В строительной инженерии и строительстве рым-стержень представляет собой прямой стержень, обычно из металла , с отверстием («ушком») на каждом конце для крепления к другим компонентам. Рым-стержни используются в таких конструкциях, как мосты , в условиях, в которых применяется только растяжение , а не сжатие . Также называется «конструкцией штифта и рым-стержня» в случаях, когда используются штифты. [1]
Закрытый стержень с проушиной обычно имеет прямоугольное поперечное сечение постоянной толщины по всей длине и постоянную ширину для всех, кроме концов. Концы переходят в более широкую часть, которая заканчивается закругленным концом. В центре этого конца будет отверстие, в которое будет вставляться цилиндрический штифт, который может иметь приспособление для установки одной или нескольких гаек или болтов . Если стержень имеет круглое поперечное сечение, то обычно его конец будет прокован, чтобы создать головку, которая затем сплющивается дополнительной ковкой. Затем головка может быть обработана до точной толщины и плоскостности. Альтернативный метод использования круглого стержня — сформировать петлю и приварить кузнечной сваркой (молотковой сваркой) или электросваркой свободный конец к основному стержню. [2]
Открытые проушины не используются в креплениях тросов современных подвесных мостов с тросами. Это не позволяет протягивать тросы через проушину, а требует продевания их через закрытую проушину.
Стержни могут быть изготовлены с отверстиями для штифтов, которые немного меньше по размеру. В таком случае их затем рассверливают в полевых условиях. Такое рассверливание в полевых условиях гарантирует равномерное распределение напряжений между несколькими стержнями, образующими элемент фермы или звено цепи. Антикоррозионная обработка в виде смазки, белой или свинцовой суриковой масляной пасты или другого водонепроницаемого материала может быть добавлена во время сборки.
Проушины используются в частях ферм с шарнирным соединением , где инженерными процедурами может быть установлено, что стержень не будет подвергаться никакому напряжению, кроме натяжения при всех ожидаемых условиях. Проушины используются для дополнения опор каркаса фермы крыши, сделанных из дерева или металла. Они размещаются в качестве распорок для фермы, расположенных рядом с главной балкой.
Связи с проушиной долгое время использовались в подвесных мостах , когда несколько звеньев проушины были сложены вместе, чтобы сформировать высокоизбыточную структуру. Такое использование проушины помещает ее в цепную связь, которая удерживает нагрузку, основанную на растяжении, а не на сжатии. Однако более современные подвесные пролеты с цепной связью с низким избытком оказались в общей немилости в результате обрушения Серебряного моста в 1967 году, что привело к гибели 46 человек.
(Современный метод проектирования подвесных мостов заключается в использовании нескольких прядей тянутой проволоки для формирования прочных тросов.) [3]
Проушины могут быть отлиты , выкованы или вырезаны из прокатной пластины. Если используется круглый прокат, проушины обычно будут коваными. Термическая обработка (нагрев и быстрое охлаждение) приведет к мелкозернистой микроскопической кристаллической структуре, повышающей прочность прутка. Избыточная твердость может вызвать хрупкость, чего следует избегать. Штифты, используемые для соединения прутков, также будут подвергнуты термической обработке, обычно до степени твердости, превышающей твердость прутков, чтобы они не сдвигались под высоким напряжением.
Оригинальные проушины были сформированы путем «накладывания» [2] тонкого железного металла друг на друга и ковки их вместе в печи. После того, как кусок был собран, его нагревали и ковали в форме U над штампом. Чтобы создать проушину, нагретое изогнутое железо ковали само в себя, закрывая зазор и создавая форму проушины. [2] Этот метод создал быстрый и эффективный способ создания проушины, однако структурно он не сохранял целостность после определенной точки из-за того, что метод накладывания был плохо нагрет или был неисправен.
На смену свайному методу пришло литье, при котором проушина и стержень отливаются вместе в одной форме, что позволяет получить более прочную деталь с меньшей площадью разрыва соединения.
Новейшие методы резки стали, такие как лазерная/плазменная/гидроструйная резка, позволяют производить стальные изделия, такие как проушины, из готовых стальных пластин :
Мощный лазер используется для точной резки запрограммированного дизайна из стали. Этот метод быстрый и сокращает отходы, но также требует дополнительной шлифовки и отделки перед использованием.
Кислородный газ проходит через электрод и создает дугу, которая может быть направлена вниз в сталь, позволяя резать металл. Этот метод резки работает только с токопроводящими металлами.
Подобно лазеру, гидроабразивная резка использует режущую машину, но использует силу воды для резки стали. Использование воды создает сглаженные почти готовые разрезы, сокращая время производства.
Проушины были созданы в начале 1900-х годов, когда стоимость стали была высокой. Создание проушины предоставило простое решение для уменьшения количества стали, необходимой для моста. При использовании метода штифта и проушины теоретически меньшая нагрузка будет возложена на соединяемые элементы. [4]
Проблемы возникают по следующим причинам:
Стержень может быть сделан неправильно из-за плохого литья, если он стальной, или из-за неправильной ковки, если он железный. Эта ошибка очевидна в тех местах, где головка отломилась от стержня или треснула от отверстия для штифта к внешней стороне. [2]
Проушины, размещенные в качестве опор в мостах, не имеют достаточного количества слоев. Рассмотрим катастрофу Серебряного моста , это был случай, когда только 2 проушины были соединены вместе в качестве опор в цепи. Более распространенной практикой было использование 4 проушин, соединенных вместе, в случае, если одна проушина выходила из строя, еще 3 могли разделить нагрузку, а не только одна оставшаяся проушина. В случае Серебряного моста оставшаяся проушина также сломалась, что привело к разрушению моста. [5]
Как и любой металл, сталь со временем изнашивается. В результате стальные штифты в проушинах ослабевают и теряют натяжение, что в свою очередь ставит под угрозу целостность конструкции.
Из-за технологических достижений в создании проушин, железо и старый метод литья стальных проушин стали менее распространены. Однако эти старые мосты все еще нуждаются в обслуживании и проверке. Такие исследователи, как Дьюи Уоллс-младший из Union Pacific Railroad, собрали ресурсы о том, как проверять, определять скомпрометированные места и как правильно ремонтировать область. [4]
Имя | ИДЕНТИФИКАТОР | Дата | Значение |
---|---|---|---|
Мосты Три Сестры | HAER ПА-490-А | 1926 | Пример подвесного моста с большой проушиной |
Бруклинский мост | ХАЕР NY-18 | 1883 | Когда-то самый большой мост в мире, имеет анкерные болты |
Подвесной мост в Дрездене (Огайо) | ХАЕР ОН-93 | 1914 | Один из немногих примеров подвесного моста Айбар |