Balónový přírubový nosník - Balloon flange girder - Wikipedia

Brunel mosty přes vstupní zámky do Cumberland Basin, Přístav v Bristolu.

A nosník příruby balónu nebo (hovorově) balónek natě je forma vertikální I-paprsek tepané železo deskový nosník, kde je horní příruba namísto jednoduché ploché desky prodloužena do duté trubky. Když je nosník vystaven kladnému ohybovému momentu, působí horní příruba v tlaku, čímž je plochá přírubová příruba náchylnější k lokálnímu vzpěru než příruba balónku.

Přežívající část Chepstow železniční most nosníku, teď na Brunel University, Uxbridge

Tento typ nosníku byl používán jen zřídka, jeho jediný běžný uživatel byl Isambard Kingdom Brunel ve 40. a 50. letech 18. století.

Design

Brunel pracoval v období zvýšené teoretické a matematické analýzy mostů a mechanických konstrukcí. Spolu s prací William Fairbairn, zejména ve vztahu k Stephenson je trubkové mosty jako Conwy, došlo k lepšímu pochopení toho, jak paprsky dovnitř komprese by selhal vzpěr.

Brunel byl známý svou nedůvěrou k litina jako materiál, alespoň pro velké paprsky.[1][2][i] Tato nedůvěra k litině byla obhájena, když jeho kamarád Stephenson získal dobrodružnou litinu Dee Bridge (1846) se zhroutil v roce 1847. Brunel poskytl důkazy o své podpoře při následujícím šetření, ale to bylo na základě toho, že Stephenson byl kompetentním inženýrem v mezích současných znalostí, spíše než na podporu velkých litinových nosníků.[1] Stephensonův most Dee použil příhradový nosník, kde byl nosník z litiny v obráceném tvaru T přivázán aplikovanými napínacími tyčemi z tepaného železa. Tato vadná konstrukce pomohla při poruše mostu, kde napětí v příhradových prutech zvýšilo kompresi v horní části nosníku tak, že prošla sloupové selhání. Navzdory tomu, i když s výhodou zpětného pohledu, Brunel použil podobné napínací řetězy krov design.[4]

Kolem 40. let 18. století se vývoj v kaluže na pečení snížil náklady na tepané železo a vylepšení válcovny povolila výrobu velkých plochých profilů. Tato žehlička byla nyní ekonomická pro stavbu nosníků, sestavených nýtováním plochých profilů.[5]

Rozvoj

Brunel již experimentoval s jednoduchými nosníky s žárovkovou hlavou z litiny, pro relativně krátké rozpětí 35 stop Biskupský most most u kanálu na Paddington. Měli napnutou spodní přírubu sekce T a na horním okraji větší kruhovou baňku,[ii] v kompresi.[7][8] Jak bylo jeho zvykem, Brunel v roce 1838 hydraulicky testoval pevnost vzorků těchto nosníků a výsledky zaznamenal do jedné ze svých knih „Facts“.[6]

Experimentální nosník

Aby vyvinul spolehlivý příhradový nosník pro mosty s dlouhým rozpětím, provedl Brunel pozoruhodný experiment s nosníkem plné velikosti.[9] To používalo jediný nosník z tepaného železa o délce 70 stop, který byl naložen až do bodu zhroucení, nejprve s nákladem 165 tun, poté po opravě na 188 tun.[10][iii] Brunel si byl vědom, že mechanismus pravděpodobného selhání tohoto nosníku byl hotový vzpěr zhroucení v horní přírubě, která by byla pod komprese síly. Aby tomu odolávalo, byla příruba podepřena trojúhelníkovými deskami a příruba byla také mírně zakřivená.[iv] Pokus byl velkým úspěchem, most nakonec selhal při značném zatížení a ve srovnání s předchozími návrhy představoval efektivní využití stavebních materiálů pro most této kapacity.[12]

Zleva:
• Experimentální nosník (Chepstow železniční most byl podobný)
• Jižní Wales železnice
• Východní bengálská železnice
• Cumberland Basin mosty
• Windsorský železniční most
Všechny nosníky jsou ve stejném měřítku, kromě krovu Windsor, který je poloviční velikosti.

Jižní Wales železnice

Brunel tento nosník brzy a široce rozšířil Jižní Wales železnice. Používal se na rozpětí až 100 stop, železo příhradové mosty být používán nad rámec toho.

