Балочная балка с фланцем - Balloon flange girder

Мосты Брунеля через шлюзы входа в бассейн Камберленд , гавань Бристоля .

Шар фланец балки или (просторечии) шар ботвы является формой вертикальной двутавровой балки кованого железа пластины балки , где верхний фланец, вместо того , чтобы быть просто плоская пластина, продлен в полую трубку. Когда балка подвергается действию положительного изгибающего момента, верхний фланец действует на сжатие, делая плоский фланец более восприимчивым к локальному короблению, чем фланец баллона.

Сохранившаяся часть фермы железнодорожного моста Чепстоу , теперь в Университете Брюнеля , Аксбридж

Этот тип фермы использовался редко, его единственным частым пользователем был Isambard Kingdom Brunel в 1840-х и 1850-х годах.

Дизайн

Брюнель работал в период усиленного теоретического и математического анализа мостов и механических конструкций. Вместе с работой Уильям Фэйрберным , в частности , по отношению к Stephenson «s эстакад , такие как Конви , произошло увеличение понимания того , как лучи в сжатии потерпит неудачу при потере устойчивости .

Брюнель был известен своим недоверием к чугуну как к материалу, по крайней мере, для больших балок. Это недоверие к чугуну было оправдано, когда в 1847 году обрушился авантюрный чугунный мост Ди (1846) его друга Стефенсона . Брюнель дал показания в свою поддержку на следующем запросе, но это было основано на том, что Стивенсон был компетентным инженером в определенных пределах. современных знаний, а не в поддержку больших чугунных балок. 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 фермы, так что она претерпела столбчатое разрушение . Несмотря на это, хотя и имея преимущество ретроспективного взгляда, Брунель использовал бы аналогичные прикладываемые цепи натяжения для своей конструкции фермы .

Примерно в 1840-х годах разработка пудлинговых печей снизила стоимость кованого железа, а усовершенствования прокатных станов позволили производить большие плоские секции. Теперь это железо было экономичным для изготовления балок, собранных путем клепки плоских секций.

Разработка

Брюнель уже экспериментировал с простыми чугунными балками с балками для относительно короткого 35-футового пролета моста через канал Бишопс Бридж в Паддингтоне . У них был нижний фланец с Т-образным сечением при растяжении и большой круглый баллон на верхнем крае при сжатии. По своей привычке Брюнель провел гидравлические испытания образцов этих балок на прочность в 1838 году и записал результаты в одну из своих книг «Фактов».

Экспериментальная ферма

Чтобы разработать надежную ферменную балку для длиннопролетных мостов, Брюнель провел замечательный эксперимент с полноразмерной балкой. При этом использовалась единственная пластинчатая балка из кованого железа длиной 70 футов, которая была нагружена до точки обрушения, сначала грузом в 165 тонн, а затем, после ремонта, до 188 тонн. Брюнелю было известно, что вероятный механизм разрушения этой балки был вызван изгибом и обрушением верхнего фланца, на который будут действовать силы сжатия . Чтобы противостоять этому, фланец поддерживался треугольными пластинами, и фланец также был слегка изогнут. Эксперимент увенчался большим успехом, 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.

Слева:
• Экспериментальная балка ( аналогичный железнодорожный мост Чепстоу )
• Железная дорога Южного Уэльса
• Железная дорога Восточной Бенгалии
• Мосты бассейна Камберленд
• Железнодорожный мост Виндзор
Все балки имеют одинаковый масштаб, за исключением фермы Виндзор, которая вдвое меньше.

Южный Уэльс железная дорога

Брюнель рано и широко использовал эту балку на своей железной дороге в Южном Уэльсе . Он использовался для пролетов до 100 футов, а также мостов с железными фермами .

Улучшения 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. Верхняя стенка фермы 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 это было изначально. Брюнель (вероятно, правильно) считал гладкий профиль воздушного шара более эффективной конструкцией, на которую 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.

