Введение
Тип балки Боксная или трубчатая балки (или бокс-поруба) - это балки, которые образуют замкнутую трубку с несколькими стенами, в отличие от балок. Первоначально они были изготовлены из кованого железа, соединенного при помощи заклепок, а теперь изготовлены из проката или сварной стали, алюминиевых экструзий или предварительно натянутого бетона. По сравнению с балкой преимущество коробочной балки заключается в том, что она лучше противостоит кручению. Имея несколько вертикальных сетей, он также может нести больше нагрузки, чем равняющаяся высоте (хотя он будет использовать больше материала, чем более высокий балкон эквивалентной емкости). Различие в названии между коробочным и трубчатым балки является неточным. Обычно используется термин "бокс-борт", особенно если он прямоугольный по сечению. Там, где балки несут свое "содержание" внутри "коробки", например, моста Британия, они называются трубчатыми балки. Трубчатые балки также используются, если балки круглые или овальные по сечению, например, на мосту Королевского Альберта. Если большая коробка-опорная конструкция содержит более двух стен, то есть с несколькими коробками, она называется клеточной.
A box girder or tubular girder (or box beam) is a girder that forms an enclosed tube with multiple walls, as opposed to an or beam. Originally constructed of wrought iron joined by riveting, they are now made of rolled or welded steel, aluminium extrusions or prestressed concrete. Compared to an beam, the advantage of a box girder is that it better resists torsion. Having multiple vertical webs, it can also carry more load than an of equal height (although it will use more material than a taller beam of equivalent capacity). The distinction in naming between a box girder and a tubular girder is imprecise. Generally the term box girder is used, especially if it is rectangular in section. Where the girder carries its "content" inside the "box", such as the Britannia Bridge, it is termed a tubular girder. Tubular girder is also used if the girder is round or oval in cross section, such as the Royal Albert Bridge. Where a large box girder contains more than two walls, i. e. with multiple boxes, it is referred to as a cellular girder.
Разработка
Теоретическая основа коробчатого балдаха была в значительной степени работой инженера сэра Уильяма Фейрберна, с помощью математика Итона Ходжкинсона, около 1830 года. Они стремились создать наиболее эффективный балкон из нового материала - заклеенных кованых железных плит.
Клеточная конструкция
Большинство балок нагружены статически таким образом, что одна сетка находится в сжатии, другая - в напряжении. Первоначальные краны Фэрбейна использовали клеточную конструкцию для компрессионного лица для своего шпаги, чтобы противостоять выгибанию. Этот пик был изогнутым, коническим и образованным из заклеенных кованых железных плит. Внутри комочного (нижнего) лицевого края этой балки, опять же из приклейенных пластин, образовались три ячейки. Когда трубчатая балки используется в качестве мостового пролета (т.е. загружен в центре, а не в одном конце, как в кране), сила сжатия находится в верхней части балки, поэтому ячейки размещаются в верхней части. Динамические силы (движущиеся нагрузки, ветер) также могут требовать, чтобы оба лица были клеточными. (Сохранившийся участок моста Британия показывает, что верхний и нижний фланцы были клеточной конструкции, но (по словам Фэрбейна) клеточная конструкция нижнего фланца была принята не из-за природы сил, которые он должен был выдержать. В некотором смысле это не "клеточный балок" как таковой (по сравнению с космическим каркасом или геодезической конструкцией), поскольку клетки не делятся нагрузками со всей балкона, а просто действуют, чтобы укрепить одну пластину в изоляции. Проектирование таких сложных интегрированных структур требует математических методов моделирования заранее, чем в дни Фэрберна.
In some ways this isn't a "cellular girder" as such (compared to a spaceframe or geodesic construction) as the cells don't share loads from the entire girder, but merely act to stiffen one plate in isolation. Design of such complex integrated structures requires mathematical modelling techniques in advance of Fairbairn's day.
В мостах
Теоретический балок Фэрбейна появился как раз в нужное время для растущего спроса на длинные железнодорожные мосты. Роберт Стивенсон нанял его и Ходжкинсона в качестве консультантов для помощи в строительстве мостов Британия и Конви, в которых железнодорожные пути находились внутри большого трубчатого балона. Вскоре после этого Брунелл также решил использовать пару круглых балки небольшого диаметра в качестве части более крупного треста в Чепстоу. Однако, хотя многие из самых длинных железнодорожных мостов, используемых в 1860-х годах, использовали трубчатые или коробчатые балки, Бенджамин Бейкер в своей книге "Длинные железнодорожные мосты" уже отклонял "коробчатые балки с пластинами" как "самый неблагоприятный тип для железнодорожных мостов длинного пролёта, который нам необходимо изучить". На мосту Коронадо-Бей самый высокий коробчатый балок. Коробчатые балки с мелким прямоугольным сечением и характеристиками аэрофолии стали широко использоваться в дорожных мостах с 1960-х годов, таких как мост Северн, будучи намного легче, чем более глубокая конструкция балки типа тресов, используемая на предыдущих мостах, таких как мост Золотые Ворота.
Опасения по поводу безопасности на мостах с боковыми балки
В начале 1970-х годов во время строительства рухнуло несколько коробочных балки: мост Кледдау в Уэльсе, мост Вестгейт в Австралии и мост Кобленц в Германии. Это привело к серьезным опасениям по поводу дальнейшего использования коробочных балки и обширных исследований их безопасности, которые включали раннее использование компьютерного моделирования и были стимулом для развития анализа конечных элементов в гражданском строительстве.