Vylepšení válcování desek umožnila změnu tvaru nosníku. Spíše než jen mírně zakřivenou horní desku s trojúhelníkovými klíny bylo nyní možné rolovat půlkruhovou desku. To umožnilo použít plně rozvinutý tvar „balónu“, jako ve druhém ilustrovaném průřezu.[10] Horní pás nosníku byl půlkruhový a nýtovaný ke střední desce pomocí L-pásu. Boční vyztužení, také zakřivená, byla nýtována rovnoběžně s okraji této horní desky, spíše než jiným L-páskem, jak se původně používalo. Brunel (pravděpodobně správně) považoval profil hladkého balónu za efektivnější návrh, ovlivněný spíše jeho geometrickými přístupy k návrhu než Eatonovou matematickou analýzou. Praktičtější je, že paralelní břišní kloub ve srovnání s L-lištou snížil množství potřebného nýtování na polovinu.

O žádném z těchto mostů není známo, že přežily ve své balónové formě, ačkoli nosník z jednoho byl později znovu použit pro práce na rozšíření mostu (1861) přes Coity silnice blízko Bridgend a přežil tam.[13] Most Coity Road byl postaven před tímto datem, ale byl rozšířen, aby vyhovoval novému Llynvi Valley železnice. Jedna strana mostu byla posunuta ven, aby se do ní vešla nová vlečka a balónový nosník instalovaný na té straně. Předpokládá se, že tento nosník (zvláště když byl instalován po Brunelově smrti) byl dříve používán jinde na SWR,[13] ačkoli jeho původní datum a umístění nejsou známy.

Podobné nosníky byly použity k překročení Severn na Přes.[10][14]

Východní bengálská železnice

Další vývoj si zachoval půlkruhovou horní přírubu, ale boční klíny byly nyní zcela opuštěny, protože se mělo za to, že hloubka příruby, i když není podepřena jinou deskou, bude dostatečně tuhá. To také umožnilo lepší přístup dovnitř pro malování. Přes přírubu byly umístěny přerušované příčné membrány, aby se udržela její poloha vzhledem k hlavnímu pásu a zabránilo se zkreslení kýváním do strany.[10]

Forma nosníku byla široce používána v Brunelově práci pro Východní bengálská železnice.[10]

Cumberland Basin mosty

Cumberland Basin bridge girder, showing the upper and lower flanges

Když Brunel přestavěl vstupní zámky Cumberland Basin v Přístav v Bristolu V letech 1848–1849 zkonstruoval také „otočný most“ - první Brunelův pohyblivý most.[10] Jednalo se o konstrukci s otočným středem, ale byla vysoce asymetrická, přičemž vnější strana byla téměř třikrát delší než pevnina, vyvážená velkou litinou protiváha.[10]

Protože most byl určen pro lehkou vozovku a nemusel nést váhu železnice nebo vlaku, jeho nosníky byly lehké konstrukce, která zjednodušovala výrobu. Byla použita horní příruba s plným balónem, podobného tvaru jako železniční mosty v jižním Walesu, ale příruba seděla nad hlavním pásem nosníku a pás nepřesahoval přírubu a nesahal nahoru. Tato zjednodušená konstrukce, protože se vyhnula T-spoji, potřebným L-lištám a tedy několika řadám nýtování.[10]

Dolní příruba byla zcela nové formy, měla trojúhelníkový průřez, i když s konkávními stranami. Opět platí, že hlavní pás nepřesahoval přírubu. Všechny tři klouby byly nyní jednoduché břišní klouby s jednořadým nýtováním.[10]

Stejně jako řada raných Brunelových mostů byla i Brunelova spolupráce s nimi do značné míry zapomenuta a zaznamenána pouze v temných dílech.[15] V jednom okamžiku byli pod vážnou hrozbou demolice, dokud nebyl znovu uznán jejich historický význam. V roce 2014 bylo zahájeno odvolání ve výši 1 milion liber, aby se most obnovil.[16][17]

O několik let později byl postaven velmi podobný otočný most Dock Bridge [ru ] v Kronštadt, Rusko.[18]

Windsorský železniční most

Nosníky Windsorský železniční most

Windsorský železniční most (1849) je a svázaný oblouk nebo trámový most.[19] Rozpětí se skládá ze dvou nosníků, které tvoří vazník. Horní nosník je oblouk a nese váhu můstku.[20] Spodní nosník je z tohoto zavěšen svislými tyčemi a není nutné, aby unesl svou vlastní hmotnost. Hlavní funkcí dolního nosníku je fungovat jako kravata; toto působí proti postranním silám oblouku a vyhýbá se obvyklým bočním silám oblouku na jeho základech. Jelikož se jedná o železniční most, kde jsou zavěšené mosty mostu problémem kvůli kývání jejich paluby, má tento nosník také ztužující funkci.

