Documento de diseño de puente de luz pequeña
1. Puente de Vigas
Un puente de vigas es un puente con vigas principales curvas como principales componentes portantes.
Según el diagrama estático de la viga principal, los puentes de vigas se pueden dividir en tres tipos: puentes de vigas simplemente apoyados, puentes de vigas continuas y puentes de vigas estabilizadoras.
Los dos primeros tipos de puentes de vigas no son infrecuentes desde la antigüedad hasta la actualidad. En la actualidad, el tramo principal del puente de armadura de acero más grande del mundo ha alcanzado los 549 m. El puente de vigas en voladizo con el que la gente no está familiarizada figura en la página 92 del libro de texto experimental estándar de la escuela secundaria "Física I (Obligatoria)". " publicado por Shandong Science and Technology Press. La introducción gráfica lo deja claro de un vistazo, por lo que no entraré en detalles aquí (este libro de texto es uno de los muchos libros de texto nuevos en los estándares curriculares, en lo sucesivo denominado "Shan Keben ").
Los materiales de diferentes durezas tienen sus propios usos. El hormigón es duro pero carece de elasticidad y se rompe fácilmente cuando se somete a tensión, mientras que las barras de acero resisten la tensión, por lo que se utilizan barras de acero para reforzar la parte que soporta la tensión del tablero del puente prefabricado de hormigón. Las barras de acero colocadas correctamente pueden fortalecer un puente. Como se muestra en la Figura 1, la posición correcta del refuerzo del puente es ().
Análisis Cuando un objeto presiona el puente, la superficie superior del tablero del puente dentro del pilar está bajo presión y la superficie inferior está bajo tensión. La superficie superior del tablero del puente fuera de los pilares soporta tensión y la superficie inferior soporta presión. Para someter las barras de acero a tensión, las barras de acero deben colocarse como se muestra en la Figura 1 (a).
La clave de la revisión es entender si varias partes del puente están en compresión o tensión.
Problemas similares también se explican en la página 68 de Shankben.
En segundo lugar, puente en arco
Un puente en arco es un puente con un arco (llamado anillo de arco principal) que soporta presión axial como principal componente de carga. Muchos puentes de arco con estructuras exquisitas fueron construidos por hábiles artesanos en la antigua China, como el puente Zhaozhou, que es un clásico de los primeros puentes de arco. El capítulo 87 de Shan Keben tiene una introducción con imágenes y texto que describe brevemente los principios de la mecánica. Actualmente, el puente de arco de acero más grande del mundo es el puente Lupu en Shanghai, con una luz principal de 550 metros. Se han construido otros puentes de arco de gran luz, incluido el puente del río Wanzhou Yangtze en Chongqing (un puente de arco de hormigón con una. tramo principal de 420 m) y el puente de arco de piedra del río Fenghuang Wuchao en Hunan, con un tramo principal de 120 m.
La finalización del tren ligero "Pearl Line" ha aliviado la congestión del tráfico en el área de Xujiahui . Dibuje el diagrama de tensiones de la viga arqueada en el punto A en la Figura 2. Las ventajas de este puente en arco son.
De acuerdo con el principio de descomposición de fuerzas, la dirección de la fuerza de la viga del arco en el punto a debe ser tangencial (como lo muestra la flecha en la Figura 2). Su ventaja es que la fuerza sobre el cuerpo de la viga se transmite tangencialmente y finalmente se transmite a la pila del puente, mientras se forma un espacio de luz más grande.
Este comentario es una de las preguntas para las Admisiones de Primavera de Shanghai 2002. Técnicamente, este tipo de puente en arco con un tablero debajo de las nervaduras del arco es un puente en arco que soporta hacia abajo. Dado que los dos pies del arco están conectados por un tirante horizontal longitudinal llamado tirante en el pie del arco (no se muestra en la Figura 2, su función es reducir el empuje horizontal de las nervaduras del arco en la pila del puente), por lo que la parte inferior- El puente de arco de soporte también se llama puente de arco atado.
Tercer puente atirantado
En la Figura 3 se muestra un diagrama esquemático típico, que consta de una viga principal, un cable de acero que tensa diagonalmente la viga principal y un cable. Torre que soporta el cable de acero. Los tirantes de un puente atirantado se tensan en línea recta, formando una estructura triangular estable con la torre y el tablero del puente (viga principal en comparación con un puente de vigas continuas de varios pilares, el (par) atirantado); Los cables son puntos de apoyo (elásticos) en lugar de pilares de puente, por lo que el rendimiento de la viga principal es similar al de una viga continua apoyada sobre apoyos elásticos, y su rigidez es mayor que la de un puente colgante, mientras que la luz de la viga principal generalmente está entre el de un puente de vigas y un puente colgante.
