¿Por qué se usaría una placa de cojinete que concentra aún más la carga en una superficie pequeña?

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Aquí hay una foto de una placa de apoyo donde un puente de viga de hormigón reforzado se encuentra con el relleno de tierra.

El tramo del puente es de unos 20 metros de largo y consta de dos vigas de hormigón armado, cada una de las cuales se apoya en dos placas de apoyo como la que se muestra: una placa para cada extremo de cada viga, con un total de cuatro placas. El puente tiene una vía férrea diseñada para 25 toneladas por vagones de eje. La placa de apoyo está hecha de hierro fundido (o quizás de acero) y consta de dos piezas grandes unidas a través de una bisagra.

25 toneladas por vagones de eje significa que el puente soporta algo así como varios cientos de toneladas cuando pasa un tren, lo que podemos asumir que causa al menos cien toneladas por placa de cojinete que se muestra. Sí, acabo de ignorar el peso del puente.

No solo las superficies superior e inferior de la placa son bastante pequeñas, sino que la placa concentra más la carga aceptada y la transfiere a la bisagra a través de una superficie aún más pequeña. Básicamente esta bisagra bastante pequeña solo acepta más de cien toneladas. Y esto está diseñado a propósito.

¿Por qué la carga se concentra deliberadamente en lugar de distribuirse o al menos se transfiere a través de alguna parte con una sección uniforme?

— sharptooth
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Porque los puentes y otras estructuras no son objetos estáticos. Se les debe permitir flexionar bajo diferentes cargas y también adaptarse a los cambios en la longitud de la expansión térmica. El pasador de la bisagra permite cambios en el ángulo. y la junta deslizante entre la placa de la bisagra superior y la placa plana en la parte inferior de la viga permite cambios en la longitud.

Si las conexiones fueran rígidas, estas fuerzas podrían destruir la estructura con el tiempo.

— Dave Tweed
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¿Es esto para los casos en que el puente se dobla hacia abajo debido al paso de una carga pesada?

— sharptooth

@sharptooth Sí. Y cualquier otro movimiento. Por lo general, en el otro extremo del puente, habrá algún tipo de disposición de placa deslizante.

— Dave huh

@sharptooth Es posible en algunos puentes más antiguos con algo llamado rodamiento de balancines, que durante suficientes ciclos de expansión y contracción o flexión junto con un poco de congelamiento debido a la temperatura o la corrosión, los balancines "salgan" de sus cojinetes de rodamiento, o terminarán listando / inclinando tanto que se vuelven inestables. Inspeccioné un puente una vez que sacaron su almohadilla de balancín del rodamiento y estaba sentado en el suelo a 6 'de distancia. Al principio no sabía qué era cuando lo recogí, luego miré el cojinete y vi que se había caído y no estaba funcionando como estaba previsto.

— Forward Ed

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La razón es bastante simple. El acero es significativamente más fuerte que el concreto.

Hoy en día tenemos concretos de alto rendimiento con $ f_c & gt; 100 ~ \ text {MPa} $ (y rendimiento ultraalto, que es sustancialmente mayor), pero la mayoría de las estructuras comunes no usan concreto de alta resistencia. Este puente parece relativamente intemperizado, por lo que el concreto probablemente se encuentre a lo sumo $ f_c & gt; 40 ~ \ text {MPa} $ (probablemente incluso menos).

El acero, por otro lado, hoy en día tiene al menos $ f_y & gt; 250 ~ \ text {MPa} $, a menudo incluso más. No creo que la resistencia del acero haya evolucionado tan rápido como el concreto (corríjame si me equivoco), por lo que el acero utilizado en ese puente probablemente sea igual a este.

El acero en ese puente es, por lo tanto, unas 7-8 veces más fuerte que el concreto. Por lo tanto, sea cual sea el área que el concreto requiera para transferir la carga al acero de manera segura (a través de las placas), el acero realmente necesita mucho menos, por lo que puede reducir sus propias dimensiones de manera segura. El pandeo es controlado por el refuerzo alrededor de la bisagra.