Brunel použil pro oba nosníky formu nosníku s balónovou přírubou. Nosník horního oblouku využívá trojúhelníkovou formu raného experimentu s plochou horní deskou a vůbec bez svislé stojiny pod přírubou. Dolní nosník používá „otevřený“ tvar příruby, mírně zakřivený a bez styčníkových desek. Vzhledem k tomu, že spodní nosník nenese svou hmotnost, nepodléhá obvyklým vzpěrným silám.

Chepstow železniční most

Chepstow železniční most (1852) byl komplikovaný most, který poprvé použil Brunelův krov konstrukce pro výrobu visutého mostu se širokým nepřerušovaným rozpětím na vysoké úrovni nad přepravním kanálem. Západní břeh rokle byl mělký a bahnitý, takže polovinu celkového rozpětí mostu zajišťovaly tři 100 stopová rozpětí nosníkového mostu neseného na litinových válcových pilířích. Tyto nosníky (ilus) měly podobu a velikost velmi podobnou původnímu experimentálnímu nosníku.[21]

Pozemní nosníky byly nahrazeny v roce 1948 a hlavní krov se svými nosníky pod nimi v roce 1962.[22] Části nosníků dnes přežívají.

Crathie Bridge

Mřížka X a horní příruba Crathieho mostu

Crathie Bridge (1854–1857) je 125 stop jednoduché rozpětí přes Řeka Dee královské Balmoral majetek.[23][24][25][26] Most byl nejprve nakreslen formou Brunel krov odrážející jeho Most Royal Albert na Saltash.[27] Most, jak je konstruován, i když používal otevřený tvar horní příruby ve tvaru písmene C, jak se používá pro Východní bengálská železnice. Jelikož most sloužil pouze pro lehký silniční provoz, bylo také možné nahradit pevnou síť nosníku nad úrovní vozovky prolamovanou mřížkou, díky čemuž byl pohled z mostu pro jeho slavného obyvatele vizuálně atraktivnější. Navzdory tomu její Veličenstvo most „nebavilo“.[23][24]

Devizes 'Fish Bridge'

The čára 1857 až Devizes ve Wiltshire dolů Caen Hill byl přenesen po silnici neobvyklým vývojem příruby balónu a kombinoval ji s nosník čočkové desky.[28][29] Tento čočkovitý tvar rybího břicha dal své populární jméno „Rybí most“. Ze své práce na návrhu vazníku Brunel již znal výhody čočkovité formy.

Původní Fish Bridge byl nahrazen v roce 1901 s příhradový vazník.[30] Jméno zůstalo běžně používáno, a to i poté, co byla železnice během roku odstraněna Buková sekera.

