Коробчатая балка - Box girder
А коробка или же трубчатая балка это ферма который образует закрытую трубу с множеством стенок, в отличие от я- или же ЧАС-луч. Первоначально построенный из прикованный кованое железо, теперь они изготавливаются из катаной или сварной стали, алюминия экструзии или же предварительно напряженный бетон.
По сравнению с я-луч, преимущество коробчатой балки в том, что она лучше сопротивляется кручение. Имея несколько вертикальных перемычек, он также может нести большую нагрузку, чем я-луч равной высоты (хотя для этого потребуется больше материала, чем для более высокого я-бучок эквивалентной мощности).
Различие в именах между коробка ферма и трубчатый ферма неточная. Обычно термин коробка используется балка, особенно если она прямоугольного сечения. Где ферма несет свое «содержимое» внутри коробка, такая как Британский мост, это называется трубчатый ферма. Трубчатый ферма также используется, если балка имеет круглое или овальное поперечное сечение, например, Королевский мост Альберта.
Если большая коробчатая балка содержит более двух стен, то есть с несколькими коробками, она упоминается как сотовый ферма.
Разработка
Теоретическая основа коробчатой балки была в значительной степени работой инженера сэра Уильям Фэйрбэрн, с помощью математика Итон Ходжкинсон, около 1830 года. Они стремились создать для эффективный возможна балка из нового материала клепаной кованое железо тарелки.
Сотовая конструкция
Большинство балок подвергаются статической нагрузке, так что одна стенка находится в сжатии, а другая - в растяжении. Оригинал Фэйрберна краны использовали ячеистую конструкцию для сжатой поверхности стрелы, чтобы предотвратить изгиб. Эта стрела была изогнутой, конической и состояла из клепаных пластин из кованого железа. Внутри вогнутой (нижней) грани этой балки образовались три ячейки, опять же из приклепанных пластин.[1]
Когда трубчатая балка используется в качестве пролета моста (т.е. нагружена в центре, а не на одном конце, как кран), сжимающая сила находится в верхней стенке балки, и поэтому ячейки размещаются наверху. Динамические силы (движущиеся нагрузки, ветер) также могут потребовать, чтобы обе стороны были сотовыми. (Сохранившаяся секция моста Британия показывает, что и верхний, и нижний фланцы имели ячеистую конструкцию, но (согласно Фэйрберну) ячеистая конструкция нижнего фланца была принята не из-за характера сил, которым он должен был противостоять,[2]:206 но из-за их величины и связанных с этим «практических трудностей, которые могли бы возникнуть, если бы была предпринята попытка достичь необходимой площади сечения в твердой массе»)[2]:183
В некотором смысле это не «ячеистая балка» как таковая (по сравнению с космическая рамка или же геодезическое строительство ), поскольку ячейки не распределяют нагрузки от всей балки, а просто действуют для усиления жесткости одной пластины отдельно. Проектирование таких сложных интегрированных структур требует методов математического моделирования, предшествующих эпохе Фэрберна.
В мостах
Теоретическая ферма Fairbairn появилась как раз в самый подходящий момент для растущего спроса на длинные железнодорожные мосты. Роберт Стивенсон нанял его и Ходжкинсона в качестве консультантов для оказания помощи в его Британия и Конви мосты, оба из которых содержали железнодорожные пути внутри большой трубчатой балки. Вскоре после Брюнель также решили использовать пару круглых балок малого диаметра как часть более крупного ферма в Чепстоу. Однако, хотя многие железнодорожные мосты с самыми длинными пролетами, использовавшиеся в 1860-х годах, использовали трубчатые или коробчатые балки.[3] Бенджамин Бейкер в его Длиннопролетные железнодорожные мосты уже отклонил «коробчатую балку с перемычкой» как «самый неблагоприятный тип для длиннопролетных железнодорожных мостов, который нам необходимо будет изучить».[4] В Мост через залив Коронадо имеет самую высокую коробчатую балку.
Мосты коробчато-балочные неглубокого прямоугольного сечения и крыло характеристики стали широко использоваться в дорожных мостах с 1960-х годов, такие как Севернский мост, будучи намного легче, чем глубже ферма -тип ферма конструкция, используемая на предыдущих мостах, таких как Мост "Золотые ворота.
Проблемы безопасности при использовании мостов с коробчатыми балками
В начале 1970-х годов во время строительства обрушился ряд мостов с коробчатыми балками: Мост Кледдау в Уэльсе, Мост Западных ворот в Австралии и мост Кобленц в Германии. Это вызвало серьезные опасения по поводу продолжающегося использования коробчатых балок и обширных исследований их безопасности, которые включали раннее использование компьютерного моделирования и послужили толчком к развитию анализ методом конечных элементов в гражданское строительство.
Смотрите также
Мосты
Рекомендации
- ^ Фэйрбэрн, Уильям (1856). Полезная информация для инженеров. Лондон: Лонгманс. п.283.
котел Fairbairn.
- ^ а б Фэрбэрн, Уильям (1849). Отчет о строительстве трубчатых мостов Британия и Конвей.. Лондон: Джон Уил.
- ^ Уильям Хамбер (1870). Комплексный трактат о строительстве мостов из чугуна и кованого железа, включая железные фундаменты: текст. я (3-е изд.). Локвуд и компания. С. 90–91. -воспроизведение таблицы из первого издания «известного небольшого трактата Бенджамина Бейкера о длиннопролетных мостах»
- ^ Бейкер, Бенджамин (1873). Длиннопролетные железнодорожные мосты (2-е изд.). Лондон: Э. Ф. Спон. п.8.