En cuanto a por qué se usa una bisagra, eso tiene que ver con cómo se diseñó el puente, como se describe en la respuesta de @DaveTweed.

— Wasabi
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El progreso en la resistencia del concreto es sorprendentemente no monótono: la investigación de los últimos 20 o 30 años ha revelado que el concreto romano de BCE es increíblemente fuerte, aparentemente debido a la mezcla de ceniza volcánica con el material.

— Carl Witthoft

@CarlWitthoft: Sí, pero argumentaría (sin ninguna fuente) que una vez que el concreto se redescubrió después de la Edad Media y la Oscuridad, y especialmente después de la revolución científica, su fuerza ha aumentado monótonamente (pero ciertamente no es una tasa constante). Dudo que el puente que el OP está preguntando tenga más de 50 años.

— Wasabi

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El acero también ha progresado. Hay 2 aceros fundidos con tratamiento térmico UTS GPA con un 5-10% de alargamiento, aunque son mucho más costosos que las alternativas sub 1 GPa, debido al vacío requerido o la cubierta de argón durante la fusión y el vertido. También los aceros TRIP y TWIP con una resistencia al impacto y una absorción de energía dramáticamente mejoradas (aunque hay que admitir que eso no tiene mucho que ver con la resistencia). TWIP es de hasta 800 MPa, o hasta 100% de alargamiento. Sí, doblando en longitud antes del fallo. También es bastante caro debido a un complejo tratamiento térmico combinado y un proceso de formación con una química compacta.

— starrise

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@CarlWitthoft: Yo diría que el progreso (o la falta de él) de la tecnología concreta tiene más que ver con las fuerzas del mercado y los canales de distribución que con la innovación / descubrimiento técnico. Los noruegos han producido taladros de perforación de vástago hueco con concreto en lugar de acero, por ejemplo. Pero los intereses creados de la industria, es decir, los proveedores locales de agregados, los fabricantes de cemento Portland, etc., y las preocupaciones de costos son, de hecho, algunos de los principales obstáculos para la adopción comercial, en mi opinión.

— AsymLabs

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Si regresa a sus cursos básicos de ingeniería y observa los diagramas de momento de flexión de las vigas, muy a menudo se ilustrarán con soportes de rodillos. Fijado en 1 extremo solo permitiendo la rotación, y la conexión del rodillo en el otro permitiendo la rotación y la traslación horizontal. Esto hace que el haz sea estáticamente determinante.

Cuando este puente se construyó originalmente, las almohadillas de cojinetes de goma / elastómero y algunas otras no existían como opción. Este diseño emula nuestras fórmulas que utilizamos para el diseño, o más bien las fórmulas funcionan con este arreglo. Así que este tipo de configuración es buena. Nos permite utilizar nuestras fórmulas según lo previsto, mantiene el diseño simple y utiliza la tecnología de la época. Además, como se mencionó en otros postes, permite la rotación en el soporte como resultado de la carga viva, las variaciones en el punto muerto o el hundimiento después de la remoción del apuntalamiento (construcción supuestamente apuntalada). la placa de acero incrustada en el concreto permite algunas inexactitudes en la medición del tramo e incluso la colocación. También permite soporte si el rayo se desplaza ligeramente debido a la vibración o el terremoto.

Tenga en cuenta que también verá una configuración similar con vigas de acero en varios tipos de rodamientos. Creo que el término zapato o placa de zapato se usará, aunque eso puede ser más para edificios que puentes.

En un lado

Cuando se trata de puentes "RAIL", la gran mayoría en Norteamérica diseñada para AREMA constará de tramos simples, ya sean puentes de un solo tramo o de varios tramos. Esta declaración me pareció graciosa mientras estaba en mi curso de AREMA ya que acabo de inspeccionar una docena de puentes ferroviarios en mi ciudad y la gran mayoría no sigue esta regla. En los puentes de carreteras, tenderá a ver la carga continua y estos puentes como resultado, estos puentes no son estáticamente determinantes.

— Forward Ed
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