Kafes köprüler neden oldukları gibi?


17

Resim açıklamasını buraya girin

Sadece kendi şehrimde bir tren yolculuğu yaparak her yerde yukarıdaki resimde olduğu gibi makas köprüler görebiliyorum. Çok sayıda varyasyon var, ancak en yaygın tasarım bu gibi görünüyor. Ama neden özellikle bu şekilde inşa ediliyorlar?

Böyle bir tasarımın neden güçlü olduğunu sezgisel olarak anlayabiliyorum, ancak herhangi bir derinlemesine neden var mı? Cevabı olabildiğince fizik tarafından bilmek istiyorum. Google'da fazla yardımcı olmadı; Farklı varyasyonlar ve birçok örnek hakkında bilgi bulabilirdim, ancak hiçbiri bu tasarımla ilgili olanı özellikle bu kadar popüler yapan şeyleri kapsamıyordu.


Gerekli malzeme miktarı Bkz. Mukavemet inşaat için gerekli beceri de sağlandı, o zaman inşa etmek için gerekli zaman tüm faktörler ...
Solar Mike

Bir World of Goo oynamayı deneyin ve bunun gibi şeyleri (kabaca) nasıl oluşturduğunuzu görün!
Jasper

Yanıtlar:


25

Bu bir Pratt makasına benziyor .

Bu kafes kirişler, dış-üst düğümlerden iç-alt düğümlere giden diyagonallere sahiptir (yani, düğümün ortasından en uzaktaki düğümde üst akorla ve merkeze en yakın düğümdeki alt akorla bağlanırlar) . Bu tasarım, köşegenlerin gerilim altında ve düşeylerin basınç altında olduğu anlamına gelir.

Bir başka ünlü tasarım, tam tersi olan Allan kafesidir : köşegenler iç-üst düğümlerden dış-alt düğümlere gider, bu da köşegenlerin sıkıştırıldığı ve dikeylerin gergin olduğu anlamına gelir.

Pratt makasının çelik köprülerde bu kadar yaygın olmasının nedeni, daha ekonomik olma eğiliminde olmasıdır. Bunun nedeni çeliğin gerilme altında sıkıştırma altında olduğundan daha iyi çalışmasıdır.

Gerilim altında, çelik teorik olarak verim stresine çok yakın çalışabilir. Bununla birlikte, sıkıştırma altında burkulma riski vardır.

Bükülme, verim stresinin çok altındaki yüklerde etkili bir şekilde çökmek için sıkıştırma altındaki ince elemanların bir davranışıdır (klasik "bir cetveli her iki uçtan sıkıştır" deneyi düşünün). Buradaki "ince", çok uzun ve nispeten küçük kesitlere sahip kirişler anlamına gelir ( Wikipedia'nın incelik oranı sayfasına bakınız ). Çelik kirişler genellikle incedir ve bu nedenle sıkıştırma altında tokalanır (sadece ezilmenin aksine). Eleman ne kadar uzun olursa, burkulma stresi o kadar küçük olur ve bu nedenle kirişin enine kesiti burkulmaya karşı daha büyük olmalıdır.

Böylece, Pratt kafes kiriş ile, düşeyler baskı altında ve köşegenler gerilim altındadır. Görüntüde açıkça görülebileceği gibi (veya geometriden türetilmiş), köşegenler dikeylerden daha uzundur. Bu nedenle, köşegenlerin 'burkulma yükü dikeylerden daha küçüktür'.

Bu yüzden bir Allan kafes kirişinde, daha uzun köşegenler daha büyük bir kesite ve daha kısa dikey kesimler daha küçük bir kesite sahip olacaktır. *

Bununla birlikte, bir Pratt kafes kiriş ile, daha uzun çaprazlar daha küçük bir kesite sahipken, dikeyler daha büyük bir kesite sahip olacaktır. *

Dolayısıyla Pratt kafes kirişin avantajı, malzemenin daha verimli kullanılma eğiliminde olmasıdır: daha uzun elemanlar, daha kısa elemanların "feda edilmesiyle" mümkün olduğunca küçük (ve dolayısıyla hafif ve ucuz) bir kesite sahiptir. Bu, daha kısa elemanların burkulmaya karşı daha uzun olanlardan daha küçük bir "yükseltme" gerektirdiği için çalışır.

* Yukarıda dediğimde, örneğin, "dikeyler daha büyük bir kesite sahip olacaktır", dikey 'kesitinin köşegenlerden daha büyük olacağı anlamına gelmez. Yani sadece burkulmanın bir sorun olmadığı durumdan daha büyük olacağı anlamına geliyor.


Kafes tasarımı, baş aşağı çevrildiğinde de iyi çalışır mı (köprünün altındaki boşluk izin verir)?
Bent

1
@Bent: Tam anlamıyla bir Pratt makasını ters çevirirseniz, temelde bir Allan makasına sahip olursunuz ve bunun tersi de geçerlidir. Bu yüzden baş aşağı bir Pratt makasının sıkıştırma altında köşegenleri ve gerginlikte dikeyleri vardır. Yani yukarıda söylediğim her şey bu durumda hala geçerlidir, sadece ters çevrilmiştir.
Wasabi
Sitemizi kullandığınızda şunları okuyup anladığınızı kabul etmiş olursunuz: Çerez Politikası ve Gizlilik Politikası.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.