Известно, что ни один из этих мостов не сохранился в форме воздушного шара, хотя балка с одного из них позже была повторно использована для работ по расширению моста (1861 г.) через дорогу Коити возле Бридженда и там сохранилась. Мост Coity Road был построен до этой даты, но был расширен для размещения новой железной дороги Llynvi Valley . Одна сторона моста была сдвинута наружу для установки нового сайдинга и баллонной балки с этой стороны. Считается, что эта балка (тем более, что она была установлена ​​после смерти Брунеля) ранее использовалась где-то еще на SWR , хотя ее первоначальная дата и местоположение неизвестны.

Подобные балки использовались для перехода через Северн в Овер .

Восточная Бенгалия Железная дорога

Следующая разработка сохранила полукруглый верхний фланец, но теперь от боковых косынок отказались совсем, 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.

Форма балки широко использовалась в работах Брунеля для Восточно-Бенгальской железной дороги .

Мосты бассейна Камберленд

Балка моста в бассейне реки Камберленд с изображением верхней и нижней полки

Когда Брюнель восстановил входные шлюзы бассейна Камберленд в Бристольской гавани между 1848–1849 годами, он также построил «поворотный мост» - первый подвижный мост Брюнеля. 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 противовесом .

Поскольку мост предназначался для легкой проезжей части и не должен был нести 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 фланец располагался над основной стенкой балки, и 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.

Нижний фланец имел совершенно новую форму, имел треугольное сечение, хотя и с вогнутыми сторонами. И снова основная стенка не перекрывала фланец. Все три соединения теперь были простыми соединениями внахлест с однорядной клепкой.

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

Очень похожий поворотный мост был построен несколько лет спустя под названием Dock Bridge  [ ru ] в Кронштадте , Россия.

Виндзорский железнодорожный мост

Балки Виндзорского железнодорожного моста

Виндзорский железнодорожный мост (1849 г.) - арочный или тетивно-балочный мост. Пролет состоит из двух балок, образующих ферму. Верхняя балка представляет собой арку и несет на себе вес моста. Нижняя балка подвешена 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 полочной коробкой. 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 использовалась конструкция фермы Брунеля для создания подвесного моста с широким непрерывным пролетом на высоком уровне над судоходным каналом. Западный берег ущелья был мелким и илистым, поэтому половину всего пролета моста составляли три 100-футовых пролета балочного моста, несущихся на чугунных цилиндрических опорах. Эти балки ( иллюстрации ) имели форму и размер, очень похожие на исходную экспериментальную балку.

Направляющие к суше балки были заменены в 1948 году, а основная ферма с балками под ней - в 1962 году. Части балок сохранились до наших дней.

Crathie Bridge

Х-образная решетка и верхний фланец моста Крати

Мост Крати (1854–1857 гг.) Представляет собой однопролетный пролет длиной 125 футов через реку Ди до королевского поместья Балморал . Первоначально мост был нарисован по форме фермы Брунеля, перекликающейся с его Королевским мостом Альберта в Салташе . Мост в том виде, в котором он был построен, хотя использовал С-образную открытую форму верхнего фланца, как это используется для Восточной Бенгалии . 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».

Девизес 'Рыбный мост'

Линия 1857 через Девизес в Уилтшир вниз Кан Хилл была перенесена на дорогу с необычным развитием баллонного фланца, сочетая его с линзообразной пластиной балкой . Эта чечевицеобразная форма живота дала свое популярное название «Рыбный мост». Работая над дизайном фермы, Брюнель уже был знаком с преимуществами линзообразной формы.

Оригинальный Рыбный мост был заменен в 1901 году на ферму-тетиву . Название осталось в общеупотребительном даже после того, как железная дорога была удалена во время Букинг-топора .

Сохранившиеся примеры

Док-Бридж, Кронштадт , Россия

Смотрите также

Рекомендации