Přežívající příklady

Dock Bridge, Kronštadt, Rusko

Viz také

Reference

  1. ^ Tento pohled byl v poslední době zpochybněn, vzhledem k velkému počtu litinových mostů, které Brunel navrhl.[3]
  2. ^ Žíhaná[6] popisuje je v průřezu o 40% větší, i když v lineárním rozměru je to o něco užší
  3. ^ Všimněte si, že stránkování se mezi vydáním 1870 z roku 1870 liší The Life of Isambard Kingdom Brunel, jak je reprodukováno v Knihách Google a ve faxovém vydání Cambridge,[11] a dvousté vydání STEAM z roku 2006.[10] S. 193 v originálu je nyní str. 146 v edici STEAM z roku 2006. Čísla stránek jsou uvedena pro dostupnější vydání z roku 2006.
  4. ^ Část tohoto prvního nosníku připomíná část z Chepstowa, která je nyní zachována na Brunel University. ilus.
  1. ^ A b Žíhaná, Steven (2005). Brunel: Muž, který postavil svět. Weidenfeld a Nicolson. 164–165. ISBN  0-297-84408-3.CS1 maint: ref = harv (odkaz)
  2. ^ Život IKB, str. 144–1452.
  3. ^ Brindle, Stephen; Tucker, Malcolm (6. září 2019). I.K. Brunelovy mosty z litiny. I.K. Brunelův otočný most Bristol: jeho místo v jeho kanceláři a jeho světě. Bristol: Institution of Structural Engineers.
  4. ^ Beckett (1984). Stephensonova Británie. David a Charles. str. 120–130. ISBN  0715382691.CS1 maint: ref = harv (odkaz)
  5. ^ Brindle (2005), s. 166–167.
  6. ^ A b Žíhaná, Steven. „Brunel's Paddington Bridge“. Paddington Waterways a společnost Maida Vale.
  7. ^ Brindle (2005), str. 166
  8. ^ „V obrazech: Brunelův skrytý most“. BBC News Channel. 3. března 2004.
  9. ^ Clark, Edwin (1850). „Experimenty s příčnou pevností nosníku z tepaného železa“. Trubkové mosty Britannia a Conway. Sv. I. Londýn: Den a syn. 437–441.CS1 maint: ref = harv (odkaz)
  10. ^ A b C d E F G h i j Isambard Brunel (2006) [1870]. The Life of Isambard Kingdom Brunel, Civil Engineer. STEAM / Nonsuch Publishing. s. 146–149. ISBN  1-84588-031-5.
  11. ^ Isambard Brunel (2011) [1870]. The Life of Isambard Kingdom Brunel, Civil Engineer. Cambridge University Press. 193–194. ISBN  978-1-108-02630-7.
  12. ^ Clark (1850), str. 441, Odpor trojúhelníkového článku se zakřiveným vrcholem proti vzpěru byl ve srovnání s buňkami jiné formy nejuspokojivější.
  13. ^ A b C Jones, II (2009), str. 133–134
  14. ^ A b Jones, Stephen K. (2009). Brunel v jižním Walesu. II: Komunikace a uhlí. Stroud: The History Press. p. 56. ISBN  9780752449128.
  15. ^ Buchanan, Angus; Williams, Michael (1982). Brunelův Bristol. Redcliffe Press. p. 31. ISBN  0905459393.
  16. ^ „Další Brunelův most v Bristolu může být opraven, jakmile bude zahájeno odvolání za 1 milion liber“. BBC News Online. 10. října 2014.
  17. ^ „Brunel's Other Bridge“.
  18. ^ Greenfield, David; et al. (Eugene Kobchikov) (6. září 2019). Brunelův otočný most: jeho odkaz, část 2 - Kronštadtský most. I.K. Brunelův otočný most Bristol: jeho místo v jeho kanceláři a jeho světě. Bristol: Instituce stavebních inženýrů.
  19. ^ Humber, William (1870). Kompletní pojednání o konstrukci mostu z litého a tepaného železa. Sv. I. London: Lockwood & Co. str. 245–246.CS1 maint: ref = harv (odkaz)
  20. ^ Život IKB, str. 150
  21. ^ Život IKB, str. 151–155
  22. ^ A b Jones, II (2009), str. 93, obrázek 12, 128–129, 246–247
  23. ^ A b Brindle (2005), str. 171
  24. ^ A b C „Royal Deeside: Brunel's Bridge at Crathie“. Royal Deeside.
  25. ^ „Crathie, Girderův most“. Skotská místa.
  26. ^ "Balmoral Bridge". Časové osy inženýrství.
  27. ^ „Brunel's Balmoral bridge skets go to display“. 30. března 2006.
  28. ^ „CH66: Fish Bridge - Devizes Branch Railway“. Geocaching.
  29. ^ Hyde, David; Priddle, Rod (1996). GWR do Devizes. Millstream Books. str. 74–75. ISBN  0948975431.CS1 maint: ref = harv (odkaz)
  30. ^ "Devizes a železnice". Devizes dědictví. Archivovány od originál dne 3. května 2014.
  31. ^ Malpass, Peter; Král, Andy (2009). Bristolský plovoucí přístav. Bristol: Redcliffe Press. str. 52, 54–55. ISBN  978-1-906593-28-5.CS1 maint: ref = harv (odkaz)
  32. ^ "Brunel Swing Bridge". Časové osy inženýrství.
  33. ^ Jones, II (2009), str. obrázek 12, 128–129
  34. ^ "Stoodleigh Bridge". Průvodce Grace.
  35. ^ „Peel Street Bridge“. Průvodce Grace.