荷重を小さな表面にさらに集中させるベアリングプレートを使用するのはなぜですか?


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橋の鉄筋コンクリートの梁が埋め立てに出会う支承板の写真です

ベアリングプレート

橋梁の長さは約20メートルで、2つの鉄筋コンクリート梁で構成され、それぞれが図のような2つの支承板に支えられています。橋には、車軸1台あたり25トンの鉄道線路があります。ベアリングプレートは鋳鉄(またはスチール)でできており、ヒンジで結合された2つの大きな部品で構成されています。

車軸1台あたり25トンとは、列車が通過するときに橋が数百トンのようなものを支えることを意味します。はい、ブリッジの重量を無視しました。

プレートの上面と下面がかなり小さいだけでなく、プレートは許容荷重をさらに集中させ、さらに小さな表面を介してヒンジに伝達します。基本的に、このかなり小さなヒンジだけで100トン以上を受け入れます。そして、これは意図的に設計されています。

負荷が分散されず、少なくとも均一な断面の一部を介して転送されるのではなく、意図的に集中するのはなぜですか?

回答:


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ブリッジやその他の構造は静的オブジェクトではないためです。それらは、さまざまな負荷の下で曲がることができ、また熱膨張による長さの変化に対応する必要があります。ヒンジピンにより角度を変更できます。また、上部ヒンジプレートと梁の下部にあるフラットプレートの間のスライドジョイントにより、長さを変更できます。

接続が硬い場合、これらの力は時間の経過とともに構造を破壊する可能性があります。


これは、重い荷重が通過したために橋が下向きに曲がった場合の場合ですか?
sharptooth

@sharptoothはい。そして、他の動き。通常、橋の反対側には、ある種のスライド板の配置があります。
デイブハァッ

@sharptoothロッカーベアリングと呼ばれるものを持つ古いブリッジでは、温度または腐食による凍結に加えて、十分な伸縮または屈曲サイクルが行われたり、ロッカーがベアリングパッドから「歩く」ことがあります。リスティング/チルトが非常に多くなり、不安定になります。ロッカーパッドがベアリングから飛び出し、6フィート離れた地面に座っていた橋を一度検査しました。最初にそれを拾ったときにそれが何であるか分かりませんでした。次にベアリングを見て、それが落ちて意図したとおりに機能していなかったことを確認しました
Forward Ed

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その理由は非常に単純です。スチールはコンクリートよりもかなり強いです。

fc>100 MPafc>40 MPa

fy>250 MPa

したがって、その橋の鋼はコンクリートよりも約7〜8倍強力です。したがって、コンクリートが(プレートを介して)鋼に荷重を安全に伝達するために必要な領域が何であれ、鋼は実際にははるかに少ないので、それ自体の寸法を安全に縮小できます。座屈は、ヒンジ全体のブレースによって制御されます。

@DaveTweedの回答で説明されているように、ヒンジが使用される理由については、ブリッジの設計方法に関係しています。


コンクリート強度の進歩は驚くほど非単調です。過去20年または30年の研究により、BCEのローマコンクリートは、火山灰が材料に混入しているために、非常に強いことが明らかになりました。
カールウィットフト16年

@CarlWitthoft:はい、しかし、かつて暗黒と中世の時代、そして特に科学革命の後にコンクリートが再発見されたと主張します(情報源なし)。OPが求めている橋は50年以上前のものであるとは思わない。
わさび

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スチールも進歩しました。5〜10%の伸び率を持つ2つのGPA UTS熱処理鋳鋼がありますが、溶解および注入中に必要な真空またはアルゴンシュラウドのため、サブ1 GPaの代替品よりもかなり高価です。また、衝撃靭性とエネルギー吸収が劇的に改善されたTRIPおよびTWIP鋼(明らかに強度とは関係ありませんが)。TWIPは最大800 MPa、または最大100%の伸びです。はい、失敗する前に長さが2倍になります。また、熱処理と成形プロセスが複雑で複雑な化学的性質を持っているため、非常に高価です。
-wwarriner

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@CarlWitthoft:具体的な技術の進歩(またはその欠如)は、技術革新/発見よりも、市場の力と流通チャネルに関係していると主張します。ノルウェー人は、例えば鉄ではなくコンクリートで中空ステム掘削オーガーを製造しています。しかし、私の考えでは、既得産業の利益、すなわち地元の骨材供給業者、ポートランドセメント製造業者など、およびコストの懸念は、実際には商業採用の主な障害の一部です。
AsymLabs

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基本的なエンジニアリングコースに戻って、ビームの曲げモーメント図を見ると、ピンローラーサポートを使用してそれらを示すことがよくあります。回転のみを可能にする一方の端にピン留めされており、回転と水平移動を可能にする他方のローラー接続。これにより、ビームが静的に決定されます。

このブリッジが最初に建設されたとき、エラストマー/ゴム製のベアリングパッドと他のいくつかはオプションとして存在しませんでした。この設計は、設計に使用する数式をエミュレートするか、数式がこの配置で機能するようにします。したがって、このタイプの構成は適切です。これにより、数式を意図したとおりに使用し、デザインをシンプルに保ち、当時の技術を使用することができます。さらに、他のポストで述べたように、活荷重、死者の変動、または支保の撤去後のたるみの結果としてサポートで回転することができます(海岸建設を想定しています。キャスト後に桁が持ち上げられた場合、コンクリートに埋め込まれた鋼板は、スパンの測定や配置の不正確さを許容し、振動や地震によりビームがわずかに移動した場合のサポートも可能にします。

また、さまざまなタイプのベアリングにスチールガーダーを使用した同様の構成があります。靴や靴のプレートという用語が使われると思いますが、それは橋よりも建物の方が多いかもしれません。

余談に

「RAIL」ブリッジに関しては、AREMA向けに設計された北米の大部分は、シングルスパンブリッジでもマルチスパンブリッジでも、単純なスパンで構成されます。AREMAコースで、このルールを守っていない大多数が自分の街にある12本の鉄道橋の検査を終えたので、この声明はおかしいと感じました。高速道路の橋では、ライブ負荷が継続的に発生する傾向があり、その結果、これらの橋は静的に決定的ではありません。

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