En la actualidad, el tramo principal del puente atirantado más grande del mundo es de 890 m. Los puentes atirantados con estructura de acero y estructura híbrida de mi país incluyen el Segundo Puente del Río Yangtze de Nanjing (tramo principal de 628 m). , Puente Shanghai Yangpu (tramo principal 602 m), Puente Shanghai Xupu (tramo principal 590 m). Los puentes atirantados con estructura de hormigón pretensado incluyen el segundo puente sobre el río Yangtze de Chongqing (tramo principal de 444 m), el segundo puente sobre el río Yangtze de Tongling (tramo principal de 432 m), el puente Yunyang Hanjiang (tramo principal de 414 m) y el puente sobre el río Wuhan Yangtze (tramo principal de 400 m). Los puentes atirantados son los puentes más utilizados en los últimos años.
El ejemplo 3 se muestra en la Figura 4. Cuando el puente colgante uniforme con gravedad G está en posición horizontal, el tablero del puente forma tres cables de acero paralelos.
30. La distancia entre dos puntos es AB = BC = CD = DO. Si la fuerza sobre cada cable de acero es la misma, la fuerza sobre cada cable de acero es ().
Si se toma el punto cero como eje de rotación (asumiendo que la tensión de cada cable es F), la relación de equilibrio de momento se puede expresar de la siguiente manera
La solución es f = 2/3g, así que elige la opción d.
Comentarios: Comparada con la Figura 3, la Figura 4 equivale a una parte de un lado de la torre del puente atirantado.
Los puentes atirantados reales son muy complejos. Lo que pasa es que existen diversas formas de distribución de cables, como cables de una o dos caras, cables densos o pocos cables, cables paralelos o radiales, etc. Por lo tanto, el cálculo de la fuerza de los tirantes en el diseño debe procesarse mediante una computadora grande después de considerar múltiples factores. El control y ajuste de la fuerza del cable durante la construcción también son extremadamente precisos. Este problema es solo el modelo más simplificado (este problema es el Concurso Nacional de Mecánica para Estudiantes de Secundaria).
Cuarto, puente colgante
Es un puente con cables de acero o cables de cadena (ambos llamados cables principales) que soportan la fuerza de tracción como principales componentes portantes. Consta de cables principales, torres de puente, anclas, eslingas (o tirantes), tablero de puente y otras partes. El diagrama esquemático básico se muestra en la Figura 5. El cable principal soporta principalmente la fuerza de tracción y generalmente está hecho de acero con alta resistencia a la tracción. Puede aprovechar al máximo la resistencia del material y tiene las características de ahorro de materiales y peso ligero. Por lo tanto, tiene la mayor capacidad de tramo entre todos. tipos de puentes (los vanos pueden alcanzar más de 1000 m). La principal desventaja de los puentes colgantes es su baja rigidez.
En octubre de 1999, el primer puente colgante extragrande de China, con una luz de más de 1.000 metros, se abrió oficialmente al tráfico en Jiangyin. El tramo principal del puente es de 1385 m, la longitud total del puente es de 3071 m, la altura de navegación debajo del puente es de 50 m y la altura de las torres del puente en ambos lados es de 196 m. Dos cables principales que atraviesan las orillas norte y sur del río Yangtze están enrollados alrededor de las monturas en la parte superior del puente y fijados mediante anclajes norte y sur. De estos dos cables principales pende el peso de 48.000 toneladas de todo el tablero del puente y de los cables principales. Para facilitar el cálculo, la estructura general se puede simplificar como se muestra en la Figura 6. La tensión de cada cable principal es aproximadamente ().
24.000 toneladas
c. 65438 200.000 toneladas D. 24.000 toneladas
Analice el puente de la Figura 6 para soportar la carga de todo el tablero del puente y los cables principales. La gravedad total y la fuerza de tracción de las cuatro secciones de cable. La resultante de estas fuerzas es cero y el puente está en equilibrio estático. Estas fuerzas pueden ser equivalentes a un sistema de fuerzas *punto plano. Suponga que su línea de extensión se cruza en el punto O y su diagrama de tensiones se muestra en la Figura 7. Suponiendo que la gravedad total es G (4,8 × 108 N) y la fuerza de tracción de cada sección del cable de acero de cuatro secciones es F, la relación es similar a un triángulo.
La solución es f = 5,8× 108n. Entonces elige la opción b.
Comentarios Los cálculos reales para puentes colgantes son muy complejos. Si se simplifica este problema, los estudiantes pueden hacer una estimación basándose en sus conocimientos de física de la escuela secundaria.