки - служить стяжкой; это противодействует боковым силам арки, избегая обычных боковых сил арки на ее основании. Поскольку это железнодорожный мост, где подвесные настилочные мосты представляют собой проблему из-за раскачивания их настила, эта балка также выполняет функцию повышения жесткости.

Брюнель использовал форму балки с фланцем для обеих балок. Верхняя арочная балка использует треугольную форму раннего эксперимента с плоской верхней пластиной и без какой-либо вертикальной перемычки под коробкой полок. В нижней балке используется «открытая» форма фланца, слегка изогнутая и без косынок. Поскольку нижняя балка не несет его веса, на нее не действуют обычные силы продольного изгиба.

Железнодорожный мост Чепстоу

Железнодорожный мост Чепстоу (1852 г.) был сложным мостом, в котором впервые использовались Ферма Брунеля конструкция для изготовления подвесного моста с широким непрерывным пролетом на высоком уровне над судоходным каналом. Западный берег ущелья был мелким и илистым, поэтому половину общего пролета моста составляли три 100-футовых пролета балочного моста, несущихся на чугунных цилиндрических опорах. Эти фермы (иллю) имели форму и размер, очень похожие на исходную экспериментальную балку.[21]

В 1948 году были заменены обращенные к суше балки, а в 1962 году - главная ферма с балками под ней.[22] Части балок сохранились до наших дней.

Мост Крати

X решетка и верхний фланец моста Крати

Crathie Мост (1854–1857 гг.) Представляет собой однопролетный 125-футовый мост, пересекающий Ривер Ди королевскому Балморал имущество.[23][24][25][26] Мост сначала был нарисован в виде Brunel ферма вторя его Королевский мост Альберта в Saltash.[27] В конструкции моста использовалась С-образная открытая форма верхнего фланца, которая использовалась для Восточная Бенгалия Железная дорога. Поскольку мост предназначался только для легкого дорожного движения, сплошную перемычку балки над уровнем проезжей части можно было заменить ажурной решеткой, что сделало вид с моста более привлекательным для его прославленного жителя. Несмотря на это, Ее Величество мост «не позабавил».[23][24]

Девизес 'Рыбный мост'

В линия 1857 г. по Devizes в Уилтшире Кан Хилл был перенесен по дороге на необычной конструкции фланца баллона, объединив его с двояковыпуклая балка.[28][29] Эта чечевицеобразная форма живота дала свое популярное название «Рыбный мост». Работая над дизайном фермы, Брюнель уже был знаком с преимуществами линзообразной формы.

Оригинальный Fish Bridge был заменен в 1901 году на тетива фермы.[30] Название оставалось в обиходе даже после того, как железная дорога была удалена во время Буковый топор.

