Коробки или трубчатая балка представляет собой балку , которая образует закрытую трубку с несколькими стенками, в отличие от I - или H -beam . Первоначально построенные из клепанного кованого железа , теперь они изготавливаются из катаной или сварной стали, алюминиевых профилей или предварительно напряженного бетона .
По сравнению с I -beam , преимущество коробки балки является то , что она лучше сопротивляется кручением . Имея несколько вертикальных перемычек, он также может нести большую нагрузку, чем двутавровая балка одинаковой высоты (хотя при этом будет использоваться больше материала, чем при более высокой двутавровой балке такой же грузоподъемности).
Различие в именах коробчатой балки и трубчатой балки неточно. Обычно используется термин коробчатая балка, особенно если она имеет прямоугольное сечение. Если балка несет свое «содержимое» внутри коробки, например, мост Британия , ее называют трубчатой балкой. Трубчатая балка 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 называется ячеистой балкой.
Развитие [ править ]
Теоретическая основа коробчатой балки была в значительной степени результатом работы инженера сэра Уильяма Фэйрберна с помощью математика Итона Ходжкинсона около 1830 года. Они стремились спроектировать максимально эффективную балку из нового материала - склепанных пластин из кованого железа .
Сотовая конструкция [ править ]
Большинство балок подвергаются статической нагрузке, так что одна стенка находится в сжатии, а другая - в растяжении. Оригинальные краны Fairbairn использовали ячеистую конструкцию для поверхности сжатия стрелы, чтобы противостоять изгибу. Эта стрела была изогнутой, сужающейся и состояла из клепаных пластин из кованого железа. Внутри вогнутой (нижней) грани этой балки образовались три ячейки, опять же из приклепанных пластин. [1]
Если 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 размера 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 пространственным каркасом или геодезической конструкцией ), поскольку ячейки не разделяют нагрузки от всей балки, а просто действуют для изолирования одной пластины. Проектирование таких сложных интегрированных структур требует методов математического моделирования, предшествовавших Фэйрберну.
В мостах [ править ]
.jpg/440px-Third_Mandovi_bridge_(38700203495).jpg)
.jpg){kind=link}
Теоретическая ферма Fairbairn появилась как раз в самый подходящий момент для растущего спроса на длинные железнодорожные мосты. Роберт Стефенсон нанял его и Ходжкинсона в качестве консультантов для оказания помощи с его мостами Британия и Конви , оба из которых содержали железнодорожные пути внутри большой трубчатой балки. Вскоре после этого Брюнель также решил использовать пару круглых балок малого диаметра как часть более крупной фермы в Чепстоу . Однако, хотя многие из самых длиннопролетных железнодорожных мостов, использовавшихся в 1860-х годах, использовали трубчатые или коробчатые балки [3], Бенджамин Бейкер в своих длиннопролетных железнодорожных мостахуже отклонил «коробчатую балку с перемычками» как «самый неблагоприятный тип для длиннопролетных железнодорожных мостов, который нам необходимо будет изучить». [4] Мост через залив Коронадо имеет самую высокую коробчатую балку.
Мосты коробчатого типа с неглубоким прямоугольным поперечным сечением и характеристиками аэродинамического профиля стали широко использоваться в автомобильных мостах с 1960-х годов, таких как мост Северн , поскольку они намного легче, чем более глубокая балочная конструкция ферменного типа, используемая на предыдущих мостах, таких как мост Золотые Ворота .
Проблемы безопасности на мостах с коробчатыми балками [ править ]
В начале 1970-х годов во время строительства обрушилось несколько 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 стимулировали развитие анализа методом конечных элементов в гражданском строительстве .
См. Также [ править ]
- Полый структурный профиль
- Конструкционная сталь
Мосты [ править ]
- Трубчатые мосты
- Британский мост
- Железнодорожный мост Конуи
- Мосты с коробчатыми балками
- Севернский мост
- Мост Кледдау
- Мост Западных ворот
- Кобленц мост
- Gateway Bridge , Брисбен , Квинсленд , Австралия
Ссылки [ править ]
- ^ Fairbairn, Уильям (1856). Полезная информация для инженеров . Лондон: Лонгманс. п. 283 .
котел Fairbairn.
- ^ a b Fairbairn, Уильям (1849). Отчет о строительстве трубчатых мостов Британия и Конвей . Лондон: Джон Уил.
- ^ Уильям Хамбер (1870). Комплексный трактат по строительству 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: EF Spon. п. 8 .
