Perché i ponti a traliccio sono così come sono?


17

Inserisci qui la descrizione dell'immagine

Solo facendo un giro in treno attraverso la mia città, posso vedere ovunque i ponti di travi come quello nella foto sopra. Esistono numerose varianti, ma il design più comune sembra essere questo. Ma perché sono costruiti appositamente in questo modo?

Riesco intuitivamente a capire perché un tale progetto probabilmente è forte, ma c'è qualche tipo di motivo approfondito? Sarei interessato a conoscere la risposta il più possibile dal punto di vista fisico. Googling non ha aiutato molto; Ho potuto trovare informazioni sulle diverse varianti e molti esempi, ma nessuno ha davvero trattato di cosa si tratti di questo design che lo rende così popolare.


Quantità di materiale richiesta cfr. La forza ha fornito anche l'abilità necessaria per la costruzione, quindi il tempo necessario per costruire sono tutti fattori ...
Solar Mike,

Prova a giocare a World of Goo e vedi come finisci per costruire cose (approssimativamente) come questa da solo!
Jasper,

Risposte:


25

Sembra una capriata di Pratt .

Queste capriate hanno diagonali che vanno dai nodi superiore-esterno a nodi interno-inferiore (cioè si collegano all'accordo superiore sul nodo più lontano dal centro dell'intervallo e all'accordo inferiore sul nodo più vicino al centro) . Questo design significa che le diagonali sono sotto tensione e le verticali sono sotto compressione.

Un altro disegno famoso è la capriata di Allan , che è esattamente l'opposto: le diagonali vanno dai nodi interni superiori ai nodi inferiori esterni, il che significa che le diagonali sono sotto compressione e le verticali sono sotto tensione.

La ragione per cui la capriata di Pratt è così comune nei ponti in acciaio è perché tende ad essere più economica. Questo perché l'acciaio funziona meglio sotto tensione che sotto compressione.

Sotto tensione, l'acciaio può teoricamente operare molto vicino alla sua tensione di snervamento. Sotto compressione, tuttavia, c'è il rischio di instabilità.

La deformazione è un comportamento degli elementi sottili sotto compressione per collassare efficacemente a carichi molto al di sotto del loro stress da cedimento (si pensi al classico esperimento "comprimere un righello da entrambe le estremità"). "Snello" qui significa travi che sono molto lunghe e con sezioni trasversali relativamente piccole (vedi la pagina del rapporto di snellezza di Wikipedia ). Le travi in ​​acciaio sono spesso sottili e quindi fibbia sotto compressione (invece di essere semplicemente schiacciato). Più lungo è l'elemento, minore è lo sforzo di instabilità e, pertanto, maggiore deve essere la sezione trasversale della trave per resistere all'instabilità.

Quindi, con la capriata di Pratt, le verticali sono sotto compressione e le diagonali sono sotto tensione. Come si può vedere chiaramente nell'immagine (o derivato dalla geometria), le diagonali sono più lunghe delle verticali. Pertanto, il carico di instabilità delle diagonali è inferiore rispetto alle verticali.

Quindi in una capriata Allan, le diagonali più lunghe avranno una sezione trasversale più grande e le verticali più corte avranno una sezione trasversale più piccola. *

Con una capriata Pratt, tuttavia, le diagonali più lunghe possono avere una sezione trasversale più piccola mentre le verticali avranno una sezione trasversale più grande. *

Quindi il vantaggio della capriata di Pratt è che il materiale tende ad essere usato in modo più efficiente: gli elementi più lunghi hanno una sezione trasversale il più piccola (e quindi leggera ed economica) possibile "sacrificando" gli elementi più corti. Questo funziona perché quegli elementi più corti richiedono un "upgrade" più piccolo per resistere alla deformazione rispetto a quelli più lunghi.

* Nota che quando dico sopra che, ad esempio, "le verticali avranno una sezione trasversale più grande", non intendo che la sezione trasversale delle verticali sarà più grande delle diagonali '. Intendo solo che sarà più grande che se la deformazione non fosse un problema.


Una delle truss funzionerà altrettanto bene se capovolta (spazio sotto il ponte permettendo)?
Bent

1
@Bent: se capovolgi letteralmente una capriata di Pratt, fondamentalmente finisci con una capriata di Allan e viceversa. Quindi una capriata di Pratt capovolta ha diagonali sotto compressione e verticali sotto tensione. Quindi tutto ciò che ho detto sopra è ancora valido in questo caso, solo il suo invertito.
Wasabi
Utilizzando il nostro sito, riconosci di aver letto e compreso le nostre Informativa sui cookie e Informativa sulla privacy.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.