Сохранившиеся примеры

Док-Бридж, Кронштадт, Россия

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Эта точка зрения недавно подверглась сомнению в свете большого количества чугунных мостов, спроектированных Брунелем.[3]
  2. ^ Тигровый[6] описывает их как на 40% больше в поперечном сечении, хотя оно немного уже по линейному размеру.
  3. ^ Обратите внимание, что нумерация страниц варьируется между изданием 1870 г. Жизнь Исамбарда Королевства Брюнель, как воспроизведено в Google Книгах и кембриджском факсимильном издании,[11] и двухсотлетний выпуск STEAM 2006 года.[10] С. 193 в оригинале теперь р. 146 в выпуске STEAM 2006 года. Здесь указаны номера страниц для более доступного издания 2006 года.
  4. ^ Секция этой первой балки напоминает секцию из Чепстоу, которая сейчас хранится в Университете Брюнеля. иллю.
  1. ^ а б Тигровый, Стивен (2005). Брюнель: человек, построивший мир. Вайденфельд и Николсон. С. 164–165. ISBN  0-297-84408-3.CS1 maint: ref = harv (связь)
  2. ^ Жизнь ИКБ С. 144–1452.
  3. ^ Тигровый, Стивен; Такер, Малкольм (6 сентября 2019 г.). И.К. Мосты Брунеля из чугуна. И.К. Поворотный мост Бристоля Брунеля: его место в его офисе и его мире. Бристоль: Институт инженеров-строителей.
  4. ^ Беккет (1984). Британия Стивенсона. Дэвид и Чарльз. С. 120–130. ISBN  0715382691.CS1 maint: ref = harv (связь)
  5. ^ Тигровый (2005) С. 166–167.
  6. ^ а б Тигровый, Стивен. «Паддингтонский мост Брюнеля». Водные пути Паддингтона и Общество Мейда-Вейл.
  7. ^ Тигровый (2005), п. 166
  8. ^ «В картинках: Скрытый мост Брунеля». BBC News Channel. 3 марта 2004 г.
  9. ^ Кларк, Эдвин (1850 г.). «Эксперименты по поперечной прочности балки из кованого железа». Британия и трубчатые мосты Конвея. Vol. I. Лондон: День и сын. С. 437–441.CS1 maint: ref = harv (связь)
  10. ^ а б c d е ж грамм час я j Исамбард Брунель (2006) [1870]. Жизнь Исамбарда Королевства Брунель, инженер-строитель. STEAM / Другое. С. 146–149. ISBN  1-84588-031-5.
  11. ^ Исамбард Брунель (2011) [1870]. Жизнь Исамбарда Королевства Брюнель, инженер-строитель. Издательство Кембриджского университета. С. 193–194. ISBN  978-1-108-02630-7.
  12. ^ Кларк (1850), п. 441, г. Сопротивление треугольной ячейки с изогнутым верхом короблению было наиболее удовлетворительным по сравнению с ячейками другой формы.
  13. ^ а б c Джонс, II (2009), стр. 133–134
  14. ^ а б Джонс, Стивен К. (2009). Брюнель в Южном Уэльсе. II: Связь и уголь. Страуд: История Press. п. 56. ISBN  9780752449128.
  15. ^ Бьюкенен, Ангус; Уильямс, Майкл (1982). Бристоль Брюнеля. Редклифф Пресс. п. 31. ISBN  0905459393.
  16. ^ «Другой мост Брюнеля в Бристоле может быть отремонтирован после подачи апелляции на 1 млн фунтов стерлингов». BBC News Online. 10 октября 2014 г.
  17. ^ "Другой мост Брунеля".
  18. ^ Гринфилд, Дэвид; и другие. (Евгений Кобчиков) (6 сентября 2019). Поворотный мост Брунеля: его наследие, часть 2 - Кронштадтский мост. И.К. Поворотный мост Бристоля Брунеля: его место в его офисе и его мире. Бристоль: Институт инженеров-строителей.
  19. ^ Хамбер, Уильям (1870). Полный трактат о строительстве мостов из литого и кованого железа. Vol. I. Лондон: Lockwood & Co., стр. 245–246.CS1 maint: ref = harv (связь)
  20. ^ Жизнь ИКБ, п. 150
  21. ^ Жизнь ИКБ, п. 151–155
  22. ^ а б Джонс, II (2009), стр. 93, рис. 12, 128–129, 246–247
  23. ^ а б Тигровый (2005), п. 171
  24. ^ а б c "Роял Дисайд: мост Брунеля в Крати". Роял Дисайд.
  25. ^ "Крати, балочный мост". Места Шотландии.
  26. ^ «Балморал мост». Инженерные сроки.
  27. ^ "На выставке представлены эскизы моста Балморал Брунеля". 30 марта 2006 г.
  28. ^ "CH66: Рыбный мост - железнодорожная ветка Девизес". Геокешинг.
  29. ^ Хайд, Дэвид; Придл, Род (1996). GWR в Devizes. Millstream Books. С. 74–75. ISBN  0948975431.CS1 maint: ref = harv (связь)
  30. ^ «Девизес и железная дорога». Devizes наследие. Архивировано из оригинал 3 мая 2014 г.
  31. ^ Малпасс, Питер; Король, Энди (2009). Плавучая гавань Бристоля. Бристоль: Redcliffe Press. С. 52, 54–55. ISBN  978-1-906593-28-5.CS1 maint: ref = harv (связь)
  32. ^ «Разводной мост Брюнеля». Инженерные сроки.
  33. ^ Джонс, II (2009), п. рисунок 12, 128–129
  34. ^ "Стодлейский мост". Путеводитель Грейс.
  35. ^ «Мост на Пил-стрит». Путеводитель Грейс.